Перспективная гидроэнергетика

 

Автор

 

    Большая гидроэнергетика — одна из отраслей, обеспечивающих принимающему ее региону опережающее развитие. Чем-то ее развитие похоже на развитие сети железных дорог в XIX в., только железные дороги резко снижали региональные издержки на транспорт, а ГЭС — на электроэнергию. И в том, и в другом случае регион получал конкурентное преимущество перед соседями и, как следствие, принимал на своей территории больше производств, чем они. И точно так же, как и железные дороги, современная гидроэнергетика находится в состоянии конкуренции с отраслями, ориентированными на горючее (теплоэнергетической и автомобильной), и в целом сохраняет свои позиции в развитых регионах. Там, где все еще только предстоит построить, гидроэнергетика обладает несомненными преимуществами. В сущности, процент использования гидроэнергетических ресурсов — один из наиболее надежных индикаторов уровня индустриального развития стран и регионов.
    И конечно, масштабные инвестиции, оказывающие столь сильное воздействие на экономику регионов, нигде в мире не могут осуществляться без внимания, а чаще без прямого участия государства. Только оно способно соотнести выгоды, получаемые от использования большой гидроэнергетики, и жертвы, которые приходится принести ради получения этих выгод. Так что любая большая плотина, где бы она ни возводилась, окружена политической борьбой — оппозиция всегда преувеличивает жертвы и преуменьшает выгоды, власть всегда поступает наоборот. Но как бы ни были горячи дискуссии, гидроэнергетика продолжает развиваться и в мире, и в России.
    Мировой опыт в гидроэнергетике
    В мире сложились очевидные тенденции к максимальному освоению имеющегося гидропотенциала. В частности, в Швейцарии он освоен на 99%, во Франции, Италии, Германии и Великобритании — на 95%, в Японии — на 84%, в США — на 82%. Ряд стран обеспечивает себя электроэнергией преимущественно за счет выработки ГЭС: Норвегия на 96%, Бразилия на 89%, Исландия на 74%, Канада на 63%, Австрия на 61%. В настоящее время масштабное гидроэнергетическое строительство переместилось из развитых стран с преимущественно уже освоенным гидропотенциалом в развивающиеся — Китай, Индию, Бразилию, Иран и др. При этом темпы строительства крупных ГЭС позволяют говорить о настоящем гидроэнергетическом буме.
    Наиболее масштабная программа строительства ГЭС реализуется в Китае. Визитной карточкой гидро­энергетики этой страны стала крупнейшая в мире ГЭС «Три Ущелья» на р. Янцзы проектной мощностью 22,4  ГВт и среднегодовой выработкой 100 млрд кВт•ч. До 2015 г. в Китае планируется построить 60 новых мощных ГЭС, некоторые уникальны по своим техническим параметрам, например по мощности или высоте плотины. Среди них можно назвать строящиеся ГЭС Силоду на р. Янцзы мощностью 13,8 ГВт с плотиной высотой 278 м или ГЭС Даганшань на р. Даду, плотина которой станет высочайшей в мире (312 м).
    Крупные и очень крупные гидро­энергетические проекты реализуются и в других странах: в Бразилии (ГЭС Бело Монте, 11 ГВт), Пакистане (ГЭС Diamer-Bhasha, 4,5 ГВт), Эфиопии (Gilgel Gibe III, 1,9 МВт) и др.
    Российский опыт гидроэнергетики
    В России пик освоения гидропотенциала пришелся на 1950—1980-е гг. К настоящему времени освоено около 20% экономически эффективного гидропотенциала, в том числе в европейской части страны — около 50%. Основные гидроэнергетические ресурсы страны сегодня сосредоточены в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.
    В европейской части страны значительные неиспользованные гидроэнергетические ресурсы имеются на Северном Кавказе, в бассейнах рек Самур, Сулак, Терек, Кубань, Мзымта. Сейчас идет строительство Гоцатлинской ГЭС в Дагестане, Зарамагской ГЭС в Северной Осетии, Зеленчукской ГЭС-ГАЭС в Карачаево-Черкесии. Строящиеся и перспективные ГЭС Северного Кавказа отличаются отсутствием или небольшим размером зон затопления, что исключает переселение большого количества людей. Кроме того, в европейской части России необходимо строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС).
    Цель ГАЭС — оказание системных услуг в виде потребления избыточной электроэнергии в периоды ночных провалов в энергопотреблении и выработке ее в периоды пиковых нагрузок. В развитых странах — Германии, Франции, Великобритании, Японии и др. построены десятки ГАЭС, значительно повышающих эффективность и надежность местных энергосистем. В России существуют две ГАЭС — Загорская и ГАЭС на Большом Ставропольском канале в КЧР, ведется строительство Загорской ГАЭС-2 и Зеленчукской ГЭС-ГАЭС, запланировано строительство мощной Ленинградской ГАЭС.
