ГИДРОЭНЕРГЕ́ТИКА

ГИДРОЭНЕРГЕ́ТИКА, раз­дел энер­ге­ти­ки, свя­зан­ный с ис­поль­зо­ва­ни­ем энер­гии во­ды, гл. обр. для про­из­вод­ст­ва элек­трич. энер­гии на гид­ро­элек­тро­стан­ци­ях. Гид­ро­энер­ге­тич. объ­ек­ты име­ют ком­плекс­ное на­зна­че­ние, и кро­ме про­из-ва элек­тро­энер­гии, пред­на­зна­ча­ют­ся для раз­ви­тия вод­но­го транс­пор­та, ир­ри­га­ции, пром. и ком­му­наль­но-бы­то­во­го во­до­снаб­же­ния, за­щи­ты тер­ри­то­рий от за­то­п­ле­ния в пе­ри­од па­вод­ков, рек­реа­ции. Г. яв­ля­ет­ся ин­фра­струк­ту­рой для дея­тель­но­сти и раз­ви­тия це­ло­го ря­да важ­ней­ших от­рас­лей эко­но­ми­ки и стра­ны в це­лом.

Че­ло­век ещё в глу­бо­кой древ­но­сти об­ра­тил вни­ма­ние на ре­ки как на дос­туп­ный ис­точ­ник энер­гии. Во­да бы­ла пер­вым ис­точ­ни­ком энер­гии, и, ве­ро­ят­но, пер­вой ма­ши­ной, в ко­то­рой че­ло­век ис­поль­зо­вал энер­гию во­ды, бы­ла при­ми­тив­ная во­дя­ная тур­би­на. Св. 2000 лет на­зад гор­цы на Ближ­нем Вос­то­ке уже поль­зо­ва­лись во­дя­ным ко­ле­сом в ви­де ва­ла с ло­пат­ка­ми. Об ис­поль­зо­ва­нии вод­ной энер­гии сви­де­тель­ст­ву­ют ма­те­риа­лы ар­хео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний, в ча­ст­но­сти, про­ве­дён­ных на тер­ри­то­рии Ар­ме­нии и в бас­сей­нах р. Аму­да­рья (см. так­же в ст. Гид­ро­тех­ни­ка).

В 17 в. во­дя­ные ко­лё­са бы­ли в Рос­сии един­ст­вен­ной энер­ге­тич. ба­зой раз­ви­вав­ше­го­ся ма­ну­фак­тур­но­го про­из-ва. Зна­чит. ус­пе­хи в строи­тель­ст­ве гид­ро­си­ло­вых ус­та­но­вок в Рос­сии дос­тиг­ну­ты в 18 в. в гор­но­руд­ной пром-сти на Ура­ле и Ал­тае. Гид­ро­си­ло­вые ус­та­нов­ки ста­ли не­отъ­ем­ле­мой ча­стью ме­тал­лур­гич., ле­со­пиль­но­го, бу­маж­но­го, ткац­ко­го и др. про­из­водств. В 1765 К. Д. Фро­лов со­ору­дил на р. Кор­бо­ли­ха (Ал­тай) гид­ро­си­ло­вую ус­та­нов­ку, в ко­то­рой во­да под­во­ди­лась по спец. ка­на­лу к ра­бо­че­му ко­ле­су, при­во­див­ше­му в дви­же­ние груп­пы ма­шин, в т. ч. пред­ло­жен­ный К. Д. Дья­ко­вым внут­ри­за­вод­ской транс­порт в ви­де сис­те­мы ва­го­не­ток. Са­мые мощ­ные во­дя­ные ко­лё­са (диа­мет­ром 9,5 м, ши­ри­ной 7,5 м) бы­ли ус­та­нов­ле­ны в кон. 18 в. в Рос­сии на р. На­ро­ва для Крен­гольм­ской ма­ну­фак­ту­ры. При на­по­ре 5 м они раз­ви­ва­ли мощ­ность до 368 кВт. В 1-й пол. 19 в. бы­ла изо­бре­те­на гид­ро­тур­би­на, от­крыв­шая но­вые воз­мож­но­сти пе­ред Г. С изо­бре­те­ни­ем элек­трич. ма­ши­ны и спо­со­ба пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии на зна­чит. рас­стоя­ния Г. при­об­ре­ла но­вое зна­че­ние – как на­прав­ле­ние элек­тро­энер­ге­ти­ки; на­ча­лось ос­вое­ние вод­ной энер­гии пу­тём пре­об­ра­зо­ва­ния её в элек­три­че­скую на гид­ро­элек­три­че­ских стан­ци­ях (ГЭС). К 1917 мощ­ность ГЭС Рос­сии со­ста­ви­ла 16 МВт, в то вре­мя как сум­мар­ная мощ­ность ГЭС в ми­ре в 1920 дос­тиг­ла 17 тыс. МВт, при­чём бы­ли по­строе­ны та­кие круп­ные элек­тро­стан­ции, как, напр., ГЭС «Adams» на Ниа­гар­ском во­до­па­де (США) мощ­но­стью 37 МВт.

