Гидроэнергетика и ее воздействие на природную среду

Гидроэлектростанции: достоинства и экологические проблемы. Рос­сия и страны Содружества независимых государств (СНГ) обладают огромными гидроэнергоресурсами, которые оцениваются в 3,94 трлн кВт∙ч/год, из них экономический потенциал составляет 1,09 трлн кВт∙ч/год. К настоящему времени гидропотенциал страны освоен при­мерно на 20%.

Для повышения эффективности гидроэнергетики строятся каска­ды ГЭС. Основу гидроэнергетики страны составляют 40 гидроэлект­ростанций единичной мощностью 100 МВт и более. Из 12 самых мощ­ных ГЭС мира в России находятся Саяно-Шушенская (6400 МВт) и Красноярская (6000 МВт) на р. Енисее; Братская (4500 МВт) и Устъ-Илимская (3840 МВт) на р. Ангаре. В европейской части крупные ГЭС построены на р. Волге: Волгоградская — 2540 МВт, Волжская — 2300 МВт, Чебоксарская — 1370 МВт, Саратовская — 1360 МВт. На долю ГЭС ныне приходится около 17% общей выработки электроэнергии в стране.

Роль этого вида производства энергии очень велика: выработка электроэнергии на ГЭС обходится относительно дешево; ГЭС неза­менимы для моментального покрытия пиковых нагрузок в энергосис­темах. Их работа не вызывает химического загрязнения природной среды, водохранилища ГЭС можно использовать для орошения, ры­боловства, судоходства, водоснабжения, в рекреационных целях. Гид­роузлы ликвидировали во многих районах опасность весенних навод­нений. Подсчитано, что получение электро­энергии на теплоэлектростанциях европейской части России в таком же количестве, которое дает только Волжский каскад ГЭС, привело бы к ежегодному поступлению в атмосферу 38 млн т диоксида углеро­да, 0,2 млн т оксидов азота, 0,22 млн т золы.

В то же время с эксплуатацией ГЭС связано много сложных эко­логических проблем.

1. Под водохранилища ГЭС отчуждаются большие площади земель, в т. ч. лучших в сельскохозяйственном отношении. Около 88% общего числа водохранилищ в нашей стране сооружены в условиях равнин; используемые на ГЭС напоры достигают 15—25 м, а площадь зеркала акваторий — десятки тысяч кв. км. В этих условиях удельная плотность затопления составляет от 5 до 15 км2 на каждую тысячу кВт установ­ленной мощности ГЭС. Подготовка ложа водохранилищ будущих ГЭС велась поспешно, с нарушением экологических требований. Из-за того, что полная вырубка лесов ложа могла отодвинуть сроки ввода ГЭС на несколько лет, она была признана нецелесообразной и поэто­му не проводилась. Только при строительстве Усть-Илимской ГЭС под водой оказалось более 20 млн м3 древесины. Через несколько лет экс­плуатации наступает расплата за такую «экономию»: из-за загнивания леса водоем становится практически непригодным для живых орга­низмов и для судоходства (появление топляков — полузатопленных бревен), ухудшается качество атмосферного воздуха.

На горных реках строительство ГЭС резко снижает перспективы затопления земель.

2. Крупные водохранилища оказывают заметное влияние на ло­кальные климатические условия. Так, в долине Енисея на сотни кило­метров ниже Красноярской ГЭС зимой устанавливаются густые хо­лодные туманы, что вызвано сбросом через турбины относительно теп­лых донных вод водохранилища. На обширных пространствах крупных водоемов нередко возникают сильные ветры, вызывающие волнение воды, штормы, которые затрудняют судоходство и промысловый лов рыбы.

3. На горных реках с крутым падением русла и узкими ущельями накопление больших объемов воды нарушает и без того неустойчивое равновесие блоков земной коры. Как следствие, в районах крупных гидроузлов довольно часты небольшие землетрясения, а иногда про­исходят и относительно сильные, например, в горах Италии, Индии.

