Низконапорные русловые ГЭС. Плюсы и минусы. Электрические станции: достоинства и недостатки Достоинства и недостатки гидроэлектростанции

В последнее время, в качестве альтернативы классическим средне-высоконапорным плотинным ГЭС активно предлагаются низконапорные гидроузлы, работающие на естественном стоке, довольно широко распространенные в Западной Европе. Попробуем разобраться, что это ГЭС и каковы их плюсы и минусы.

Пример низконапорной русловой гидроэлектростанции - ГЭС Iffezheim на Рейне, введена в эксплуатацию в 1978 году. Фото отсюда

Концепция низконапорного руслового гидроузла предусматривает создание на равнинной реке ГЭС с напором в несколько метров, чье водохранилище как правило укладывается в зону естественного затопления поймы при сильных паводках. Такие гидроузлы имеют следующие преимущества:

* Небольшая площадь затопления, в которую как правило не попадают (или почти не попадают) застроенные земли. Следовательно, никого переселять не надо, влияние на экосистемы куда менее значительно.

* В низконапорные плотины гораздо проще интегрировать рыбоходы, да и вниз через турбины рыба проходит с меньшим травматизмом.

Саратовская ГЭС - самая низконапорная в Волжско-Камском каскаде.

Теперь перейдем к недостаткам:

* Такие ГЭС образуют небольшие водохранилища, пригодные в лучшем случае для суточного регулирования стока, а то и вовсе работающие на водотоке. В результате, выработка подобных ГЭС сильно зависит от сезона и погодных условий - в маловодные периоды она резко падает.

* Эффективность использования стока такими ГЭС гораздо меньше, чем классическими - не имея возможности аккумулировать сток в половодье и паводки, они вынуждены сбрасывать массу воды вхолостую.

* Не имея емкого водохранилища, такие гидроузлы не могут бороться с наводнениями.

* С точки зрения судоходства сооружение нескольких низконапорных гидроузлов вместо одного большого приводит к увеличению времени на шлюзование - вместо одного шлюза нужно проходить несколько.

* Низконапорные ГЭС умеют существенно большую удельную стоимость (в расчете на кВт мощности и кВт.ч. вырабатываемой электроэнергии). Чем меньше напор, тем больше габариты и соответственно металлоемкость оборудования, невозможность аккумулирования стока в водохранилище приводит к необходимости создания более мощных водопропускных сооружений, несколько шлюзов дороже, чем один и т.п. Для сравнения, можно привести низконапорную Полоцкую ГЭС в Белоруссии и высоконапорную Богучанскую ГЭС. Первая стоит примерно 4500$ за кВт, вторая - около 1000$ за кВт. Разница, как мы видим - в 4,5 раза.

ГЭС Тукуруи в Бразилии. В амазонской сельве, как и в сибирской тайге, более эффективны большие ГЭС.

Подведем итоги. Преимущества низконапорных ГЭС наиболее существенны в густонаселенных районах, где высокая стоимость земли и большое количество работ по переселению людей, выносу сооружений и инфраструктуры делают крупные ГЭС с большими водохранилищами неприемлемыми. Именно поэтому низконапорные ГЭС получили наибольшее распространение в Европе, где плотность населения высока, а собственных энергоресурсов мало, что вынуждает использовать весь доступный гидропотенциал, пусть и дорогими способами.

В то же время, в относительно малонаселенных регионах очевидны преимущества больших ГЭС - собственно, в основном там их и строят сейчас во всем мире (хотя критерии малонаселенности в разных странах существенно различаются, для Китая с его миллиардным населением переселение нескольких десятков тысяч человек вполне приемлемо).

Низконапорные русловые ГЭС не конкурируют со средне- и высоконапорными - у каждого типа гидроэлектростанций своя «экологическая ниша», в которой они наиболее эффективны. И ссылки на русловые ГЭС в Западной Европе при обсуждении гидроэнергетических проектов в Восточной Сибири являются сравнением несравнимого.