    В Сибири близится к завершению строительство Богучанской ГЭС на Ангаре (мощность 3 ГВт, пуски гидроагрегатов запланированы в 2012—2013 гг.), ведется восстановление пострадавшей от аварии Саяно-Шушенской ГЭС. В бассейне Енисея существует техническая возможность строительства более десяти ГЭС общей мощностью, превышающей 30 ГВт, и выработкой более 100 млрд кВт•ч. Их мощность может быть выдана как в энергосистему Сибири, так и на Урал и далее в европейскую часть страны по ЛЭП сверхвысокого напряжения.
    Особенно интересен проект Эвенкийской ГЭС на р. Нижняя Тунгуска, предусматривающий строительство крупнейшей в России ГЭС мощностью 12 ГВт и выработкой 46 млрд кВт•ч с уникальным водохранилищем многолетнего регулирования. При этом ГЭС будет расположена в удаленном, малонаселенном районе с суровыми климатическими условиями — потребуется переселение не более 5000 человек (для сравнения, при создании ГЭС «Три Ущелья» было переселено более 1 млн человек), сельскохозяйственные угодья практически не затрагиваются, в зону затопления попадает преимущественно лес, заготовка которого не ведется в связи с заведомой экономической неэффективностью. В то же время реализация столь масштабного проекта предполагает значительные финансовые затраты (по оценкам, около 20 млрд долл.), поэтому в ближайшие годы не планируется.
    Огромный неиспользованный гидроэнергетический потенциал сосредоточен на Дальнем Востоке, где в последние годы была введена на полную мощность Бурейская ГЭС и начато строительство Нижне-Бурейской ГЭС, ведется строительство Усть-Среднеканской ГЭС на Колыме. Необходимо отметить, что перспективные гидроэнергетические проекты в Сибири на Дальнем Востоке расположены преимущественно в малонаселенных, труднодоступных регионах и не предусматривают массового переселения людей из зоны затопления.
    Отдельно следует отметить большое неэнергетическое значение создаваемых гидроэлектростанциями водохранилищ, в первую очередь как крупнейших резервуаров пресной воды, активно используемых для водоснабжения и орошения. Водохранилища ГЭС обеспечивают надежное, не зависящее от колебаний речного стока водоснабжение многих крупных городов, важнейших промышленных предприятий, ряда тепловых электростанций. Срезая пики паводков, водохранилища защищают обширные территории с миллионным населением от наводнений. Важна роль водохранилищ и в улучшении условий работы вод­ного транспорта.
    Помимо крупной гидроэнергетики, в России имеется значительный потенциал строительства малых ГЭС, особенно в горной местности — на Северном Кавказе, Урале, Алтае, Камчатке и др. В настоящее время ОАО «РусГидро» реализует проекты строительства Зарагижской и Верхнебалкарской малых ГЭС в Кабардино-Балкарии, Фиагдонской малой ГЭС в Северной Осетии и малой ГЭС Чибит в Республике Алтай. Следует отметить, что удельные затраты на строительство малых ГЭС выше, чем на строительство обычных ГЭС, в связи с чем требуются меры по поддержке их создания со стороны государства.
    Перспективы альтернативной энергетики в России
    Экономический потенциал использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в целом по России оценивается в 450 млн т у. т. В 2009 г. на основе использования ВИЭ (без учета крупных ГЭС) было выработано 6,751 млрд кВт•ч, что составило 0,68% от общего объема производства электроэнергии. 8 декабря 2009 г. Распоряжением Правительства Российской Федерации установлены целевые показатели развития энергетики на ВИЭ в процентах от совокупного объема производства электроэнергии в России: к 2015 г. — 2,5% и к 2020 г. — 4,5%.
    Развитие альтернативной энергетики особо перспективно в изолированных регионах, т.к. там существует проблема энергоснабжения. В частности, речь идет о районах Крайнего Севера, Дальнего Востока и т.д. Ситуацию можно существенно улучшить за счет развития в этих регионах альтернативной энергетики. Так, энергетическая система Камчатского края не имеет технологических связей с единой энергосистемой России и является изолированной. При этом 68% электроэнергии вырабатывается на мазутных ТЭЦ. Высокая цена мазута на мировом рынке и транспортная составляющая обусловливают самые высокие в России тарифы. Поэтому стратегическим направлением развития камчатской энергетики остается ее переход на местные возобновляемые энергоресурсы, в использовании которых Камчатка имеет богатый опыт — на территории Камчатского края функционируют три геотермальные электростанции: Верхне-Мутновская, Мутновская и Паужетская. Все они находятся под управлением ОАО «Геотерм» — «дочки» ОАО «РусГидро». Геотермальная энергетика — ключевой сегмент деятельности ОАО «РусГидро» в области ВИЭ. Компания — пионер и лидер в области геотермальной энергетики не только в России, но и в мире. Технологии, применяемые на камчатских станциях, считаются наиболее передовыми.
