Структура установленной мощности электростанций ЕЭС России по видам генерации
Гидроэнергетика в современном понимании - это выработка электроэнергии с использованием энергии воды.
А что такое энергия воды, в чем ее сущность? На ГЭС используется потенциальная энергия воды или, как ее еще называют, энергия положения. Если некоторый объем воды Q мы поднимем на высоту h, то потенциальная энергия воды будет равна Е=ρghQ. Все реки имеют уклон дна, т.к. исток реки всегда выше устья. Если в каком-либо месте, его называют створ, мы перегородим реку плотиной, то уровень воды начнет подниматься, образуется водохранилище. Таким образом, возникает потенциальная энергия воды, выше уровень - больше потенциальная энергия. Мощность реки в выбранном створе выразится формулой
N = ρgHQ,
где: Н - разность уровней воды до и после плотины, называется напор;
Q – количество воды, протекающей через створ за 1 секунду, называется расход воды.
Если напор измерять в метрах, расход в метрах кубических в секунду, ускорение свободного падения в м/с2, а плотность кг/м3, то мощность будет выражаться в Ваттах.
Люди с древних времен научились использовать гидроэнергию.
Гидроэнергоресурсы это возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного сырья для более целесообразного их использования, например, в химической промышленности.
Кроме своего прямого назначения — производства электроэнергии — гидроэлектростанции решают дополнительно ряд важнейших для общества задач. Наиболее эффективным средством борьбы с последствиями паводков и наводнений, чтобы обеспечить безопасность населения, являются создаваемые при строительстве ГЭС водохранилища, которые обеспечивают регулирование стока рек. Известно, что без воды человек не проживет больше трех дней, ГЭС обеспечивают создание и развитие систем питьевого и промышленного водоснабжения. В интересах сельского хозяйства создаются ирригационные системы. Способствуют ГЭС и развитию судоходства, поддерживая необходимый уровень воды в реке.
Вокруг каждой новой гидроэлектростанция появляются города и поселки, развивается промышленность, создаются новые рабочие места.
Гидроэнергетика является ключевым элементом обеспечения системной надежности Единой Энергосистемы страны, располагая более 90 % резерва регулировочной мощности. Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных — целыми сутками. Само по себе создание ЕЭС России стало возможным именно благодаря вводу в эксплуатацию мощных ГЭС Волжско-Камского каскада в 50-е годы прошлого столетия.
«Золотой век» отечественной гидроэнергетики пришелся на период с 1930 по 1990 гг. До этого времени в России и СССР работало лишь небольшое число гидростанций. Общая установленная мощность гидроагрегатов в СССР к 1930 г. не превышала 600 тыс. кВт. Спустя 60 лет наша страна вышла на второе место в мире по установленной мощности ГЭС (65 млн. кВт), уступая только США, а по производству электроэнергии на ГЭС (233 млрд кВт·ч/год) на третье место после США и Канады.
В настоящее время на территории России работают 102 гидростанции мощностью свыше 100 МВт. Общая установленная мощность гидроагрегатов на ГЭС в России составляет примерно 45 млн кВт (5 место в мире), а выработка порядка 165 млрд кВт·ч/год (также 5 место) — в общем объеме производства электроэнергии в России доля ГЭС составляет около 21 %. При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место в мире (порядка 852 млрд кВт·ч, после Китая), однако, по степени их освоения — 20 % — уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Так, во Франции и Швейцарии этот показатель превышает 90 %, Канаде и Норвегии — 70 %, США и Бразилии — 50%.
Для дальнейшего освоения гидропотенциала России и развития отечественной гидроэнергетики, фактически находившейся в состоянии стагнации на протяжении 90-х годов прошлого века, в ходе процесса реформирования российской электроэнергетики в декабре 2004 г. была создана Федеральная гидрогенерирующая компания (ОАО «ГидроОГК»). Приоритетными задачами ОАО «ГидроОГК», которые поставило государство перед компанией при ее учреждении, являются обеспечение надежной и безопасной эксплуатации действующих ГЭС, завершение существующих строек, а также проектирование и сооружение новых гидростанций.
