Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода

ВВЕДЕНИЕ

Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода; этими колесами приводились в движение мельничные постава и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т.д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС)

Малые и микроГЭС - объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет). Строительство МГЭС имеет также широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами.
В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 10 МВт (в некоторых странах до 50 МВт).
Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков. В малых, микро- или нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны. Они не имеют многих недостатков, характерных для больших ГЭС, а именно: дорогостоящие трансмиссии, проблемы, связанные с негативным воздействием на окружающую среду.

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

1.1 В МИРЕ

Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение во многих странах мира. Например, в 2005 году суммарная мощность малых ГЭС в мире выросла на 8% (5 ГВт) и достигла 66 ГВт, причем она составила 36% от суммарной мощности всех возобновляемых источников энергии (исключая большую гидроэнергетику) и 1.6% от общих электроэнергетических мощностей. Таким образом, можно сказать, что МГЭС являются одним из основных источников получения электроэнергии среди возобновляемых ресурсов.

Развивающиеся страны строят малые ГЭС в качестве автономных источников электроэнергии в сельской местности.
В Швейцарии доля производства электроэнергии на МГЭС достигла 8,3%, в Испании – 2,8%, в Швеции – почти 3%, а в Австрии – 10%. Лидирующие позиции по совокупным генерирующим мощностям МГЭС занимают: Китай (47 ГВт), Япония (4 ГВт), США (3,4 ГВт), Италия и Бразилия.
По данным ESHA (European Small Hydropower Association), в 2011 году суммарная установленная мощность МГЭС в мире составила 87 ГВт.
Суммарные мощности МГЕС:

Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика будет оставаться одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии. Латинская Америка, Северная Америка и Европа имеют значительный гидроэнергетический потенциал, большая часть которого уже использована. В Восточной, Южной Азии и Африке малая гидроэнергетика еще недостаточно развита, что говорит о большом потенциале ее использования в этих странах.

1.2 В РОССИИ

возобновляемый источник гидроэнергетика малый
В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны. До сих пор тут можно встретить населенные пункты, в которых электричества не было никогда. Причем не всегда это поселения Крайнего Севера или Сибири. Электрификация не затронула, например, некоторые уральские поселки - края, который вряд ли назовешь неблагополучным с точки зрения энергетики. Между тем, электрификация отдаленных и труднодоступных населенных селений - дело не такое уж и сложное. Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.
Технико-экономический потенциал малой гидроэнергетики в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых. В настоящее время он определен в размере 60 млрд. кВт-ч в год. Но используется этот потенциал крайне слабо: всего на 1%. Не так давно, в 1950-60-х годах, у нас действовало несколько тысяч МГЭС. Сейчас - всего лишь несколько сотен - сказались результаты перекосов в ценовой политике и недостаточное внимание к совершенствованию конструкций оборудования, к применению более совершенных материалов и технологий.
В России малая гидроэнергетика представлена бесплотинными гидроэлектростанциями (ГЭС), мощность которых не превышает 30 МВт, а мощность единичного гидроагрегата составляет менее 10 МВт.
В настоящее время по всей России количество действующих МГЭС оценивается от нескольких десятков (60-70 единиц) до нескольких сотен (200-300 единиц).

1.3 В УКРАИНЕ

То, что после Второй мировой войны энергоснабжение Украины осуществлялось в основном за счет малой гидроэлектроэнергетики, помнят разве что историки и специалисты отрасли. Всего на начало 1960-х насчитывалось около 956 малых ГЭС общей мощностью 30 тыс. кВт. Для сравнения: в 1948 году в республике действовали 3 тыс. малых гидроустановок. Однако вследствие развития централизованного электроснабжения и концентрации производства электроэнергии на мощных тепло- и гидростанциях строительство малых ГЭС было остановлено. Началась их консервация, демонтаж, сотни мини-гидроэлектростанций были разрушены, а оборудование разворовано.