Легко. 1. ТЭС. Тепловые Энерго (электро) Станции. Базируются на переработке (сжигании) твердых топливных носителей, таких, как например уголь. Плюсы: 1. Большой объем выработки электроэнергии. 2. Наиболее просты в эксплуатации. 3. Сам принцип работы и постройка их очень просты. 4. Дешевы, легкодоступны. 5. Дают рабочие места. Минусы: 1. Дают меньше электроэнергии, чем ГЭС и АЭС 2. Экологически опасны - загрязнение окружающей среды, парниковый эффект, требуют потребления невозобновляемых ресурсов (как уголь). 3. В силу своего примитивизма являются просто морально устаревшими. ГЭС - Гидро Электро Станция. Базируются на использовании водных ресурсов, реки, приливно-отливные циклы. Плюсы: 1. Относительно экологически безопасны. 2. Дают в разы больше электроэнергии, чем ТЭС. 3. Могут давать дополнительные подпроизведственные структуры. 4. Рабочие места. 5. Более просты в эксплуатации, чем АЭС. . Минусы: 1. Опять же, экологическая безопасность относительна (взрыв плотины, загрязнение воды при отсутствии очистительного цикла, нарушение баланса). 2. Большие затраты на строительство. 3. Дают меньше энергии, чем АЭС. АЭС - Атомные Электростанции. Самые совершенные на данный момент ЭС по уровню мощности. Используют урановые стержни изотопа урана -278 и энергию атомной реакции. Плюсы: 1. Относительно малое потребление ресурсов. Самый главный - уран. 2. Мощнейшие по выработке электроэнергии ЭС. Одна ЭС может обеспечивать целые города и мегаполисы, ближлежащие районы, вообщем, охватывают огромные территории. 3. Более современны, чем ТЭС. 4. Дают большое количство рабочих место. 5. Открывают пути к созданию более совершенных ЭС. Минусы: 1. Постоянное загрязнение окружающей среды. Смог, радиация. 2. Потребление редких ресурсов - уран. 3. Использование воды, загрязнение ее. 4. Вероятная угроза экологической суперкатастрофы. При потере контроля за ядерными реакциями, нарушениями цикла охлаждения (ярчайший пример обоих ошибок - Чернобыль; АЭС до сих пор закрыта саркофагом, самая страшная экологическая катастрофа в истории человечества) ,внешнем в воздействии (землетрясение, прмер - Фукусима), военной атаке или подрыве террористами - весьма вероятна (или - почти стопроцентна) экологическая катастрофа, а также весьма вероятна угроза взрыва АЭС, - это взрыв, ударная волна, и самое главное, радиоактивное заражение обширной территории, отзвуки такой катастрофы могут поразить весь мир. Потому АЭС является наравне с ОМП (Оружием Массового Поражения) одним из самых опасных достижений человечества, хотя АЭС - это Мирный атом. Впервые АЭС была создана в СССР. Энергетику необходимо развивать отнюдь не только в направлении использования возонбновляемых ресурсов, а еще также развивать более совершенные типы ЭС, которые будут принципиально новыми по своей основе и типу работы. Гипотетически, в скором времени начнется освоения космоса, также проникновение в другие тайны микромира и вообще, физики могут дать поразительные результаты. Доведение до максимального совершенства АЭС - также перспективный путь развития энергетики. На данном этапе конечно же, наиболее вероятным и реализуемым является вариант развития ветрогонных комплексов, солнечных батарей и ДОВЕДЕНИЕ до максимального совершенства ГЭС и АЭС.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЭС:

Гибкость

Гидроэнергия является гибким источником электроэнергии, так как ГЭС может очень быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям энергии, увеличивая или уменьшая производство электроэнергии. Гидротурбина имеет время запуска порядка нескольких минут. От 60 до 90 секунд требуется, чтобы принести устройство от холодного пуска до полной нагрузки; это гораздо меньше, чем для газовых турбин или паровых установок. Производство электроэнергии может также быть быстро уменьшено, когда есть избыточная мощность.

Электростанция Ffestiniog может развивать мощность 360 МВт в течении 60 секунд

Низкие затраты на электроэнергию

Основным преимуществом гидроэлектроэнергии является отсутствие стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти невосприимчива к увеличению стоимости ископаемого топлива, таких как нефть, природный газ или уголь, и никакой импорт не требуется. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции больше, чем 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час.

Гидроэлектростанции имеют долгий срок эксплуатации , некоторые ГЭС все еще дают электроэнергию после 50-100 лет работы.

Затраты на оперативное обслуживание небольшие , требуется немного людей для контроля работы ГЭС.

Плотина может использоваться сразу в нескольких целях: накапливать воду для ГЭС, защищать территории от наводнений, создавать водоем.

Пригодность для промышленного применения

В то время как многие гидроэлектростанции поставляют энергию в сети общего потребления электроэнергии, некоторые создаются для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Например, в Новой Зеландии электростанция была построена для снабжения электроэнергией алюминиевого завода в Тиваи Пойнт.

Снижение выбросов CO 2

Гидроэлектростанции не сжигают ископаемые виды топлива и непосредственно не производят углекислый газ. Хотя некоторый углекислый газ образуется в процессе производства и строительства проекта. Согласно исследованию Пауля Шеррера из Университета Штутгарта, гидроэнергетика производит меньше всего углекислого газа, среди прочих источников энергии. На втором месте был ветер, третьей стала ядерная энергия, энергия солнца оказалась на 4 месте.

Другие виды использования водохранилища

Водохранилища ГЭС часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта, и сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах, аквакультура в водоемах является распространенным явлением. Вода из водоемов может идти на полив сельскохозяйственных культур, в ней можно разводить рыбу. Кроме того плотины помогают предотвратить наводнение.

