Обзор перспектив развития объектов малой гидроэнергетики в России и анализ решения проблем, связанных с их строительством и эксплуатацией

ОБЗОР ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ОБЪЕКТОВ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ И АНАЛИЗ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С ИХ СТРОИТЕЛЬСТВОМ И ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ Аванесов А. Д.1, Болобошко Д. С.2, Ланин Е. Б.3, Огурцов Г. К.4

'Аванесов Александр Давидович / Avanesov Alexandr Davidovich — магистрант, направление: морские гидротехнические сооружения и сооружения водных путей;

2Болобошко Денис Сергеевич /Boloboshko Denis Sergeevich — магистрант, направление: инновационные методы проектирования и строительства гидротехнических сооружений, кафедра водохозяйственного и гидротехнического строительства;

3Ланин Евгений Бориславович /Lanin Evgenij Borislavovich — магистрант, направление: организация и управление инвестиционно-строительными проектами,

кафедра строительства уникальных зданий и сооружений; 4Огурцов Георгий Константинович / Ogurtsov Georgiy Konstantinovich — магистрант, направление: инновационные методы проектирования и строительства гидротехнических сооружений, кафедра водохозяйственного и гидротехнического строительства, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, г. Санкт-Петербург

Аннотация: объекты малой гидроэнергетики имеют ряд достоинств по сравнению с другими энергетическими объектами. Ввиду все возрастающей потребности в электроэнергии как в России, так и во всем мире, разработка, усовершенствование, развитие и применение нестандартных способов ее получения, в том числе выработки электроэнергии на малых гидроэлектростанциях. Целью настоящей статьи является обзор и анализ причин, препятствующих развитию данного сектора энергетики в России. Для достижения данной цели были решены следующие задачи: обзор перспектив развития объектов малой гидроэнергетики в России, а также анализ решения проблем, связанных с их строительством и эксплуатацией. В результате установлено, что необходимы комплексный подход к данному вопросу и разработка единого плана электрификации.

Ключевые слова: малая гидроэнергетика; выработка электроэнергии; электроснабжение труднодоступных районов; перспективы развития электроэнергетики в России; гидропотенциал; Северо-Западный регион.

Введение

Сегодня в России действуют около сотни малых ГЭС, в то время как в Европейских странах их количество варьируется от 2 до 6 тысяч. Главная проблема развития отечественной малой гидроэнергетики — относительно высокие удельные затраты на строительство, достаточно большие сроки окупаемости, отсутствие необходимой нормативной базы и поддержки со стороны государства[ 1 ].

Малыми ГЭС в России принято считать объекты, мощностью менее 25 - 30 МВт. На сегодняшний момент, в нашей стране эксплуатируется порядка сотни таких ГЭС общей мощностью более 600 МВт. Из них около 30 МВт были введены за последние 15 лет.

Малые ГЭС могут работать как и в единой российской энергосистеме, так и совершенно автономно. Поэтому владельцами могут быть: энергокомпании, различные государственные/муниципальные организации. Наиболее крупные собственники малых ГЭС (по данным компании «РусГидро»): «ОАО РусГидро» и его дочерние компании - 30 (на Северном Кавказе и Камчатке), ОАО «ТГК-1» - 15, ГУП «Мосводоканал» - 10, ОАО «Башкирэнерго» - 8, ФГУП «Канал имени Москвы» - 5 [2].

Источниками энергии для малой гидроэнергетики являются небольшие реки, ручьи, естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем, технологические водотоки (промышленные и канализационные сбросы), перепады высот питьевых трубопроводов и систем водоподготовки.

Гидропотенциал России

Гидропотенциал России находится на втором месте в мире после Китая, но освоен он лишь на 20% [7]. Большая часть неиспользованного гидропотенциала сосредоточена в труднодоступных районах Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.

Число малых рек в России - около 2,5 млн., суммарный сток которых превышает 1000 км3 в год. Доступными средствами на малых ГЭС в России можно производить не менее 350 млрд. кВтч электроэнергии за один год. На данный момент в России действует не более 100 малых ГЭС.

В 1950-1960-х годах в нашей стране действовало порядка 8 тысяч малых ГЭС. Сегодня их количество едва достигает нескольких сотен [10].

В конце 60-х годов вышло постановление советского правительства о массовой ликвидации объектов малой гидроэнергетики. Станции демонтировали различными, порой варварскими, способами: спускали водохранилища, разбирали плотины, взрывали бетонные площадки.

Согласно сделанным в начале 60-х годов XX века оценкам, СССР располагал 11.4% мировых гидроэнергетических ресурсов [1]. Средняя годовая мощность гидроресурсов бывшего СССР оценивалась в 434 млн. кВт (3.800 млрд. кВт • ч отдачи энергии в год) [3]. Расчеты показывали, что технически возможно и экономически целесообразно получать около 1.700 млрд. кВ • ч электроэнергии, что более чем в 5 раз превышало выработку всех электростанций страны в тот период.

