Гидроэнергетика россии

ГЭС и окружающая среда

Про­цесс про­из-ва элек­тро­энер­гии на ГЭС, в от­ли­чие от ТЭС и АЭС, эко­ло­ги­че­ски без­вре­ден. При нор­маль­ной ра­бо­те ГЭС к.-л. вред­ные вы­бро­сы в ок­ру­жаю­щую сре­ду от­сут­ст­ву­ют. Боль­шин­ст­во ГЭС Рос­сии рас­по­ла­га­ет­ся в Ев­роп. час­ти стра­ны, ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет­ся рав­нин­ной ме­ст­но­стью. Соз­да­ние во­до­хра­ни­лищ для экс­плуа­та­ции ГЭС вле­чёт за со­бой из­ме­не­ние при­род­ных ус­ло­вий. Влия­ние ис­кусств. во­до­хра­ни­лищ мо­жет быть по­ло­жи­тель­ным и от­ри­ца­тель­ным. По­ло­жи­тель­ное влия­ние со­сто­ит в воз­мож­но­сти оро­ше­ния зе­мель­ных уго­дий из соз­дан­ных во­до­хра­ни­лищ. В то же вре­мя соз­да­ние круп­ных во­до­хра­ни­лищ в рав­нин­ных рай­онах при­во­дит к за­то­п­ле­нию зе­мель, изъ­я­тию их из хо­зяйств. обо­ро­та, подъ­ё­му грун­то­вых вод и, как след­ст­вие, к из­ме­не­нию тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма во­ды, за­бо­ла­чи­ва­нию и свя­зан­но­му с этим ухуд­ше­нию са­ни­тар­но-эпи­де­мио­ло­гич. ус­ло­вий ме­ст­но­сти. Из-за уве­ли­че­ния зер­ка­ла вод­ной по­верх­но­сти рез­ко воз­рас­та­ют по­те­ри во­ды на ис­па­ре­ние. Ле­том и осе­нью темп-ра во­ды в во­до­хра­ни­ли­ще из-за зна­чи­тель­но­го его объ­ё­ма ста­но­вит­ся ни­же, чем в ре­ке (ниж­нем бье­фе). Это при­во­дит к бо­лее ран­не­му ле­до­ста­ву, со­кра­ща­ет сро­ки на­ви­га­ции, не­бла­го­при­ят­но воз­дей­ст­ву­ет на фау­ну. В рай­оне во­до­хра­ни­ли­ща из­ме­ня­ет­ся ми­кро­кли­мат, по­вы­ша­ет­ся влаж­ность воз­ду­ха, час­то об­ра­зу­ют­ся ту­ма­ны. При этом сни­жа­ет­ся сред­не­го­до­вая сум­ма осад­ков, из­ме­ня­ют­ся на­прав­ле­ние и ско­рость вет­ра, умень­ша­ет­ся ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний темп-ры в те­че­ние су­ток. Уве­ли­че­ние дав­ле­ния на дно ре­ки мо­жет при­вес­ти к соз­да­нию ус­ло­вий для по­вы­ше­ния сейс­мич. ак­тив­но­сти в ре­гио­не. Час­тые ко­ле­ба­ния уров­ня во­ды в во­до­хра­ни­ли­ще при­во­дят к пе­ре­фор­ми­ро­ва­нию его бе­ре­гов и дна, со­про­во­ж­да­ют­ся об­ра­зо­ва­ни­ем под­вод­ных от­ме­лей. На дне во­до­хра­ни­ли­ща (во­до­ёмов) на­ка­п­ли­ва­ют­ся ты­ся­чи тонн осад­ков (как пра­ви­ло, ядо­ви­тых, за счёт сли­ва пром. и бы­то­вых сто­ков в ре­ку). Это прак­ти­че­ски на­все­гда вы­во­дит тер­ри­то­рию из даль­ней­ше­го ис­поль­зо­ва­ния, да­же в слу­чае спус­ка во­до­хра­ни­ли­ща. Ли­к­ви­да­ция во­до­хра­ни­лищ по­тре­бу­ет до­пол­нит. строи­тель­ст­ва же­лез­ных и шос­сей­ных до­рог и за­труд­не­на так­же тем, что совр. су­да при­спо­соб­ле­ны к бóльшим глу­би­нам, чем в ре­ках с не­за­ре­гу­ли­ро­ван­ным сто­ком, и за­ме­на их на су­да с мень­шей осад­кой по­тре­бу­ет зна­чит. фи­нан­со­вых за­трат.

