Стартовая >> Архив >> Развитие, эффективность и перспективы гидроэнергетики

Развитие, эффективность и перспективы гидроэнергетики

ЛОПАТИН Н. А., зам. председателя Научно-технического совета Минэнерго СССР, заслуженный строитель РСФСР

Исторические факты позволяют утверждать, что широкий размах гидроэнергетического строительства в нашей стране был вызван ленинской мыслью, объединившей в первые же месяцы после Октябрьской социалистической революции научные и технические поиски большой группы самых квалифицированных экономистов и инженеров разных специальностей и направившей их на развитие гидроэнергетики.
Еще задолго до победы революции В. И. Ленин в своих работах обращал внимание на различные проекты использования водных ресурсов в странах Запада, отмечая значение гидроэнергетики для рационального размещения производительных сил.
В январе 1918 г. по инициативе Владимира Ильича была начата подготовка к внеочередному сооружению Волховской ГЭС — первой крупной гидроэлектростанции в стране. 22 апреля 1918 г. на заседании Совета Народных Комиссаров под председательством В. И. Ленина рассматривался вопрос об электрификации промышленности Москвы и Петрограда путем строительства ГЭС на реках Волхове, Свири и др.
В апреле того же года он выдвигает задачу «возможно более быстрого составления плана реорганизации промышленности и экономического подъема России» и, в частности, в этом плане предусматривалось уделить особое внимание развитию гидроэнергетики страны.
План ГОЭЛРО, как известно, предполагал сооружение в течение 10—15 лет 30 районных электростанций общей мощностью 1750 тыс. кВт, при этом мощность ГЭС должна была составить 640 тыс. кВт, или 36% общей мощности.
Во «Введении» к плану ГОЭЛРО подчеркивалось, что "... единственное средство для устранения хозяйственной разрухи России — это как раз осуществление ... крупных проектов гидроэлектрических станций и постройка больших силовых электрических централей .."
В плане ГОЭЛРО указывалось:
«1) В первую очередь обратить внимание на установки, исключительно выгодные как по естественным условиям, так и по возможно полному экономическому использованию.
2) при проектировании сооружений скомбинировать использование гидротехнических сооружений для нескольких целей (использование водной энергии с шлюзованием реки, орошением и т. п.) важно
твердо, с крайней настойчивостью, провести в жизнь программу первой очереди, организовать изучение запасов водной энергии в стране, подготовить рабочие кадры и дать возможность широким слоям населения Республики почувствовать всю важность и все значение использования живой силы водных потоков».
Ленинский план ГОЭЛРО через 10 лет был значительно перевыполнен, и уже в 1931 г. вместо 30 было построено 40 районных электростанций, а производство электроэнергии превысило намеченную планом выработку более чем на 20%, составив 10,7 млрд. кВт-ч.
К концу планируемого срока — 1935 г. вместо 10 ГЭС было построено 19 суммарной мощностью 900 тыс. кВт, в их числе сооруженная в рекордно короткие сроки и пущенная в 1932 г. Днепровская ГЭС, которая стала крупнейшей в Европе.
Нападение фашистской Германии на СССР нанесло большой ущерб энергетике страны. Свыше 2/3 установленной мощности ГЭС было потеряно, но несмотря на это энергия гидроэлектростанций помогла ковать победу над врагом.
Угличская, Иваньковская, Рыбинская ГЭС (первый агрегат введен в эксплуатацию 18 ноября 1941 г., второй — 15 января 1942 г.) являлись основой Московской энергосистемы, Волховская, Нижнесвирская, Раухиала ГЭС составили костяк Ленинградской энергосистемы. Кольская энергосистема в первый год войны была полностью отрезана от топливной базы, и электроэнергия здесь вырабатывалась только имеющимися в этом регионе гидроэлектростанциями.