На сегодняшний день в холдинг ОАО «РусГидро» входит 20 филиалов. С учетом крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС компания объединяет 68 объектов возобновляемой энергетики, в том числе 9 станций Волжско-Камского каскада общей установленной мощностью более 10 166,7 МВт, первенца большой гидроэнергетики на Дальнем Востоке Зейскую ГЭС (1 330 МВт), Бурейскую ГЭС (2 010 МВт), Новосибирскую ГЭС (455 МВт) и несколько десятков гидростанций на Северном Кавказе, в том числе Кашхатау ГЭС (65,1 МВт), введенную в эксплуатацию в Кабардино-Балкарской Республике в конце 2010 года. Также в состав РусГидро входят геотермальные станции на Камчатке и высокоманевренные мощности Загорской гидроаккумулирующей электростанции (ГАЭС) в Московской области, используемые для выравнивания суточной неравномерности графика электрической нагрузки в ОЭС Центра. В 2011 г. в Группу РусГидро вошло ЗАО «Международная энергетическая корпорация», основным активом которой является Севано-Разданский каскад ГЭС в Республике Армения - 7 станций совокупной установленной мощностью 561 МВт. Кроме того, Холдинг «РусГидро» объединяет научно-исследовательские, проектно-изыскательские, инжиниринговые организации, а также розничные энергосбытовые компании.
На начало 2012 года в электроэнергетический комплекс Единой энергетической системы России (ЕЭС России) входило более 600 электростанций мощностью свыше 5 МВт. Общая установленная мощность энергокомплекса составила около 218 ГВт (и примерно 230 ГВт с учетом изолированных энергосистем). В настоящее время в энергосистеме преобладают теплоэлектростанции (ТЭС), доля которых существенно превышает долю ГЭС и АЭС.
Структура установленной мощности электростанций ЕЭС России по видам генерации
Суммарные объемы потребления и выработки электроэнергии в целом по России складываются из показателей электропотребления и выработки объектов, расположенных в Единой энергетической системе России, и объектов, работающих в изолированных энергосистемах. В 2011 году эти показатели выросли незначительно (чуть более 1%): было произведено 1040,4 млрд кВт*ч электроэнергии, потребление составило 1021,1 млрд кВт*ч.
Энергетическая стратегия РФ до 2020 года предполагает увеличение потребления электроэнергии, в том числе в связи с планами ускоренного освоения природных ресурсов Западной и Восточной Сибири, Дальнего Востока, Европейского Севера и Прикаспийского региона.
Разработанный топливно-энергетический баланс страны предусматривает совершенствование структуры производства электроэнергии, включая более полное использование потенциала гидроэнергетики, прежде всего в результате завершения строительства ранее начатых объектов.
Планируется также рост экспорта энергоресурсов при безусловном удовлетворении внутренних потребностей.
Из Энергетической стратегии РФ до 2020
Стратегическими целями развития электроэнергетики являются:
• надежное энергоснабжение экономики и населения страны электроэнергией;
• сохранение целостности и развитие единой энергетической системы страны, ее интеграция с другими энергообъединениями на Евразийском континенте;
• повышение эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий;
• снижение вредного воздействия на окружающую среду и приближение к европейским экологическим нормам.
Российская Федерация обладает значительным гидроэнергетическим потенциалом и возможностями для дальнейшего развития ГЭС. Сегодня по установленной мощности и объему выработки российская энергетика занимает четвертое место в мире.
Преимущества гидроэнергетики:
• ГЭС являются ключевым элементом обеспечения системной надежности единой энергетической системы страны.
• Отсутствие топливной составляющей в производстве электроэнергии ГЭС способствует снижению зависимости стоимости электроэнергии от изменения стоимости органического топлива.
• Для производства электроэнергии ГЭС используют возобновляемые источники энергии, что способствует глобальным усилиям в борьбе за сокращение выбросов парниковых газов.
Государственная политика в сфере использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на период до 2030 года предусматривает принятие мер по поддержке данного направления и созданию благоприятных условий для привлечения инвестиций. Объявлен плановый показатель производства электроэнергии на базе ВИЭ к 2030 году не менее 80–100 млрд кВт*ч в год.
Однако основополагающие решения, в том числе касающиеся тарифной политики, до настоящего времени не приняты, что тормозит эту активно развивающуюся в мире отрасль.
Мировой опыт свидетельствует о тенденции максимального освоения гидропотенциала даже при наличии других энергоресурсов. Ярким примером является Норвегия, обладающая крупными запасами природного газа, электроэнергетика которой почти на 100% базируется на ГЭС. Другой пример – во многом схожая с Россией по природным условиям Канада, обеспечивающая на ГЭС более 60% выработки электроэнергии. В настоящее время мировая гидроэнергетика переживает подлинный ренессанс, связанный с масштабным строительством большого количества крупных ГЭС в развивающихся странах: Китае, Индии, Бразилии, Эфиопии и других.