ГЭС на гор­ных ре­ках удоб­ны тем, что не свя­за­ны с за­то­п­ле­ни­ем боль­ших тер­ри­то­рий, но они мо­гут быть опас­ны из-за до­воль­но вы­со­кой ве­ро­ят­но­сти ка­та­ст­роф вви­ду сейс­мич. не­ста­биль­но­сти этих рай­онов. Зем­ле­тря­се­ния при­во­дят к ог­ром­ным жерт­вам; так, в 1963 при про­ры­ве пло­ти­ны ГРЭС в Вай­о­не (Ита­лия) по­гиб­ло бо­лее 2 тыс. чел., а в 1979 в шта­те Гуд­жа­рат (Ин­дия) при про­ры­ве пло­ти­ны на ГЭС «Мор­ви-Ма­чу» – бо­лее 15 тыс. че­ло­век.

Эко­ло­гич. ор­га­ни­за­ции рас­смат­ри­ва­ют строи­тель­ст­во ма­лых ГЭС как тех­но­ло­гии, ща­дя­щие ок­ру­жаю­щую сре­ду, и под­дер­жи­ва­ют раз­ви­тие ма­лой гид­ро­энер­ге­ти­ки. Про­ве­де­ны ис­сле­до­ва­ния (1990–2000) по оп­ре­де­ле­нию ко­ли­че­ст­вен­но­го ущер­ба ок­ру­жаю­щей сре­де, вы­зван­но­го ге­не­ра­ци­ей элек­тро­энер­гии от 8 ис­точ­ни­ков: бу­ро­го и ка­мен­но­го уг­ля, неф­тя­но­го то­п­ли­ва, при­род­но­го га­за, ядер­но­го то­п­ли­ва, вет­ра, сол­неч­ных фо­то­эле­мен­тов и ма­лых ГЭС. В ре­зуль­та­те по­лу­че­ны сле­дую­щие вы­во­ды: ма­лые ГЭС в це­лом в 31 раз ме­нее вред­ны для ок­ру­жаю­щей сре­ды, чем тра­диц. ис­точ­ни­ки, а 1 кВт·ч элек­трич. энер­гии, про­из­ве­дён­ный ма­лы­ми ГЭС, в 300 раз чи­ще, чем при сжи­га­нии бу­ро­го уг­ля. См. так­же Гид­ро­энер­ге­ти­ка.

Саяно-Шушенская ГЭС (6400 МВт)

Пока же самая большая ГЭС в России – Саяно-Шушенская им. Непорожнего, на начало этого года она была 14-й в мире среди действующих ГЭС. Она построена на Енисее, недалеко от посёлка Черёмушки и Саяногорска, на границе между Хакасией и Красноярским краем. Это первая ступень Енисейского каскада ГЭС. Её арочно-гравитационная плотина имеет высоту 242 м, она самая высокая в России и на одном из первых мест в мире.
В названии станции фигурирует название Саянских гор и находящегося не так далеко села Шушенское, получившего во времена СССР широкую известность как место, куда был сослан В. Ульянов (Ленин).
Строить эту ГЭС начали в 1963 году, а формально закончили лишь в 2000 году. Уже по ходу строительства плотины возникали проблемы, такие как возникновение трещин в теле плотины и разрушение водосбросных сооружений, которые успешно преодолевались. Но 17 августа 2009 года здесь случилась крупнейшая в российской гидроэнергетике катастрофа, унёсшая жизни 75 человек. Восстановили станцию лишь к концу 2014 года.

