Энергетика: настоящее и будущее - Использование гидроэнергетических ресурсов

Глава 5

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

Потенциальные запасы энергии рек всегда привлекали внимание тем, что они вечно возобновляются и могут быть использованы круглый год.
Советский Союз располагает огромными запасами гидравлической энергии. Всего в стране взято на учет и обследовано более 4400 крупных, средних и малых рек. В этих реках таится потенциальная энергия, равноценная 3338 млрд. кВт-ч. в среднем за год. Это более чем в 3 раза превышает выработку электроэнергии всеми электростанциями страны за 1977 г.
По запасам гидроэнергии СССР стоит на первом месте в мире (кроме Китая, по которому точных данных нет). Экономические запасы гидроэнергии США равны 685 млрд. кВт-ч, Бразилии — 657 млрд., Канады — 218 млрд. кВт-ч.
Потенциальные запасы гидроэнергии расположены по территории страны крайне неравномерно. Более 82% этих запасов сосредоточены в Сибири, на Дальнем Востоке и в Средней Азии. В европейской части страны потенциальные запасы гидроэнергии составляют 588 млрд. кВт-ч в год.

Однако не весь потенциал гидравлической энергии удается выгодно использовать. Расчеты показывают, что можно использовать примерно 2100 млрд. кВт-ч в средний по водности год, т. е. более половины от потенциальных ее запасов.
Но есть еще один показатель — экономически выгодное использование гидравлической энергии. Он оценивается для нашей страны в 1095 млрд. кВт-ч. в год.
С момента образования Советской власти в нашей стране была развернута широкая программа строительства гидроэлектростанций, положено начало планомерному использованию энергии рек. Из года в год И от пятилетки к пятилетке мощность гидроэлектрических станций Советского Союза и выработка на них электроэнергии неизменно возрастают.
В нашей стране разработана научная система правильного использования энергий рек, составлен порядок сооружения гидроузлов. Эта система сводится к трем основным условиям.
Во-первых, до начала сооружения первой гидроэлектростанции на данной реке необходимо ее обследовать и составить общую схему расположения всех гидроузлов, экономически оправданных для сооружения.
Во-вторых, требуется соблюдение принципа каскадности строительства гидроузлов, что позволяет рационально использовать весь перепад (гидравлический потенциал) реки и одновременно создать единый глубоководный путь для судоходства.
В-третьих, необходимо соблюдать комплексность использования водных ресурсов рек.
Гидроузлы позволяют выравнивать сток воды в реках, улавливать весенние или осенние паводки, поэтому образованные плотинами водохранилища экономически выгодно использовать не только для производства электроэнергии, орошения земель и создания глубоководных путей для судоходства. Одновременно или последовательно с сооружением гидроузлов должны строиться оросительные системы.

Каскады гидроузлов

Примером правильного регулирования стока является сооружение каскада волжских электростанций. На Волге первой ступенью каскада было сооружение Иваньковской ГЭС, вслед за ней были построены Угличская ГЭС (с малым водохранилищем), а затем Рыбинская ГЭС с водохранилищем полезным объемом 16,7 млрд. м³. Образование такого крупного водохранилища позволяет полностью удержать весенние воды Волги и Шексны (плотина Рыбинской ГЭС сооружена ниже слияния этих рек). Зарегулированность водостока верхней части Волги выравнивает водосток реки и обеспечивает водой ниже расположенные Горьковскую, Волжскую ГЭС имени В. И. Ленина, Саратовскую и Волгоградскую гидроэлектростанции.
Каскадность сооружений гидроэлектрических станций на реках позволяет также создать сквозной водный путь с одинаковой глубиной. Это имеет особое значение для равнинных рек Советского Союза, уровень которых резко колеблется из-за весенних и осенних паводков.

