Лилия Малик
Прототипом малых ГЭС были мельницы.
Фото Reuters
В Российской Федерации в настоящее время функционирует мощный водохозяйственный комплекс, обеспечивающий потребности различных отраслей хозяйства и населения в водных ресурсах. В состав комплекса входят около 2300 водохранилищ объемом от 1 млн. куб. м, более двух десятков тысяч прудов и небольших водохранилищ на малых реках, 110 судоходных шлюзов, берегозащитные сооружения, ограждающие дамбы и др. Существенную роль в этом комплексе играют малые реки, значение которых выросло в последние годы в связи с перспективами освоения их гидроэнергетического потенциала.
Строительство и восстановление гидроэлектростанций на малых реках (МГЭС) является одним из наиболее перспективных направлений использования возобновляемых источников энергии в России. При этом экономический потенциал МГЭС превышает потенциал таких видов нетрадиционной энергетики, как ветер, солнце, вместе взятые, и составляет около 70 млн. т ут/год.
В последние годы роль малых ГЭС (мощностью менее 25 МВт) выросла в связи с дефицитом органического топлива, необходимостью электрификации изолированных сельских и промышленных потребителей, большими затратами на транспортировку дизельного топлива в отдаленные районы с рассредоточенными потребителями энергии, недоступными для получения электроэнергии по линиям электропередачи. Возможности малых ГЭС активно обсуждаются в связи с их преимуществами перед другими источниками энергии в условиях глобальных изменений климата и водных ресурсов.
Малые реки длиной до 100 км преобладают в гидрографической сети по числу и общей длине: из 3 млн. рек на территории бывшего СССР 2,9 млн. – малые реки, 94% длины речной сети России – малые водотоки. Их сток колеблется от 25 до 85% и составляет в среднем около 50% общего стока рек. Большинство из малых рек являются верхними звеньями и истоками крупных речных систем.
В водохозяйственном балансе сток малых рек невелик – около 25%, а безвозвратное потребление водных ресурсов из них – около 22%. Но значение малых рек в жизни общества трудно переоценить в связи с их исключительной ролью в удовлетворении потребностей хозяйства в водных ресурсах и охватом их бассейнами значительных территорий. Малые реки – важная составляющая среды обитания значительной части населения. На их водосборах и в прибрежных зонах сосредоточено до 44% городских жителей и 90% – сельских, 127 тыс. малых рек используется для нужд населения и хозяйственного комплекса. Это определяет в значительной степени сильное антропогенное воздействие на водные ресурсы малых рек и их общее состояние.
В лаборатории гидрологии Института географии РАН автором статьи разработаны концептуальные подходы к решению проблем использования малых рек для целей энергетики. Концептуальная схема развития малой гидроэнергетики, представленная на схеме, отражает преимущества МГЭС, комплекс решаемых при эксплуатации задач и требуемые для их выполнения мероприятия. Большое внимание сосредоточено на остро необходимых научно-организационных, законодательных и нормативно-правовых мероприятиях и анализе факторов, сдерживающих проектирование и строительство МГЭС.
Развитие малой гидроэнергетики должно быть тесно связано с улучшением состояния малых рек. Создаваемые плотины и водохранилища не только не должны нарушать жизнедеятельность малых рек – напротив, обязаны содействовать их возрождению. С этой целью необходима разработка водоохранных мероприятий с учетом потребностей в водных ресурсах ближайших промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий. Расчистка, спрямление, углубление русел и ряд других мероприятий должны помочь контролировать глубину малых рек, режим поемности, степень зарастания и отложения наносов. Углубление и расширение рек позволяют вскрыть родники и увеличить приток чистой воды. Таким образом, восстановление малых рек помимо экономического имеет важный социальный аспект: чистые реки с живой водой – это признак здорового общества и благополучной экологии.
Не менее острая проблема – безопасное функционирование МГЭС. Наиболее распространенным видом аварий на плотинах ГЭС, особенно малых, является перелив воды через гребень плотин, вызванный прохождением паводков с расходами воды выше расчетных, то есть связанный с ошибками проектантов, отказом водосбросного гидромеханического оборудования, недостатками в работе технического персонала, плохой освещенностью рек данными гидрологических наблюдений.
На неохваченных систематическими наблюдениями малых реках трудности в установлении экстремальных расходов воды заключаются прежде всего в малых сроках, отводимых на исследования к проектам. В этот короткий период изыскатели могут не зафиксировать экстремальных расходов. Особенно опасно отсутствие значений наивысших дождевых паводков, обладающих большой нерегулярностью, что не дает возможности установить их обеспеченность. В этих случаях привлекают наблюдения на соседних малых реках, используя метод аналогий или региональные расчетные методы.
Наиболее эффективно создание малых гидростанций на горных реках с устойчивыми к размыву и подтоплению валунно-галечниковыми руслами и каменистыми склонами долин. Нередко для строительства МГЭС используются верхние участки ледниково-троговых долин с плоскими днищами и крутыми бортами, чередующимися с участками пологих склонов, благоприятными для образования емкостей.
Но в бассейнах многих горных рек нередко формируются снежные лавины, массовый сход которых зависит от рельефа, количества зимних осадков и сильных ветров. Конусы выноса некоторых лавин полностью перекрывают русла рек плотным снегом, смешанным с камнями и деревьями. Такая плотина вызывает прекращение стока реки на одни-двое суток и более.
Зимний режим малых рек и ледовые явления, а также сезонные маловодья приводят к тому, что МГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии и являются сезонными электростанциями, требующими дублирующих источников энергии. В связи с этим изучаются возможности совместной работы в оптимальном режиме единого комплекса МГЭС, ветровых и солнечных установок для компенсации свойственных этим энергоисточникам суточной и сезонной неравномерности в выработке энергии. Так, на севере европейской части России ветроэнергетический парк «Заполярный», состоящий из 10 ветроагрегатов и входящий в состав местной энергосистемы, обеспечивает электроснабжение насосной станции Усинского гидроузла.
При осуществлении мероприятий по развитию нетрадиционной энергетики Россия может в определенной степени использовать опыт стран Европейского союза. В 2000 году был начат энергодиалог ЕС–Россия, в том числе в области возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Его первым результатом было создание Технологического центра для усиления сотрудничества в энергетическом секторе между ЕС и РФ. Ряд международных круглых столов, организованных ЕС, Интерсоларцентром и Технологическим центром в представительстве ЕС в Москве, был посвящен актуальным проблемам развития ВИЭ, в том числе МГЭС.
