Развитие Гидроэнергетики
Гидроэнергетика как отрасль энергетики зародилась в конце 19 века, но получила мощное развитие в 20 веке, когда произошло основное приращение мощности. Поэтому из всех возобновляемых источников гидравлическая энергия в настоящее время используется особенно широко. Общая установленная мощность ГЭС в мире (на конец 2005 г.) достигла более 836 ГВт (без учета малых ГЭС) и они вырабатывают около 2994 ТВтч/год, что составляет немногим более 16% от мирового технического потенциала гидравлической энергии (табл. 1.12).
Интересно сравнить изменения, произошедшие в «большой» гидроэнергетике например с 2000 года. При сохранении примерно той же доли гидроэнергии в общем объеме производства, общая мощность ГЭС возросла с 740 ГВт до 836 ГВт, т.е на 11 %. Страны- лидеры по темпам ввода: Китай увеличение мощности с 53 ГВт до 108 ГВт - на 50 %, Индия - с 22 до 31 ГВт - на 30%, Бразилия - 59 до 69 ГВт.
Этапы освоения ресурсов гидроэнергетики в различных странах мира проходили в разное время. Так, на 50-80-е годы 20 века пришелся максимум ввода ГЭС в таких странах как Австрия, Канада, СССР, США, Норвегия, Италия, Швеция, Япония и ряде других, когда осваивались наиболее эффективные створы и строились мощные ГЭС. Чуть позже этот процесс наблюдался в Бразилии, Венесуэле, Индии и других. Сейчас наблюдается большой размах строительства ГЭС в Китае, Аргентине, Колумбии и других странах. Можно обратить внимание, что рост мощности ГЭС совпадает с темпом роста экономического потенциала страны. В странах прошедших этапы максимума использования гидроэнергетического потенциала стали обращать большее внимание на экологические проблемы сооружения ГЭС, и ведется активный поиск экологически безопасных технологий использования водной энергии.
По сравнению с другими видами ВИЭ, гидроресурсы - наиболее широко используемый возобновляемый источник энергии в России, дающий 18 % всей генерации электричества (2000 год). В России есть 98 крупных электростанций с полной установленной мощностью около 46,1 ГВт. Эти системы генерируют в среднем 156-170 млрд. кВтч электроэнергии в год. С другой стороны — Россия использует лишь около 23 % своего экономического гидроэнергетического потенциала, что относительно других стран немного, к примеру, Соединенные штаты и Канада используют 50-55 %, а некоторые европейские страны и Япония - 60-99 % экономического потенциала.
В европейской части России освоено около половины гидроэнергетических ресурсов, в Сибири только пятая часть, а на Дальнем Востоке всего 3,3 % ресурсов. В основном, ресурсы освоены в густо населенных районах. В наибольшей степени используется Волга.
Как видно из Таблицы 1.13, освоение гидроэнергетических ресурсов (включая работающие и строящиеся крупные гидроэлектростанции) составляет 68-74% экономического потенциала в Волго-Вятском регионе и в Поволжье, в то время как в Западной Сибири освоено лишь 2 % экономического потенциала.
Многие российские ГЭС эксплуатируются уже долгие годы и нуждаются в реконструкции. По данным «РусГидро» около 56 % всех действующих гидроэнергетических установок (45% установленной мощности) используют оборудование, проектный срок эксплуатации которого значительно превышен. Всемирная комиссия по плотинам еще пессимистичнее: в 2000 году комиссия обнаружила, что 70 % установок находилось в эксплуатации дольше проектного срока. Такая ситуация связана с недостатком финансирования гидроэлектростанций. При существующей структуре тарифов и неэффективном централизованном финансировании, гидроэлектростанции испытывают недостаток средств для замены устаревшего оборудования, снижая, таким образом, надежность своей работы.
С 2001 году РАО ЕЭС, а сейчас РусГидро ведет строительство 16 гидроэлектростанций в Сибири, на Дальнем Востоке и на севере и юге европейской части России. Эти станции имеют проектную мощность 9000 МВт и должны будут генерировать 36 миллиардов кВт-час электроэнергии в год. Крупнейшая из строящихся на сегодняшний день - Бурейская ГЭС (Амурский край, Дальний Восток) с проектной мощностью 2000 МВт и годовой генерацией более 7000 миллионов кВт-час. Строительство станции началось в 1983, но было приостановлено из-за недостатка финансирования. Первый блок был введен в эксплуатацию в июне 2003 года. Завершение строительства планируется на 2008 год. Возобновилось строительство Богучанской ГЭС мощностью 3000 МВт.
В настоящее время в России разработана программа развития крупной гидроэнергетики на ближайшие 10-15 лет, которую инициирует федеральная гидрогенерирующая компания ОАО «ГидроОГК» (сейчас ОАО «РусГидро»). Проект программы предполагает, что в 2010 году мощность ГЭС может увеличиться на 4,2 - 4,5 млн. кВт, к 2015 году еще на 9,5 млн. кВт, а к 2020 году - еще на 19 млн. кВт (рис. 1.12). За этот период должны быть достроены ранее начатые строительством ГЭС, а также ряд крупных ГЭС в Сибири и на Дальнем Востоке, ряд ГАЭС в Европейской России. Только такие темпы позволят обеспечить примерно такую же, как сейчас долю гидрогенерации в общем объеме производства электроэнергии в России.