Волжская ГЭС (2671 МВт)

Ныне Волжская, а ранее Сталинградская и Волгоградская ГЭС построена на реке Волге на территории Волгоградской области. Она является крупнейшей в европейской части России, а на протяжении 1960-63 годов была крупнейшей в мире электростанцией. Является нижней ступенью Волжско-Камского каскада ГЭС. На правом берегу находится район Волгограда, а на левом – город Волжский.
Эту ГЭС строили с 1952 по 1961 год, она относится к средненапорной ГЭС руслового типа. Ввод её в строй решил многие вопросы энергоснабжения Донбасса и Нижнего Поволжья, объединения энергосистем центра, юга и Поволжья. В Нижнем Поволжье появилась энергетическая база для продолжения развития народного хозяйства. Благодаря Волжской ГЭС был завершён глубоководный водный путь от Саратова до Астрахани. По плотине ГЭС организовано постоянное автомобильное и железнодорожное движение через Волгу, которое обеспечило кратчайшую связь между собой районов Поволжья. Водохранилище ГЭС также используется для обводнения и орошения местных засушливых земель.

Классификация и конструктивные отличия

Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений. В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:

1. Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
2. Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
3. Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
4. Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
5. Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.

ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы. Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.

Влияние ГЭС на экологию

Гидростанции негативно сказываются на экологии, потому что вырабатывают водяные пары и увеличивают испарение воды из-за расширения площади ее поверхности. Это провоцирует изменения в микроклимате, сказывающиеся на экосистеме.

Также происходит существенное нагревание и понижение качества воды. Из-за перегрева в воде уменьшается уровень кислорода, что провоцирует зарастание дна водорослями.

Также водоемы загрязняются разлагающимися органическими отходами (листьями, ветвями деревьев и т.д.) из-за отсутствия водообмена. Все это приводит к ухудшению условий жизни и повышению заболеваемости рыб и других водных обитателей.

Братская ГЭС (4500 МВт)

Братская ГЭС им. 50-летия Великого Октября находится в Иркутской области, на Ангаре возле Братска. Является второй ступенью Ангарского каскада ГЭС. Плотина станции удерживает Братское водохранилище – крупнейшее в стране и одно из самых больших в мире по полезному объёму.

В 1965 году по плотине этой ГЭС проследовали первые железнодорожные составы, а месяц спустя открыто было и автомобильное движение. Когда в конце 1966 года под промышленную нагрузку встал 18-й гидроагрегат станции, она стала крупнейшей на тот момент в мире. В 2006 года на Братской ГЭС начата последовательная модернизация гидроагрегатов.
13 января 2010 года на Братской ГЭС был выработан рекордный для Евразии триллионный киловатт электроэнергии. Вклад Братской ГЭС в энергозону Сибири нельзя переоценить. Она стала базовым элементом Братского территориально-производственного комплекса и главным поставщиком энергии для Братского алюминиевого завода.

Гидроэнергетика в мире

Плотина крупнейшей в Киргизии Токтогульской гидроэлектростанции на банкноте достоинством в 100 сом

На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.

Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.

Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).

На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны:

Принцип работы

ГАЭС использует в своей работе либо комплекс генераторов и насосов, либо обратимые гидроэлектроагрегаты, которые способны работать как в режиме генераторов, так и в режиме насосов. Во время ночного провала энергопотребления ГАЭС получает из энергосети дешёвую электроэнергию и расходует её на перекачку воды в верхний бьеф (насосный режим). Во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывает при этом дорогую пиковую электроэнергию, которую отдаёт в энергосеть (генераторный режим).

В крупных энергосистемах большую долю могут составлять мощности тепловых и атомных электростанций, которые не могут быстро снижать выработку электроэнергии при ночном снижении энергопотребления или же делают это с большими потерями. Этот факт приводит к установлению существенно большей коммерческой стоимости пиковой электроэнергии в энергосистеме, по сравнению со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой в ночной период. В таких условиях использование ГАЭС экономически эффективно и повышает как эффективность использования других мощностей (в том числе и транспортных), так и надёжность энергоснабжения.