НЕДОСТАТКИ ГЭС:

Повреждение экосистемы и потеря земли

Большие резервуары, необходимые для работы гидроэлектростанций приводят к затоплению обширных земель выше по течению от плотины, уничтожая долины лесов и болота. Потеря земли часто усугубляется уничтожением среды обитания окружающих территорий, занятое водохранилищем.
ГЭС могут привести к уничтожению экосистем, так как вода, проходя через турбины очищается от естественных наносов. Особенно опасны ГЭС на крупных реках , которые ведут к серьезным изменениям среды обитания.

На фото изображен водоем, возникший в результате строительства плотины

Заиление

Когда течет вода, более тяжелые частицы сплывают вниз по течению.
Это оказывает негативное влияние на плотины и впоследствии их электростанций, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высокой степенью заиления. Ил может заполнить резервуар и уменьшить его способность контролировать наводнения, вызывая дополнительное горизонтальное давление на плотину. Уменьшение русла реки может привести к снижению вырабатываемой электроэнергии. К тому же даже жаркое лето или малое количество осадков может привести к уменьшению реки.

Выбросы метана (из водохранилищ)

Наибольшее воздействие оказывают ГЭС в тропических регионах, водоемы электростанций в тропических регионах производят значительные объемы метана. Это связано с наличием растительного материала в затопленных районах, распадающихся в анаэробной среде, и образующих метан и парниковый газ. Если верить докладу Всемирной комиссии по плотинам, в случаях, когда водохранилище большое по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и не была произведена очистка лесов в области водоема. То выбросы парниковых газов в резервуаре могут быть выше, чем у обычной ТЭС.

Все наслышаны о главном недостатке АЭС – о тяжелых последствиях аварий на атомных станциях. Десятки тысяч погибших и множество смертельно заболевших людей, мощное радиационное облучение, влияющее на здоровье человека и его потомков, города, ставшие непригодными для жизни… список, к сожалению, можно продолжать бесконечно. Хвала небесам, что случаи аварий единичны, подавляющее большинство атомных станций мира успешно работают десятилетиями, ни разу не сталкиваясь со сбоями системы.

Сегодня атомная энергетика – это одно из самых быстро развивающихся направлений в мировой науке. Попытаемся отойти от устойчивого мифа о том, что атомные станции – это опасность ядерных катастроф и узнать про достоинства и недостатки АЭС как источников электроэнергии. В чем атомные станции превосходят тепловые и гидроэлектростанции? Каковы преимущества и недостатки АЭС? Стоит ли развивать это направление добычи электричества? Обо всем этом и не только…

Вы знали, что получить электричество можно с помощью обычной картошки, лимона или комнатного цветка? Понадобятся лишь гвоздь и медная проволока. Но снабдить электроэнергией весь мир картошка и лимоны, конечно, не смогут. Поэтому с 19 века ученые начали осваивать методы получения электроэнергии с помощью генерации.

Генерация – это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую. Процесс генерации происходит в электрических станциях. Сегодня существует множество видов генерации.

Получить электроэнергию сегодня можно следующими способами:

Тепловая электроэнергетика – электроэнергия получается с помощью теплового сгорания органического топлива. Если просто – нефть и газ сгорают, выделяют тепло, тепло нагревает пар. Пар под давлением заставляет вращаться электрогенератор, а электрогенератор вырабатывает электроэнергию. Тепловые электрические станции, в которых происходит этот процесс, именуются ТЭСами.
Ядерная энергетика – принцип работы АЭС (атомных станций, получающих электроэнергию с помощью ядерных установок) очень похож на работу ТЭС. Отличие лишь в том, что тепло получают не от сгорания органического топлива, а от деления атомных ядер в ядерном реакторе.
Гидроэнергетика – в случае с ГЭС (гидроэлектростанциями), электрическую энергию получают от кинетической энергии течения воды. Вы когда-нибудь видели водопады? В основе такого способа получения энергии лежит сила водных водопадов, которые вращают роторы электрогенераторов, производящих электроэнергию. Конечно, водопады не природные. Они создаются искусственно, используя природное речное течение. Кстати, не так давно ученые выяснили, что морское течение намного мощнее речного, в планах строить морские гидроэлектростанции.
Ветроэнергетика – в данном случае приводит в действие электрогенератор кинетическая энергия ветра. Помните мельницы? В них полностью отражен этот принцип работы.
Гелиоэнергетика – в гелиоэнергетике платформой для преобразования служит тепло солнечных лучей.
Водородная энергетика – электроэнергию получают путем сгорания водорода. Водород сжигают, он выделяет тепло, а дальше все происходит по уже известной нам схеме.
Приливная энергетика – что используют для добычи электроэнергии в этом случае? Энергию морских приливов!
Геотермальная энергетика — получение сначала тепла, а потом и электроэнергии из естественного тепла Земли. К примеру, в вулканических районах.