В России существуют серьезные стимулы для развития средних и крупных гидроэнергетических проектов. Крупные ГЭС повышают надежность электроснабжения, давая относительно дешевый, возобновляемый, экологически чистый источник энергии. Они могут также быть важным элементом международного обмена, производя энергию на экспорт. Однако, экологическое воздействие крупных гидроэнергетических объектов на окружающую среду требует очень внимательной оценки и иногда может становиться препятствием их развитию. Одним из таких проектов, имеющих большое энергетическое и социально-экономическое значение, существенно повышающий энергетическую безопасность и надежность энергоснабжения, является проект Эвенкийской ГЭС на р. Нижняя Тунгуска (рис. 1.13) . Это будет самая крупная ГЭС в России.
Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение в качестве важной составляющей электроэнергетики многих стран мира. Большое количество малых ГЭС построено в Западной Европе, Австралии, Азии, Северной и Южной Америке. Лидирующая роль в развитии малой гидроэнергетики принадлежит Китаю, где установленная мощность МГЭС на 2006 год составила около 45000 МВт, а к 2015 году прогнозируется ее увеличение до 56000 МВт. В ряде стран установленная мощность малых ГЭС превышает 1000 МВт (США, Канада, Швеция, Испания, Франция, Италия). Особое значение малая гидроэнергетика имеет для развивающихся стран, где около 2 млрд. человек вообще не пользуются электроэнергией. Достоинством малых ГЭС является низкая абсолютная капиталоемкость, короткий инвестиционный цикл. Они могут сооружаться практически на любых водных объектах, имеющих сколь-нибудь значимый гидроэнергетический потенциал: на малых реках и ручьях, водосборных сооружениях мелиоративных систем, водосбросах ТЭЦ, а также в питьевых водоводах, продуктопроводах предприятий, канализационных коллекторах и др. По прогнозам к 2015 году установленная мощность в мире достигнет 175000 МВт.
Возросший интерес к малой гидроэнергетике в настоящее время связан с рядом факторов. В промышленно развитых районах, особенно в европейской части страны, в основном исчерпаны возможности крупного гидроэнергетического строительства. Кроме того, создание крупных ГЭС связано с преодолением негативной реакции природоохранных органов и общественности.
На базе малых ГЭС могут создаваться энергокомплексы, так как их водохранилища способны аккумулировать энергию солнечных и ветровых электростанций, характеризующихся непостоянным режимом функционирования. Это позволит более эффективно использовать значительный потенциал и других возобновляемых источников энергии.
Сложная экономическая ситуация исключает возможность значительных инвестиций в объекты с большими сроками строительства. Развитие частного сектора экономики, фермерских хозяйств и небольших предприятий определяет необходимость их автономного энергоснабжения.
В Российской Федерации свыше 2,5 миллионов малых рек (около 99% общего числа рек и 92-93% их протяженности). Они формируют около половины суммарного объема речного стока (Более 1000 км3), в их бассейнах проживает до 44% городского населения страны и 90% сельского. Энергетический потенциал малых рек России, использование которого возможно доступными средствами, составляет 493 млрд. кВт ч, в том числе более 100 млрд, кВт-ч. в Европейской части.
В настоящее время эксплуатируется лишь около 1% российского потенциала малой гидроэнергетики. По оценке Европейского банка реконструкции и развития, в России существуют 89 малых гидроэлектростанций с суммарной мощностью 550 МВт.
Россия интенсивно развивала малую гидроэнергетику после Второй мировой войны. В 50-е и 60-е годы. Еще в 50-60 годы страна занимала передовые позиции в мире по сооружению малых ГЭС (Рис. 1.14-1.15). В последующие годы акцент был смещен в пользу строительства крупных ГЭС. Тысячи малых станций были закрыты, а проектирование и изготовление оборудования и запасных частей для них прекращено.
В результате, в настоящее время в России оказалось множество брошенных малых гидроэлектростанций. Они не производят электроэнергию, но их здания и сооружения целы. По оценкам российских специалистов, восстановление таких брошенных станций обходится в два раза дешевле, чем строительство новых. На рис. 1.16 показана примерная удельная стоимость сооружения малых ГЭС различного типа и состояния обустроенности бьефа.
Программа, принятая в 2007 году компанией «РусГидро», предполагает обратить серьезное внимание развитию малой гидроэнергетики и ввести к 2010 году около 300 МВт мощности, особенно в регионах где ощущается дефицит электроэнергии (Северный Кавказ, Алтайский Край, Хабаровский край, Камчатка и др), а к 2020 году - 4-5 ГВт.
Таким образом, малая гидроэнергетика, как сформировавшееся с настоящее время вполне самостоятельное направление энергетики, может играть значительно более существенную роль при условии государственного подхода к вопросам обеспечения экономической, экологической и социальной безопасности внедрения энергетических технологий.