    Строительство геотермальных станций позволило решить ряд практических и научных задач. Геотермальные электростанции обеспечивают до 30% энергопотребления центрального камчатского энергоузла. Это позволяет значительно ослабить зависимость полуострова от дорогостоящего привозного мазута.
    Верхне-Мутновская ГеоЭС (12 МВт) и Мутновская ГеоЭС-1 (50 МВт) расположены на Мутновском месторождении парогидротерм в 120 км от Петропавловска-Камчатского, у подножия Мутновского вулкана, на отметке 780 м от уровня моря. Суммарная мощность Мутновских ГеоЭС составляет 62 МВт. Это позволяет не только на треть обеспечить потребности региона в электроэнергии и ослабить зависимость от поставок дорогостоящего мазута, но и улучшить экологическую обстановку в регионе. Важнейшее экологическое преимущество ГеоЭС по сравнению с традиционными электростанциями — значительное снижение выбросов, ответственных за парниковый эффект. Особенностью производства электрической энергии является отсутствие в технологическом цикле потребности в органическом топливе: в качестве энергоносителя используется геотермальный флюид, добываемый из продуктивных скважин Мутновского месторождения парогидротерм с обратным циклом закачки отработанного энергоносителя. Мутновская ГеоЭС — экологичный источник энергии, ее ввод привел к сокращению выбросов СО2 на 350 тыс. т в год.
    Научно-исследовательские работы в районе Мутновского вулкана (Камчатка) были начаты в 50-е гг. прошлого века. К началу 90-х гг. на Мутновском геотермальном месторождении было пробурено более 90 скважин, построены дорога и ЛЭП. В 1999 г. была пущена в эксплуатацию Верхне-Мутновская ГеоЭС. Первый энергоблок Мутновской ГеоЭС-1 был включен в сеть 17 сентября 2002 г. Несколькими днями позже, 27 сентября, был введен в эксплуатацию второй энергоблок.
    Сегодня Мутновская ГеоЭС-1 — одна из лучших геотермальных электростанций в мире по экологическим параметрам и уровню автоматизации. На станции используются только отечественные технологии.
    Потенциал Мутновского геотермального месторождения оценивается в 300 МВт. ОАО «РусГидро» реализует пилотный проект «Увеличение установленной мощности Мутновской ГеоЭС за счет использования тепла сбросного сепарата», который позволит повысить эффективность использования добываемого на существующем месторождении геотермального теплоносителя до 26% и получить дополнительно мощности до 13 МВт.
    Паужетская ГеоЭС — первая Российская геотермальная электростанция — построена в 1966 г., располагается на Камбальном месторождении парогидротерм в юго-западной части Камчатского полуострова в 300 км от Петропавловска-Камчатского. При вводе мощность станции составляла всего 5 МВт, в результате реконструкции она была увеличена до 12 МВт.
    Первоначально станция была экспериментальной, позже она стала участвовать в обеспечении региона электроэнергией и теплом и уже более 40 лет обеспечивает электроэнергией и теплом населенные пункты и рыбопромышленные предприятия, расположенные в поселках Озерновский, Паужетка, Шумный и Запорожье Усть-Большерецкого района Камчатского края, тем самым способствуя развитию данного региона.
    В технологическом цикле подготовки геотермального теплоносителя задействовано 10 продуктивных скважин, которые работают в пульсирующем режиме. На всех добычных скважинах установлены скважинные сепараторы.
    В настоящее время ОАО «РусГидро» реализует на станции уникальный для России пилотный проект — создание отечественной технологии по производству электроэнергии на геотермальных установках с бинарным циклом. Это энергосберегающеий проект с использованием сбросного низкотемпературного сепарата Паужетского месторождения для выработки энергии.
    Цель проекта — отработать технологию для дальнейшего тиражирования и применения на других гео­термальных объектах, снизить дорогостоящую выработку дизельных станций в регионе, сэкономить завозное топливо, улучшить экологию. Полным ходом идет поэтапный монтаж бинарного энергоблока, пуск которого планируется осуществить в конце 2011 г.