Недостатки альтернативных источников энергии

Атомные, гидро и тепловые электростанции являются основными источниками получения электроэнергии в современном мире. Каковы достоинства АЭС, ГЭС и ТЭС? Почему нас не греет энергия ветра или энергия морских приливов? Чем ученым не угодил водород или естественное тепло Земли? На то есть свои причины.

Энергии ветра и солнца и морских приливов принято называть альтернативными из-за их редкого использования и совсем недавнего появления. А еще из-за того, что ветер, солнце, море и тепло Земли возобновляемы, и то, что человек воспользуется солнечным теплом или морским приливом никакого вреда ни солнцу ни приливу не принесет. Но не спешите бежать и ловить волны, не все так легко и радужно.

Гелиоэнергетика имеет существенные минусы — солнце светит только днем, соответственно ночью никакой энергии от него не добьешься. Это неудобно, т.к. основной пик потребления электричества приходится на вечерние часы. В разное время года и в разных местах Земли солнце светит по-разному. Подстраиваться под него дело затратное и сложное.

Ветер и волны тоже явления своенравные, хотят – дуют и приливают, а хотят — нет. Но если они и работают, то делают это медленно и слабо. Поэтому ветроэнергетика и приливная энергетика пока не получили большого распространения.

Геотермальная энергетика – сложный процесс, т.к. строить электрические станции можно только в зонах тектонической активности, где из-под земли можно «выжать» максимум тепла. Много ли мест с вулканами вы знаете? Вот и ученые немного. Поэтому геотермальная энергетика, скорее всего, так и останется узконаправленной и не особо работоспособной.

Водородная энергетика наиболее перспективна. Водород имеет очень высокий КПД сгорания и его сжигание абсолютно экологически чисто, т.к. продукт сгорания – дистиллированная вода. Но, есть одно но. Стоит процесс производства чистого водорода невероятно больших денег. Вы хотите платить миллионы за свет и горячую воду? Никто не хочет. Ждем, надеемся и верим, что в скором времени ученые найдут способ сделать водородную энергетику более доступной.

Атомная энергетика сегодня

По разным данным, ядерная энергетика сегодня дает от 10 до 15% электроэнергии во всем мире. Атомную энергию использует 31 страна. Наибольшее количество исследований в области электроэнергетики ведутся именно по использованию ядерной энергии. Логично предположить, что преимущества АЭС явно велики, если из всех видов добычи электроэнергии развивают именно этот.

В то же время, есть страны, которые отказываются от использования ядерной энергетики, закрывают все имеющиеся атомные станции, к примеру, Италия. На территории Австралии и Океании АЭС не существовало и не существует в принципе. Австрия, Куба, Ливия, КНДР и Польша остановили разработки АЭС и временно отказались от планов по созданию атомных станций. Эти страны не обращают внимания на достоинства АЭС и отказываются от их установки в первую очередь по соображениям безопасности и больших затрат на строительство и эксплуатацию атомных станций.

Лидерами в атомной энергетике сегодня являются США, Франция, Япония и Россия. Именно они по достоинству оценили преимущества АЭС и стали внедрять атомную энергетику в свои страны. Наибольшее количество строящихся проектов АЭС сегодня принадлежат Китайской Народной Республике. Еще около 50ти стран активно работают над внедрением ядерной энергетики.

Как и все способы добычи электроэнергии имеет АЭС преимущества и недостатки. Говоря про преимущества АЭС нужно отметить экологичность производства, отказ от использования органического топлива и удобство в транспортировке необходимого горючего. Рассмотрим все подробнее.

Преимущества АЭС перед ТЭС

Преимущества и недостатки АЭС зависят от того, с каким видом получения электроэнергии мы сравниваем ядерную энергетику. Поскольку основные конкуренты атомных станций – ТЭС и ГЭС, сравним достоинства и недостатки АЭС по отношению к этим видам получения энергии.

ТЭС, то есть теплоэлектростанции бывают двух видов:

Конденсационные или коротко КЭС служат только для производства электроэнергии. Кстати, другое их название пришло из советского прошлого, КЭС также называют ГРЭСами – сокращенно от «государственная районная электростанция».
2. Теплоэлектроцентрали или ТЭЦ позволяют только производить не только электрическую, но и тепловую энергию. Взяв, к примеру, жилой дом, понятно, что КЭС только даст в квартиры электричество, а ТЭЦ еще и отопление вдобавок.

Как правило, ТЭС работают на дешевом органическом топливе – угле или угольной пыли и мазуте. Самые востребованные энергетические ресурсы сегодня – это уголь, нефть и газ. По оценкам экспертов мировых запасов угля хватит еще на 270 лет, нефти – на 50 лет, газа – на 70. Даже школьник понимает, что 50летних запасов очень мало и их надо беречь, а не ежедневно сжигать в печах.

