Крупнейшие гэс находятся в странах. Почему построили ГЭС на Волге

ГЭС - это гидроэлектростанция, преобразующая энергию водного потока в электрическую. Поток воды, падая на лопасти, вращает турбины, которые, в свою очередь, приводят в движение генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую. Гидроэлектростанции сооружаются на руслах рек, при этом обычно строятся плотины и водохранилища.

Принцип работы

Основа работы ГЭС - это энергия падающей воды. Из-за разности уровней речная вода образует непрерывный поток от истока к устью. Плотина - неотъемлемая часть практически всех гидроэлектростанций, перекрывает движение воды в русле реки. Перед плотиной образуется водохранилище, создавая значительную разницу уровня воды до и после нее.

Верхний и нижний уровень воды называют бьефом, а разницу между ними - высотой падения или напором. Принцип работы достаточно прост. На нижнем бьефе устанавливается турбина, на лопасти которой направляется поток с верхнего бьефа. Падающий поток воды приводит в движение турбину, а она через механическую связь вращает ротор электрического генератора. Чем больше напор и количество воды, проходящее через турбины, тем выше мощность гидроэлектростанции. Коэффициент полезного действия составляет около 85%.

Особенности

Существует три фактора эффективного производства энергии на гидроэлектростанциях:

• Круглогодичная гарантированная водообеспеченность.
• Благоприятствующий рельеф. Наличие каньонов и перепадов способствуют гидростроительству.
• Больший уклон реки.

Эксплуатация гидроэлектростанция имеет несколько, в том числе сравнительных особенностей:

• Себестоимость производимой электроэнергии существенно меньше, чем на других видах электростанций.
• Возобновляемый источник энергии.
• В зависимости от количества энергии, которое должна производить ГЭС, ее генераторы можно быстро включать и выключать.
• По сравнению с другими видами электростанций ГЭС намного меньше влияет на воздушную среду.
• В основном ГЭС - это удаленные от потребителей объекты.
• Строительство гидроэлектростанций очень капиталоемкое.
• Водохранилища занимают большие территории.
• Строительство плотин и устройство водохранилищ перекрывает многим видам рыб пути к нерестилищам, что кардинально меняет характер рыбного хозяйства. Но при этом в самом водохранилище устраиваются рыбоводческие хозяйства, увеличиваются запасы рыбы.

Гидроэлектростанции разделяют по характеру возведенных сооружений:

• Приплотинные ГЭС - это самые распространенные в мире станции, в которых напор создается плотиной. Строятся на реках с преимущественно небольшим уклоном. Для создания большого напора под водохранилища затопляются значительные территории.
• Деривационные - станции, сооружаемые на горных реках с большим уклоном. Нужный напор создается в обходных (деривационных) каналах при сравнительно малом расходе воды. Часть потока реки через водозабор направляется в трубопровод, в котором создается напор, что приводит в движение турбину.
• Гидроаккумулирующие станции. Они помогают справиться энергосистеме с пиковыми нагрузками. Гидроагрегаты таких станций способны работать в насосном и генераторном режиме. Состоят из двух водохранилищ в разных уровнях, соединенных трубопроводом с гидроагрегатом внутри. При высоких нагрузках вода сбрасывается из верхнего водохранилища в более низкое, при этом происходит вращение турбины и вырабатывается электричество. При низком спросе вода перекачивается назад из низкого хранилища в более высокое.

Гидроэнергетика России

На сегодняшний день в России суммарно вырабатывается более 100 МВт электроэнергии на 102 гидроэлектростанциях. Общая мощность всех гидроагрегатов ГЭС России составляет порядка 45 млн кВт, что соответствует пятому месту в мире. Доля ГЭС в общем количестве вырабатываемой электроэнергии в России составляет 21 % - 165 млрд кВт*ч/год, что также соответствует 5 месту в мире. По количеству потенциальных гидроэнергоресурсов Россия стоит на втором месте после Китая с показателем 852 млрд кВт*ч, но при этом степень их освоения составляет лишь 20%, что существенно ниже, чем практически у всех стран мира, в том числе развивающихся. Для освоения гидропотенциала и развития российской энергетики в 2004 году была создана Федеральная программа по обеспечению надежной эксплуатации функционирующих гидроэлектростанций, завершение действующих строек, проектирование и возведение новых станций.