Гидроэнергетика социализма

Богатейшие гидроэнергетические ресурсы в дореволюционной России практически не использовались, а энергия рек растрачивалась впустую. Мощность всех гидроэлектростанций страны к 1917 г. составила всего лишь 16 тыс. кВт. В других странах к этому времени были уже построены сотни гидроэлектростанций. Но в России были крупнейшие гидротехники, которые разрабатывали проекты многих гидроэлектростанций — на Волхове и Днепре, Свири и даже... на Ангаре. Все эти проекты поступали в канцелярии и тонули в море бюрократизма и равнодушия.
Расцвет гидроэнергетики начался в первые же годы становления Советской власти. В. И. Ленин первым обратил внимание на проект сооружения Волховской ГЭС на р. Волхов. Заманчивость этого проекта состояла в том, что месторасположение Волховской гидроэлектростанции позволяло передавать дешевую, не требующую топлива энергию в Петроград, где ощущалась нехватка электроэнергии. К тому же тепловые электростанции Петрограда работали на привозном, английском угле.
Это была первая гидроэлектростанция, строившаяся под пристальным наблюдением Ленина.
План ГОЭЛРО предусматривал сооружение в 10— 15-летний срок десяти гидроэлектростанций с установленной мощностью 640 тыс. кВт, а их удельный вес в общей мощности намечаемых к строительству превышал одну треть. Программа такого гидростроительства, когда вся Советская Республика в 1921 г. имела суммарную мощность всех электростанций, равную 1228 тыс. кВт, была грандиозной.
В течение одиннадцати лет, с 1921 по 1932 г., было развернуто строительство нескольких гидроэлектростанций в союзных республиках — Армянской, Грузинской, Узбекской, Таджикской. Бурные горные реки этих республик таили огромные запасы гидравлической энергии.
Подлинной школой для советских специалистов гидротехнического строительства были сначала Волховская ГЭС, а затем Днепрострой. На строительстве Днепровского гидроузла учились последующие поколения гидротехников Советского Союза. Коллектив Днепростроя показал высокие образцы строительного и организационного мастерства. Днепровская ГЭС мощностью 558 тыс. кВт была построена за очень короткий срок — 5 лет, ее первый агрегат ввели в действие в апреле 1932 г. По масштабам сооружений и мощности Днепрогэс была самой крупной в Европе.
Опыт строительства Днепровской ГЭС примечателен тем, что советские гидротехники на практике убедились в своих знаниях и умении решать в трудных условиях сложные вопросы. Благодаря Днепрогэсу в последующем пятилетии в развитии гидроэнергетики произошли существенные изменения. Было начато сооружение каскада Волжских ГЭС — Иваньковской мощностью 30 тыс. кВт, Угличской — 110 тыс. кВт и крупной Рыбинской ГЭС мощностью 330 тыс. кВт. Ускорились работы по строительству каскада гидроэлектростанций на р. Раздан в Армении. Теперь на р. Волге действует каскад из семи ГЭС, а их суммарная мощность превышает 7,15 млн. кВт.
Для полного использования Волги нужно закончить сооружение Чебоксарской ГЭС и построить три небольшие ГЭС в верхнем ее течении (выше Иваньковской ГЭС) и Астраханскую ГЭС в низовье реки.
Каскад волжских гидроэлектростанций может служить образцом разумного использования энергии рек. Начиная от первой головной ГЭС каскада до Волгоградской воды реки производят электроэнергию, на всем ее протяжении перевозятся грузы По единому глубоководному пути.
Часть воды, накопленной в водохранилищах гидростанций, идет на орошение и обводнение богатых земельных массивов Поволжья.
В СССР сооружение каскадов гидроэлектростанций охватывает все большее количество рек. Каскады гидроузлов полностью или частично сооружены на многих реках страны. Кроме Волжского, сооружены каскады гидростанций на реках Каме, Днепре, Чирчике (Узбекская ССР), Раздане (Армянская ССР), Алма-Ате и Иртыше (Казахская ССР), Ниве и Ковде (Кольский полуостров), Свири (Ленинградская обл.), Риони (Грузинская ССР) и, наконец, наиболее мощный Ангаро-Енисейский. Каскад с крупнейшими в мире ГЭС — Братской, Красноярской и Саяно-Шушенской.
На Днепре введены в действие все шесть гидроэлектростанций — Днепровская, Каховская, Кременчугская, Днепродзержинская, Киевская и Каневская.
Очень интересна в энергетическом отношении Ангара — единственная река, вытекающая из озера Байкал. На ней проектируется четыре гидроэлектростанции суммарной мощностью 15,1 млн. кВт. Они же будут вырабатывать в средний по водности год более 76 млрд. кВт-ч дешевой электроэнергии. На Ангаре введены в действие три ступени каскада — Иркутская ГЭС мощностью 660 тыс. кВт, Братская ГЭС с установленной мощностью 4500 тыс. кВт и расположенная ниже Усть- Илимская ГЭС. С вводом в действие указанных ГЭС гидроресурсы Ангары используются на 76%.
Примером планомерного использования энергии рек путем сооружения каскадов гидростанций может служить река Средней Азии Чирчик. На этой реке уже сооружен каскад из 17 гидроэлектростанций. Энергетическая мощность р. Чирчик используется на 79%.
На р. Риони в Грузинской ССР можно создать каскад из 12 гидроэлектростанций; сейчас работают уже три ГЭС — Рионская и две Гуматских. Однако полезно используется пока еще только пятая часть энергии этой реки.
Наиболее мощная река Сибири Енисей таит в себе огромный потенциальный запас гидравлической энергии, равный 32,0 млн. кВт. Освоение этой реки начато с пуска Красноярской ГЭС. Эта электростанция в 6,0 млн. кВт является самой мощной в мире. В полном разгаре идет сооружение более крупной Саяно-Шушенской ГЭС мощностью 6,4 млн. кВт. С вводом в действие этой ГЭС потенциальные ресурсы Енисея будут использованы более чем на 30%.
Итак, каскадность сооружения гидроэлектростанций стала законом в Советском Союзе. При утверждении схемы использования рек и выборе расположения и мощности гидроэлектростанций особое значение имеет правильное определение размещения и объемов водохранилищ гидроузлов.