К концу 1980-х удалось сохранить всего 49 станций, и до 1995 года малой гидроэнергетикой в Украине практически никто не занимался. Только в 1996 году появились первые энтузиасты, проявившие к ней интерес. Несколько лет назад и на государственном уровне было принято решение пересмотреть энергополитику и заняться возрождением малых ГЭС. Согласно данным ассоциации «Укргидроэнерго», в Украине сегодня работают 81 малая гидроэлектростанция и семь микроустановок общей мощностью 111,75 МВт, что составляет всего около 5% технически возможного потенциала страны.
Из действующих в настоящее время МГЭС государственных - 25, при этом пять из них находятся на балансе Госводхоза и 20 принадлежат соответствующим облэнерго («Винницаоблэнерго» - пять, «Закарпатье облэнерго» - три, «Киевэнерго» - две, «Кировоградоблэнерго» - четыре и т. д.). В случае приватизации облэнерго в частные руки переходят и ГЭС. Кроме этого, многие малые станции находились в коллективной собственности, поскольку были построены колхозами. Именно их сегодня почти полностью выкупили частные собственники. Частными являются и уже восстановленные станции (к примеру, Яблунецкая МГЭС была выкуплена ассоциацией «Новосвит» еще в 2002 году).
Эксплуатация минигидроэлектростанций в Украине дает возможность производить около 250 млн кВт·год электроэнергии на год, что эквивалентно ежегодной экономии до 75 тыс. тонн органического топлива.

2. ПЛЮСЫ И МИНУСЫ МГЭС

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы, т.е. не требуют присутствия человека при эксплуатации. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т.е. вне электросети энергосистемы края или области, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта). Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики - по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе - можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40–50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).
Многие из малых ГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии, являясь сезонными электростанциями. Зимой их энергоотдача резко падает, снежный покров и ледовые явления (лед и шуга) так же, как и летнее маловодье и пересыхание рек могут вообще приостановить их работу. Сезонность малых ГЭС требует дублирующих источников энергии, большое их количество может привести к потере надежности энергоснабжения. Поэтому во многих районах мощность малых ГЭС рассматривается не в качестве основной, а в качестве дублирующей.
У водохранилищ малых ГЭС, особенно горных и предгорных районов, очень остро стоит проблема их заиления и связанная с этим проблема подъема уровня воды, затоплений и подтоплений, снижения гидроэнергетического потенциала рек и выработки электроэнергии. Известно, например, что водохранилище Земонечальской ГЭС на реке Куре было заилено на 60% в течение 5 лет.
Для рыбного хозяйства плотины малых ГЭС менее опасны, чем средних и крупных, перекрывающих миграционные пути проходных и полупроходных рыб и перекрывающих нерестилища. Хотя в целом создание гидроузлов не устраняет полностью урон рыбному стаду на основных реках, т.к. речной бассейн - это единая экологическая система и нарушения ее отдельных звеньев неизбежно отражаются на системе в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из всего вышеизложенного следует, что малая гидроэнергетика занимает устойчивое положение как в мире, так и в Украине.

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствуют мощные источники тока. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные села электричеством. Энергия, выработанная малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями, соответственно, снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергообеспечения. Кроме того, ГЭС могут выполнять и другие задачи, к примеру, защищать прилегающие территории от сезонных паводков.
С учетом ограниченности гидроресурсов в мире можно предположить, что в период до 2030 года темпы развития гидроэнергетики заметно снизятся, но при этом будет поддерживаться диверсификация малой гидроэнергетики. При темпе роста в 4.5–4.7% производство электроэнергии на малых ГЭС достигнет к 2030 году 770–780 ТВт.ч, что будет составлять более 2% всего производства электроэнергии в мире. Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика в обозримой перспективе останется одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Березовский Н.И. и др. Технология энергосбережения

2. Волков С.Г., Гидроэнергетика, СПб, 1997г.
3. Источники энергии. Факты, проблемы, решения, М., Наука и техника, 1997г.
4. Михайлов Л.П. Малая гидроэнергетика
5. Мунц В.А. Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях
6. Непорожний П.С., Попков В.И., Энергетические ресурсы мира, М., Энергоатомиздат, 1995г.
7. Самойлов М.В. Основы энергоргосбережения