Для уст­ра­не­ния ост­ро­го де­фи­ци­та элек­тро­энер­гии в по­сле­ре­во­лю­ци­он­ной Рос­сии по­тре­бо­ва­лась раз­ра­бот­ка спец. про­грам­мы её элек­три­фи­ка­ции, что бы­ло реа­ли­зо­ва­но в ГОЭЛРО пла­не (1920), ко­то­рый пре­ду­смат­ри­вал со­ору­же­ние за 15 лет де­ся­ти ГЭС об­щей ус­та­нов­лен­ной мощ­но­стью 640 МВт. В 1928–32 вве­де­ны в дей­ст­вие ГЭС сум­мар­ной мощ­но­стью 377 МВт, по­строе­ны 12 ГЭС в разл. рай­онах стра­ны, на­ча­то со­ору­же­ние Ниж­не­свир­ской, Ка­на­кер­ской, Ивань­ков­ской ГЭС и др. В 1932 по­строе­на Днеп­ро­гэс им. В. И. Ле­ни­на про­ект­ной мощ­но­стью 560 МВт – в то вре­мя са­мая круп­ная в Ев­ро­пе. В 1933–37 бы­ла на­ме­че­на про­грам­ма пла­но­мер­но­го ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­тех­нич. ре­сур­сов стра­ны; на­ча­то со­ору­же­ние Волж­ско­го кас­ка­да ГЭС, про­дол­же­ны ра­бо­ты по со­ору­же­нию кас­ка­дов ГЭС в рес­пуб­ли­ках Ср. Азии и За­кав­ка­зья. К 1940 мощ­ность всех ГЭС СССР дос­тиг­ла 1,6 тыс. МВт, а вы­ра­бот­ка элек­тро­энер­гии – 5,1 млрд. кВт·ч. До­ля гид­ро­энер­ге­ти­ки в элек­тро­энер­ге­тич. ба­лан­се стра­ны дос­тиг­ла 10,6%.

В по­сле­во­ен­ные го­ды про­дол­жа­лось ин­тен­сив­ное строи­тель­ст­во гид­ро­элек­тро­стан­ций: на Вол­ге – Ни­же­го­род­ской, Куй­бы­шев­ской, Вол­го­град­ской ГЭС, за­тем Са­ра­тов­ской и Че­бок­сар­ской ГЭС; на Дне­пре – Ка­хов­ской, Днеп­ро­пет­ров­ской, Кре­мен­чуг­ской, Днеп­ро­дзер­жин­ской, Ка­нев­ской и Ки­ев­ской ГЭС; на Ка­ме – Кам­ской, Вот­кин­ской, а за­тем Ниж­не­кам­ской ГЭС; ря­да круп­ных кас­ка­дов ГЭС в рес­пуб­ли­ках За­кав­ка­зья и Ср. Азии. В 1960 мощ­ность ГЭС СССР дос­тиг­ла 14,8 тыс. МВт, вы­ра­бот­ка ими элек­тро­энер­гии – 51 млрд. кВт·ч, что со­ста­ви­ло 17% от об­щей вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии в стра­не. Даль­ней­шее ис­поль­зо­ва­ние гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов свя­за­но со строи­тель­ст­вом круп­ных ГЭС в Си­би­ри. За 1917–70 Сов. Со­юз стал од­ной из ве­ду­щих стран в об­лас­ти Г., ус­ту­пая по ус­та­нов­лен­ной мощ­но­сти ГЭС толь­ко США и Ка­на­де (табл. 1).

Вы­де­ля­ют три ка­те­го­рии по­тен­циа­ла гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов во­до­то­ка. Тео­ре­тич. (ва­ло­вой) по­тен­ци­ал – со­во­куп­ность пол­ной мощ­но­сти всех отд. уча­ст­ков во­до­то­ка не­за­ви­си­мо от тех­нич. воз­мож­но­сти и эко­но­мич. це­ле­со­об­раз­но­сти его ис­поль­зо­ва­ния. Тех­нич. по­тен­ци­ал – часть ва­ло­во­го по­тен­циа­ла во­до­то­ка, ко­то­рая мо­жет быть ис­поль­зо­ва­на. Эко­но­мич. по­тен­ци­ал – часть тех­нич. по­тен­циа­ла, ис­поль­зо­ва­ние ко­то­ро­го эко­но­ми­че­ски оп­рав­да­но в су­ще­ст­вую­щих ус­ло­ви­ях.