Основная часть этого гидропотенциала (74%) располагалась на территории будущей Российской Федерации. Средняя годовая потенциальная мощность гидроресурсов России оценивалась в 320 млн. кВт (производство — 2.800 млрд. кВт • ч в год), из которых выработка более 1.340 млрд. кВтч в то время была технически возможна.

Преимущества объектов малой гидроэнергетики

Считается, что малые ГЭС - оптимальное решение для автономного энергоснабжения деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств. А также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в отдаленных, горных и труднодоступных районах[4]..

Преимущество малых ГЭС заключаются в коротком сроке их строительства, так как нет необходимости в возведении крупных и дорогих гидросооружений, во время которого нарушается природный ландшафт [6]. При этом вода не теряет первоначальных природных свойств и может использоваться для водоснабжения населения. Недостатки - зависимость выработки от режима водотока, так, например, зимой выработка малой ГЭС резко снижается, а ГЭС на оросительных каналах работают только в ирригационный период. А, кроме того, более высокие, по сравнению с классическими ГЭС, удельные затраты.

Строить малые ГЭС можно везде, где есть потенциальная энергия - и что самое важное -наличие обоснованности проекта.

Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Объекты гидроэнергетики могут работать изолированно от федеральной энергосистемы. Это важно, если принять во внимание, что зоны децентрализованного электроснабжения в настоящее время составляют более 70% территории России. Их создание повышает энергетическую безопасность регионов, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования.

В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Стоимость 1 кВт*ч, произведенного на малой ГЭС в России в централизованной энергосистеме (по данным Минэнерго) - 40 - 60 коп, в автономной энергосистеме - 1,1 - 2,3 руб. За рубежом: 3 - 4 цента. Для сравнения: на ВЭС: 4 - 5 центов, на геотермальной станции - 5 - 6 центов, на угле - 5,2 - 8 центов. На газе - 5 - 6,5 центов, атомная энергия - 4 - 8 центов[5]..

Срок окупаемости, по данным Министерства, 8-10 лет в централизованной системе при удельных капвложениях ($1500 за 1Квт), в автономной энергосистеме: 3-5 лет ($2000 за 1КВт). Стоимость гидроэнергетического оборудования для малой ГЭС в России: $300-1200 за 1кВт, за рубежом: $1500-1800 за 1кВт.

Проблемы малой гидроэнергетики

К основным проблемам развития малой гидроэнергетики относятся: отсутствие стратегии развития, административно-хозяйственные проблемы на федеральном и региональном уровнях, отсутствие нормативной базы для проектирования и создания оборудования, научно-технические проблемы.

К тому же, как и любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в

результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей — ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).

Принято считать, что в целом основные проблемы развития малых ГЭС в России - это сравнительно высокие удельные затраты при строительстве объектов и отсутствие господдержки этого энергетического сектора [9]. Однако все же есть примеры окупаемости отдельных проектов: восстановление ранее заброшенных малых ГЭС, пристройка малых ГЭС к существующим водохранилищам неэнергетического назначения, а также строительство малых ГЭС в зонах изолированного энергоснабжения, где они могут замещать дорогую дизельную генерацию [4].

Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики в России, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования — по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации [7].

Что касается различий в стоимости строительства малой ГЭС и классической, то все зависит от конкретного проекта. К примеру, Нижне-Бурейская ГЭС мощностью 320 МВт оценивается в 31 млрд рублей. Малая ГЭС в среднем может стоить от 400 млн до 2 млрд. рублей.

Программы по строительству малых ГЭС ежегодно включается в инвестпрограмму ОАО «РусГидро». На 2012-2016 годы планируемый объем финансирования компании составляет 323,6 млрд рублей. Из них на объекты ВИЭ - 11,2 млрд.

Варианты развития малой гидроэнергетики в РФ на примере Северо-Западного региона

На территории бассейнов малых рек сейчас проживает 44% городского населения и 90% сельского. Ситуация здесь, с точки зрения перспектив для развития малых ГЭС, более чем обнадеживающая.

Валовый потенциал малых рек Северо-Западного региона составляет 81,6 млрд кВт/ч, технический потенциал - 31 млрд кВт/ч, экономический - 24,1%. Только на территории Карелии, по данным Водно-энергетического кадастра Карельской ССР, зарегистрировано 5160 малых рек. Число неучтенных рек достигает 13,5 тысяч.

По мнению специалистов, на территории Ленинградской области из 34 законсервированных малых ГЭС треть может быть реанимирована. Это позволит вырабатывать не менее 24 млн кВт/ч дешевой электроэнергии.

