Читать книгу: «Энергетические аспекты международной политики», страница 3

Ситуация кардинально изменилась после революции 1917 г. с принятым в 1920 г. и реализованным Государственным планом электрификации (ГОЭЛРО), ставшим первым перспективным планом развития экономики. Он предусматривал значительное увеличение генерации электроэнергии в России за счет строительства новых электростанций, в том числе 10 ГЭС общей мощностью 640 МВт. Именно с этого момента в послереволюционной России начинается бум гидроэнергетики и закладываются теоретические основы ее развития.

Ключевыми теоретиками и практиками развития гидроэнергетики уже в СССР стали Н. Н. Павловский, В. А. Флорин, Б. А. Бахметев, А. В. Винтер, К. А. Круг, С. Я. Жук, И. Н. Вознесенский, Д. С. Щавелев, Г. О. Графтио и многие другие. Их работы до сих пор актуальны и служат теоретическим и расчетным базисом для строительства гидротехнических сооружений во всем мире.

Радикально изменило всю систему генерации и распределения электрической энергии строительство в 1950–1961 гг. самой крупной в мире на тот момент Волжской ГЭС (и сейчас остающейся крупнейшей в Европе). Для передачи мощности Волжской и Жигулевской ГЭС впервые в СССР были построены ЛЭП напряжением 400 кВ, которые объединили энергосистемы Центра, Поволжья и Урала. С этого момента ведет свое начало единая энергосистема страны.

Определенное, хоть и несколько недостаточное внимание в 1940–1960-е гг. уделялось строительству малых ГЭС для обеспечения сельских районов и поселений²⁶. Так, 29 мая 1948 г. было принято постановление Совета Министров СССР «О плане развития сельской электрификации на 1948–1950 гг.», которое определило принципы и подходы к электрификации сельских поселений и включало также развитие строительства объектов малой гидроэнергетики. В результате реализации этого документа количество сельских электростанций к 1960 г. достигло 83 284, при этом с 1940 по 1960 г. их общая мощность выросла с 265 до 3676 МВт, а выработка – с 300 млн до 6 млрд кВт*час. При этом более 4 % всех электростанций составляли ГЭС, чья мощность превышала 11 % от общей. Начиная с 1960-х гг. строительство малых ГЭС постепенно сошло на нет, и лишь в последнее десятилетие развитию этого направления в гидроэнергетике начинают уделять должное внимание.

По состоянию на 2021 г. в России эксплуатировались 104 гидро- и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) совокупной мощностью 52,3 ГВт, в том числе в составе единой энергосистемы – ГЭС общей мощностью 50,7 ГВт. На гидроэнергетику приходится около 20 % установленной мощности российской электроэнергетики и 17–18 % выработки электроэнергии.

В современных условиях гидроэлектроэнергетика продолжает динамично развиваться и, помимо строительства крупных ГЭС, все большее и большее развитие получают альтернативные перспективные проекты по использованию водных ресурсов.

Самые распространенные среди них – малые ГЭС. Только в Китае таковых насчитывается более 100 000, а обеспечивают они более 35 % потребления в сельских и удаленных районах. С учетом затрат на транспортировку энергии от объектов крупной генерации к удаленному потребителю стоимость электроэнергии, генерируемой на малых ГЭС, зачастую в 1,5–2 раза ниже, чем на больших ГЭС и атомных электростанциях.

ГАЭС накапливают электроэнергию, перекачивая воду из нижнего резервуара в верхний, а затем выпуская ее через турбины, когда требуется дополнительная мощность, особенно в период пиковых нагрузок энергосистем. ГАЭС – самая дешевая форма хранения электроэнергии, в том числе произведенной другими видами энергетических отраслей, включая альтернативные ВИЭ, которые в значительной степени зависимы от погодных условий.

Получают распространение также проекты, связанные с использованием механической энергии приливов, волн, течений, а также тепловой энергии океана. Первые экспериментальные приливные электростанции (ПЭС) появились в начале XX в., однако серьезный интерес к приливной энергетике возродился во времена энергетического кризиса, в середине 1970 гг. В России единственной действующей ПЭС является Кислогубская приливная электростанция, расположенная в губе Кислая Мотовского залива Баренцева моря.

