10884

1195 млрд кВт ч/год. К началу текущего века из них было построено 130 ГЭС общей мощностью 46 млн кВт с годовой выработкой 175 млрд кВт ч. К настоящему времени остались проектные проработки по 680 ГЭС общей мощностью около 230 млн кВт с годовой выработкой более 1 000 млрд кВт ч электроэнергии. Перечень и характеристики всех этих ГЭС приведены в доступной читателям книге Б.М. Ерахтина «Строительство гидроэлектростанций в России [217].

За пределами описанной выше «Генеральной схемы размещения объектов гидроэнергетики России» российскими гидроэнергетиками обосновы-

ваются и обсуждаются возможности гидроэлектрификации страны [217]

путем строительства ГЭС, главным образом на реках Сибири и Дальнего Востока [32; 218; 219; 341; 342; 362; 363; 546; 684; 703; 728; 730], где име-

ются свыше 600 млрд кВт·ч реальных, еще не освоенных гидроэнергетических ресурсов [363].

В качестве первоочередных объектов предлагаются [363]: Нижнезейская, Селемджинская, Гилюйская гидростанции в бассейне р. Зеи и Нижнениманская ГЭС в бассейне р. Буреи, общей мощностью 1500 – 1700 МВт, водохранилища которых с противопаводковыми емкостями будут нести также функцию борьбы с наводнениями [362]; ГЭС-1 на р. Жупанова на Камчатке (270 МВт); Амгуэмская ГЭС на Чукотке (80 МВт) [296]; Нижнекурейская ГЭС на севере Красноярского края (150 МВт); каскад ГЭС на р. Витим; Тельмамская ГЭС на р. Мамакан. Общая установленная мощность предлагаемых ГЭС в ОЭС Сибири оценивается в 12400 МВт, в ОЭС Востока в 4500 МВт. Реализация программы строительства ГЭС в Сибирском и Дальневосточном федеральных округах позволит ежегодно экономить до 34,4 млн т каменного угля [363].

На следующем этапе возможен переход к более крупным проектам, решающим энергетические проблемы в масштабах всей России. В частности, к уникальному для нашей страны проекту Эвенкийской (Туруханской) гидроэлектростанции на р. Нижней Тунгуске установленной мощностью 12000 МВт с водохранилищем емкостью 409,4 км3 и площадью зеркала 9400 км2 при высоте подпорной плотины 200 м [363; 444; 731]. Проектная удельная стоимость ГЭС составляет 1592 долл./кВт в ценах 2015 г., а с учетом протяженных ЛЭП 2450 долл./кВт. Ежегодная выработка ею 49,1 млрд кВт·ч эквивалентна сжиганию 12 – 14 млрд м3 природного газа на тепловых электростанциях. Ничтожная доля отчислений от прибыли Эвенкийской ГЭС позволит дотационной Эвенкии стать процветающим регионом

70

России. С пуском ГЭС возникнут предпосылки создания мощных связей между европейской частью, Восточной Сибирью и Дальним Востоком на постоянном токе, обеспечивающих обмен электроэнергией и мощностью между этими территориями РФ [363].

Качественное преобразование электроэнергетики в направлении гидроэлектрификации страны, как свидетельствует мировой опыт, улучшает условия жизни людей [217; 218]. Но действительность устанавливает пока рамки и пределы развитию российской гидроэлектроэнергетики как официант, который ограничивает наши фантазии, вручая нам меню [687].

Под натиском рыночной экономики к началу XXI века Россия лишилась большинства технической элиты общества. Инженерное образование, давшее шанс в XX веке получить технологии, которыми мы сегодня пользуемся, практически было порушено. Рабочие профессии оказались внизу рейтинговых шкал. Вопрос о том, кто будет проектировать и строить крупные объекты энергетики, должен разрешаться с помощью новых кадров. [428; 429]. В Москве рассудили за благо оснастить Россию европейским образованием. Всякий, кому приходится иметь дело с образовательной структурой, знает, что истина не так уж и важна, а важно, что представлено в отчетах [687]. Модель «чтобы у нас все было как на западе» дает сбои. Закон «О высшем и послевузовском профессиональном образовании» №125 – ФЗ от 1996 г. с 2000 г. до его отмены в 2012 г. претерпел 60 редакций и изменений. Второе десятилетие XXI в. характеризуется очередным импульсом перманентной реформации. Новый закон «Об образовании в Российской Федерации № 273 – ФЗ от 2012 г. по количеству выпускников профессионального образования утвердил доминирование бакалавриата [21]. У бакалавриантов,

вмеру своих способностей овладевающих предписанными компетенциями

вобласти гидротехнического строительства, присутствуют опасения после окончания учебы тяготиться работой мерчандайзеров, супервайзеров, брендеров.

