Малые реки северо-восточной Якутии и возможности их энергетического использования

УДК 621.311.212.

А. Ф. Константинов

МАЛЫЕ РЕКИ СЕВЕРО-ВОСТОЧНОЙ ЯКУТИИ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Энергоснабжение районов Крайнего Севера требует ежегодного завоза значительного количества жидкого топлива для ДЭС, что требует к огромным трудовым и финансовым затратам.

Между тем, северо-восточная часть Якутии обладает большими запасами гидроэнергии, использование которых с помощью малых гидроэлектростанций (ГЭС) может резко сократить объем завоза топлива и обеспечить более надежное энергоснабжение потребителей.

В результате предварительных расчетов был выявлен технический потенциал малых рек региона. Анализ топографических и гидроэнергетических условий ряда малых рек позволил наметить схему использования этого потенциала с помощью малых ГЭС, расположенных в непосредственной близости от потребителей. Работа этих станций, даже в сезонном режиме, может сэкономить ежегодно более 6 тыс. жидкого топлива.

Следует отметить, что схема размещения малых ГЭС в регионе может уточняться по мере получения данных о возникновении новых перспективных потребителей, а также развития существующих населенных пунктов и производств, которые могут потребовать перерасчета энергетических показателей малых гидростанций.

Ключевые слова: малые реки, модель стока, малая ГЭС, завоз топлива, потенциальная мощность, технические ресурсы, экономия топлива, проектные и изыскательские работы, схема размещения малых ГЭС, совместная работа с дизельными электростанциями.

A. F. Konstantinov

Small Rivers of the North-Eastern Yakutia and Their Power Potential

Power supply of areas of the Far North requires annual import of a considerable quantity of liquid fuel for diesel power stations (DPS) which in its turn requires a great deal of work and funding. North-Eastern part of Yakutia, meanwhile, has vast reserves of hydropower the use of which by way of constructing small hydroelectric power stations (HEPS) may drastically reduce the volume of fuel import and provide a more reliable power supply to the consumers in regional settlements.

The result of preliminary calculations shows a technical potential of the region’s small rivers. The analysis of topographic and hydropower environment of a number of such rivers has enabled the drawing of a scheme of using this potential by ways of small-scale HEPS located in the immediate proximity of the consumers. Even in the seasonal work mode these HEPS may lead to saving of up to 6 000 tons of liquid fuel annually.

It is worth noticing that location scheme of the small-scale HEPS in the region may be a subject of further specification as more data is acquired. The data in question may include potential consumers, functioning settlements and manufacturers which may require reassessment of energy rates of small-scale HEPS.

Key words: small rivers, runoff model, small-scale hydroelectric power station, fuel delivery, potential power capacity, technical resources, fuel economy, project and research activity, small-scale HEPS location schemes, joint work with diesel power stations.

КОНСТАНТИНОВ Агит Федотович - к. г. н., проф. РАЕ, доцент кафедры электроснабжения ФТИ СВФУ им. М.К. Аммосова.

E-mail: agitk@mail.ru

KONSTANTINOV Agit Fedotovich - Candidate of Geographical Sciences, Professor of the Russian Academy of Natural History, Associate Professor of the Department of Electricity Supply, the Physics and Technology Institute, the North-Eastern Federal University named after M.K. Ammosov.

E-mail: agitk@mail.ru

Введение

Северо-восточная часть Якутии охватывает крупные бассейны рек Индигирки и Колымы, в состав которых входят шесть арктических улусов республики. В бассейне этих рек общей площадью более 1 млн км2 насчитывается около 440 тыс. водотоков с суммарной протяженностью около 870 тыс. км. Следует отметить, что абсолютное большинство этих водотоков составляют речки длиной менее 10 км, не представляющие энергетической ценности.

Рассматриваемый регион отличается суровыми природно-климатическими условиями, сложной

/

Л,

Рис. 1. Распределение речного стока в бассейне р. Индигирки

а) изолинии модуля речного стока, л/с-км2

б) границы физико-географических районов

/

транспортной схемой доставки народнохозяйственных грузов. Вследствие этих причин доставка жидкого топлива для дизельных электростанций встречает также большие трудности, которые отражаются на стоимости этого топлива и соответственно на стоимости тепло- и электроэнергии. В этой связи в данной работе рассматриваются вопросы исследования и использования возобновляемой гидроэнергии малых рек северо-востока республики, гидроэнергетические возможности малых рек в бассейнах Индигирки и Колымы.

Гидроэнергетические возможности малых рек в бассейнах Индигирки и Колымы

Бассейн Индигирки площадью 360 тыс. км2 отличается сложными физико-географическими условиями - от горных до равнинных. На этой территории, по данным Якутского управления Госкомгидромета, насчитывается более 125 тыс. рек и речек общей протяженностью

свыше 277 тыс. км [1]. Территория отличается высокой водностью: средняя густота речной сети составляет 0,77 км на 1 км2 площади, а водность ее варьирует от 2 до 10 л/с-км2 (рис. 1).