Комплексное использование водных ресурсов

При определении объемов водохранилищ и их расположения необходимо исходить не только из расчетов выработки электроэнергии и использования мощностей электростанций, но принимать также во внимание и потребности ирригации. Примером комплексного использования воды рек в интересах энергетики и сельского хозяйства могут служить такие водохранилища, как Фархадское и Кайрак-Кумское на р. Сыр-Дарье. Вода этих гидроузлов используется для орошения ранее пустынных земель, на которых теперь собирают богатые урожаи «белого золота» — хлопка. Уже Фархадская ГЭС, введенная в действие в 1944 г., позволила обеспечить ирригацию 150 тыс. га Голодной степи; с сооружением Кайрак-Кумской ГЭС площадь орошения Голодной степи увеличилась до 500 тыс. га.
Комплексное решение различных народнохозяйственных вопросов хорошо видно на примере сооружения Мингечаурской гидроэлектростанции на р. Куре (Азербайджанская ССР). Эта гидроэлектростанция мощностью 360 тыс. кВт расположена выше обширной Кура- Араксинской низменности, которую Кура периодически затопляла с незапамятных времен.
Плотина гидроузла образовала водохранилище общим объемом более 16,0 млрд. м³, что позволило обеспечить многолетнее регулирование стока реки и избавило Кура-Араксинскую низменность от затопления и заболачивания.
Составной частью Мингечаурского гидроузла является ирригационная система; объем водохранилища позволяет оросить более 1300 тыс. га плодородных земель низменности. Для этой цели сооружены два канала — Верхне-Карабахский на левом берегу реки и Верхне-Ширванский на правом с забором воды для них из верхнего бьефа гидроузла. Эти два канала обеспечивают орошение земель Кура-Араксинской низменности, расположенной на более высоких отметках.
Орошение земель нижней части поймы осуществлено также двумя каналами — Нижне-Карабахским и Нижне-Ширванским. Для равномерного питания этих каналов ниже Мингечаурской ГЭС сооружен небольшой Варваринский гидроузел с гидроэлектростанцией.
За последние 25 лет (1950—1975 гг.) гидроэнергетическое строительство в нашей стране шло стремительными темпами. Какова динамика увеличения мощности и выработки электроэнергии гидроэлектростанций, видно из следующих данных:

Одним из основных направлений развития гидроэнергетики Советского Союза за последние годы явилось сооружение мощных гидроэлектростанций с установкой на них крупных гидроагрегатов.

Таблица 14
Действующие гидроэлектростанции мощностью более 500 мВт

Особенно широкий размах за последние годы гидроэнергостроительство получило в Сибири, где создаются комплексы различных производств — предприятия цветной металлургии, целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности, химические предприятия.
*Проектная мощность Нурекской ГЭС 2700 тыс. кВт.
На начало 1977 г. в СССР действуют 19 гидроэлектростанций, установленная мощность которых превышает 500 мВт.