СкверНЯк {ẁẃ} (ermiak) wrote,
СкверНЯк {ẁẃ}
ermiak

Category:

Большое малогидроэнергетическое. "Э" - последняя буква в алфавите.

Самая нетривиальная, неожиданная и противоречивая часть обзора.
Экономика и Экология. Насколько велики ресурсы гидроэнергии, сколько киловатт можно выжать из этой милой кисы и чем это все грозит в деле борьбы за глобальное оледенение.

Начнем с начала. А что мы, собственно, называем "малой ГЭС"? Малыми ГЭС и по международным, и по украинским меркам называются электростанции до от 1 и до 10МВт. Вот с мини-ГЭС ситуация интереснее. Европа считает "мини" от 100КВт до мегаватта. Украина считает от 200КВт. Микро - это все, что меньше. Да, 125 КВт - это микро. А безобразие на ручейке с мотор-колесом от мопеда невидимо и на максимальном увеличении:)

Небольшой, но необходимый вбоквелл. О киловаттах. [Spoiler (click to open)]чисто для понимания. Одна квартира требует установленной мощности около 5,5 КВт. Дом - еще больше. Двигатель прокатного стана - единицы и десятки Мегаватт. Естественно, это пиковая нагрузка, но, в отличие от статистики, в энергетике пиковые нагрузки встречаются регулярно. Так что мини-ГЭС балансируют между запиткой дачного кооператива и нескольких сел. И только малые ГЭС могут заявить нечто более существенное.

Продолжаем. Я не стану перечислять количество рек их площадь водосбора, распределение по территории страны и сразу перейду к выводам. Общий гидроэнергетический потенциал малых рек Украины по современным оценкам составляет 12,5 миллиардов киловатт-часов в год. Но это вообще. Снять можно с этого примерно 8,3 миллиарда киловатт-часов в год, но для этого нужно превратить все в мир-кузню из вархаммера. Огромный завод, поглотивший все. Перегородивший все речки, забравший в трубы ручьи и запрягший рыбу крутить водяные колеса. Экономически же целесообразным можно считать лишь 3,7 миллиарда киловатт-часов в год и от 1 до 4 Гигаватт мощности. Правда, для такой мощности застроить придется тоже более, чем прилично, но в целом, тщательным выкручиванием и отжимом из этой кошки можно выжать мощность полноценной атомной станции. Теоретически. На практике все гораздо скромнее.

Для выработки электроэнергии с учетом использования до 90% стока (за исключением санитарного пропуска, потерь в маловодье, половодье и паводки, потери на работу рыбоходов, регулировку "по стоку", специальные меры регулировки стока через водосбросы), а также ограничений территорий сооружения ГЭС, затопления и т.п. остается лишь 1,2 миллиарда киловатт-часов в год и 375 МВт мощности. В 2015 году в работе было 120 малых ГЭС с общей мощностью в 83 Мегаватта. Еще 12 Мегаватт могут быть относительно легко восстановлены. Быстро уменьшаются показатели, правда же?

Кроме того, три четверти этого потенциала приходится на реки карпатского бассейна, с уймой заповедных мест и удручающе неравномертным стоком, большая часть которого сливается в половодье и паводки через водосбросы. Вот так.

Процесс возрождения малой гидроэнергетики начался в 2000 году. До 2006 были реконструированы Корсунь-Шевченковская (1650 кВт), Снятинская (800 кВт), Сандракская (640 кВт), Юрпольская (550 кВт), Гордашевская (400 кВт), Коржовская (400 кВт), Кунцевская (400 кВт), Остаповская (375 кВт), Сухобаровская (330 кВт), Гальжбиевская (250 кВт), Петрашевская (250 кВт), Седневская (230 кВт), Лисянская (200 кВт) станции.

В 2005 обследовали состояние сохранившихся электростанций мощностью больше 100 КВт и обнаружили больше ста заброшенных электростанций. Именно они и послужили основой для "гидроэнергетического чуда", когда запуск ГЭС обходился без длительных и дорогих строительных работ. Конечно, гидросооружениям требовался ремонт, а иногда и реконструкция, но в сравнении с полноценным проектированием с нуля суммы были смешными.