В связи с перебазированием промышленности на восток в годы войны были сооружены десятки ГЭС и, несмотря на временную потерю Днепрогэса и других гидроэлектростанций на западе страны, довоенные мощности ГЭС были восстановлены к концу войны, а также развернуто строительство Мингечаурской, Майкопской, Гюмушской, Орджоникидзевской ГЭС и др.

В ходе послевоенных пятилеток быстрыми темпами были восстановлены все гидроэлектростанции и развернуто широкое комплексное освоение гидроресурсов, прежде всего в европейской части страны. Это сооружение Волжско-Камского и Днепровского каскадов ГЭС.
К 1958 г. в эксплуатации находилось 120 средних и крупных ГЭС, и доля выработки ими электроэнергии возросла до 20%.
В последующие годы гидроэнергетическое строительство перемещается в восточные и северные районы страны — строятся Братская, Усть- Илимская, Красноярская, Вилюйская, Зейская, Саяно-Шушенская и ряд других ГЭС; в районы Средней Азии и Кавказа (Нурекская ГЭС с самой высокой грунтовой плотиной — более 300 м, Ингурская ГЭС с самой высокой бетонной арочной плотиной — 271 м и др.).
Установленная мощность действующих ГЭС на 1 января 1990 г. составила 63,5 млн. кВт, выработка электроэнергии в 1989 г. превысила 230 млрд. кВт-ч. В общей установленной мощности электростанций страны ГЭС составляют 20%, а доля выработанной ими электроэнергии — около 13%.
Сооружение ГЭС, опережающее освоение гидропотенциала в большинстве стран мира объясняется рядом их преимуществ по сравнению с другими энергоисточниками.
Благодаря возобновляемости электроэнергии гидроэнергетика сберегает народному хозяйству значительное количество топливно-энергетических ресурсов. Только в 1988 г. экономия условного топлива составила около 85 млн. т, причем половина этой величины была сэкономлена в наиболее дефицитных по топливу районах европейской части СССР.
За счет высокой производительности труда, низкого процента амортизационных отчислений себестоимость электроэнергии ГЭС в 5—7 раз ниже, чем на тепловых и атомных электростанциях; в среднем она составляет 0,15 код/(кВт-ч), а на ТЭС и АЭС— 0,966 коп/(кВт-ч). Низкая себестоимость энергии обеспечивает высокую рентабельность использования ГЭС — около 14%, что в 2 раза больше рентабельности ТЭС и (АЭС. На эксплуатации ГЭС в настоящее время занято около 25 тыс. чел., а на заменяемых ими тепловых электростанциях с учетом добычи и транспорта топлива было бы занято 550 тыс. чел.
Высокие маневренные качества оборудования ГЭС, возможность быстрого изменения эксплуатационных режимов ГЭС способствуют их использованию для покрытия неравномерной части суточных графиков электрической нагрузки и регулирования частоты в энергосистемах. Гидроэлектростанции обеспечивают выравнивание режимов работающих параллельно с ними тепловых и атомных электростанций, что значительно повышает надежность оборудования ГЭС и АЭС, экономичность их эксплуатации. Эти свойства особо присущи гидроаккумулирующим электростанциям (ГАЭС), которые совмещают функции источника маневренной энергии и потребителя-регулятора.

Гидроэнергетическое строительство способствует комплексному использованию водных ресурсов нашей страны. Оно решает кардинальные задачи реконструкции речной сети, развития ирригации, водоснабжения городов и промышленных центров, широкого рекреационного использования прибрежных территорий, предотвращения или уменьшения угрозы наводнений.
Каскады гидроузлов на Волге, Каме, Днепре заложили основу единой глубоководной транспортной системы страны, по которой осуществляется свыше половины общего речного грузооборота.
Гидроэнергетическое строительство явилось основным звеном в реализации больших ирригационных программ. В настоящее время водохранилища ГЭС могут обеспечить орошение на площади 20 млн. га, из них 10 млн. га уже орошаются.