Как и кем смогут быть реализованы планы государства и мечты российских гидроэнергетиков – покажет время [342; 343].

Гидроэлектрические станции как источник энергии оказывают мало влияния на природную среду, являя собой пример «чистого производства». Однако они порождают водохранилища, которые относят к наиболее существенному антропогенному фактору воздействия гидроэлектроэнергетики на природу. Об этом пойдет речь во 2-й части книги.

71

3.4. Утилизация водной энергии малых рек

Вмировой практике малые реки являются существенным источником электроэнергии. Например, в КНР имеется свыше 80 тыс. ГЭС на малых реках общей установленной мощностью более 8 млн кВт, в США – 850 ГЭС общей мощностью 7 млн кВт.

ВРоссии малые реки (длиной менее 200 км) составляют около 99 % общего числа рек, на их долю приходится свыше 90 % протяженности всех водотоков страны. Потенциальные гидроэнергоресурсы (ГЭР) всех малых

рек РФ оцениваются величиной 44,53 млн кВт или 390,1 млрд кВт ч. В табл. 3.7, 3.8 отражены уточненные данные по ГЭР малых рек Европейской территории и Северо-Востока России. К этим рекам отнесены водотоки длиной 10…200 км с площадью водосбора до 8000 км2 для равнинных условий и 0,4…25 км для горных регионов. Подсчетами для ЕТ РФ были охвачены более 25000 рек протяженностью 10…200 км и свыше 17000 рек длиной до 10 км. Для Северо-Востока – Республики Саха (Якутии) и Магаданской области – учтено почти 35000 рек [598].

Таблица 3.7

Гидроэнергоресурсы малых рек Европейской территории России

В 1950-х гг. на малых реках РСФСР эксплуатировалось свыше 6 тыс. гидроэлектростанций. К концу XX в. их оставалось около 200 общей мощностью примерно 1 млн кВт (рис. 3.20, 3.21) [598].

72

Таблица 3.8

Гидроэнергоресурсы малых рек Северо-Востока России, млрд кВт∙ч

У малой гидроэлектроэнергетики имеются очевидные преимущества перед другими способами добычи электроэнергии: соответствие основному критерию рациональности – удовлетворять потребности при минимальном воздействии на природу; сравнительно низкая капиталоемкость и короткий инвестиционный период для этих объектов – проектирование и строительство могут быть осуществлены за 1 – 2 года; независимость от ситуации на рынке топлива, трудностей его доставки, особенно это важно для регионов Северо-Востока России [309].

Строительство малых гидроэлектростанций в России возобновляется. ЗАО НПО «Гидроэнергопром» разработало схемы использования гидроэнергоресурсов малых рек для республик Татарстан (67 ГЭС на 27 МВт), Башкортостан (57 ГЭС на 108 МВт), Воронежской, Ростовской и Иркутской областей (соответственно 23, 5 и 14 ГЭС на 32,4; 3,3 и 2,2 МВт). Створы выбирались вблизи потребителей нагрузки, рассматривалось использование для выработки электроэнергии существующих водохранилищ водохозяйственного назначения, восстановление ранее построенных МГЭС. Преимущественное внимание уделялось применению бесплотинных водозаборов, использующих естественное падение рек, а также созданию малых водохранилищ, располагающихся в речных руслах. В конце 1990-х гг. были введены

вэксплуатацию демонстрационные объекты (табл. 3.9).

В2008 г. пущена Киселевская МГЭС мощностью 0,2 МВт в Свердловской области. ГЭС встроена в донный водовыпуск плотины Киселевского гидроузла на р. Какве у г. Серова, работает на санитарных попусках из водохранилища. Это первая из 15 малых гидроэлектростанций общей мощностью 15 МВт, которые планируется разместить при действующих водохранилищах в городах Алапаевске, Асбесте, Невьянске, Заречном, Краснотурьинске, Нижнем Тагиле, Красноуфимске, Ревде и др.