В 2009 был принят закон о "зеленом тарифе", который коснулся и мини-ГЭС. Для них были установлены повышенные тарифы:
для микро-гэс до 200 КВт установленной мощности - 1,8грн/КВт*ч
для мини-ГЭС до 1 МВт установленной мощности - 1,5грн/КВт*ч
для малой ГЭС до 10 МВт установленной мощности - 1,1грн/КВт*ч

Для фотоэлектрических станций в зависимости от мощности и расположения - 3-3,5 грн/КВт*ч
Для ветровых турбин - 3,3 грн/КВт*ч

Для сравнения у полноразмерной ТЭС тариф получается 2,15 грн/КВт*ч
У АЭС - 0,5 грн/КВт*ч
У ГЭС - 0,246 грн/КВт*ч

Отпускная же цена потребителю - от 1,6 до 2,4 грн/КВт*ч в зависимости от потребителя и мордороблэнерго.


Когда я готовил эту запись, Рада приняла закон о превращении частных наземных фотоэлектрических станций в тыкву - и сняла с них зеленый тариф. Это, конечно, кидок, тем более обидный, что у юриков (читай олигарха А) с таких же наземных станций брать по зеленому тарифу будут по-прежнему - но теперь можно будет посмотреть, рентабельность фотоэлектрики в реальных условиях.


Причем, я и раньше говорил, что считаю "зеленый тариф" легальным способом перекладывания денег из кармана государства в свой карман. И с учетом тарифов выше все равно видно, что мини-ГЭС дотационны в самой минимальной степени. И даже без тарифа многие из них держатся на безубыточности. Это, конечно, плюс. C технической и приятной Омниссии стороны. Но вот с точки зрения экономики в смысле набивания карманов - мини-ГЭС слишком дороги, сложны и заморочны - а выхлопа с них хрен и нихрена. То ли дело фотовольтаика! Мозгов не нужно от слова вообще, бригада монтажников, котлета зелени - застраиваем поле на пару Мегаватт установленной мощности - и открываем карман. Или с ветряками. Три-пять мегаватт на одну башню - и куда вы там со своими дамбами на 100 КВт мешаетесь? Вас же на графике не видно! В общем, и в возобновляемой энергетике мини-ГЭС остались в тени.

Тем не менее, зеленый тариф в кои-то веки сработал так, как предполагалось. Eжегодно в работу начало вводиться по десятку станций, причем, они не превратились в денежный насос из бюджета а стали вполне приличными участниками энергосистемы. Приличными, но очень маленькими:)

Очень маленькими. Всего-то 10% возобновляемой энергии, 6,9% установленной возобновляемой мощности и 0,13% общей. Так что спасти энергосистему малые ГЭС не смогут, но несколько составов топлива в год сэкономят. И даже выжав кошку досуха, ситуация сильно не изменится. Ну да, примерно вдвое больше энергии - но против многомегаваттных ветряков и фотовольтаики на кратно бОльшем зеленом тарифе не попрешь.

Но, несмотря на незначительную мощность по любым меркам, электростанции строятся и реконструируются. В планах до 2030 года предполагалась как реконструкция заброшенных, так и постройка новых, как на реках, так и на водохранилищах неэнергетического назначения. Почему? Мини-ГЭС остаются гидроэлектростанциями и при грамотном управлении способны если не питать потребителей, то хотя бы гасить пиковые нагрузки - именно тогда, когда надо, а не когда ветер тучи разгонит. Причем, часто еще и именно там, где магистральные сети слабоваты. И даже неоднозначные агрегаты на асинхронных генераторах тоже имеют ценность для энергетики. Своими конденсаторными батареями, например.


И если с экономикой все просто: энергия вполне дешевая, но ее мало и со всеми стараниями много не будет, остается только один вопрос:

Экология.
Для гринписовцев здесь вопроса нет. Все без исключения ГЭС должны быть разрушены, города расселены, заводы закрыты, жители пересажены из автомобилей на общественный транспорт, из общественного транспорта на велосипеды, с велосипедов перевезены в поселки с шаговой доступностью экологически чистых благ. Куда при этом предполагается деть негров-мигрантов и прочих неэкологичных существ, пока неясно, но зеленая наука точно с этим справится. Причем с минимальным выбросом парниковых газов.