В 1990 сум­мар­ная мощ­ность ГЭС в СССР дос­тиг­ла 65 тыс. МВт (ус­ту­пая толь­ко США) при про­из-ве элек­тро­энер­гии 233 млрд. кВт·ч/год, до­ля в элек­тро­энер­ге­ти­ке ок. 20%; 3-е ме­сто по­сле США и Ка­на­ды. ГЭС, рас­по­ло­жен­ные на тер­ри­то­рии Рос­сии, име­ли в этот пе­ри­од сум­мар­ную ус­та­нов­лен­ную мощ­ность 43,2 тыс. МВт и вы­ра­баты­ва­ли элек­тро­энер­гии ок. 170 млрд. кВт·ч.

Рас­пре­де­ле­ние ве­ли­чи­ны ми­ро­вых по­тен­ци­аль­ных гид­ро­энер­го­ре­сур­сов реч­но­го сто­ка на 2000 при­ве­де­ны в табл. 2.

В 2005 сум­мар­ная мощ­ность ГЭС Рос­сии (тыс. МВт) со­ста­ви­ла 45,9, в т. ч. в Ев­роп. час­ти стра­ны 18,6, в Си­би­ри 23,3, на Даль­нем Вос­то­ке 3,9. Сум­мар­ная вы­ра­бот­ка элек­тро­энер­гии все­ми ГЭС Рос­сии рав­на 174,4 млрд. кВт·ч, до­ля в элек­тро­энер­ге­ти­ке ок. 18,7%. Тео­ре­тич. по­тен­ци­ал вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии реч­но­го сто­ка Рос­сии оп­ре­де­лён в 2900 млрд. кВт·ч/год. По­тен­ци­ал круп­ных и сред­них рек со­став­ля­ет 2400 млрд. кВт·ч, ма­лых рек – 500 млрд. кВт·ч. Тех­ни­че­ски дос­ти­жи­мый уро­вень ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов круп­ных и ма­лых рек Рос­сии оце­ни­ва­ет­ся в 1670 млрд. кВт·ч.

По имею­ще­му­ся гид­ро­по­тен­циа­лу РФ за­ни­ма­ет 2-е ме­сто в ми­ре (по­сле Ки­тая), од­на­ко по сте­пе­ни его ос­вое­ния (18,7%) она ус­ту­па­ет раз­ви­тым стра­нам. Так, во Фран­ции и Швей­ца­рии этот по­ка­за­тель пре­вы­ша­ет 90%, Ка­на­де и Нор­ве­гии – 70%, США и Бра­зи­лии – 50%.

Наи­боль­ший ин­те­рес пред­став­ля­ет эко­но­ми­че­ски эф­фек­тив­ная для прак­тич. ис­поль­зо­ва­ния часть гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­циа­ла. Сум­мар­ный эко­но­мич. по­тен­ци­ал сто­ка рек Рос­сии оп­ре­де­лён в 852 млрд. кВт6 ч го­до­вой вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии. Ре­гио­наль­ное рас­пре­де­ле­ние это­го по­тен­циа­ла и по­тен­ци­ал наи­бо­лее круп­ных рек Рос­сии, а так­же уро­вень его прак­тич. ис­поль­зо­ва­ния вме­сте со строя­щи­ми­ся стан­ция­ми при­ве­де­ны в табл. 3.

Сте­пень ос­вое­ния гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­циа­ла реч­но­го сто­ка в Рос­сии по­ка не­ве­ли­ка и зна­чи­тель­но от­ста­ёт от уров­ня его ис­поль­зо­ва­ния в др. стра­нах. Во мно­гих стра­нах, в т. ч. ев­ро­пей­ских, США, Ка­на­де, Япо­нии, стра­нах Азии и Юж. Аме­ри­ки уро­вень ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­циа­ла зна­чи­тель­но вы­ше 50%, а в ря­де стран он пре­вы­сил 90%. Наи­бо­лее ин­тен­сив­но гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­ци­ал ос­ваи­ва­ет­ся в КНР, где уже в те­че­ние мн. лет од­но­вре­мен­но один за дру­гим стро­ят­ся бо­лее 50 круп­ных гид­ро­энер­ге­тич. объ­ек­тов.