Крупные гидроэнергетические сооружения в потенциале несут в себе опасность крупных катастроф. Ежегодно в мире происходит более трех тысяч аварий на различных плотинах, из них каждая седьмая — в стра­нах СНГ. При аварийном разрушении плотины возникает так называ­емая волна прорыва, которая затапливает огромные территории и при­носит большой материальный и экологический ущерб. Критерий ост­роты масштабов последствий зависит от высоты волны прорыва, оттого, насколько она превышает максимальную высоту в створе плоти­ны, а также от времени добегания гребня волны прорыва. Особенно большая потенциальная опасность существует для рек, на которых сооружены каскады гидроэлектростанций (Волга —11, Днепр — 6 и т.д.).

Тревожное положение сложилось с Саяно-Шушенской ГЭС. Паводки 1985 и 1988 годов привели к разрушению части скального основания и конструкции, что в сочетании с ошибочной технологией ремонтов способствовало нарушению пространственного положения плотины. Выводы ведущих институтов страны говорят о том, что в настоящее время Саяно-Шушенская ГЭС находится в практически аварийном состоянии, последствия при потере устойчивости плоти­ны могут быть катастрофическими.

4. Образующиеся водохранилища на равнинных реках существен­но замедляют скорость обмена вод. Так, до зарегулирования Волги полный обмен воды в реке осуществлялся за 30—40 дней, а после со­здания каскада водохранилищ на это требуется в 4—5 раз больше вре­мени. Потому санитарное состояние водоемов ухудшается из-за сни­жения интенсивности паводков и половодий.

5. Плотины ГЭС преграждают путь на нерест проходным рыбам, резко ухудшают состояние нерестилищ, поскольку снижение скорос­ти воды способствует заилению. Как следствие, резко уменьшилось количество рыб ценных промысловых пород. Многолетние наблюде­ния говорят о том, что количество рыбы, уничтожаемой на водозабо­рах ГЭС, многократно превышает то, что дают все рыбные предприя­тия страны. По данным Каспийского научно-исследовательского ин­ститута рыбного хозяйства, только на водозаборах Астраханской области ежегодно гибнет 14,4 млн. молоди рыб. Для борьбы с указан­ными явлениями на современных плотинах строятся дорогостоящие рыбопроходы и рыбоподъемники, создаются искусственные нерести­лища.

Перспективы малой гидроэнергетики. Есть все основания считать, что строительство крупных ГЭС на равнинных реках России не имеет перспективы в отличие от так называемых малых гидроэлектростанций (МГЭС). Эти станции сыграли большую роль в восстановлении эко­номики, разрушенной в годы Великой Отечественной войны. МГЭС мощностью 1 МВт способна обеспечить энергией до 500 полностью электрифицированных современных жилых домов в сельской мест­ности.

Малые гидроэлектростанции практически не изменяют природные условия, не затапливают большие земельные площади и даже снижают пики половодья, улучшают водообмен и аэрацию. МГЭС, как считают специалисты, могут служить надежным маневренным резервом и про­мышленных предприятий. На рис. 2.5 представлена схема малой гидро­электростанции с вертикальной пропеллерной турбиной, рассчитанной на напор воды высотой 10 м и малые расходы — до 10 м3/с.

Небольшие плотины на реках не столько нарушают, сколько оп­тимизируют гидрологический режим рек и прилежащих территорий.

Их можно рассматривать как пример экологически обусловленного природопользования, мягкого вмешательства в природные процессы. Водохранилища, создававшиеся на малых реках, обычно не выходили за пределы русел. Они гасят колебания воды в реках и стабилизируют уровни грунтовых вод под прилежащими пойменными землями. Это благоприятно сказывается на продуктивности и устойчивости как вод­ных, так и пойменных экосистем.

Имеются расчеты, что на мелких и средних (длиной от 10 до 200 км) реках, которых в России более 150 тысяч, можно получать не меньше энергии, чем на современных крупных ГЭС. Созданы турбины, по­зволяющие получать энергию, используя естественное течение рек без строительства плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на круп­ных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесооб­разным ее выработку.

Дата добавления: 2014-01-03