УДК 621.311.21

Оценка преимуществ малой гидроэнергетики в России

Григорьев Никита Дмитриевич – магистрант кафедры Разработки и эксплуатации нефтяных и газовых месторождений Санкт-Петербургского горного университета.

Катышева Елена Геннадьевна – кандидат экономических наук, доцент кафедры Экономики, организации и управления Санкт-Петербургского горного университета.

Аннотация: В статье охарактеризована роль гидроэнергетики как важного низкоуглеродного возобновляемого источника электроэнергии в мире. Приведен анализ установленных мощностей гидроэлектростанций (ГЭС) в различных странах. Выделены лидеры по приросту мощностей ГЭС. Отмечено, что в настоящее время потребность в ГЭС малой мощности в России велика, однако активное строительство малых ГЭС сдерживается высоким уровнем капитальных затрат. Выделен ряд преимуществ малых ГЭС с экологической, экономической и социальной точек зрения.

Ключевые слова: электроэнергетика, гидроэлектростанции, возобновляемые источники энергии, «зеленая» энергия.

Введение

В настоящее время особое значение в деятельности отраслей топливно-энергетического комплекса России приобретают проекты, нацеленные на обеспечение достаточным количеством энергии удаленных и труднодоступных регионов (Дальний Восток, Сибирь, Кавказ, регионы русского Севера). Именно поэтому решение проблемы энергодефицита на основе реализации инвестиционных проектов (ИП) строительства малых гидроэлектростанций (МГЭС) будет способствовать снижению зависимости ряда регионов России от внешних поставщиков электроэнергии, обеспечивать занятость населения, т.е. создавать благоприятные условия для социально-экономического развития региона.

В настоящее время в России реализуется значительное количество проектов по строительству новых и завершению строительства уже имеющихся крупных и малых гидроэлектростанций, однако существует ряд проблем, связанных с привлечением инвестиций в гидроэнергетическую отрасль РФ и реализации инвестиционных программ в данной отрасли.

Актуальность малой гидроэнергетики в России основывается на том, что в стране насчитывается 2,5 млн малых рек, а ежегодный потенциал малой гидрогенерации в стране оценивается в размере 60 млрд кВт·ч, из которых используется не более 1%. На территории бассейнов малых рек проживает до 44% городского населения и 90% сельского населения. При этом количество МГЭС составляет всего около 200 единиц, что свидетельствует о том, что отечественная модель электрификации второй половины XX века сделала малую гидрогенерацию практически невостребованной, а современная тарификация не привлекательна для собственника [1]

При сравнительно низкой стоимости 1 кВт установленной мощности и умеренном инвестиционном цикле малые ГЭС позволяют как обеспечить электроэнергией удалённых от сетей потребителей, так и снизить затраты на электроэнергию потребителям, подсоединённым к сетям, за счёт собственных источников генерации, какими могут быть МГЭС.

Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простотой в управлении, они полностью автоматизированы, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте. При этом, мини-ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети [2]

Следует отметить такое преимущество МГЭС, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Кроме того объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Гидроэнергетика в настоящее время представляет собой значительный источник электроэнергии во всем мире, на его долю приходится пятая часть общей мощности, и во многих странах он является основополагающим источником для выработки электроэнергии.

Роль гидроресурсов в производстве электроэнергии значительно выше, чем у любой другой технологии использования возобновляемых источников энергии таких как: солнечная энергия, энергия ветра, геотермальная энергия и т.д. [3].

Малые гидроэлектростанции наряду с другими объектами гидроэнергетики играют ключевую роль в электрификации сельских районов во многих странах, а также они обладают большей мощностью, чем все другие возобновляемые источники энергии, что позволяет мгновенно заменить традиционные источники энергии.

Малые гидроэлектростанции (ГЭС) обладают специфичными характеристиками конкретного участка размещения, каждое сооружение проектируется с учетом реальных топографических и геологических условий размещения.