В докладе за 2021 г. МЭА отводит гидроэнергетике одну из ключевых ролей в развитии безуглеродного цикла и обеспечении углеродной нейтральности к 2050 г. МЭА приходит к выводу, что развитие возобновляемой энергетики без параллельного развития гидроэнергетики не представляется возможным, так как именно она обеспечивает высокую степень гибкости системы и возможность хранения энергии, необходимые для обеспечения энергетической безопасности и полноценного использования ВИЭ²⁷.

Разберемся подробнее в достоинствах и недостатках строительства ГЭС.

К явным преимуществам строительства ГЭС стоит отнести следующие факторы.

1. Возобновляемость и условная бесконечность источника энергии, а также его экологичность.

2. Низкая себестоимость генерации, которая в среднем в 1,5–2 раза (а в отдельных случаях в 5–7 раз) дешевле энергии ТЭС и АЭС²⁸. КПД ГЭС также достаточно высок, достигая в отдельных случаях 80–90 %. Затраты на обслуживание и поддержание штата сотрудников для эксплуатации тоже низкие. Минимальны и экологические платежи за выбросы, меньше расходы на ремонт. Детальное распределение затрат в разных видах генерации приведено в таблице:

3. Быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС/АЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения и возможность динамической балансировки подачи мощности в зависимости от потребностей. Во многом ГЭС – стабилизатор нагрузок на единую энергетическую сеть и значительный фактор обеспечения ее надежности.

4. Строительство водохранилищ ГЭС позволяет регулировать режимы разливов рек (яркий пример – строительство Асуанской плотины, когда за счет регулирования разливов и использования запасов водных ресурсов озера Насер было введено в оборот 800 000 га новых посевных земель), а также способствует улучшению режимов судоходства.

5. Малые ГЭС дают возможность автономного обеспечения энергией удаленных территорий.

6. ГАЭС позволяют удешевить стоимость электроэнергии в сети и балансировать пиковые нагрузки.

7. Длительные сроки эксплуатации ГЭС, при своевременных модернизациях исчисляемые столетиями.

Рис. 7.

Крупнейшее в мире водохранилище ГЭС «Оуэн-Фолс» на реке Нил в Уганде

Источник изображения: Domokdr.

Однако существует и множество недостатков ГЭС, связанных с экономическими факторами.

1. Высокая себестоимость строительства с большими сроками окупаемости в случае с крупными ГЭС. В большинстве случаев строительство больших ГЭС носит характер государственных инициатив, требует больших капитальных вложений, сложных проектировочных решений, а также взаимоувязки с государственными стратегиями развития экономического и социального развития сопредельных территорий.

2. Наибольший гидроресурсный потенциал сосредоточен в удаленных от центральной и промышленно развитой части страны, что накладывает существенные ограничения на целесообразность его использования.

3. Длительные сроки строительства – в некоторых случаях по нескольку десятилетий.

4. Выработка энергии на ГЭС резко колеблется в зависимости от водности года.

5. Засухи (которым, например, в России в последние годы все более подвержены многие речные системы) в перспективе могут существенно отразиться на эффективности использования ГЭС.

К негативным экологическим последствиям строительства ГЭС следует отнести следующие:

1. Затопление больших пространств при строительстве водохранилищ – эта проблема до сих пор остается до конца не решенной, несмотря на существование методов ограничения площади затопления путем строительства защитных сооружений, которые ограничивают площадь водохранилища и, как следствие, площадь затопляемой поверхности.

2. Эрозия береговой линии водохранилищ, переформирование берегов, дна, устьевых участков рек, впадающих в водохранилища, формирование баров.

3. Появление на акватории водохранилищ плавающей древесины вследствие береговой эрозии.

4. Изменение уровня грунтовых вод.

5. Изменение температурного режима водной массы и окружающей среды, повышенная влажность, появление интенсивных и продолжительных по времени туманов.

6. Дополнительные потери воды на испарение.

7. Изменение качественного состава воды в водохранилище.

8. Изменение структуры растительного и животного мира, в том числе нарушение условий нереста рыбы.