Первые ГАЭС в начале XX века имели КПД не больше 40 %, КПД современных ГАЭС составляет 70-75 %.

Примечания

1. ↑ . Минэнерго России. Дата обращения 11 сентября 2019.
2. Васильев Ю.С., Елистратов В.В. Рецензия на справочник «Возобновляемая энергия. Гидроэлектростанции России» // Гидротехническое строительство. — 2019. — № 4. — С. 64.
3. ↑ , с. 4—5.
4. , с. 10—39.
5. . РусГидро. Дата обращения 11 сентября 2019.
6. , с. 14—17, 45.
7. . ТГК-1. Дата обращения 11 сентября 2019.
8. , с. 32—33.
9. , с. 46—47, 54—55.
10. Симонов Н. С. Развитие электроэнергетики Российской империи: предыстория ГОЭЛРО. — М.: Русский фонд содействия образованию и науке, 2018. — С. 129. — 320 с. — ISBN 978-5-91244-175-2.
11. , с. 26-28.
12. , с. 28.
13. , с. 29.
14. . БЕЗФОРМАТА.ру. Дата обращения 12 сентября 2019.
15. , с. 32-37.
16. , с. 32-34.
17. , с. 59-67.
18. , с. 97-115.
19. , с. 103-106.
20. , с. 131-139.
21. , с. 165—177, 200-202.
22. , с. 214-222, 248-251, 266-269.
23. , с. 284—289.

Плюсы и минусы гидроэлектростанций

Плюсы и минусы ГЭС и созданных водохранилищ занесены в таблицу.

Если сравнивать ГЭС с АЭС и другими видами электростанций, то преимуществом ГЭС является то, что для ее работы не требуется добывать ядерное топливо, нефть или уголь, а по итогам работы в атмосферу не выбрасываются токсины и не остаются опасные неразлагаемые отходы.

Приливные электростанции (ПЭС).

Для создания экономичной приливной электростанции необходимо сочетание необычайно большого перепада уровней при приливе и отливе (6 м и более) с особенностями береговой линии, позволяющими создать плотину и водный бассейн соответствующих размеров. На Земле не так много мест, где выполняются эти условия: побережья штата Мэн (США) и провинции Нью-Брансуик (Канада), некоторые заливы Желтого моря, Персидский залив, Аляска, некоторые места Аргентины, юг Англии, север Франции, север европейской России и ряд заливов Австралии. Но даже в таких подходящих местах, как залив Пассамакуодди на границе штата Мэн и провинции Нью-Брансуик, ПЭС в настоящее время вряд ли могли бы по стоимости вырабатываемой электроэнергии конкурировать с современными ТЭС.

В проектах ПЭС обычно предусматривается создание двух бассейнов – верхового и низового – с водопропускными отверстиями и затворами. Верховой бассейн наполняется во время прилива, а затем опорожняется в низовой, опорожнившийся при отливе.

Электроэнергетика

Крупнейшая в России тепловая электростанция — Сургутская ГРЭС-2 обеспечивает электроэнергией важнейший для России нефтегазовый промысел в Западной Сибири, сжигает ценное нефтехимическое сырьё и автомобильное топливо — Нефтяной газ

Значение электроэнергетики в экономике России, так же как и её общественной жизни трудно переоценить — это основа всей современной жизни.

По важному показателю — выработке на одного жителя в 2005 году страна находилась приблизительно на одном уровне с такими энергоимпортирующими государствами как Германия и Дания, имеющими меньшие транспортные потери и затраты на отопление. Однако после спада в 90-х с 1998 года потребление постоянно растёт, в частности в 2007 году выработка всеми станциями единой энергосистемы составила 997,3 млрд кВт·ч (1 082 млрд кВт·ч в 1990 году).. Производство электроэнергии в 2017 году составило 1,091 трлн кВт·ч, что на 0,1% выше уровня 2016 года.