Ма­лая гид­ро­энер­ге­ти­ка за по­след­ние 20 лет за­ня­ла ус­той­чи­вое по­ло­же­ние в элек­тро­энер­гии мн. стран. Соз­да­ние но­вых гид­ро­аг­ре­га­тов по­зво­ли­ло ма­лым ГЭС за­нять ус­той­чи­вое по­ло­же­ние в элек­тро­снаб­же­нии КНР, США, Ка­на­ды, Гер­ма­нии, Шве­ции, Ис­па­нии. Ли­ди­рую­щая роль при­над­ле­жит КНР, где сум­мар­ная ус­та­нов­лен­ная мощ­ность ма­лых ГЭС пре­вы­ша­ет 14 тыс. МВт. В ми­ре с по­мощью ма­лой гид­ро­энер­ге­ти­ки в 2010 пла­ни­ру­ет­ся по­лу­чить элек­трич. энер­гии 220 ТВт·ч/год, а ус­та­нов­лен­ная мощ­ность дос­тиг­нет 55 тыс. МВт.

В РФ чис­ло ма­лых рек пре­вы­ша­ет 2,5 млн., их сум­мар­ный сток бо­лее 1000 км³/год, что по­зво­лит про­из­во­дить 500 млрд. кВт·ч/год элек­тро­энер­гии.

В Рос­сии на пред­стоя­щие 15–20 лет на­ме­ча­ет­ся про­грам­ма даль­ней­ше­го ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся про­ек­ты строи­тель­ст­ва ма­лых, сред­них и круп­ных ГЭС во всех ре­гио­нах Рос­сии. Осу­ще­ст­в­ле­ние этой про­грам­мы по­зво­лит к 2025–30 уд­во­ить су­ще­ст­вую­щие в на­стоя­щее вре­мя мощ­но­сти гид­ро­элек­тро­стан­ций.

Г. – од­на из важ­ней­ших под­от­рас­лей то­п­лив­но-энер­ге­тич. ком­плек­са стра­ны. Ис­поль­зуя во­зоб­нов­ляе­мые энер­ге­тич. ре­сур­сы, Г. умень­ша­ет по­треб­но­сти в то­п­ли­ве для вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии, улуч­ша­ет струк­ту­ру то­п­лив­но-энер­ге­тич. ба­лан­са, по­вы­ша­ет на­дёж­ность и ка­чест­во элек­тро­снаб­же­ния, сни­жа­ет се­бе­стои­мость про­из-ва элек­тро­энер­гии. В 2005 при вы­ра­бот­ке элек­тро­энер­гии 175 млрд. кВт·ч со­кра­ще­на го­до­вая по­треб­ность в то­п­ли­ве бо­лее чем на 50 млн. т ус­лов­но­го то­п­ли­ва. При этом пре­дот­вра­щён вы­брос в ат­мо­сфе­ру ок. 1,3 млн. т зо­лы, ок­си­дов се­ры и азо­та и ок. 180 млн. т ди­ок­си­да уг­ле­ро­да. Стои­мость про­из-ва элек­тро­энер­гии на ГЭС в 5–7 раз ни­же, чем на те­п­ло­вых и атом­ных элек­тро­стан­ци­ях.

Соз­да­ние круп­ных гид­ро­уз­лов и элек­тро­стан­ций ока­зы­ва­ет зна­чит. и мно­го­об­раз­ное влия­ние на при­род­ные и хо­зяйств. ус­ло­вия в рай­оне строи­тель­ст­ва. Воз­ни­ка­ет не­об­хо­ди­мость пе­ре­се­ле­ния на­се­ле­ния из зон за­то­п­ле­ния и не­га­тив­но­го влия­ния во­до­хра­ни­лищ, вы­нос из этих зон хо­зяйств. объ­ек­тов и объ­ек­тов ин­фра­струк­ту­ры. Так, за весь пе­ри­од гид­ро­энер­ге­тич. строи­тель­ст­ва на тер­ри­то­рии Рос­сии в зо­не во­до­хра­ни­лищ и под­то­п­ле­ния ока­за­лось 45 тыс. км² зе­мель, в т. ч. 16 тыс. км² с.-х. уго­дий и 21 тыс. км² лес­ных пло­ща­дей. За этот пе­ри­од из зон за­то­п­ле­ния пе­ре­се­ле­но 840 тыс. чел. Ущерб, на­но­си­мый соз­да­ни­ем гид­ро­уз­лов эко­ло­гич. сре­де и со­ци­аль­но-эко­но­мич. сфе­ре в пе­ри­од их строи­тель­ст­ва, пол­но­стью или час­тич­но ком­пен­си­ро­ван.