73

Т а б л и ц а 3.9

Демонстрационные объекты малой гидроэлектроэнергетики [359]

В Челябинской области восстанавливается Зюраткульская МГЭС мощностью 6,4 МВт, построенная в 1942 – 1952 гг., с 1978 г. не эксплуатировавшаяся. В качестве водохранилища ГЭС использует оз. Зюраткуль – самое высокогорное озеро Урала (724 м над уровнем моря). Восстанавливается МГЭС на Аргазинском водохранилище постройки 1939 – 1946 гг. мощностью 1,35 МВт.

Завершен каскад Толмачевских ГЭС на реке Толмачева на Камчатке: ГЭС №1 мощностью 2 МВт пущена в 1999 г., №3 – 18,4 МВт в 2001 г., №2

– 24,8 МВт в 2012 г.

За счет инвестиций ОАО «РусГидро» и средств частных инвесторов построены малые ГЭС в горах Дагестана на притоках р. Самур: Амсарская (рис. 3.22), Шиназская и Аракульская, суммарной установленной мощностью 3,8 МВт. На стадии практической реализации находятся еще около 20 проектов МГЭС общей мощностью 110 МВт в республиках Северного Кавказа и Ставропольском крае. В группе наиболее перспективных территорий для развития малой энергетики, кроме Северного Кавказа, выделены Калининградская, Свердловская, Челябинская области, Республики Карелия, Бурятия и Алтай, Алтайский край, Приморский край и Камчатская область.

Комплексное освоение ресурсов малых рек является основой обеспечения устойчивого развития территорий, связанных с их бассейнами – восстановления и сохранения уникальных природных объектов, создания благоприятных условий для жизнедеятельности людей, экономического развития регионов [147; 309; 598].

74

Рис. 3.20. Малая ГЭС на р. Молдинке у д. Молдино в Тверской области, одна из трех в каскаде [Огонек, 1962. – №6]

Рис. 3.21. Чемальская МГЭС на р. Чемал, притоке р. Катуни: построена в 1935 г., мощность 400 кВт, работала до 2011 г.

[http://www.chemalskayagas.ru]

Рис. 3.22. Амсарская малая ГЭС в Дагестане

[http://www.inset.ru/equ/Amsar.jpg]

75

3.5. Возможности нетрадиционной электроэнергетики

Для стран, не имеющих в достаточном количестве традиционных энергоносителей, привлекательно вовлечение в экономику нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Среди них энергия ветра, солнечная энергия, геотермальная энергия, энергия биотоплива, а также энергия морских приливов и др. Эксперты ООН еще в 1991 г. проанализировали воздействие нетрадиционной энергетики на окружающую среду и заключили, что тезис об ее экологической чистоте неверен. В той или иной степени эти производители энергии могут быть экологически опасны [344; 374].

Действующие ветроэлектростанции (ВЭС) сконцентрированы в Европе – 61 %, в Северной Америке – 20 % и Азии – 17 %. Самый большой ветрогенератор построен в Германии. Его ротор диаметром 126 м установлен на башне высотой 180 м. Мощность ветрогенератора 5 МВт.

В России общая установленная мощность ветроэлектростанций составляла в 2010 г. 14,6 МВт. Самой крупной была Куликовская ВЭС в Калининградской области суммарной мощностью 5,1 МВт, построенная в 1998

– 2002 гг. (рис. 3.23). За ней – Анадырская (2,5 МВт), Башкирская (2,2 МВт), Воркутинская (1,5 МВт), на острове Беринга (1,2 МВт), Калмыцкая (1 МВт) и др. [472]. В 2020 г. компания «НоваВинд», созданная в структуре корпорации «Росатом», запустила в Ставропольском крае Кочубеевскую ВЭС с 84 генераторами диаметром по 50 м на опорах высотой по 100 м общей мощностью 210 МВт. Это вторая ВЭС компании в стране, первым был ветропарк в Адыгее из 60 установок [АиФ, 2019. – №45].

Ветроэлектрические станции можно строить в тех районах, где средняя скорость ветра не менее 3 – 5 м/с. Наиболее богаты ветроэнергетическими ресурсами побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов. Выбраны площадки для размещения ВЭС в других регионах, в том числе на европейской территории страны (табл. 3.10).

Ветровой поток никогда не бывает стабильным, его скорость меняется даже в течение минуты в широких пределах. Поэтому практически все ветрогенераторы мощностью до 5 000 кВт, предлагаемые в настоящее время на мировом рынке, относятся к так называемым сетевым ВЭУ. Это означает, что они могут работать только при наличии внешней электрической сети – централизованной или локальной, например, создаваемой дизель-генерато- ром, гидрогенератором и др. [356].