Вследствие сложности рельефа бассейн был разделен на 4 физико-географических района, по которым производился расчет гидроэнергетических ресурсов рек. Первый (I) район расположен в верховьях Индигирки, два других (II и III) - в средней части бассейна, а четвертый (IV) - в низовьях (рис. 1).

Среднемноголетний расход р. Индигирки на самом нижнем пункте гидронаблюдений (п. Воронцово -площадь водосбора 305 тыс. км2) составляет 1590 м3/с, а средний модуль стока равен 5,21 л/с-км2. Таким образом, р. Индигирка выносит в Ледовитый океан более 50 км3 воды ежегодно.

Следует отметить, что особенностью гидрологического режима рек всего региона является

8

Таблица 1

Гидроэнергетические ресурсы малых рек бассейна Индигирки

Районы Площадь района, тыс. км2 Потенциальная Удельная плотность, кВт/км2

Мощность, тыс. кВт Энергия, млрд.кВт-ч/год

I 82,8 1383,4 12,12 16,7

II 104,4 2333,8 20,44 22,3

III 59,6 630,4 5,52 10,5

IV 113,2 383,1 3,50 3,38

Всего: 360,0 4733,7 41,47 13,1

перемерзание абсолютного большинства рек в течение всего зимнего периода.

По методике, описанной в [2], проведен подсчет гидроэнергетических ресурсов (ГЭР) бассейна Индигирки по указанным выше районам (табл. 1).

Таким образом, общий гидроэнергопотенциал малых рек в бассейне Индигирки составил более 4,7 млн КВт со среднемноголетней энергией 41,5 млрд КВт-ч в год. Как показывает табл. 1, наибольшей энергетической плотностью характеризуется II район, а разброс удельной мощности малых рек составляет от 8 до 492 кВт/км.

Технический потенциал малых рек бассейна оценивается в 1,5 млн кВт и почти 13 млрд кВт-ч энергии в средневодный год.

В бассейне Колымы площадью 647 тыс. км2 (с

учетом верховьев, расположенных в административных границах Магаданской области) протекает более 318 тыс рек и речек общей протяженностью 592 тыс. км, из которых 98 % составляют водотоки длиной менее 10 км, не представляющих интереса для энергетического использования.

Ввиду высокого разнообразия рельефа, бассейн также был разделен на 4 гидрологических района (рис. 2): первый (I) район расположен в верховьях реки с высокими энергетическими возможностями (в пределах Магаданской области, поэтому он не показан на рис. 2), второй (II) и третий (III) районы расположены в средней части бассейна, а четвертый (IV) район расположен в низовьях реки и имеет наиболее слабые энергетические возможности.

Распределение речного стока в течение года, как и

/

а) изолинии модуля речного стока, л/с-км2;

/

.'''¡¡I б) границы физико-географических районов

8

Таблица 2

Гидроэнергетические ресурсы малых рек бассейна Колымы

Районы Площадь района, тыс. км2 Потенциальная Удельная плотность, кВт/км2

Мощность, тыс кВт Энергия, Млрд.кВт-ч/год

I 145,0 2250 19,71 15,5

II 130,0 2070 18,13 15,9

III 165,0 1950 17,08 11,8

IV 200,0 1240 10,86 6,2

Всего: 640,0 7510,0 65,78 11,7

у всех северных рек, крайне неравномерно: основной объем стока (82 %) проходит за весенне-летний период (апрель-август), а за период ноябрь-апрель проходит всего около 3 % всего годового объема стока.

ГЭР бассейна были подсчитаны по той же методике [2], данные по районам которого приводятся в табл. 2.

Таким образом, валовый потенциал гидроэнергии малых рек бассейна Колымы выразился в 7,5 млн кВт и в 65,8 млрд кВт-ч энергии в средний по водности год. Технический потенциал оценивается в 2,35 млн кВт и в 20,6 млрд кВт-ч энергии в средний год.

Средняя энергетическая плотность всего бассейна составила 11,7 кВт/км2, что несколько ниже, чем в бассейне Индигирки. Удельная мощность малых рек доходит до 400-500 кВт/км длины водотока, а на некоторых участках рек - до 2336 (р. Олой) и даже до 11088 кВт/км (р. Омолон), что указывает на огромные энергетические возможности малых рек.

Среднемноголетний расход воды в устье Колымы, по нашим расчетам, составляет 5760 м3/с, а средний модуль стока по всему бассейну - 9 л/с-км2, т. е. река

Индигирка выносит в Ледовитый океан более 180 км3 воды ежегодно.