Для получения объективной картины реальных затрат, связанных со строительством ГЭС, необходимо наряду с оценкой коммерческой эффективности проводить оценку эколого-экономической эффективности проектов. Для этого в денежные потоки проекта надо включать экологические издержки и ущербы, причиняемые окружающей природной среде, природным ресурсам, населению и экономике региона, в котором будет происходить строительство ГЭС.

Сегодня возобновляемые ресурсы обеспечивают лишь небольшую долю мирового производства энергии. Тем не менее, необходимость перехода от ископаемого топлива и ядерной энергии к использованию возобновляемых источников энергии огромна. Энергетическая система, основанная на ископаемом топливе, представляет собой одну из глобальных проблем современной цивилизации, поскольку оказывает пагубное воздействие на окружающую среду, здоровье и безопасность.

В период с 2010 по 2020 гг. наблюдался необычайно высокий интерес к мировой гидроэнергетике. Впервые за всю историю выработка увеличилась на четверть [3]. Это связано с тем, что данной отрасли удалось обеспечить около 15 % мирового прироста производства электроэнергии. Драйвером роста выступили такие развивающиеся страны, как Китай, на который пришлось более половины вводов новых мощностей.

В результате гидроэнергетика стала наиболее крупным низкоуглеродным возобновляемым источником электроэнергии в мире, опережая атомную энергетику и все остальные ВИЭ и по установленной мощности (17 %) и выработке электроэнергии (15 %). Роль гидроэнергетики в мировой энергетике, на фоне роста производственных показателей в этот период была относительно стабильной, лишь с небольшим трендом к снижению. Согласно прогнозам МЭА, данная тенденция сохранится до 2030 г. и должна усилиться в долгосрочной перспективе, ввиду ожидаемого к 2050 г. значительного снижения темпов роста производственных показателей в гидроэнергетике и бурного развития альтернативных видов ВИЭ — солнечной и ветровой энергетики [3].

На сегодняшний день компании из США, Германии, Китая, России и Японии считаются крупнейшими в мире поставщиками гидроэнергетического оборудования, такого как турбины и генераторы. Основное количество поставок — более 50 % , осуществляется тремя компаниями — Voith, GE Renewable Energy, Andritz. При этом в странах Юго-Восточной Азии и Латинской Америки китайские компании занимают лидирующие позиции в развитии гидроэнергетики.

Установленная мощность ГЭС в мире в 2021 г. достигла 1360 ГВт, что составляет 17% суммарных мировых электроэнергетических мощностей. Безусловным лидером в этой отрасли является Китай с долей 29 % суммарных мировых гидроэнергетических мощностей. Большая часть мировой гидроэнергетики сконцентрирована в пяти странах. Между Китаем, Бразилией, Канадой, США и Россией распределено свыше половины от общей выработки гидроэнергетики на нашей планете. За период 2010–2021 гг. по вводу новых мощностей ГЭС лидером с большим отрывом являлся Китай с показателем 174 ГВт, или около 50 % суммарного показателя по миру. Лидерство Китая было обеспечено, в том числе, реализацией крупнейших по мощности проектов (например, ГЭС «Три ущелья»). В число лидеров по вводу мощностей также входят Бразилия (2-е место в мире по абсолютному размеру установленных мощностей), Турция, Вьетнам, Индия, Канада. Россия с объемом ввода 4,3 ГВт находится на 9-м месте.

Таким образом, лидерами по приросту мощностей ГЭС за последние 10 лет являлись преимущественно развивающиеся страны (за исключением Канады и Норвегии), а также Россия. Это вызвано опережающим ростом спроса на электроэнергию в этих странах и реализацией политики по развитию гидроэнергетики с целью обеспечения внутреннего рынка сравнительно недорогой энергией, а также ее низкоуглеродным характером и комплексными социально-экономическими эффектами.

МГЭС — это растущий сегмент рынка гидроэнергетики, позиционируемый как «зеленая» и «автономная» энергия. Общая мощность МГЭС в мире в 2019 г., согласно данным ЮНИДО [4], составляла 78 ГВт (+10 % к 2013 г.). Мощность малой гидроэлектростанции составляет около 10 МВт, хотя в большинстве стран схема определяется по-разному [2].