Мы же пойдем в более сложные экологические взаимодействия. Экологические - это НЕ значит сколь-нибудь полезные или вредные или гармоничные вообще. Когда котик съедает птичку, у них происходит очень экологичные взаимоотношения. Короче говоря, это взаимоотношения станции с окружающей средой и окружающей среды со станцией.


Можно было бы сразу начать с плюсов и минусов, но сначала стоит вспомнить, как же эта самая ГЭС работает и когда. Напор, расход и турбина, да. Но вокруг них есть еще Река и Потребители.

Дневной расход воды в реке часто считается стабильным. Условно. Если дождь не пойдет. Это для Днепра тот дождик и на миллиметр уровень может не поднять, а для маленькой речки колебания уровня будут куда заметнее. А для горной... Но условно будем считать сток стабильным. И при регулировании выработки "по стоку", то есть, "что пришло, то и ушло", электростанция будет вырабатывать стабильную мощность. Небольшую; речка все-таки маленькая. В этом случае уровень воды стабилен, никаких внезапных скачков уровня, приливов и отливов, в ходе которых рыбак, задремавший на берегу, вечером просыпается с поплавком в песке.
Но запросы потребителей-то в течение дня нестабильны! Утром все включают телевизоры и чайники, днем - точилки, пилилки и доилки, а вечером - компьютеры с танчиками. А ночью спят, но одна сволочь точно заряжает свой ниссан-лиф от столба освещения! В общем, "по стоку" станция работать может, но в помошь ей нужен ДнепроГЭС и Энергодар. А она только немножко разгрузит трансформаторную подстанцию в 35КВ. Ничего плохого, но и хорошего ноль целых хрен десятых процента (0,13, кажется?) Тем не менее, на деривационных и плотинно-деривационных станциях это - основной способ регулирования - все, что не смогли использовать просто утечет в водосброс.

Но электростанция может быть и более полезной, например, разом сливая весь полезный объем водохранилища утром и вечером, из-за чего напряжение в розетках Нижних Бодунов держится на тех же 220В (из 230, но это уже детали), а не сползает к 170. Но вода то поднимается, то спадает, а в нижнем течении река к середине дня может здорово обмелеть.

Можно еще "по нагрузке", но этот способ регулирования характерен для схемы "остров", без подключения к электросетям. Сочетает все недостатки предыдущих способов, но неоценим, если сети нет и не предвидится.

Кроме того, на малых ГЭС сток определяется не только энергетическими соображениями. Регулирование гидрологического режима реки, забор воды на не-энергетические нужды типа полива, пропуск управление паводками и т.п. остаются важными функциями почти любой станции. И может показаться неожиданным, но на территории Украины регулярно случается зима, тоже оказывающая влияние на работу небольших станций.

Зимой вода замерзает. И ладно бы она замерзала сразу и прочным льдом сверху - нет же! К ГЭС зима приходит в виде обмерзания сооружений станции, в виде плавающей "шуги" - мелкого льда, который ни голове ни жопе, а еще крупных льдин, а при везении - еще и донного льда. Давление льда может устроить совсем не запланированные и не требуемые проектом изменения в конфигурации плотин и агрегатов. Только статическое давление льда на сооружения плотины может достигать от 1,5 до 20 тонн на погонный метр плотины в зависимости от климатических и технических условий. И это только статическая нагрузка! Лед, смерзающийся с каменной облицовкой при подъеме уровня не только распирает швы и трещины, но и вытягивает камень, разрушая и срывая плиты. А плывущий лед может не только таранить, но и, скапливаясь, напирать, загромождать водосбросы и переваливать через гребень плотины, старательно разрушая все на своем пути.


Что делать? Воспрепятствовать зиме сложно, да и в свете современной борьбы за глобальное похолодание - безнадежно. Остается борьба.