Следует отметить, что энергетические показатели рек Арктической зоны Якутии значительно уточнены, за счет чего существуют расхождения с ранее полученными данными.

Для резкого сокращения пресловутого северного завоза топлива был проведен тщательный анализ возможностей строительства малых ГЭС на территории северо-востока Якутии. Оценка энергетических показателей станций и выбор возможного места строительства приводятся в работе автора [3]. Там же рассматриваются основные российские предприятия, выпускающие различные варианты гидроэнергетического оборудования, некоторые из них проводят изыскание, проектирование и строительство МГЭС на местности.

Из-за слабых топографических и энергетических возможностей Аллаиховского улуса обнаружен единственно возможный створ строительства МГЭС у с. Оленегорск мощностью порядка 50 кВт на правом притоке Индигирки - р. Тайдах (рис. 3).

Рис. 3. Створ малой ГЭС на р. Тайдах у с. Оленегорск

Значительный интерес вызывает створ на р. Сутуруоха (рис. 4) вблизи одноименного относительно крупного населенного пункта, намеченного в свое время АО «Институт Гидропроект» (г. Москва).

Следует отметить, что эта станция мощностью 2400 кВт может обеспечить электроэнергией и улусный центр Белая Г ора, расположенный напротив с. Сутуруоха. Таким образом, в Абыйском улусе также обнаружен единственный вариант строительства малой ГЭС.

Момский улус, расположенный южнее вышерассмотренных районов, обладает значительными возможностями для создания гидростанций. Анализ топографических условий района позволил выявить 7 створов малых ГЭС вблизи четырех населенных пунктов. При этом три из них имеют по два варианта размещения станций (рис. 5).

Основные энергетические показатели малых ГЭС, приведенные в табл. 3, оценены по среднесезонным расходам воды в створе станций при напорах на плотинах в 10-15 м.

В Оймяконском улусе на притоках р. Индигирки разного порядка выявлено еще 6 возможных створов, пригодных для строительства МГЭС мощностью от 100 до 600 кВт при напорах воды на плотинах порядка 15 м. Основные гидроэнергетические показатели этих станций приводятся в табл. 4, а схема их размещения - на рис. 6.

Таким образом, в бассейне Индигирки предварительно выявлено 15 створов малых ГЭС, расположенных вблизи населенных пунктов.

В бассейне р. Колымы действует крупнейшая на северо-востоке РФ Колымская ГЭС мощностью 900 МВт, водохранилище которой оказывает заметное воздействие на гидрологический, ледовый, термический и другие режимы нижнего участка реки вплоть до ее устья. Ниже этой станции сегодня строится Усть-Среднеканская ГЭС, водохранилище которой может несколько ослабить воздействие верхней станции.

Анализ гидроэнергетических условий множества малых рек, протекающих вблизи населенных пунктов бассейна Колымы, показал, что здесь можно построить около 15 МГЭС, большинство из которых расположено на территории Магаданской области, т. е. в верхней части бассейна.

На нижнем участке бассейна находятся Нижнеколымский и Среднеколымский улусы РС (Я), где выявлено 4 возможных створа малых ГЭС.

В Нижнеколымском улусе намечен самый северный створ малой ГЭС для энергоснабжения с. Петушки на р. Каменушке, правого притока р. Индигирки длиной 38 км примерно в 5 км от села. Установленная мощность станции оценивается в 185 кВт с выработкой примерно 500 тыс. кВт-ч электроэнергии в год при напоре воды у плотины в 10 м (рис. 7).

Рис. 5. Створы МГЭС в Момском улусе

Таблица 3

Основные энергетические показатели малых ГЭС в Момском улусе

№№ п/п створов МГЭС Населенный пункт Река Ср. сезонный расход, м3/с Установл. мощность, кВт Выработка эл. энергии, млн кВт-ч в год

1 Хону Колгос 1,3 160 0,36

2 Чумпу-Кытыл Кемюс-Юрюйэ 0,66 60 0,12

3 Чумпу-Кытыл Ыстаан-Юрэх 3,20 400 1,00

4 Сасыр Без названия 1,53 180 0,36

5 Сасыр Хаастаах 2,24 270 0,60

6 Кулун-Ельбют Лууктаах 1,60 130 0,26

7 Кулун-Ельбют Аргаа-Эсэлээх 3,35 460 1,10

Примечание: номера створов в таблице соответствуют данным рис. 5.