9. Опасность колебаний земной коры в связи с сооружением крупных плотин и водохранилищ.

10. Выделение парниковых газов. Считают, что ГЭС – углеродно-нейтральный производитель электроэнергии, но в реальности это не совсем так. Заиливание и гниение большого количества попадающей в воду древесины и иной органики приводит к выделению значительного количества парниковых газов, в первую очередь метана.

11. Зачастую вследствие нарушения уровня грунтовых вод и изменения режима испарения происходит заболачивание и засоление территорий ниже по течению плотины. Например, в Египте после строительства Асуанской плотины было затрачено более $5 млрд для частичной минимизации данных последствий путем сооружения дополнительных дренажных каналов общей площадью более 2 млн га.

12. Крайне сложный и дорогостоящий процесс вывода из эксплуатации.

Отрицательные социальные последствия строительства ГЭС можно сформулировать следующим образом:

1. Необходимость переселения населения с территорий, подверженных затоплению. Так, при строительстве Асуанской ГЭС пришлось переселить более 100 000 человек, а при возведении китайской ГЭС «Три ущелья» – около 1,24 млн.

2. Хотя считается, что в энергетике самые опасные последствия могут быть при авариях на АЭС, в реальности именно авария на ГЭС привела к гибели наибольшего числа людей: в 1975 г. прорыв плотины Баньцяо в Китае стал причиной смерти, по разным оценкам, от 171 000 до 230 000 человек (было уничтожено более 6 млн строений, погибло от 300 000 до 1 млн голов скота, затоплены огромные территории). В настоящее время в зоне непосредственной угрозы в случае прорыва плотин ГЭС в мире, по разным оценкам, проживает более 500 млн человек. Только в Египте, например, в случае прорыва Асуанской плотины в зоне возможного затопления окажется территория с населением более 50 млн человек.

3. Подверженность ГЭС на горных реках высокой сейсмической опасности.

4. В ряде случаев повышение эффективности использования водных ресурсов за счет регулирования режимов разливов приводит к увеличению количества пахотных земель, однако в большинстве случаев за счет больших площадей водохранилищ количество пахотной земли сокращается.

Важно отметить, что в последние годы наблюдается негативная тенденция в развитии гидроэнергетики. Несмотря на постоянный ввод новых мощностей, темпы прироста выработки энергии на ГЭС снижаются из-за глобального потепления и засух. Ярким примером служит 2021 г., тогда, хотя ввод мощностей достиг пикового значения в 35 ГВт (на 50 % выше, чем в среднем за предыдущие пять лет), мировая выработка гидроэлектроэнергии снизилась на 15 ТВт*ч (или на 0,4 %), до 4327 ТВт*ч. Это было вызвано постоянными засухами в таких гидроэнергетических странах-лидерах, как Бразилия, США, Турция, Китай, Индия и Канада, что привело к более низкому, чем обычно, использованию гидромощностей.

Будучи одним из мировых лидеров в области гидрогенерации, Россия одновременно является одной из стран, крайне мало использующих суммарный потенциал гидроресурсов. Доля гидроэнергетики в структуре установленной мощности ЕЭС России – 20,35 %. По совокупной мощности ГЭС – 52 ГВт – Россия уступает Китаю (370 ГВт), Бразилии (109,7 ГВт), США (102 ГВт) и Канаде (82 ГВт)²⁹ (см. рис. 8).

Рис. 8.

Установленные гидроэнергетические мощности в 2021 г., ГВт

Источник: https://www.hydropower.org/iha/discover-facts-about-hydropower.

При этом гидроэнергетический потенциал нашей страны превышает 800 млрд кВт*ч в год, из него освоена только 1/5 (см. рис. 9).

По данным ассоциации «Гидроэнергетика России»³⁰, в нашей стране действует 104 ГЭС и ГАЭС общей мощностью 52,3 ГВт и еще около 90 небольших (менее 10 МВт) ГЭС суммарной мощностью около 0,15 ГВт (см. рис. 10).

Рис. 9.

Использование гидроресурсов в странах мира по состоянию на 2021 г., ГВт

Источник: https://www.hydropower.org/iha/discover-facts-about-hydropower.