Шуга, она, шуга такая, подлая. Она и по водосбросу трется, и решетки забивает, и турбину повредить может. От нее перед аванкамерой ставят колхозный вариант бонового заграждения - скованные бревна поперек потока. В крайнем случае допускается пропуск шуги сквозь пропеллерную турбину на максимальном открытии. На радиально-осевых и особенно, ковшовых такой пропуск не допускается. Можно сбрасывать шугу в водосброс или задерживать ее теми же бонами до тепла (сколько там той зимы?) Но радикальным решением проблемы становится только полный ледостав и образование сплошного ледяного покрова. Для этого станция переводится в режим работы "по стоку" и стабилизирует уровень в верхнем бьефе и деривационном канале.

Но сплошной лед несет все те самые статические и динамические тонносилы, с которыми нужно бороться как зимой, так и, особенно, весной, во время ледохода.
Для снижения статического давления перед плотиной во льду режутся траншеи, прилегающие к затворам, работающим зимой и поддержание их в незамерзающем состоянии. Здесь способов много - от египетского пилой и ломом до отбора мощности станции на нагрев и бульбулирование полосы перед плотиной. А потом приходит ледоход.


Ледоход - страшная сила. И дело даже не в в кинетической энергии льда, которая может повредить плотину. Проблема начинается, когда лед смерзается в торосы и карманные айсберги с еще бОльшей мощностью, а потом все эти глыбы устраивают затор где-нибудь на повороте, поднимают уровень - и при почти мгновенном разрушении несутся вниз на гребне паводковой волны. На Корсунь-Шевченковской были случаи, когда лед поднимался и сносил служебный мост поверх плотины.

Для снижения угрозы, лед можно заблаговременно разрезать ледорезной машиной (в сельских условиях деградирующей до санок с мотопилой) на квадраты с диагональю меньше ширины водосброса (экспериментально выяснено, что в условиях Украины для пропуска льда минимальный проход водосброса должен составлять не меньше 10М, а слой воды в водосбросе под льдинами - в полтора раза больше толщины льда). Сначала лед режется вдоль, потом поперек водохранилища. Льдины затем выламываются ломами и сбрасываются через водосброс. В советское время пил было мало, а вот аммонала - много, так что лед кололся зарядами взрывчатки. Методику и расчет количества я здесь приводить не буду, но в советское время это было стандартным решением.

За пару недели до ледохода оповещаются все обитатели ниже по течению и особенно руководство нижестоящих станций оповещается о планируемом сбросе.
За это время проверяется работа затворов, кранов, освещение, связь, состояние сооружений. Составляется план пропуска льда, устанавливается режим дежурств, готовятся вспомогательные команды.

Обследуется лед вверх и вниз по течению, разрезаетсся или раскалывается ледяное поле водохранилища с постепенным сбросом льда в нижний бьеф.
Подготавливается здание ГЭС, если оно может быть затоплено по каким-либо причинам.

Выставляется наблюдение на известных местах образования ледяных заторов для своевременного их разрушения.

На низконапоргых равнинных плотинных ГЭС с значительным ледоходом водосбросы открываются за 2-3 дня до паводка и закрываются после снижения уровня до нормального.

При возможности безопасно задержать лед в верхнем бьефе до его таяния.

За день до спуска воды еще раз предупреждаются все ответственные лица ниже по течению.




Без льда, при паводке ситуация упрощается. Вначале уровень водохранилища снижается через турбины (есть нормативы; если слишком мало - перехлестнет через плотину, если слишком много - плотину может и разрушить прибывающей волной). Льда нет, так что в его роли выступают кусты, деревья и прочие обломки снесенных паводком сараев. Их лучше задержать на подходе, чем выковыривать из водосброса. Отдельный привет любителям земляных дамб, которые одновременно не любят перелива через гребень (с быстрым размывом) и резко увеличивают фильтрацию (с постепенным размывом дамбы) при высоком уровне. Не хотели строить плотину - таскайте мешки с глиной!

Еще раз замечу, в отличие от наглухо зарегулированных больших рек, на малых все гораздо более по-взрослому, чем выглядит со стороны.

Ну и ответный удар - чем станция может ответить окружающему миру?