ВАЖНО ЗНАТЬ:

АЭС решают проблему нехватки органического топлива. Преимущество АЭС – это отказ от органического топлива, тем самым, сохранение исчезающих газа, угля и нефти. Вместо них на АЭС используется уран. Мировые запасы урана оцениваются в 6 306 300 тонн. Насколько лет его хватит, никто не считает, т.к. запасов много, потребление урана достаточно небольшое, и об его исчезновении думать пока не приходится. В крайнем случае, если запасы урана вдруг унесут инопланетяне или они испарятся сами собой, в качестве ядерного топлива может применяться плутоний и торий. Преобразовать их в ядерное топливо пока дорого и сложно, но можно.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это и сокращение количества вредных выбросов в атмосферу.

Что выделяется в атмосферу при работе КЭС и ТЭЦ и насколько это опасно:

Диоксид серы или сернистый ангидрид – опасный газ, губительный для растений. При попадании в организм человека в больших количествах вызывает кашель и удушье. Соединяясь с водой, диоксид серы превращается в сернистую кислоту. Именно благодаря выбросам диоксида серы возникает риск кислотных дождей, опасных для природы и человека.
2. Оксиды азота – опасны для дыхательной системы человека и животных, раздражают дыхательные пути.
3. Бенапирен – опасен тем, что имеет свойство скапливаться в организме человека. В результате длительного воздействия может вызывать злокачественные опухоли.

Суммарные годовые выбросы ТЭС на 1000 МВт установленной мощности – это 13 тысяч тонн в год на газовых и 165 тысяч тонн на пылеугольных тепловых станциях. ТЭС мощностью в 1000 МВт в год потребляет 8 миллионов тонн кислорода для окисления топлива, преимущества АЭС в том, что в атомной энергетике кислород не потребляется в принципе.

Вышеперечисленные выбросы для АЭС также не характерны. Преимущество АЭС — выбросы вредных веществ в атмосферу на атомных станциях ничтожно малы и по сравнению с выбросами ТЭС, безвредны.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это низкие затраты на перевозку топлива. Уголь и газ чрезвычайно дорого доставлять на производства, в то время как необходимый для ядерных реакций уран можно поместить в одну небольшую грузовую машину.

Недостатки АЭС перед ТЭС

Недостатки АЭС перед ТЭС это в первую очередь наличие радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы на атомных станциях стараются по максимуму переработать, но утилизировать совсем их не получается. Конечные отходы на современных АЭС перерабатывают в стекло и хранят в специальных хранилищах. Удастся ли их когда-нибудь использовать – пока неизвестно.
2. Недостатки АЭС – это и небольшой КПД относительно ТЭС. Так как процессы в ТЭС протекают при более высоких температурах, они являются более производительными. В АЭС этого добиться пока сложно, т.к. циркониевые сплавы, которые косвенно участвуют в ядерных реакциях, не могут выдерживать запредельно высоких температур.
3. Особняком стоит общая проблема тепло и атомных электростанций. Недостаток АЭС и ТЭС – это тепловое загрязнение атмосферы. Что это значит? При получении ядерной энергии выделяется большое количество тепловой энергии, которая выбрасывается в окружающую среду. Тепловое загрязнение атмосферы – проблема сегодняшнего дня, оно влечет за собой множество проблем вроде создания тепловых островов, изменения микроклимата и, в конечном счете, глобального потепления.

Современные АЭС уже решают проблему теплового загрязнения и используют для охлаждения воды собственные искусственные бассейны или градирни (специальные охладительные башни для охлаждения больших объемов горячей воды).

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС связаны в основном с зависимостью ГЭС от природных ресурсов. Об этом подробнее…

Преимущество АЭС перед гидроэлектростанциями – это теоретическая возможность строительства новых атомных станций, в то время как большинство рек и водоемов, способных работать на благо гидроэлектростанций, уже заняты. То есть открытие новых ГЭС затруднено из-за нехватки нужных мест.
2. Следующие преимущества АЭС перед ГЭС – это непрямая зависимость от природных ресурсов. ГЭС напрямую зависят от природного водоема, АЭС же только косвенно – от добычи урана, все остальное обеспечивают сами люди и их изобретения.

Недостатки АЭС перед водными станциями незначительны — ресурсы, которые использует АЭС для ядерной реакции, а конкретно урановое топливо, является не возобновляемым. В то время как количество воды – основного возобновляемого ресурса ГЭС, от работы гидроэлектростанции никак не изменится, а уран сам по себе восстановиться в природе не может.

АЭС: преимущества и недостатки

Мы подробно рассмотрели достоинства и недостатки АЭС перед другими способами получения электроэнергии.