Список крупнейших ГЭС России

• Красноярская ГЭС — г. Дивногорск, на реке Енисей.
• Братская ГЭС — г. Братск, р. Ангара.
• Усть-Илимская — г. Усть-Илимск, р. Ангара.
• Саяно-Шушенская ГЭС — г. Саяногорск.
• Богучанская ГЭС — на реке. Ангара.
• Жигулёвская ГЭС — г. Жигулевск, р. Волга.
• Волжская ГЭС — г. Волжский, Волгоградская обл, река Волга.
• Чебоксарская — г. Новочебоксарск, река Волга.
• Бурейская ГЭС — пос. Талакан, река Бурея.
• Нижнекамская ГЭС — Челны, р. Кама.
• Воткинская — г. Чайковский, р. Кама.
• Чиркейская — река. Сулак.
• Загорская ГАЭС — река. Кунья.
• Зейская — г. Зея, р. Зея.
• Саратовская ГЭС — река. Волга.

Волжская ГЭС

В прошлом Сталинградская и Волгоградская ГЭС, а ныне «Волжская», расположенная в одноименном городе Волжский на реке Волга, средненапорная станция руслового типа. На сегодняшний день считается крупнейшей гидроэлектростанцией в Европе. Количество гидроагрегатов - 22, электрическая мощность - 2592,5 МВт, среднегодовое количество вырабатываемой электроэнергии 11,1 млрд кВт*ч. Пропускная способность гидроузла - 25000 м3/с. Большая часть вырабатываемой электроэнергии поставляется местным потребителям.

Возведение ГЭС стартовало в 1950 году. Пуск первого гидроагрегата был осуществлен в декабре 1958. В полном объеме Волжская гидроэлектростанция заработала в сентябре 1961 года. Ввод в эксплуатацию сыграл важнейшую роль в объединении значимых энергосистем Поволжья, Центра, Юга и энергоснабжения Нижнего Поволжья и Донбасса. Уже в 2000-х годах было произведено несколько модернизаций, что позволило увеличить общую мощность станции. Кроме производства электроэнергии Волжская ГЭС используется для орошения засушливых земельных массивов Заволжья. На сооружениях гидроузла устроены автодорожные и железнодорожные переходы через Волгу, обеспечивающие связь районов Поволжья между собой.

Гидроэнергетика использует возобновимые источники энергии, что позволяет экономить минеральное топливо. На гидроэлектростанциях (ГЭС) энергия текущей воды преобразуется в электрическую энергию. Основная часть ГЭС - плотина, создающая разницу уровней воды и обеспечивающая ее падение на лопасти генерирующих электрический ток турбин. К преимуществам ГЭС следует отнести высокий кпд - 92-94% (для сравнения у АЭС и ТЭС - около 33%), экономичность, простоту управления. Гидроэлектростанцию обслуживает сравнительно немногочисленный персонал: на 1 МВт мощности здесь занято 0,25 чел. (на ТЭС - 1,26 чел., на АЭС - 1,05 чел.). ГЭС наиболее маневренны при изменении нагрузки выработки электроэнергии, поэтому этот тип энергоустановок имеет важнейшее значение для пиковых режимов работы энергосистем, когда возникает необходимость в резервных объемах электроэнергии. ГЭС имеют большие сроки строительства - 15-20 лет (АЭС и ТЭС - 3-4 года) и требуют на этом этапе больших капиталовложений, но все минусы компенсируются длительными сроками эксплуатации (до 100 лет и больше) при относительной дешевизне поддерживающего обслуживания и низкой себестоимости выработанной электроэнергии. Любая ГЭС - комплексное гидротехническое сооружение: она не только вырабатывает электроэнергию, но и регулирует сток реки, плотина используется для транспортных связей между берегами. В нашей стране при крупных ГЭС часто создавались значительные промышленные центры, использовавшие мощности строительной индустрии, высвободившиеся после сооружения плотины, и ориентированные на дешевую электроэнергию гидроустановок. Таковы Тольятти при Волжской ГЭС им. Ленина, Набережные Челны при Нижнекамской ГЭС, Братск при Братской ГЭС, Балаково при Саратовской ГЭС, Новочебоксарск при Чебоксарской ГЭС, Чайковский при Воткинской ГЭС, Волжский при Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС. Похожим образом создавался промышленный центр Саяногорск в Хакасии в относительном удалении от Саяно-Шушенской ГЭС.

Бесспорные преимущества ГЭС несколько приуменьшает относительная «капризность» этого типа электростанций: для их размещения необходим выгодный створ в речной долине, относительно большое падение воды, сравнительно равномерный сток по сезонам года, создание водохранилища и затопление прирусловых территорий, которые прежде использовались в хозяйственной деятельности и для расселения людей. Более полно гидроэнергетические ресурсы используют серии ГЭС на одной реке - каскады . Наиболее мощные каскады ГЭС в России построены на Енисее, Ангаре, Волге, Каме. По числу отдельных ГЭС на протяжении небольшого участка русла в России нет равных каскадам Кольского полуострова: Нивскому (6 ГЭС общей установленной мощностью 578 МВт), Пазскому (5 ГЭС, 188 МВт), Серебрянскому (4 ГЭС, 512 МВт).