    Еще одно перспективное направление деятельности РусГидро — развитие приливной энергетики. В 1968 г. в губе Кислой Баренцева моря на Кольском полуострове была введена в эксплуатацию первая в России приливная электростанция — экспериментальная Кислогубская ПЭС. Станция и в настоящее время является, по существу, научно-исследовательским полигоном РусГидро для испытаний конструкций, строительных материалов и оборудования для приливной энергетики в естественных условиях.
    Здание Кислогубской ПЭС, по предложению главного инженера проекта и строительства Л.Б. Бернштейна, было впервые в мировой практике гидроэнергетического строительства сооружено наплавным способом (без перемычек), что позволило на треть сократить стоимость ПЭС. На Кислогубской ПЭС в одном из двух ее водоводов был установлен приобретенный во Франции капсульный гидроагрегат с рабочим колесом диаметром 3,3 м (на ПЭС Ранс в 1967 г. установлено 24 капсульных машины диаметром 5,3 м). Второй водовод был предназначен для установки в нем нового отечественного гидроагрегата для ПЭС. За время работы станции выработано около 9 млн кВт•ч электроэнергии.
    В декабре 2004 г. на Кислогубской ПЭС смонтирован первый отечественный ортогональный гидро­агрегат с рабочим колесом диаметром 2,5 м на горизонтальном валу, который имеет повышенный коэффициент полезного действия и не изменяет направление вращения при приливах и отливах. Установленная мощность гидроагрегата составляет 200 кВт.
    В 2006 г. в соответствии с Инвестиционной программой РАО «ЕЭС России» по заказу ОАО «ГидроОГК» на ФГУП «ПО «Севмаш» в Северо­двинске был изготовлен экспериментальный металлический наплавной энергоблок Малой Мезенской ПЭС с ортогональным гидроагрегатом с рабочим колесом диаметром 5 м на вертикальном валу и проектной мощностью 1500 кВт. В настоящее время на энергоблоке ведутся работы по программе комплексных натурных испытаний ортогональных гидроагрегатов и вспомогательного оборудования. Кислогубская ПЭС подключена к Кольской энергосистеме, но не является промышленной электростанцией.
    За время опытной эксплуатации накоплен уникальный материал по динамике процессов эксплуатации ПЭС в условиях арктического побережья, по экологическому мониторингу окружающей среды. Впоследствии технологии и конструкции, отработанные на Кислогубской ПЭС, будут применены при создании перспективных приливных электростанций, таких как Северная ПЭС (Мурманская область, губа Долгая). Кроме того, на базе Кислогубской ПЭС планируется создать энерготехнологический комплекс по совместному использованию сразу трех источников возобновляемой экологически чистой энергии: приливы, ветер, солнце.
    Однако для этого перспективы развития гидроэнергетики с использованием ВИЭ всех регионах РФ зависят от наличия полноценной системы господдержки этого сектора. Уже разработан ряд нормативно-правовых актов, определяющих основные направления работы механизма господдержки. В их числе целевые показатели развития ВИЭ в РФ, квалификация генерирующих объектов, функционирующих на основе использования ВИЭ, система сертификации генераторов, временные правила организации системы коммерческого учета производства электроэнергии на ВИЭ. Однако базовых подзаконных актов, призванных поддержать развитие этого вида генерации со стороны государства и повысить интерес инвестиционного сообщества к отрасли, пока нет. Речь идет прежде всего о принятии нормативных документов, устанавливающих надбавку на цену электроэнергии, вырабатываемую ВИЭ, компенсацию стоимости технологического присоединения объектов к сетям, а также о внесении соответствующих изменений в правила оптового и розничных рынков электроэнергии и мощности.
    До окончания формирования нормативно-правовой базы эффективность инвестиционных проектов по использованию ВИЭ является невысокой и не позволяет инвесторам принимать экономически обоснованные решения об их реализации. А значит, переход к более масштабному строительству электростанций на базе ВИЭ пока откладывается.
    Влияние ГЭС на тарифы
    ГЭС отличаются низкими эксплуатационными затратами и соответственно очень низкой себестоимостью электроэнергии, а также ее независимостью от цен на топливо. В результате наличие существенной доли гидрогенерации приводит к снижению оптовых и розничных цен на электроэнергию. Так, в оптовые цены на электроэнергию в Сибири, где значительна доля ГЭС в выработке электроэнергии, примерно в два раза ниже, чем в европейской части России. Цены на электроэнергию для населения в регионах, где есть ГЭС, и регионах, где их нет, могут различаться в несколько раз. Например, жители Бурятии, на территории которой нет гидроэлектростанций, платят за электроэнергию почти в пять раз больше, чем жители Иркутской области, на территории которой расположены крупные ГЭС Ангарского каскада (Иркутская, Братская и Усть-Илимская ГЭС).