Защита от разрушительных паводков в долинах Куры, Енисея, Зеи и других рек ежегодно предотвращает затопление более 1,5 млн. га земель. Только на Зее экономический эффект от этого составляет около 30 млн. руб. в год.
Гидроэнергостроительства оказывает решающее влияние на комплексное освоение новых территорий, формируя крупные территориально-производственные комплексы (ТПК) и города. Именно благодаря созданной три сооружении ГЭС инфраструктуре, строительным базам, карьерам, заводам, строительным поселкам возникли Братско-Усть-Илимский, Саянский, Южно-Таджикский, Нижне-Камский ГПК и др. Несмотря на очевидные преимущества гидроэнергетики, объемы развития ее за последние пятилетки резко сократились, прежде всего ввиду якобы значительных капитальных вложений. а в последние годы — из-за проблем, связанных с охраной окружающей среды. Если в десятой пятилетке ввод мощностей на ГЭС составил 11,8 млн. кВт, то в одиннадцатой пятилетке он уменьшился до 9,4 млн. кВт, а ожидаемый ввод мощностей на ГЭС в двенадцатой пятилетке не превысит 5 млн. кВт.
На самом же деле экономическая эффективность гидроэлектростанций достаточно высока, а по мере повышения стоимости органического топлива и дополнительных значительных затрат для решения экологических проблем на тепловых электростанциях, а также мероприятий по повышению безопасности эксплуатации АЭС эффективность ГЭС намного возрастет. Что же касается охраны окружающей среды при сооружении гидроэлектростанций, следует подчеркнуть, что определенный ущерб природе строительство ГЭС несомненно наносит, но размеры этого ущерба значительно меньше, чем от создания других источников энергии. Учитывая, что в последние годы по вопросам экологии ГЭС появились ряд неверных или ошибочных утверждений и публикаций, целесообразно для объективных оценок фактического положения привести следующие данные. Основное влияние ГЭС на окружающую среду связано с затоплением земель водохранилищами.
Так, по состоянию на 1 января 1989 г. водохранилищами гидроузлов было затоплено 6,2 млн. га земель, в том числе 2,5 млн. га сельскохозяйственных угодий, из  них 0,6 млн. га пашни. Площадь земель, расположенных в зоне переработки берегов водохранилищ, составила в среднем 3,5% площади затопления. По различным оценкам площадь сельскохозяйственных земель, изъятых за последние 60 лет для нужд гидроэнергостроительства, составляет 4—6% всей площади изъятия этих земель, отведенных для промышленных нужд.
Важным показателем для гидроузлов энергетического назначения является удельная площадь затоплений на 1 млн. кВт-ч выработки электроэнергии ГЭС и ее динамика по периодам. За 70 лет гидроэнергетического строительства удельная площадь затоплений сократилась с 78 до 6 га/млн. кВт-ч (в 13 раз), а удельная площадь затопления сельхозугодий с 27 до 1 га/млн. кВт-ч (в 27 раз). По сравнению со средним показателем за все время гидростроительства в стране удельные площади затоплений в текущем десятилетии сокращены в 5 раз, затоплений сельхозугодий в 12 раз, затоплений лесов  в 3,3 раза. Это достигнуто благодаря перебазированию крупномасштабного гидроэнергетического строительства в горные и предгорные районы востока и юга страны, а в западном регионе — на Кавказ;
целенаправленной работе по инженерной защите от затоплений ценных сельскохозяйственных угодий при строительстве равнинных водохранилищ;
углубленной разработке природоохранных разделов -проектов, тщательным отбором объектов для строительства. Сопоставительные данные по площадям затоплений земель при создании водохранилищ по отношению к общей площади стран показывают, что для СССР этот показатель равен 0,29%, для США и Швейцарии —0,32%, Испании — 0,42%. Канады
—0,60%.
Следует подчеркнуть, что влияние гидроэлектростанций на окружающую среду носит, как правило, локальный характер и в большинстве случаев может быть предотвращено или компенсировано соответствующими инженерными или культурно-техническими мероприятиями.