Россия располагает большим гидроэнергетическим потенциалом (9% от мировых запасов), что определяет широкие возможности развития гидроэнергетики. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место в мире после Китая. Преобладающая часть гидроэнергопотенциала сосредоточена в восточных районах страны, в бассейнах Енисея, Лены, Оби, Амура. Однако наиболее освоен энергетический потенциал рек Европейской части, коэффициент его использования ныне составляет 47%. Освоенность гидроэнергопотенциала Сибири существенно ниже - 22%, на Дальнем Востоке этот показатель не превышает 4%.

В России имеется 13 ГЭС установленной мощности более 1 тыс. МВт каждая, их суммарная мощность равна 25,6 тыс. МВт, что составляет 57% от совокупной установленной мощности всех гидравлических генерирующих установок в нашей стране. 9 ГЭС имеют установленную мощность от 500 МВт до 1 тыс. Пять крупнейших гидроэлектростанций России располагаются на Волге, 3 - на Каме, 3 - на Ангаре (еще одна строится), 2 - на Енисее, по одной - на Оби, Зее, Бурее, Колыме, Сулаке, Курейке, Хантайке (две последние - притоки Енисея). Крупных ГЭС нет на таких значительных российских реках, как Северная Двина, Печора, Дон, Иртыш, Лена, Амур. Крупнейшая ГЭС России - Саяно-Шушенская с установленной мощностью 6400 МВт - шестая по величине ГЭС мира. Вторая в России - Красноярская ГЭС (6000 МВт) в мире занимает седьмое место. Напомним, что самой мощной гидроэлектростанцией в мире ныне является Итайпу на границе Бразилии и Парагвая (12,6 тыс. МВт). За ней следуют Гранд-Кули (США, 10,8 тыс. МВт), Гури (Венесуэла, 10,3 тыс. МВт), Тукуруи (Бразилия, 8 тыс. МВт), Санься (Китай, 7,7 тыс. МВт) .

Крупнейшие гидроэлектростанции России

При возрастающей неравномерности суточного потребления электроэнергии все большую роль начинают играть самые маневренные источники электроэнергии - гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Работа ГАЭС основана на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами, расположенными на разных высотных уровнях. При пиковых нагрузках (разгар рабочего дня или вечер) вода проходит из верхнего бассейна в нижний через турбины, при этом генерируется электроэнергия, тут же поступающая в энергосистему. В периоды падения нагрузок (ночь) станция, наоборот, потребляет электроэнергию (вырабатываемую в это время другими типами электростанций) для того, чтобы с помощью насосов переместить объем воды из нижнего бассейна в верхний. Тем самым происходит аккумуляция энергоресурсов для следующего пикового этапа. ГАЭС особенно эффективны при крупных потребителях электроэнергии, поэтому их часто размещают у больших городов. Крупнейшая ГАЭС России - Загорская (1200 МВт) в Сергиево-Посадском районе Московской обл.

На равнинах действуют плотинные ГЭС с относительно небольшим напором, но со значительным расходом воды и протяженными водохранилищами. В горных районах строятся высоконапорные русловые и деривационные ГЭС. Первые из них с лихвой компенсируют недостаточность расхода воды большим ее падением, что позволяет существенно увеличить мощность установки. Турбины деривационных ГЭС установлены не в русле, а в специальных деривационных каналах или трубах, построенных для создания бо"льшего уклона реки. К деривационным относится Ирганайская ГЭС в Дагестане. Два ее агрегата мощностью по 200 МВт в 1998-2001 гг. размещены в тоннелях из монолитного железобетона протяженностью 5,2 км и диаметром 8,5 м каждый. На Ирганайской ГЭС в ближайшем будущем планируется ввод в строй еще двух агрегатов, в результате мощность станции должна увеличиться вдвое.

Перспективы развития российской электроэнергетики также включают доведение до проектной мощности в 2 тыс. МВт Бурейской ГЭС на Дальнем Востоке и достройку Богучанской ГЭС (3 тыс. МВт) на Ангаре. Оба этих амбициозных проекта реализуются при активном участии энергетического монополиста России РАО «ЕЭС». Будущее развитие гидроэнергетики в нашей стране специалисты связывают со строительством мини-ГЭС малой мощности - с незначительной зоной затопления и отказом от гигантских плотин на крупных реках.

Нередко приходится слышать о том, что сооружение ГЭС Волжско-Камского каскада было ошибкой (дальше идут предложения «исправить ошибку» путем полного или частичного спуска водохранилищ). Действительно, с сегодняшней точки зрения затопление больших площадей ценных земель, переселение сотен тысяч человек выглядит на первый взгляд малообоснованным. Но прежде чем обвинять предков, нужно попытаться понять ту логику, которой они руководствовались, принимая решения, исходя из тех условий, в которых они находились.