«Но как же радиоактивные выбросы АЭС? Рядом с атомными станциями невозможно жить! Это опасно!» — скажете вы. «Ничего подобного» — ответит вам статистика и мировое ученое сообщество.

По статистическим сравнительным оценкам, проведенным в разных странах, отмечается, что смертность от заболеваний, которые появились от воздействия выбросов ТЭС выше, чем смертность от заболеваний, которые развились в организме человека от утечки радиоактивных веществ.

Собственно, все радиоактивные вещества прочно заперты в хранилищах и ждут часа, когда их научатся остаточно перерабатывать и использовать. В атмосферу такие вещества не выбрасываются, уровень радиации в населенных пунктах близ АЭС не больше традиционного уровня радиации в крупных городах.

Говоря про достоинства и недостатки АЭС, нельзя не вспомнить о стоимости постройки и запуска атомной станции. Ориентировочная стоимость небольшой современной ядерной станции – 28 миллиардов евро, специалисты утверждают, что стоимость ТЭС примерно такая же, здесь никто не выигрывает. Однако преимущества АЭС будут в меньших затратах на покупку и утилизацию топлива – уран хоть и дороже, но способен «работать» более года, в то время как запасы угля и газа необходимо постоянно пополнять.

Аварии на АЭС

Ранее мы не упомянули только основные недостатки АЭС, которые всем известны – это последствия возможных аварий. Аварии на АЭС классифицируются по шкале INES, которая имеет 7 уровней. Опасность облучения для населения представляют аварии 4го уровня и выше.

Только две аварии в истории оценены по максимальному 7му уровню – Чернобыльская катастрофа и авария на АЭС Фукусима 1. Одну аварию посчитали 6м уровнем, это Кыштымская авария, которая произошла в 1957 году на химкомбинате «Маяк» в Челябинской области.

Безусловно, имеющиеся у АЭС преимущества и недостатки меркнут по сравнению с возможностью ядерных катастроф, уносящих жизни множества людей. Но достоинства АЭС сегодня – это усовершенствованная система безопасности, которая практически полностью исключает возможность аварий, т.к. алгоритм работы атомных реакторов компьютеризирован и с помощью компьютеров реакторы отключаются в случае минимальных нарушений.

Имеющиеся у АЭС преимущества и недостатки учитывают при разработке новых моделей атомных станций, которые будут работать на переработанном ядерном топливе и уране, залежи которого ранее в работу не вводились.

Это значит, что основные преимущества АЭС сегодня – это перспективность их модернизации, улучшения и новых изобретений в этой области. Думается, что самые главные достоинства АЭС откроются чуть позже, надеемся, что наука не будет стоять на месте, и совсем скоро мы о них узнаем.

На волне интереса к возобновляемым источникам энергии в мире то тут, то там возводятся плотины гидроэлектростанций. некоторые из них поражают воображение своей грандиозностью. Но, отдавая должное смелым инженерным решениям, следует помнить, что удерживаемые плотинами огромные массы воды таят в себе страшную разрушительную мощь

Редакция ПМ

Считаясь одним из экологически чистых способов производства энергии, гидроэнергетика оказывает при этом серьезное воздействие на природу. И у этого воздействия есть как положительные, так и отрицательные стороны. На фото — плотина Чиркейской ГЭС в Дагестане

Ингури ГЭС Плотина на грузинской реке Ингури может считаться гордостью советской гидроэнергетики: это самая высокая в мире бетонная плотина арочного типа. Ее высота составляет 272 м. Строительство плотины было начато еще в 1961 году, а полностью завершено лишь в 1987-м. В настоящее время Ингури ГЭС поделена между Грузией и недавно признанной Россией Абхазией, которой принадлежит 40% вырабатываемой энергии

Зейская ГЭС Плотина, воздвигнутая на реке Зея в Амурской области (1965−1980), относится к уникальному для России массивно-контрфорсному типу. Она разделила реку на два не связанных друг с другом бьефа — конструкцией не предусмотрены ни шлюзы, ни рыбоподъемники. Водохранилище имеет большое противопаводковое значение.

Бурейская ГЭС Возводится на реке Бурея в Амурской области. Строительство этой ГЭС началось еще в 1978 году, однако работы на ней продолжаются и по сей день. С конца 1980-х до конца 1990-х годов строительство было фактически законсервировано. Проектом на станции предусмотрено шесть гидроагрегатов, из которых два уже введены в строй, а третий должен заработать в этом году. Плотина относится к гравитационному типу и имеет длину 736 м при высоте 140 м. Водохранилищем затоплены значительные участки леса, в основном в Хабаровском крае

Америка: плотина Гувера Названная в честь президента Герберта Гувера самая высокая в США плотина гравитационно-арочного типа перекрыла реку Колорадо в 1936 году. Цели строительства — гидроэнергетика, орошение полей, улучшение условий судоходства, борьба с наводнениями