Производство электроэнергии в 2017 году составило 1,091 трлн кВт·ч, что на 0,1% выше уровня 2016 года.

АЭС за этот период нарастили производство на 3,3%, до 203 млрд кВт·ч. Тепловые станции снизили производство на 0,8% — до 700 млрд кВт·ч. Гидроэлектростанции увеличили выработку на 0,3%, до 187 млрд кВт·ч.

В структуре потребления выделяется промышленность — 36 %, ТЭК — 18 %, жилой сектор — 15 % (несколько заместивший в 90-х провал потребления в промышленности), значительны потери в сетях, достигающие 11,5 %. По регионам структура резко отличается — от высокой доли ТЭК в западной Сибири и энергоёмкой промышленности в Сибирской системе, до высокой доли жилого сектора в густонаселённых регионах европейской части.

Магистральная ЛЭП 500 кВ Волжская ГЭС — Москва

В 2003 году начат процесс реформирования «ЕЭС России». Основными вехами реформирования электроэнергетики стали завершение формирования новых субъектов рынка, переход к новым правилам функционирования оптового и розничных рынков электроэнергии, принятие решения об ускорении темпов либерализации, размещение на фондовом рынке акций генерирующих компаний. Осуществлена государственная регистрация семи оптовых генерирующих компаний (ОГК) и 14 территориальных генерирующих компаний (ТГК). В отдельную Федеральную сетевую компанию (ФСК ЕЭС), контролируемую государством, выделена основная часть магистральных и распределительных сетей.

Железнодорожный транспорт — крупный и особенно важный для хозяйства страны потребитель энергии

Кроме того действуют и более независимые или изолированные энергокомпании «Янтарьэнерго», «Якутскэнерго», «Дальневосточная энергетическая компания», «Татэнерго», «Башкирэнерго», «Иркутскэнерго» и «Новосибирскэнерго».

В 2008 году владельцем акций межрегиональных сетевых компаний по распределению энергетических ресурсов стал «Холдинг МРСК».

Крупными игроками российской электроэнергетики с конца 2007 года стали германская компания E.ON, теперь контролирующая один из крупнейших энергоактивов — ОГК-4, итальянская ENEL теперь ключевой акционер ОГК-5. С 2008 года финский концерн Fortum контролирует бывшую ТГК-10.

Техническое развитие классической электроэнергетики России связывается введением в энергосистему более эффективных и маневренных парогазовых установок в том числе и в составе теплоцентралей.

Предыстория развития гидростроения в России[3]

Основная статья: Гидроэнергетика России

Первая очередь строительства ГЭС:

В Советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утвержден 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен в СССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвященная гидроэнергетике, называлась «Электрификация и водная энергия». В ней указывалось, что гидроэлектростанции могут быть экономически выгодными, главным образом, в случае комплексного использования: для выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства или мелиорации. Предполагалось, что в течение 10-15 лет в стране можно соорудить ГЭС общей мощностью 21 254 тыс. лошадиных сил (около 15 млн кВт), в том числе в европейской части России — мощностью 7394, в Туркестане — 3020, в Сибири — 10 840 тыс. л.с. На ближайшие 10 лет намечалось сооружение ГЭС мощностью 950 тыс. кВт, однако в последующем было запланировано сооружение десяти ГЭС общей рабочей мощностью первых очередей 535 тыс. кВт.

Хотя уже за год до этого в 1919 году Совет труда и обороны признал строительства Волховской и Свирской гидростанций объектами, имеющими оборонное значение. В том же году началась подготовка к возведению Волховской ГЭС, первой из гидроэлектростанций, возведенных по плану ГОЭЛРО.

Однако и до начала строительства Волховской ГЭС Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями. Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие 19-го века и первые 20 лет двадцатого столетия достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований.

Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Березовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Березовка (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырехтурбинная общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.

На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трехфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъёмники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.