Куйбышевский гидроузел. Вид по первоначальному проекту.

Итак, в целом план «Большая Волга» в своих основных чертах был сформулирован к концу 1930-х годов, когда со строительства Иваньковского, Угличского и Рыбинского гидроузлов и началась его реализация. Война приостановила эти работы; новый импульс им был придан в конце 1940-х годов, когда практически одновременно началось сооружение Горьковского, Куйбышевского, Сталинградского и Камского гидроузлов. В последующие годы каскад уже завершался.

Иваньковский гидроузел. Основная его задача — обеспечение водоснабжения Москвы. Фото отсюда

Итак, посмотрим на ситуацию в стране в 1930-х — 50-х годах. Начнем с того, что перед СССР в то время стоял вопрос физического выживания — сначала назревала (и как известно, произошла) война с Германией, затем началась война холодная, и в то время было совсем не очевидно, что она не перерастет в войну горячую.

Чертежи одного из вариантов Городецкого гидроузла на Волге.

Выжить в этой ситуации можно было лишь имея сильную армию и сильную экономику. Экономика требовала много, очень много электроэнергии. Где ее можно было взять? Атомная энергетика в то время просто не существовала; оставались тепловая и гидроэнергетика.

Одна из крупнейших тепловых электростанций 1930-х годов — Березниковская.

Тепловая энергетика и тогда, и сейчас в нашей стране доминировала, но обеспечить рост энергопотребления только за счет нее было затруднительно, поскольку имелись очень существенные сложности с топливом. Газ тогда был скорее экзотикой — в 1950-м году его добывалось 6 млрд.м3, в сто(!) раз меньше, чем сейчас. Нефти тоже было немного — на тот же год добыча 38 млн.т, сейчас — 510 млн.т, и нужна эта нефть была для той же армии в первую очередь. Оставался уголь; но в европейской части страны с углем имеются сложности — качественного и дешевого угля мало. Кроме того, уголь нужен металлургии, котельным, транспорту (паровозы ведь тогда бегали и пароходы плавали). Привезти уголь с Кузбасса при тогдашнем развитии и оснащении железных дорог было затруднительно.

Нижегородская (ранее Горьковская) ГЭС

Теперь посмотрим на значение Волжско-Камского каскада в те годы. В 1950 году все электростанции СССР вырабатывали 91 млрд.кВт.ч. электроэнергии; 4 начатые тогда строительством ГЭС Волжско-Камского каскада имеют проектную выработку 25,2 млрд.кВт.ч — это четверть всей тогдашней электроэнергии в СССР.

Рыбинская ГЭС в 1940 году.

Другой пример. Часто критикуется Рыбинская ГЭС — огромное водохранилище, небольшая по современным понятиям мощность электростанции — 330 МВт. Но в те годы эта ГЭС была второй по мощности гидроэлектростанцией СССР после Днепрогэса; самые крупные тепловые электростанции страны в конце 1930-х годов, такие как Новомосковская ГРЭС, имели мощность лишь 350 МВт, наиболее мощные тепловые электростанции Мосэнерго — Шатурская и Каширская ГРЭС имели мощность по 180 МВт.

Строительство шлюзов Куйбышевской (Жигулевской) ГЭС

Помимо энергетики, крайне важным было решение вопроса функционирования речного транспорта — в те годы при зачаточном состоянии автомобильного транспорта и перегруженности железных дорог он имел куда большее значение, чем сейчас. Водохранилища позволяли решить и вопрос гарантированного водоснабжения — промышленность требовала все больше воды, причем независимо от климатических условий конкретного года. Плюс плотины позволяли серьезно сэкономить на мостах.

Перекрытие Волги в створе Куйбышевской ГЭС

Теперь о цене, которую пришлось заплатить за эти выгоды. Волжским каскадом было затоплено 747 тыс.га сельхозугодий, в том числе 183 тыс.га пашни и 564 тыс.га сенокосов и пастбищ. При этом в 1937 году в СССР было 135 млн.га. пашни, а в 1956 году — 195 млн.га, т.е. потери с.х. угодий в масштабе страны были несущественными. Кроме того, за счет сметы гидроузлов предусматривалось освоение под пашню новых земель и мелиорация существующих, что в определенной мере компенсировало потери. Плюс водохранилища рассматривались как источники воды для орошения — только за счет Сталинградского водохранилища планировалось оросить 1,2 млн.га.

Строительство Сталинградской (ныне Волжской) ГЭС

Подведем итоги. Создание Волжско-Камский каскада было вполне оправданным — предков ругать не за что, они искали оптимальные решения стоявших перед ними проблем и нашли их.