Америка: Панамский канал Одно из самых известных гидросооружений в мире — Панамский канал (завершен в 1914 году). Суда проводят через шлюзы канала с помощью локомотивов-буксиров, которые движутся по зубчатым рельсам, проложенным вдоль шлюза

Америка: «дыра славы» Арочная плотина Monticello Dam, перекрывающая калифорнийскую речку Пьюта-Крик, ничем особо не знаменита, кроме «дыры славы». Такое странное название носит нерегулируемый водослив, выполненный в виде бетонной воронки. Когда уровень в водохранилище Берриесса превышает проектный, вода переливается через края воронки, создавая красивое, но немного жутковатое зрелище

Парад гигантов: ГЭС «Итайпу» Одна из крупнейших в мире плотин перегородила реку Парана вблизи бразильско-парагвайской границы. Для строительства плотины, сделанной из земли, камня и бетона, в скалах был пробит 150-метровый канал, по которому воду реки отвели в строну от русла. После высыхания русла в выбранном створе в 1979 году началось возведение плотины. Ее общая длина составляет 7235 м.

Строго говоря, строительство плотин и дамб не обязательно имеет отношение к гидроэнергетике. Московские плотины просто поднимают уровень некогда почти обмелевшей реки, а, например, Краснодарское водохранилище на реке Кубань создано для нужд ирригации. Но все же подавляющее большинство крупных гидросооружений в России связано с энергетической отраслью. Со времен утверждения в 1921 году IX Всероссийским съездом Советов плана ГОЭЛРО наша страна активно использует энергию малых и великих рек.

Коварное дно

Если не вдаваться в подробности классификации, плотины электростанций делятся в основном на гравитационные и арочные. Гравитационная плотина — как правило, имеющая треугольное поперечное сечение — строится из грунта, камня или бетонных блоков. Из самого термина «гравитационная» видно, что такая плотина удерживает массу воды за счет своей тяжести, — течение реки не в силах сдвинуть эту громадину с места, и вода начинает подниматься. Арочные плотины используются в горной местности. За счет своей формы (по сути это фрагмент купола, выгнутого в сторону напирающей воды) такая плотина передает нагрузку на борта каньона. Арочная плотина сложнее в строительстве, но экономичнее в смысле расхода материалов. При высоте 100 м гравитационная плотина должна иметь основание шириной 70−80 м, а у арочной плотины такой же высоты ширина основания составит всего около 5 м. Есть также плотины смешанного гравитационно-арочного типа (пример — плотина крупнейшей в России Саяно-Шушенской ГЭС) и контрфорсного типа.

Чтобы плотина выполняла свою задачу и не преподносила неприятных сюрпризов, требуется тщательное геологическое исследование створов реки в месте, где предполагается строительство ГЭС. История знает случаи, когда плотину ставили на дно, в котором находились карстовые полости. После наполнения водохранилища вода просачивалась в эти полости, а затем находила выход в нижнем бьефе. Водохранилище начинало сливаться, и, чтобы не допустить этого, в карстовые пустоты пришлось закачивать бетон, объем которого был примерно равен объему самой плотины.

Идеальным для строительства плотины является скальное дно, менее предпочтительна скользкая глинистая почва. В последнем случае при недостаточном весе плотины она может просто «уехать» по течению.

Вода дырочку найдет

Плотина ГЭС — структурно сложное сооружение. В ее состав входят глухие плотины — через гребень которых вода не переливается (или, во всяком случае, не должна переливаться); станционные плотины, через которые вода из водохранилища поступает в камеры с турбинами, вращающими валы электрогенераторов; и водосливные плотины, через которые сбрасывается вода для регулирования уровня воды в верхнем бьефе (в водохранилище).

Система водосброса — один из ключевых элементов гидроузла. Уровень воды в перекрытой плотиной реке может значительно колебаться в зависимости от времени года и климатических факторов, таких как таяние снега и льда в верховьях или ливневые дожди. Неконтролируемый сброс воды из верхнего бьефа может привести к разрушению всей конструкции.

Пожалуй, большинство драматических событий, связанных с разрушением плотин, вызвано именно переполнением верхнего бьефа из-за попадания туда большого количества талых или ливневых вод. Последний подобный случай произошел в марте этого года в Индонезии, когда построенная еще голландскими колониальными властями в 1933 году дамба не выдержала натиска тропических ливней. Вырвавшаяся на свободу вода стала причиной гибели около ста человек. Одна из самых масштабных аварий на гидротехнических сооружениях произошла в США в 1976 году. Сначала в земляной дамбе, перекрывавшей реку Тетон (штат Айдахо), появилась небольшая течь. Поначалу на нее не обратили особого внимания, затем, когда течь стала заметнее, ее попытались ликвидировать с помощью строительной техники. В конце концов бульдозеры пришлось бросить, чтобы спасти человеческие жизни. Прорвав наконец земляную плотину, вода размыла ее за считаные минуты.