Эффект от охраны воздушного бассейна действующих в нашей стране ГЭС (в сравнении с заменой их тепловыми электростанциями) по состоянию на конец 1988 г. характеризовался следующими показателями:

Эти данные показывают, что дальнейшее развитие гидроэнергетики в СССР может дать не только экономический эффект, но будет также способствовать улучшению экологической обстановки.
С учетом новых требований к экологии, а также дальнейшего повышения экономической эффективности в настоящее время разработана программа гидроэнергетического строительства на ближайшие 15 лет. Осуществление этой программы позволит дополнительно сэкономить 60—70 млн. т условного топлива, обеспечит дополнительную экономию трудовых ресурсов не менее 200 тыс. чел., обеспечит минимальное влияние на окружающую среду, в частности, уменьшит загрязненность воздушного бассейна.
В европейской части страны, в северных районах — на Кольском полуострове и в Карелии наиболее перспективным является строительство ГЭС в бассейнах рек Иоканьги и Кеми. В южных районах целесообразно продолжать гидроэнергостроительство в бассейнах рек Зеленчуки, Терека и Сулака на Северном Кавказе; в бассейнах Ингури, Риони, Куры в Закавказье. Ряд этих ГЭС (Зеленчукские, Ирганайская, Еникендская) обеспечивают и значительный ирригационный эффект.
Проблема обеспечения европейских энергосистем маневренными мощностями обусловливает необходимость ввода ГАЭС. Кроме Загорской и Кайшядорской, в ближайшие 10— 15 лет предусматривается ввод мощностей на ряде новых ГАЭС: Ленинградской, Средневолжской, Днестровской и Каневской суммарной мощностью около 10 млн. кВт.
Гидроэнергостроительство в Средней Азии и Казахстане по-прежнему должно носить комплексный характер, служить одновременно нуждам энергетики и ирригации.
Необходимость строительства ГЭС в Средней Азии вызывается напряженностью топливного баланса региона и сложностями размещения АЭС в сейсмически опасном районе. В Таджикистане ведется строительство Рогунского гидроузла на р. Вахш с ГЭС мощностью 3,6 млн. кВт и выработкой электроэнергии 13,3 млрд. кВт Ч На Вахше начато строительство Сангтудинских ГЭС, в дальнейшем намечается приступить к строительству Шуробской ГЭС. На Нары не завершается строительство Шамалдысайской ГЭС и начато строительство Камбаратинских ГЭС.
В Казахстане гидроэнергостроительство в основном связано с обеспечением энергоснабжения районов Северо-Восточного Казахстана. Строится Шульбинский гидроузел, намечено приступить к строительству Семипалатинской ГЭС.
Всего в результате нового гидроэнергостроительства в районах Средней Азии и Казахстана в  ближайшие 15  лет можно получить дополнительно около 50 млрд. кВт-ч годовой выработки электроэнергии с приростом установленной мощности около 16              млн. кВт.
В Сибири наряду с ускорением использования канско-ачинских и кузнецких углей, природного газа намечено на Енисее строительство каскада Среднеенисейских ГЭС, которые также сыграют большую роль в улучшении условий судоходства и лесосплава. На Ангаре после завершения строительства Богучанской ГЭС начнется сооружение Нижне-Ангарской ГЭС.
Крупнейшей в Ангаро-Енисейском бассейне после 2000 г. станет Туруханская ГЭС на правобережном притоке Енисея — р. Нижняя Тунгуска. Геологические и топографические условия благоприятствуют созданию здесь водохранилища многолетнего регулирования стока с ГЭС, которая будет вырабатывать свыше 40 млрд. кВт-ч электроэнергии.
Для бассейна Оби завершается проект строительства гидроэнергокомплекса на Катуни.
В районах Дальнего Востока гидроэлектростанции должны покрыть значительную часть потребности в электроэнергии Западно-Якутского, горнодобывающего района, золотодобывающей промышленности Магаданской области, районов Байкало-Амурской магистрали, Чукотки.