Рис. 10.

Установленная мощность крупнейших ГЭС РФ, МВт

Источник: Ассоциация «Гидроэнергетика России».

Следует отметить, что в настоящее время в России планируется гидроэнергетическое строительство объектов преимущественно малой генерации.

Одна из основных проблем развития гидроэнергетики в России – износ оборудования. Около 20,4 % мощностей ГЭС отработали более 50 лет. По данным Минэнерго России³¹, средний износ гидрогенераторов и турбин составляет 32 %, общий уровень физического износа субъектов генерации по ПАО «РусГидро» равен 33 %.

В рамках Программы комплексной модернизации (ПКМ) гидроэнергетики³², принятой ПАО «РусГидро» в 2011 г. и рассчитанной до 2025 г., осуществляется планомерная модернизация гидротехнических и гидроэнергетических объектов. Ее особенность заключается в ориентации на совершенствование генерирующих объектов как единых технологических систем, с заменой или реконструкцией основного и вспомогательного оборудования³³.

В 2022 г. в рамках ПКМ прошло обновление гидроагрегатов Рыбинской, Нижегородской, Чебоксарской, Воткинской, Саратовской, Волжской, Майнской, Эзминской и Угличской ГЭС. Дан старт строительно-монтажным работам по сооружению элегазового комплектного распределительного устройства (КРУЭ) 500 кВ на Волжской ГЭС, начата комплексная модернизация Чиркейской ГЭС, первым этапом которой станет реконструкция распределительного устройства станции.

По результатам реализации данной программы за 11 лет увеличение мощности гидрогенерирующих объектов «РусГидро» составило 580 МВт. Аналогичные результаты получены и в ходе модернизации гидроэнергетических объектов «ЕвроСибЭнерго». В совокупности успехи компаний «РусГидро» и «ЕвроСибЭнерго» за счет обновления оборудования равнозначны строительству гигаваттной ГЭС³⁴.

Основные проекты по строительству новых объектов генерации – Усть-Среднеканская ГЭС (570 МВт), Загорская ГАЭС-2 (840 МВт) и Зеленчукская ГЭС-ГАЭС (140 МВт). Также ведется строительство ряда малых и микроГЭС на Северном Кавказе³⁵.

Технологии строительства и проектирования ГЭС за последние десятилетия стремительно развиваются. При этом решается целевая задача снижения объемов экологического и социального ущерба при значительном увеличении скорости строительства и снижении его себестоимости.

В силу ряда обстоятельств, в том числе связанных со стагнацией российской энергетики в период 1990-х, эксперты отделяют технологически необходимую продолжительность строительства ГЭС от фактической. Для крупных ГЭС примером строительства в «технологически необходимые» сроки могут служить Жигулевская (Куйбышевская) и Братская ГЭС, которые начали выдавать электроэнергию на шестой год работы. 5–6 лет – наиболее характерная продолжительность строительства подобных объектов в современной мировой практике, а для объектов средней мощности этот срок составляет и того менее: около 4–5 лет.

В противовес технологически оправданным срокам можно привести российские долгострои, которые неоднократно консервировались и возобновлялись. Например, Богучанская ГЭС строилась 30 лет, Усть-Среднеканская – почти 30 лет, Зарамагский гидроузел – 40 лет.

На сроки строительства серьезно влияет локация будущего объекта, уровень государственной поддержки и текущее экономическое состояние. Важно также учитывать сильную зависимость сроков строительства от продолжительности подготовительного периода, который охватывает время от начала строительства до начала работ по возведению основных сооружений.

В современных условиях развитию гидроэнергетики должны быть даны высшие государственные приоритеты в стратегических оценках и практических действиях³⁶. В свою очередь, это будет способствовать снижению диспропорции регионального развития, появлению новых локализованных центров производства, трудовой миграции, комплексному индустриальному, демографическому и социальному развитию регионов и формированию новых промышленных центров притяжения и силы.