1. Затопление.
За исключением "чистых" деривационных станций - неизменный признак любой ГЭС. Напор поднимается повышением уровня верхнего бьефа и в равнинных местах после затопления русла реки каждый дополнительный сантиметр напора стоит полуметра ширины. Водохранилише растет вширь намного быстрее, чем в высоту. Нет, иногда может случиться чудо и речка будет протекать по каньону или в узкой долине, но в целом высоких напоров на равнине добиться трудно. Тем более, что местные жители очень неравнодушно относятся к затоплению своих земель ради нескольки сотен киловатт. Поэтому чем меньше ГЭС, тем меньше площадь водохранилища отличается от собственно, русла реки. Некоторые зеленые дополнительно пишут к проблемам затопления еще и парниковые газы, выделяющиеся при разложении органики, но сейчас это значения не имеет (угадайте, почему). К ним же в эротическом походе примыкают этнографы.

Это действительно проблема, но проблема очень неоднозначная. Для многих малых рек характерны сильные колебания уровня вплоть до обмеления к концу лета. Водохранилище (цепочка водохранилищ) позволяет регулировать уровень реки и обеспечивать оседлые породы рыбы стабильным местом обитания. В той же Волчьей щука вот-такая ловится! Кроме того, вода из водохранилища может быть использована на не-энергетические нужды, что в случае с ручейком проблематично. Кроме того, плотинные ГЭС позволяют в определенной степени снижать разрушительное действие паводков Это, конечно, неэкологично, но намного безопаснее.

2. Подтопление. Вот это уже интереснее. Уровень грунтовых вод подымается и кто-то изначально не протестовавший против станции, внезапно обнаруживает, что бутыли с самогоном вместо того, чтобы стоять на полках, свободно плавают по погребу. А луг вдруг превратился в болото и выпасать на нем можно только лягушек. Здесь думать надо было ДО постройки станции и не кроить на геологических исследованиях. В конце концов, если село стоит на гранитной скале, подтопить его будет проблематично.

3. Снижение скорости течения и заиливание водохранилища; изменение флоры и фауны реки. Нуфф сэд. Особенно сэд становится проходной рыбе, неспособной перепрыгнуть плотину. Для понимания ситуации - из "исторических" (читай "всех без исключения") малых и больших ГЭС приличных рыбоходов нет ни на одной. На реконструированных появляются чисто символические, но полноценных нет даже на плотинно-деривационных с автоматическими водосбросными плотинами, где вода большей частью шо так шо так идет в водосброс. Это, кстати, очень важный аспект, куда важнее всех остальных. Из-за рыбы кое-где в европах построить ГЭС сложнее, чем мазутную коптилку с выхлопом "евро-ноль". А из-за отсутствия рыбопроводов в Днепре теперь не водится огромная белуга. Времена такие были - там и люди были расходниками, не то, что рыба.
В то же самое время, для мелких рек опять таки появляется возможность зарыбления водохранилищ более оседлыми и крупными породами рыб.

4. Туристическая ценность. ГЭС необратимо меняют природные пейзажи, портя всю туристическую привлекательность.



Если с горными деривационными станциями я соглашусь - напорные трубопроводы действительно выглядят чудовищно. Ирония в том, что именно в Карпатах сосредоточен наибольший гидропотенциал и именно в Карпатах такие безобидные на равнине деривационные станции могут дать потрясающе отвратительный эффект самим своим существованием.
В то же самое время, хочу заметить, водохранилище с жирными карасями обладает заметным матрасно-туристически-водко-рыболовным потенциалом. Не хуже затопленного карьера, например. И пусть тот, кто считает, что на таких техногенных водоемах нет отдыхающих... попробует разъехаться на подъездной дороге на майских.

5-10-100. Настоящий зеленый найдет еще вагон причин вплоть до разбалтывания земной оси, но эти - ключевые и очевидные. Что на них можно сказать, кроме уже сказанного? Важная особенность именно современного украинского гидростроя в том, что электростанции в большинстве своем не наносят никакого нового экологического ущерба. Очевидно, весь возможный ущерб они нанесли 70 лет назад:) В современных условиях несопоставимо дешевле реконструировать сохранившиеся станции и создавать новые на готовом напорном фронте. Такое вот слияние экологии с экономикой.
Tags: техника
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments