Нужна ли сегодня гидротехника?

В 1920 году был принят план ГОЭЛРО. Спустя 90 лет после строительства первой советской ГЭС самое время разобраться, нужна ли гидротехника сегодня – во времена инноваций, модернизаций и нанотехнологий? Является ли специальность гидротехника перспективной, или через десяток лет о ней будут говорить со снисходительной улыбкой. Ответы Online812 искал в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете – у доктора технических наук, профессора инженерно-строительного факультета (раньше назывался гидротехническим) СПбГПУ Владимира БУХАРЦЕВА.

        – Гидротехника – это еще актуально? Это только ГЭС, или ее область гораздо шире?
– Важнейшими отраслями гидротехники являются: гидроэнергетика, инженерные мелиорации, водный транспорт и т.д. Еще – борьба с вредными проявлениями водной стихии, то есть наводнениями и паводками. Эти разделы гидротехники будут востребованы и через 20 лет, и в более далекой перспективе.

– В чем основное преимущество гидроэлектростанций? В том, что воды у нас больше, чем солнца?
– В эффективности и надежности. Во всем российском энергетическом комплексе именно гидроэлектростанции создают резерв регулировочной мощности. А это – ключевой элемент обеспечения системной надежности. Вспомните: когда произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС, регион ни на минуту не оставался без света. Потому что соседние, расположенные на Енисее электростанции тут же восполнили этот провал. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными, способными моментально включить дополнительный энергоблок и существенно увеличить выработку электроэнергии, если будет такая необходимость, если возникнет пиковая нагрузка. Мне кажется, в будущем у нас будут функционировать электростанции двух типов: атомные, которые будут давать основной объем энергии, постоянный, мощный поток, и гидростанции – для дополнительной нагрузки. А может, появятся другие виды энергии, о которых сейчас ничего не известно. Например, водородная, которая сейчас нигде толком не применяется, хотя водород можно получать прямо из воздуха.

– А ветряные и солнечные станции?
– Ветровая и солнечная энергетика составляют около 3 – 5 процентов в общем балансе и составить конкуренцию гидроэнергетике не могут. И потом они ведь требуют отчуждения земель, так что быстро наводнить ими все регионы не получится. Хотя как дополнительный вид энергетики – они могли бы работать очень хорошо, обслуживая один блок – один дом. Например, там, где подвод ЛЭП от основной электростанции слишком затруднен и затратен. Представьте себе маяк  в пятистах километрах от ближайшего населенного пункта. Поставить рядом с ним вертушку и генератор – и маяк будет светить сам.

– Геотермальная энергия у нас не применяется?
– Вулканы – нет, а вот гейзеры, которые работают постоянно, способны и отапливать помещения, и даже давать электрический ток. Кажется, на Камчатке есть несколько небольших комплексов, которые используют такого вида энергию.

– Говорят, в некоторых южных деревнях люди перекрывают речки, ставят самодельные генераторы и – пожалуйста, имеют собственную гидроэлектростанцию, правда, на общественном русле. Это возможно?
– Здесь даже не нужен самодельный генератор, такие игрушки продаются в магазинах в Европе или Америке. Серьезно к этому относиться, конечно, нельзя… Но если у вас проходит ручей по дачному участку и вы желаете получить альтернативный источник энергии – можете попробовать. Высота “сооружения” между верхним и нижним бьефом должна составлять не меньше двух метров, тогда есть шанс, что турбина будет работать. 

– В мире в целом какое отношение к гидроэнергетике?
– По данным на 2005 год, она обеспечивает до 19 процентов всей электроэнергии в мире. Установленная мощность гидроустановок достигает 715 ГВт. В пересчете киловаттов на душу населения лидерами по выработке гидроэнергии являются Норвегия, Исландия и Канада. Сейчас самое активное гидростроительство ведет Китай, где построена примерно половина всех малых ГЭС мира и самая крупная ГЭС в мире – “Три ущелья” на реке Янцзы. Как все страны с быстроразвивающейся экономикой, Китай сделал ставку на ГЭС, и сейчас там гидравлические станции – едва ли не единственный потенциальный источник энергии. Гидроэлектростанции – очень капиталоемкое предприятие: строительство затратное, зато обслуживание стоит копейки. Но вот не все страны могут себе это позволить.