На европейской территории России – энергодефицитном регионе страны, по уровню собственного обеспечения энергетическими ресурсами практически не отличающемся от западноевропейских стран, необходимо развивать два основных направления: модернизацию и строительство. Модернизация большинства объектов гидроэнергетики, предусмотренная программой инновационного развития ПАО «РусГидро», основана на глубоком анализе и проработке международного и российского опыта, в результате которого были определены наиболее перспективные технологии и технологические решения для модернизации с горизонтом планирования до 10 лет. Второе направление – строительство новых объектов гидрогенерации – ограничено объемом гидроресурсов в европейской части России. Наиболее перспективно дальнейшее, но более эффективное использование имеющихся гидроэнергоресурсов во всех северокавказских субъектах Российской Федерации, что уже в ближайшие годы может дать прирост выработки электроэнергии в этом энергодефицитном регионе до 5 млрд кВт*ч. Перспективным является использование гидроэнергоресурсов и в бассейнах рек Северная Двина, Печора, Вятка и др., имеющих очень высокий гидропотенциал. Уже на первом, подготовительном, этапе освоения ресурсов этих рек может быть получено до 20 млрд кВт*ч электроэнергии, что может стать фундаментальным стимулом промышленного развития прежде всего таких отраслей, как лесопереработка и горнорудная промышленность.

В азиатской части России приоритетным должно стать использование гидроэнергоресурсов в районах расположения энергоемких производств. Среди относящихся к этой области задач – завершение строительства Ангарского каскада ГЭС с дополнительной энергоотдачей около 12 млрд кВт*ч и освоение Верхнего Енисея, где уже первые ГЭС средней мощности могут дать до 15 млрд кВт*ч.

Важнейшей задачей также является обеспечение энергодефицитной европейской части страны за счет гидроэнергетики Западной Сибири.

Важнейшим гидроэнергетическим объектом в Восточной Сибири могла бы стать Эвенкийская ГЭС на реке Нижняя Тунгуска. Ее потенциальная выработка могла бы составить 46 млрд кВт*ч в год при мощности 10–12 млн кВт³⁷. Потенциально это «жемчужина» отечественной гидроэнергетики и одна из крупнейших в мире ГЭС. При этом ее планируемое водохранилище расположено в практически безлюдном районе и, следовательно, строительство нанесет минимальный ущерб окружающей среде, экономике, социальной сфере. По объему выработки электроэнергии Эвенкийская ГЭС равноценна АЭС суммарной мощности 7 млн кВт (Курская и Смоленская АЭС, вместе взятые) или ТЭС мощностью 9 млн кВт (что позволит высвободить 13 млрд м3 газа, т. е. объем подачи первой очереди газопровода «Южный поток»). Передача электроэнергии этой ГЭС в европейскую часть России должна осуществляться по ЛЭП большой пропускной способности. При этом, по оценке АО «Институт Гидропроект», стоимость возведения и ГЭС, и ЛЭП существенно ниже стоимости строительства равнозначных АЭС на европейской территории³⁸.

Основной проблемой в развитии гидроэнергетики России, по общему мнению, является недостаточность комплексной государственной поддержки, без которой реализация большинства крупных гидроэнергетических строек просто невозможна. Обуславливается это во многом существующим профицитом энергетической мощности при отсутствии прогнозов взрывного роста потребления. Не решены правовые вопросы включения планируемых к строительству водохранилищ в схемы территориального планирования. Отсутствуют и экономические стимулы строительства ГАЭС. Целый ряд сложностей препятствует активному развитию малой гидроэнергетики.

Основным путем решения означенных проблем должны стать включение строительства ГЭС в Энергетическую стратегию Российской Федерации, определение льготных источников финансирования, учет планов по строительству гидротехнических объектов при формировании долгосрочных схем территориального планирования, фиксация планов развития перспективных объектов в Генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2035 г. Немаловажным направлением должно стать и стимулирование строительства производств различных гидроагрегатов, отвечающих современным требованиям. Одновременно необходима проработка с администрациями субъектов Российской Федерации вопроса о включении объектов малой гидроэнергетики в программы регионального развития с определением доли регионального софинансирования. Примером этого является проектирование строительства малых ГЭС на горных реках в Ингушетии, включенное в региональную программу энергосбережения и повышения энергетической эффективности.