77

Ветроэнергетические установки оказывают существенное негативное влияние на окружающую среду. Они вызывают акустическое излучение. У установок мощностью более 250 кВт на концах лопаток ветроколес возникает инфразвук, отрицательно воздействующий на живые существа. В районах, где появляются ветровые электрогенераторы, сначала пропадают птицы, потом мелкие наземные животные, затем люди, не терпящие шума и инфразвука, перебираются в другие места, чахнет растительность. При размещении ВЭУ в акваториях морей ухудшаются условия существования морской фауны. Высока аварийность ветроэнергетических установок. В Дании на 2 000 ВЭУ приходится 2 520 вынужденных остановок в год и 116 случаев разрушения их элементов, которые могут быть отброшены на 400 – 800 м [374; 435; 653].

Не всегда положительным был опыт внедрения ВЭС в России. В 2002 г. из полученных в дар от Дании 20 бывших в употреблении ветроколес диаметром по 14 м в хорошем состоянии собрали Куликовскую ВЭС (5,1 МВт) в Калининградской области. Из-за трудностей с обслуживанием и ремонтом работали 14 установок. При сильном ветре одна из 30-метровых опор с ветрогенератором рухнула, детали разлетелись по округе. В 2019г. после 15летней эксплуатации Куликовскую ВЭС демонтировали. Но технический прогресс не стоит на месте. В 2018 г. неподалеку от подлежавшей демонтажу станции ввели в эксплуатацию Ушаковскую ВЭС мощностью 5,1 МВт из трех установок с ветроколесами диаметром 30 м, привезенных из Германии. Новый ветропарк интегрировали в цифровой район электрической сети.

Солнечные электростанции различают по принципу работы. Наиболее распространены СЭС, использующие кремниевые элементы (фотобатареи), непосредственно выдающие электроэнергию. Другой тип (башенный) основан на получении водяного пара: вода в резервуаре, установленном на

78

башне, нагревается сфокусированным зеркалами солнечным лучом, превращаясь в пар, вращающий турбогенератор. Наиболее крупные в мире СЭС имеют мощность порядка 20 – 30 МВт и более.

Солнечные электростанции могут работать в районах, где продолжительность солнечного сияния составляет не менее 2000 часов в год, а количество поступающей на земную поверхность радиации превышает 1300 кВт ч/м2. К таким районам в нашей стране относятся юг Дальнего Востока и европейской части России. Удельная выработка электрической энергии с помощью фотоэлектрических генераторов теоретически может составить здесь 250 – 300 кВт ч/м2 в год [47]. В 2015 г. была запущена в работу Бугульчанская СЭС в Башкирии: на площади 27 га установлены фотоэлектрические элементы, выдающие мощность 5 МВт (рис. 3.24). В 2019 г. заработала Старомакаровская СЭС проектной мощностью 100 МВт в Грачевском районе Ставропольского края, размещенная на 280 га пустовавших земель. Главу района «рядом с солнечными батареями охватывает ощущение, что наступило будущее». Солнечные батареи ночью не работают, а «днем могут заменять работу электростанций на углеводородном топливе» – полагает главный инженер СЭС. Инвестор «Соларс Системс» начинает строительство СЭС мощностью 115,6 МВт в Левокумском районе Ставрополья, также в Астраханской, Волгоградской, Самарской областях [АиФ, 2019. – №45].

Периодичность, зависимость от состояния атмосферы (облачности), неравномерность притока солнечной радиации в течение суток и года требуют придания СЭС аккумулирующих или дублирующих энергетических систем.

Солнечные электростанции землеемки, имеют удельную мощность около 0,08 кВт/м2 площади батарей. Изготовление гелиоэнергетического оборудования требует материалов (кремния и др.), получение которых связано с загрязнением окружающей среды. Строительство СЭС может вызвать местные нарушения теплового баланса поверхности Земли, изменить направления ветров, характер почв и растительности. Неблагоприятные экологические последствия могут возникать от утилизации отслуживших срок солнечных батарей [374].

Геотермальная энергетика развивается по программе «Огонь без дыма», курируемой Глобальным экологическим фондом и Мировым банком реконструкции и развития. В программе участвует и Россия [372].

В 1967 г. на Камчатке была построена Паужетская ГеоЭС, в 1968 г. – Паратунская ГеоЭС, за последние годы построены 5 энергоблоков Мутнов-

79