– В Африке гидроэлектростанции строились с помощью российских специалистов. Так и будет дальше?
– У меня есть опасения, что их рано или поздно вытеснят китайцы. Но в Африке действительно подходят к этому вопросу очень серьезно. Наш выпускник Хамиди Ахмет, построивший ГЭС в Марокко, рассказывал, что его статус в те годы соответствовал примерно министерскому. Например, ему был положен личный самолет.

– А европейские страны захотят потом вернуться от атомных станций к ГЭС – или это уже невозможно?
– Во многих странах гидроэнергетический потенциал полностью задействован, поэтому новые станции построить невозможно. Швейцария использует 99 процентов потенциала, Франция – 89%, США и Япония – 82, Канада – 66, Бразилия – 44. А Россия только 20. Строительство ГЭС будет неизбежно развиваться на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири – кстати, там гидроэнергетический потенциал используется всего на пять процентов. Кроме того, засуха 2010 года напомнила, что следует развивать и мелиоративное строительство – создание поливных площадей для сельскохозяйственного производства в южных и центральных районах России. Я, кстати, считаю, что идея с поворотом стока сибирских рек для спасения Аральского моря – не так уж безумна, и к ней все равно вернутся не в этом, так в следующем десятилетии. И сейчас разговоры об этом периодически ведутся.

– То есть мы будем своей водой спасть среднеазиатские республики?
– И Россия обретет колоссальный рычаг для влияния в политике всех среднеазиатских государств.

– С появлением любой ГЭС страдает окружающая среда. Перекрываются реки, затапливаются огромные территории, меняются флора и фауна, а в дальнейшем – климат. Это может служить ограничением для развития гидроэнергетики?
– Отчуждения территорий требуют практически все виды хозяйственной деятельности: строительство городов, дорог, металлургических комбинатов. Любой шаг человека на земле влияет на окружающую среду. Но человек не будет так ходить, чтобы наступать себе же на ногу. На стадии проектирования оцениваются все объекты предполагаемого строительства, взвешиваются все положительные эффекты, соизмеряются с отрицательным влиянием. Только после такого анализа решения принимается. Или не принимаются. Ограничением для развития гидроэнергетики может явиться только ограничение потребностей общества. Правда, сам я не в восторге от малой гидроэнергетики на небольших реках. Вот там рыбному промыслу может быть нанесен серьезный урон, а энергия меж тем будет получена небольшая. Впрочем, на большинстве станций у нас осознали опасность, которая может быть причинена породам ценных рыб, и стараются не ставить преграды на пути их миграции. Чтобы спасти, скажем, осетра или лосося, на таких реках, как Дон, Волга, Днепр, Обь, Тулома, Кура, Енисей, Даугава, построили рыбоходы и рыбоподъемники – специальные пропускные пункты.

– Енисей в районе Саяно-Шушенской ГЭС превратился в судоходный тупик. Неужели это экономически оправдано?
– Такая проблема возникает при строительстве всех гидроэлектростанций. И их решают. Ну, в районе Саяно-Шушенской ГЭС особого судооборота нет, дикий край. В других местах проблему стараются решать. В Красноярске работает судоподъемник, который поднимает и опускает корабли. Где-то делают отводные каналы. Но проще организовать перевалочный пункт с разгрузкой баржи, погрузкой содержимого в фуры или железнодорожный состав…

– В этом веке у нас уже не будет гигантских строек гидроэлектростанций?
– Наши ГЭС гигантскими кажутся только для обывателей. В мире есть ГЭС, в разы превышающие нашу Саяно-Шушенскую и по мощности, и по объему водохранилища. Сейчас тоже идут большие стройки. Например, Зарамагский гидроузел и Нижне-Черкесский, Мотыгинская, Нижне-Бурейская ГЭС, Богучанская ГЭС, которая  уже достраивается.