В целом использование гидроэнергоресурсов Дальнего Востока может обеспечить в рассматриваемый период прирост выработки электроэнергии на новых ГЭС около 45 млрд. кВт-ч с вводом 13 млн. кВт мощностей.
Наряду с крупными и средними гидроэлектростанциями начато сооружение малых ГЭС как самостоятельных объектов на небольших реках и каналах, так и в виде пристроек к существующим плотинам неэнергетического назначения. В ближайшие 10           лет на малых ГЭС можно будет получить до 4 млрд. кВт-ч электроэнергии.
Проектирование ГЭС и научное его обоснование в настоящее время претерпевают радикальные изменения. Создаются проекты ГЭС и ГАЭС нового поколения, которые, наряду с дальнейшим повышением экономической эффективности гидроэнергостроительства, прежде всего детально исследуют и предлагают такие схемы размещения гидроузлов и методы производства работ, которые бы наносили минимальный ущерб окружающей природе.
Особая ответственность ложится на ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева, НИС Гидропроекта, МИСИ им. В. В. Куйбышева, которые обязаны организовать с привлечением институтов Академии наук СССР, специализированных институтов Минрыбхоза и других ведомств целенаправленные исследования в области экологии строительства и эксплуатации ГЭС и ГАЭС, а также экономики гидроэнергостроительства.
Институт Гидропроект им. С. Я. Жука и его филиалы обязаны до утверждения проекта обеспечивать широкую гласность и обсуждение его с общественностью региона.
За последние годы проектные и строительные организации добились определенного прогресса в ускорении гидроэнергетического строительства. Это достигнуто прежде всего за счет применения регионально-каскадного метода возведения гидроэлектростанций, при котором несколько объектов сооружаются с использованием единой строительной базы. Так удалось построить станции каскада ГЭС на р. Нарын в Средней Азии и несколько объектов в других районах за 5—6 лет каждый, причем первые гидроагрегаты вводились в действие уже на 3—4 году строительства.
Ускорению гидроэнергостроительства способствует также внедрение новых технологий строительного производства — непрерывного транспорта грунтовых материалов и бетона, комбайнов для проходки гидротехнических туннелей. Нашей стране принадлежит мировой приоритет высокоэффективной технологии осуществления взрывов с применением химических взрывчатых веществ для возведения ответственных подпорных сооружений. Так построена плотина Байпазинской ГЭС в Средней Азии.
На гидроэлектростанциях СССР установлено энергетическое оборудование, изготовленное на отечественных заводах энергетического машиностроения и электротехнической промышленности. Эти же предприятия поставляют турбины всех типов и генераторы для многих зарубежных объектов.
В проектах ГЭС нового поколения следует продолжить внедрение наиболее технологичных в строительстве и экономичных решений путем глубокой проработки вариантов на основе конкурсного проектирования сложных объектов. В частности, в благоприятных топографических и геологических условиях заслуживают внимач ния компоновки с взрывно-набросными плотинами, где можно отказаться от строительства специальных водопропускных сооружений на период строительства. В ряде случаев могут оказаться эффективными компоновки с бетонными плотинами из малоцементного укатанного бетона с добавлением золы уноса тепловых электростанций или тонкомолотого силикатного песка.
В компоновках гидроузлов с низко- и средненапорными плотинами из грунтовых материалов могут рассматриваться варианты с допущением перелива части или всего сбросного расхода воды по укрепленной соответствующим образом низовой грани плотины. Такое решение позволит частично или полностью отказаться от строительства эксплуатационных водосбросов. Широкое распространение получит совмещение функций различных сооружений: постоянных и временных водосбросных устройств, энергетических и сбросных водоводов и др.
Гидроэнергетическое строительство в стране должно вестись мощными территориальными объединениями со специализированными организациями по основным направлениям строительного производства: жилищно-коммунального и сантехнического строительства, работам подготовительного периода, дорожному строительству, земельно-скальным и бетонным работам. Должна быть разработана и внедрена система материальной заинтересованности строителей в соблюдении или сокращении нормативной продолжительности работ, обеспечении проектных и нормативных требований к качеству работ.
Одновременно следует вводить систему материальной ответственности подрядных организаций за сроки выполнения и соблюдение качества работ.
Безусловно должно быть обеспечено финансирование и материально-техническое снабжение гидроэнергостроительства в строгом соответствии с проектными графиками. Организация работ должна создавать прямую материальную заинтересованность каждого рабочего в соблюдении или сокращении нормативной продолжительности выполнения заданного объема работ при обеспечении проектного их качества. Для этого следует широко применять метод коллективного и бригадного подряда. Весьма положительно зарекомендовал себя опыт строительства «под ключ» Байпазинской ГЭС и других гидроузлов.
Особое внимание должно уделяться приобретению или изготовлению на отечественных предприятиях нового высокопроизводительного оборудования: автоматизированных заводов по приготовлению бетонной смеси, оборудования для непрерывного транспорта грунтовых материалов и бетона, уплотняющих механизмов для различных грунтов и жесткого бетона, мощного экскаваторного и другого землеройного оборудования, буровых станков с высокопрочными долотами, туннельно-проходческих механизмов, тяжелых автосамосвалов и землевозов и некоторых других машин и механизмов. Там, где это возможно, должна широко применяться гидромеханизация земляных работ, обеспечивающая высокую производительность при малых трудозатратах. Резко должен быть сокращен объем применения ручного труда в строительстве.
В заключение следует подчеркнуть, что энергетическая ситуация в стране сегодня такова, что без интенсивного разворота строительства ГЭС решить стоящие задачи невозможно.
В стране значительно возросла напряженность энергетического баланса, во многих регионах образовался значительный дефицит энергетических мощностей, что приводит к ограничению работы промышленных предприятий. Несмотря на принимаемые государством коренные меры по энергосбережению, энергопотребление в стране продолжает расти, особенно в области сельского хозяйства и социально-бытовой сфере. Ранее планировавшийся прирост энергетических мощностей за счет атомной энергетики и сооружения крупных тепловых электростанций на открытых угольных карьерах оказался нереальным.
Из запланированного на двенадцатую пятилетку ввода мощностей на АЭС фактически введена лишь половина. Создание проекта АЭС, гарантирующего полную безопасность работы АЭС, требует еще длительного времени. Для сооружения экологически чистой ТЭС также необходим ряд лет на изготовление и освоение дорогостоящего оборудования по улавливанию окислов серы, азота и пыли.
Большое отрицательное влияние имеет значительный износ технологического оборудования на ТЭС и ГЭС. Мощность обновленного оборудования на тепловых электростанциях путем замены узлов и деталей за годы двенадцатой пятилетки составит около 12 млн. кВт вместо намечавшихся 22—26 млн. кВт. В то же время 56% энергооборудования на ТЭС изношено более чем наполовину, а 12% — полностью выработало ресурс.
Значительный дефицит энергомощностей, изношенность энергетического оборудования, отсутствие резервов в энергосистемах — все это заставляет привлекать на службу народному хозяйству все возможные источники электроэнергии и прежде всего гидроэнергетику — как возобновляемый вид энергоисточника, наносящий наименьший вред окружающей природе. В противном случае будут задержаны темпы развития народного хозяйства, снизится надежность электроснабжения страны.
Ленинские мысли об эффективном использовании огромного гидропотенциала страны, о форсированном строительстве гидроэлектростанций, которые так блестяще претворены в плане ГОЭЛРО, а теперь получают развитие в новой энергетической программе СССР, должны быть воплощены в жизнь.

 
« Развитие КЛТЭК — одна из альтернатив обеспечения энергоресурсами   Расчет влияния температур воды и воздуха на входе в котел на потерю тепла с уходящими газами »
электрические сети