Энергетика. Проблемы и перспективы - Гидроэнергия

Гидроэнергия, под которой обычно понимается энергия рек, также является возобновляемой и обязана своим происхождением солнечной энергии. Солнце испаряет воду морей и океанов, которая потом проливается дождями над всей территорией земного шара, порождая хорошо известный нам со школьных времен круговорот воды в природе. Как уже говорилось во введении, гидроэнергию человек начал использовать еще в глубокой древности. Но только в сочетании с производством электроэнергии этот источник энергии занял заметное место в топливно-энергетическом балансе мира.
Запасы гидроэнергии в мире исчисляются как энергия, которая может быть получена, если перегородить плотинами все крупные реки на Земле. Эти запасы достаточно велики. Они оцениваются в целом для земного шара примерно в 33000 млрд. кВт-ч электроэнергии в год (или в 3,8-1012 Вт), что составляет около половины всей производимой сегодня энергии.
В отличие от солнечной гидроэнергия распределена В мире очень неравномерно. Ниже приведены гидроэнергетические запасы различных стран, отнесенные к численности их населения на начало 70-х годов [3], Вт/душу населения:
Норвегия                                          13 000
Африка                                                4000
Канада                                                 1300
США                                                      800
Из мировых потенциальных запасов гидроэнергии к настоящему времени используется лишь немногим более 5%.
Советский Союз располагает около 12% мировых гидроэнергетических ресурсов — 3800 млрд. кВт-ч/год. Из них считаются технически возможными для использования около 2100 млрд. кВт-ч/год, что почти вдвое превышает количество электроэнергии, произведенное в стране в 1979 г. Однако пока использована лишь небольшая часть этих ресурсов: в 1980 г. все гидроэлектростанции страны (ГЭС) выработали около 180 млрд. кВт-ч, т. е. немногим более 8% располагаемых возможностей. Это связано прежде всего с тем, что гидроресурсы у нас в стране распределены очень неравномерно — около 70% приходится на районы Сибири и Дальнего Востока. Сооружение крупных электростанций в этих мало обжитых районах представляет собой сложную народно-хозяйственную задачу. Тем не менее уже сегодня на великих сибирских реках сооружены самые мощные в мире ГЭС — Красноярская мощностью 6 млн. кВт и Братская — 4,3 млн. кВт. Еще более мощной будет строящаяся сейчас на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС.
Со строительством этих и последующих электростанций связываются планы коренного преобразования районов расположения ГЭС, создания на базе ГЭС крупных территориально-промышленных комплексов, концентрации в них энергоемких производств (например производства алюминия электролитическим способом).
Принцип действия ГЭС мы здесь не рассматриваем, поскольку он общеизвестен. Важной особенностью ГЭС является то, что она может работать при переменной нагрузке. Чрезвычайно полезно объединение ГЭС в одной энергосистеме с базовыми атомными и тепловыми электростанциями. В этом случае ГЭС покрывает всю переменную часть графика, давая возможность базовым станциям работать в номинальном режиме при максимальном к. п. д. Уменьшение нагрузки на ГЭС достигается уменьшением расходов воды через ее турбины. Неизрасходованная вода при этом остается в верхнем водохранилище электростанции и позволяет получить дополнительную мощность, когда нагрузка вновь возрастает. В этом смысле ГЭС в сочетании с водохранилищем может рассматриваться как аккумулирующая установка (см. гл. 6).
Строительство мощных ГЭС связано с огромным объемом подготовительных работ по сооружению водохранилищ, плотин, водосбросов. Такие сооружения стали возможны только в последние десятилетия, когда строители стали располагать мощной техникой. Но даже и при использовании этой техники сооружение крупной ГЭС длится многие годы. Обычно ГЭС является составной частью целого комплекса, включающего устройства для регулирования стока воды, ирригационные сооружения, устройства для рыбоводства, курортные зоны. Создание больших водохранилищ существенным образом влияет на местный климат, состояние почв и растительности. Таким образом, несмотря на то, что гидроэнергия считается «чистой», возможное влияние ГЭС на окружающую среду должно в каждом конкретном случае являться предметом пристального изучения.