– Куда развивается гидроэнергетика, и как будут выглядеть ГЭС через 30 – 50 лет?
– Принцип останется тот же: преображение механической энергии водного потока в электрическую. Внешний облик будет прежним, модернизации подвергнется оборудование, позволяющее выйти на более высокий КПД. Например, появятся новые нанотехнологичные материалы с пониженным коэффициентом трения, из которых будут изготавливать турбины. Хотя сейчас слабо верится.

– Считается, что главная проблема российских ГЭС – они построены давно и обветшали. Что с ними теперь делать – восстанавливать или строить новые?
– Проблема не в самих ГЭС, а в отношении к ним. Действительно, многие ГЭС, построенные по плану ГОЭЛРО, трудятся уже больше 75 лет. Но на тех ГЭС, где регулярно ведутся планово-предупредительные ремонтные работы, симптомов обветшалости нет. Ведь Петропавловскую крепость ветхой не назовешь. И Исаакиевский, который воздвигнут на деревянных сваях. Наиболее уязвимым элементом ГЭС является ее оборудование – турбины, генераторы, трансформаторы. Их меняют… Недавно обновили на Светогорской и Лесогорской ГЭС.

– А почему тогда произошла авария на Саяно-Шушенской? Или это загадка?
– Никакой загадки нет и не было. Причин тут две. Низкая профессиональная компетенция обслуживающего персонала, точнее, людей, от которых зависит принятие решения. И жадность олигархов, которые стремились максимально сократить обслуживающий персонал, в том числе тот, от которого зависела надежная работа ГЭС.

– Тот айсберг, который нарос на плотине СШГЭС за эту зиму, угрожал ее состоянию – дамбу могло прорвать?
– С точки зрения механики увеличение вертикальной нагрузки, каковой являлись наледи на ледосбросе, увеличивают устойчивость плотины. Горизонтальная нагрузка от давления воды со стороны водохранилища в течение зимы не возрастала. Поэтому опасности не было.

СПРАВКА
План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10 – 15 лет, предусматривал строительство 30 районных электрических станций (20 ТЭС и 10 ГЭС) общей мощностью 1,75 млн кВт. В числе прочих намечалось построить Штеровскую, Каширскую, Горьковскую, Шатурскую и Челябинскую районные тепловые электростанции, а также ГЭС – Нижегородскую, Волховскую, Днепровскую, две станции на реке Свирь и др. План в основном был перевыполнен к 1931 году. Выработка электроэнергии в 1932 году по сравнению с 1913 годом увеличилась не в 4,5 раза, как планировалось, а почти в 7 раз: с 2 до 13,5 млрд кВт•ч.

Для разработки проекта электрификации 21 февраля 1920 года была создана Государственная комиссия по электрификации России (ГОЭЛРО). В декабре 1920 года выработанный комиссией план был одобрен VIII Всероссийским съездом Советов, а за месяц до этого В. Ленин сказал, что “коммунизм – это есть Советская власть плюс электрификация всей страны” Впрочем, подготовка проекта масштабной электрификации России велась еще до революции 1917 года.

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА В МИРЕ
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме нее этот показатель высок в Норвегии, Канаде, Швеции. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведет Китай.

ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ
– Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

– Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии.

– Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций.

– Строительство ГЭС более капиталоемкое.

– Часто ГЭС удалены от потребителей.

– Водохранилища занимают значительные территории, с 1960-х годов в СССР используются защитные сооружения, ограничивающие площадь водохранилища.

– Плотины изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище.            

(Проект реализован на средства гранта Санкт-Петербурга)

25 крупнейших ГЭС мира
Что думают блоггеры о взрыве на Баксанской ГЭС в Кабардино-Балкарии?