Хищные моря

Водохранилища — пожалуй, главная «ахиллесова пята» гидроэнергетики. И именно вокруг них ведутся непрекращающиеся дискуссии между энергетиками и экологами. Очевидно, что появившиеся в результате строительства гидроузлов искусственные «моря» нельзя считать лишь неизбежным злом. Водохранилища имеют большое значение для организации судоходства и рыбопромысла, служат резервуарами питьевой воды и выполняют рекреационную функцию (как, например, каскад водохранилищ водораздельного бьефа канала им. Москвы). Часто они помогают решить проблемы паводковых наводнений в районах, лежащих ниже по течению перекрытой реки. Однако цена этому — превращение суши в дно, серьезные перемены в экологической ситуации и даже изменения климата. Нередко затапливаются леса и анаэробное гниение на отмелях больших масс растительной органики приводит к выбросу в атмосферу метана — одного из «парниковых газов». Этот факт несколько портит имидж гидроэнергетики как альтернативы сжиганию ископаемого топлива.

Дитя первых пятилеток — гигантское Рыбинское водохранилище — поглотило, как известно, огромную издревле населенную территорию в самом центре Европейской России. «Море» заполнило собой Молго-Шекснинскую низменность, образовавшуюся в результате таяния ледника. Под водой оказались сотни сел и целый город Молога, церкви, монастыри, кладбища и даже три сотни жителей, не пожелавших покинуть свою «малую родину». «Лес рубят — щепки летят» — таков был один из основополагающих принципов сталинской политики. В более гуманные времена, при строительстве других водохранилищ Волжского каскада, рукотворным морям уже не давали разливаться бесконтрольно, отдавая их береговую линию на откуп рельефу. Однако единственный способ остановить разлив воды — обваловка, то есть сооружение по установленным границам водохранилища земляных дамб. На практике это означает, что находящиеся рядом с дамбой дома, дороги или промышленные объекты оказываются ниже уровня водоема и обеспечение их безопасности становится отдельной проблемой. Речь идет не только о поддержании дамб в исправном техническом состоянии, но и об ограждении этих гидросооружений от, так сказать, человеческого фактора. Сейчас вдоль дамб некоторых водохранилищ Волжского каскада ведется милицейское патрулирование и возводятся заборы.

Плотина и вечность

Нельзя забывать и еще об одной проблеме, связанной с появлением водохранилищ. Под давлением огромной массы влага просачивается в окружающий грунт, поднимая уровень грунтовых вод. Иногда этим можно воспользоваться: например, в районах, где регулярно пересыхают колодцы, запруживание местной речки поможет их наполнить. Однако, когда речь идет о макромасштабах, подъем грунтовых вод приводит к заболачиванию обширных территорий и другим малоприятным последствиям. В частности, одним из аргументов экологов, выступающих против строительства Эвенкийской ГЭС на реке Нижняя Тунгуска, является вероятная инфильтрация воды в полости, оставшиеся от проводившихся в этом районе подземных ядерных взрывов. В этом случае может возникнуть опасность попадания радиоактивных материалов в Нижнюю Тунгуску и Енисей. Создание водохранилищ также может привести к затоплению подземных коммуникаций, подвалов зданий и шахт на прилегающей территории. Разумеется, при проектировании гидроузлов подобные побочные эффекты стараются просчитывать, однако действие водной стихии не может быть предсказуемым на все 100%.

У крупных гидросоружений есть одна уникальная особенность. В отличие от шахты или карьера, их нельзя забросить, отдать на произвол сил природы. Либо плотину надо вечно поддерживать в рабочем состоянии (что практически вряд ли выполнимо), либо по истечении определенного срока гидроузел должен быть демонтирован, а водохранилище слито или превращено в замкнутый водоем. Только так можно избежать катастрофических последствий стихийного разрушения. В этом, кстати, просматриваются общие черты атомной энергетики и гидроэнергетики. Стоимость вывода из эксплуатации АЭС сравнима с затратами на ее постройку. То же самое касается и гидроэлектростанций. Сооруженные в СССР плотины ГЭС рассчитаны на работу в течение ста лет. С одной стороны, век — это немало, но с другой — некоторые гидроэлектростанции, например Жигулевская ГЭС на Волге, уже выработали около половины срока, а то и больше. Таким образом, вопрос о том, что делать с отработавшими свое гидросооружениями и во сколько обойдется их демонтаж или капитальная реконструкция, встанет уже перед ныне живущими поколениями.

Очевидно, что работа с огромными массами воды требует грамотных инженерных решений, технологической дисциплины и ответственности. К счастью, у нас в России — в стране, где ГЭС вносят огромный вклад в энергетическое хозяйство, — есть и технологии, и высококлассные специалисты, способные развивать гидроэнергетику на принципах эффективности, экологичности и безопасности.