Гидроэлектроэнергия. Преимущества, недостатки и влияние на окружающую среду

Преимущества. Хотя гидроэнергетические установки по всему мира удовлетворяют около 20 процентов мирового спроса на электроэнергию, их производительность выше, чем при производстве электроэнергии с использованием прочих источников. Они используют энергию, запасы которой почти во всех странах подвержены рискам, связанным с изменчивостью и изменением климата, но не с политическими или экономическими рисками.

Гидроэнергетика особенно важна как экономический стимул в развивающихся странах и как значимая часть комплексных энергетических систем в более развитых в промышленном отношении странах.

Значимость гидроэлектрической энергии не будет уменьшаться по следующим причинам:
- она получается из непрерывно возобновляемого ресурса, пополняемого за счет энергии солнца;
- она не загрязняет природную среду — ни значительное тепло, ни токсичные или «парниковые газы» не выделяются при ее выработке;

- КПД гидроэлектростанций может достигать 95 процентов, тогда как тепловые станции, работающие на жидком или твердом топливе, имеют КПД не более 30-40 процентов;
- гидроэлектростанции, при условии надлежащего технического обслуживания, имеют длительный эксплуатационный период;
- технология выработки энергии на ГЭС является совершенной, обеспечивающей надежную и гибкую эксплуатацию, а оборудование ГЭС легко адаптируется к местным условиям;

- вода в водохранилищах обеспечивает «хранение» энергии и может быть доступна для других целей;
- гидроэлектростанции способны реагировать в течение минут на изменение требований к выработке энергии;
- выработка гидроэлектроэнергии не требует затрат на топливо, а низкая цена эксплуатации и технического обслуживания ГЭС означает высокую защищенность от инфляции;

- гидроэлектроэнергия заменяет горючее топливо, которое либо должно импортироваться, либо, в случае его производства внутри страны, может экспортироваться, благодаря чему улучшится платежный баланс;

- гидроэнергетика создает рабочие места в период возведения сооружений, эксплуатации и технического обслуживания гидроэнергетических объектов, активизируя экономическую деятельность на национальном и региональном уровнях.

Недостатки. Вместе с тем гидроэнергетике присущи некоторые недостатки, а именно:
- капитальные вложения относительно высоки;

- возможности поэтапного строительства из-за растущего спроса на электроэнергию ограничены в основном из-за необходимости внесения значительных инвестиций в самом начале строительства гидротехнических сооружений на реке;

- место производства и центры потребления зачастую удалены друг от друга;
- сооружение гидроэлектростанций — длительный процесс;

- реки и озера не являются частной собственностью, и решение о развитии гидроэлектроэнергетики должны приниматься на государственном уровне, что влечет за собой проведение трудных политических переговоров — планирование, строительство и возврат инвестиций могут растянуться на несколько десятилетий;
- возможное нарушение естественных ареалов и потеря биологического разнообразия.

Влияние на окружающую среду. Гидроэнергетические установки, несомненно, оказывают влияние на окружающую среду, описанное в разделе 4.2.8, а именно в подразделе 4.2.8.3.

В частности, могут проявиться следующие виды влияния:
- изменение режима потока реки;
- перераспределение накопленного объема воды между сезонами;
- неестественно скоротечные значительные изменения расхода воды;
- затопление выше расположенных территорий.

В этой связи необходимо оценить иные виды водопользования в зонах верхнего и нижнего бьефов планируемого гидротехнического сооружения, с тем чтобы учесть их при проектировании и эксплуатации установки.

Типы установок. Достаточно трудно классифицировать гидроэнергетические установки, поскольку они индивидуальны и в каждом случае адаптированы к геоморфологическим условиям реки, ее гидравлическому режиму и потребностям определенного района или страны в целом.

Ниже предпринята попытка классифицировать их в зависимости от местоположения на реке и режима эксплуатации:
- верховья реки обычно имеют значительные уклоны (см. гипсометрические кривые на рисунке I.2.21, том I, глава 2), а сток меженного периода имеет высокую изменчивость. Соответственно, в таких условиях обычно возводится высоконапорная гидроэлектростанция;

- в среднем течении реки уклоны умеренные, но сток устойчивее. Это приведет к строительству средненапорной гидроэлектростанции;
- нижняя часть течения часто бывает широкой с незначительным уклоном, но с постоянным расходом, что удовлетворяет условиям установки низконапорных или русловых гидроэлектростанций;
- последняя категория установок включает насосные гидроаккумулирующие станции.

Мощность установки. Гидроэлектрическая энергия вырабатывается путем преобразования энергии воды, падающей с более высокого на более низкий уровень, в механическую энергию, воздействующую на лопасти генератора турбины, и затем в электрическую энергию через возбуждение ротора и статора генератора. Энергетический потенциал участка в кВт.ч является функцией расхода и напора, как показано ниже, а его точное выражение имеет следующий вид:

где ɳ — показатель эффективности работы станции; Q — расход воды, м³х c^-1; а H — напор высоты падения воды в метрах, который представляет собой разницу уровней воды нижнего и верхнего бьефов.

Таким образом, необходимо знать запланированную производительность установки и иметь четко определенные компоненты проекта. В рамках подготовительных работ и определения размеров установки может использоваться следующая формула, достаточно точно аппроксимирующая величину мощности;

где Q расход (в м³ х c^-1), а H — напор высоты падения воды (в метрах).