К источникам малых ГЭС относятся как искусственные, так и естественные водотоки: ручьи, реки, малые и средние реки длиной до 100 км и с площадью водосбора до 2000 км, оросительные и судоходные каналы. А также водосбросы водохранилищ, искусственных прудов, шлюзов и гидравлические системы на ОС, технологических трубопроводах, водосбросы ТЭЦ и АЭС и пр.

Существуют два традиционных способа использования гидравлической энергии: деривационная схема при наличии трубопровода или канавы или с помощью плотины. На Северо-Западе технологически применимы обе схемы. Но, например, в Республике Карелия и на Карельском перешейке предпочтительнее использование первой схемы.

А вторая, русловая, схема эффективнее работает в южной части региона - это Ленинградская, Новгородская, Псковская области.

К перспективным направлениям развития малой гидроэнергетики относится реконструкция законсервированных станций. Строительство МГЭС возможно в виде пристройки к действующим водохозяйственным объектам (мелиоративным плотинам или каналам). Их установка осуществляется на водовыпусках плотин, на сбросе очистных сооружений.

Наиболее дешевым способом является реанимация заброшенных станций, поставленных на консервацию согласно политике советского правительства [8].

Первый шаг в реконструкции выведенных из эксплуатации станций - проведение восстановительных работ на водохранилищах.

В то же время необходимо учитывать при восстановлении гидроузлов, что водохранилища и плотины играют существенную роль в экологическом балансе той местности, где они расположены. Выводы

Малые реки РФ имеют довольно большой энергетический потенциал. Малая гидроэнергетика в РФ находится в упадочном состоянии, необходимо ее возрождение.

Существует два варианта развития малой гидроэнергетики в РФ: реконструкция вышедших из строя гидроузлов и строительство новых малых ГЭС.

Необходим комплексный подход к данному вопросу, возможна разработка единого плана электрификации.

Литература

1. Порядин А. Ф. Устройство и эксплуатация водозаборов. М.: Стройиздат, 1984. 183 с.

2. Мотинов А. М., Ерхов А. А., Сватеев Ю. И., Сидоров Н. Н. Объемные фильтрующие кассеты для водозаборных сооружений // Водоснабжение и санитарная техника, 2001. № 10. С. 21-24.

3. АбрамовН. Н. Водоснабжение. М.: Стройиздат, 1982. 440 с.

4. Тугай А. М. Водозаборные сооружения. К.: Вища школа, 1984. 200 с.

5. Найманов А. Я., Никишина С. Б., Насонкина Н. Г., Омельченко Н. П., Маслак В. Н., ЗотовН. И., Найманова А. А. Водоснабжение. Д.: Норд-Пресс, 2004. 649 с.

6. Михайлов К. А., Образовский А. С. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностных источников. М.: Стройиздат, 1976. 368 с.

7. Козюков Д. А. Малые распределенные энергосистемы на основе возобновляемых источников для реконструкции и развития энергетической инфраструктуры сельских территорий. // Инновационная наука, 2015. № 9 (9). С. 81-83.

8. Малик Л. К. Проблемы и перспективы создания малых гэс на малых реках // Малая энергетика, 2004. № 1. С. 37-48.

9. Хузмиев И. К. Малые гэс для энергоснабжения отдаленных территорий в горной зоне // Устойчивое развитие горных территорий, 2009. № 1. С. 82-92.

10. Кузнецов И. М. Малые ГЭС для городов в новых промышленных районах // Энергия: экономика, техника, экология, 2010. № 6. С. 32-34.

СПОСОБЫ СОЗДАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ Шевцов И. А.

Шевцов Иван Андреевич / Shevtsov Ivan Andreevich — студент,

кафедра металлических и деревянных конструкций, факультет промышленного и гражданского строительства, Самарский государственный технический университет, г. Самара

Аннотация: в современном капиталистическом мире высоко ценится экономичность и рациональное использование материалов во всех отраслях промышленности. Это не обошло стороной и строительную отрасль, стимулировав, тем самым, развитие эффективных конструкций и развитие эффективных методов строительства. Это и было предпосылкой создания предварительного напряжения как способа повышения экономичности строительных конструкций. В данной статье дается определение предварительного напряжения, и дается классификация методов его создания. Также рассматривается область их применения.

Ключевые слова: предварительное напряжение, металлические конструкции, высокопрочные элементы, внутренние напряжения.

Под предварительным напряжением строительных конструкций понимают специальные приемы регулирования внутренних напряжений в конструкциях с целью повышения их эффективности. Создание предварительного напряжения может происходить на разных стадиях: во время изготовления конструкции, при монтаже, при эксплуатации или реконструкции [5].