Таблица 4

Основные гидроэнергетические показатели малых ГЭС в Оймяконском улусе

№№ п/п створов МГЭС Населенный пункт Река Ср. сезонный расход, м3/с Установл. мощность, кВт Выработка эл.энергии, млн кВт-ч в год

1 Оймякон Саарба-Юрях 3,4 600 1,30

2 Эльгинский Бол. Делюгюеннях 1,21 150 0,3

3 Предпорожний Хатыннаах 1,97 250 0,5

4 Ольчан Гранитный 1,07 130 0,25

5 Сарылах Сарылах 1,34 160 0,35

6 Нелькан Бахылай 0,78 100 0,20

Примечание: номера створов в таблице соответствуют данным рис. 6

Рис. 6. Малые ГЭС в Оймяконском улусе

Рис. 8. Малые ГЭС в Среднеколымском улусе

В Среднеколымском улусе можно наметить три створа МГЭС для двух населенных пунктов (рис. 8). Так, для электроснабжения с. Березовки намечается возможный створ на р. Халаленда длиной 42 км и со среднесезонным расходом воды в створе в 2,1 м3/с. Малая ГЭС мощностью 250 кВт и выработкой порядка 600 тыс. кВт-ч в год расположена примерно в 13 км от села.

Для энергоснабжения улусного центра г. Среднеколымска можно использовать створ МГЭС на р. Зеледееха - правого притока р. Колымы длиной 62 км со среднесезонным расходом воды 6,5 м3/с. Здесь можно получить мощность порядка 800 кВт

с выработкой около 2 млн кВт-ч энергии в год при напоре воды 15 м у плотины. К сожалению, створ МГЭС расположен примерно в 33 км от центра. Для энергоснабжения города имеется еще один возможный створ на р. Слезовка - правого притока Колымы длиной 128 км, расположенного почти в 60 км. Основные показатели этих станций приводятся в табл. 5.

Заключение

В результате тщательного анализа топографических и гидроэнергетических условий мест протекания малых рек северо-востока РС (Я) выявлено около 20 возможных створов малых ГЭС, расположен-

Таблица 5

Возможные малые ГЭС на территории Нижнеколымского и Среднеколымского улусов

№№ п/п створов МГЭС Населенный пункт Река Ср. сезонный расход, м3/с Установл. мощность, кВт Выработка эл. энергии, млн кВт-ч в год

1 2 3 4 5 6

1 Петушки Каменушка (Колыма) 2,3 185 0,5

1 2 3 4 5 6

2 Березовка Халаленда (Сивер) 2,1 250 0,6

3 Среднеколымск Зеледееха (Колыма) 6,5 800 2,0

4 Среднеколымск Слезовка (Колыма) 7,8 1000 2,5

Примечание: номера створов МГЭС соответствуют данным табл. 5

ных в основном в непосредственной близости от населенных пунктов. Следует отметить, что при потребности более крупных энергоисточников (в десятки МВт и более) в регионе имеется ряд возможностей строительства таких гидроэлектростанций.

В заключение отметим, что малые ГЭС даже в комплексе с другими нетрадиционными источниками энергии (ветровыми, солнечными и т. д.) не могут решить проблему бесперебойного электроснабжения потребителей, поэтому основной задачей нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) является резкое сокращение использования дорогостоящего завозимого топлива и повышения надежности электро- и теплоснабжения потребителей Крайнего Севера.

Следует отметить, что положительный опыт использования малых рек с помощью создания малых ГЭС имеется на Северо-Востоке России и на Канадском севере с относительно схожими природно-климатическими условиями [4].

Л и т е р а т у р а

1. Ресурсы поверхностных вод СССР // Лено-Индигирский

район. Т. 17. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 651 с.

2. Константинов А. Ф. Проблемы водохозяйственного

освоения Южной Якутии. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1986. - 136 с.

3. Константинов А. Ф. Гидроэнергетические ресурсы

Северо-Западной Якутии и некоторые пути их использования. - Вестник ЯНУ, 2010. - № 2. - С. 84-88.

4. Кузьмин А. Н., Михеева Е. Ю. Малая энергетика

Севера Якутии: проблемы и перспективы развития. -

Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2009. - 160 с.

R e f e r e n c e s

1. Resursy poverhnostnyh vod SSSR // Leno-Indigirskij

rajon. T. 17. - L.: Gidrometeoizdat, 1972. - 651 s.

2. Konstantinov A. F. Problemy vodohozjajstvennogo

osvoenija Juzhnoj Jakutii. - Jakutsk: Izd-vo JaF SO AN SSSR, 1986. - 136 s.

3. Konstantinov A. F. Gidrojenergeticheskie resursy Severo-Zapadnoj Jakutii i nekotorye puti ih ispol'zovanija. - Vestnik JaNU, 2010. - № 2. - S. 84-88.

4. Kuz'min A. N., Miheeva E. Ju. Malaja jenergetika Severa Jakutii: problemy i perspektivy razvitija. - Jakutsk: Izd-vo JaNC SO RAN, 2009. - 160 s.