ГЭС могут служить точкой роста для новых (необжитых) территорий за счет привлечения населения и развития производств. Основными факторами выступают новые возможности, обеспеченные за счет строительства ГЭС, главным образом — сравнительно дешевая электроэнергия. При этом существуют две основные модели развития гидроэнергетики — точечное и ареальное. Точечное предполагает строительство ГЭС и минимальной вспомогательной инфраструктуры для обеспечения его работы с последующей передачей электроэнергии по ЛЭП в районы потребления электроэнергии. Ареальный тип подразумевает комплексное развитие территорий расположения ГЭС и ближайших территорий путем развития новых производств и появления новых поселений.

В России примером строительства ГЭС под реализацию конкретных производственных проектов являются проекты на Дальнем Востоке. Выбор экономически эффективного способа энергоснабжения подобных проектов (в основном связанных с добычей и первичной переработкой полезных ископаемых, например, золота) реализуется на основе альтернативных возможностей, среди которых строительство объектов генерации на иных видах топлива (уголь, газ, мазут и пр.), строительство ЛЭП и строительство ГЭС. Наличие гидроэнергетического потенциала вблизи мест перспективного потребления обеспечивает выбор в пользу гидропроектов.

Стоит отметить, что сейчас малая гидроэнергетика является очень важной стратегической отраслью, как для страны, так и для людей, задействованных в её развитии. Говоря о преимуществах, которые может дать объект гидрогенерации, а это: электрификация нуждающихся районов, создание малых водохранилищ, благоустройство территории для ведения хозяйственной деятельности и туризма, активного отдыха. Перспективы развития отрасли в России огромны, основным сдерживающим фактором является стоимость строительства объектов малой гидроэнергетики, которая в значительной мере больше, чем других электростанций.

Однако потребность в малых ГЭС в настоящее время достаточно велика, это обусловлено рядом причин:

  1. Использование по возможности не только электроэнергии, но и других преимуществ малых ГЭС: благоустройство и застройка береговых зон, развитие орошаемого земледелия, рыболовство, организация туризма, в том числе водного и т.д.
  2. Оптимизация конструкций и режимов эксплуатации малых ГЭС. Наличие эксплуатационного персонала, например, резко снижает эффективность малых и, особенно, микро- ГЭС. Решение этого вопроса – автоматические малые ГЭС.

Малые гидроэнергетические системы позволяют достичь эффекта самообеспеченности за счет наилучшего использования дефицитного природного ресурса, которым является вода, в качестве децентрализованного и недорогостоящего источника производства энергии.

Малые ГЭС имеют ряд преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. В первую очередь, необходимо отметить экологическую безопасность малых ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды. Также стоит отметить, что МГЭС не оказывают вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды в той акватории, где устанавливается гидроэлектростанция. Следовательно, эту воду можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения близлежащих населенных пунктов. Помимо этого, для функционирования малых ГЭС нет нужды в больших водоемах, они могут работать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у объектов малой гидроэнергетики есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простотой в управлении, они полностью автоматизированы. В 2020 году доля МГЭС в мире установленной мощности электростанций составила 1%, Объем рынка МГЭС, по прогнозу Research Markets, к 2030 г. увеличится на 24 % (альтернативный сценарий Kenneth Research +23 %) и к 2030 г. составит 2,56 млрд долл. [5].

Сегмент микро-гидроэнергетики (станции мощностью менее 1 МВт) в 2021 г. составил более 55 % рынка МГЭС [5]. Оборудование МГЭС является более стандартизированным, что позволяет оперативно проводить его сборку и замену при необходимости. МГЭС может использоваться как автономная система, работать в изолированных энергокомплексах совместно с другими видами генерации (в т. ч. другими энергоустановками ВИЭ) и может быть включена в работу объединенной энергосистемы. Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека.

Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории.

Рассмотрим основные преимущества строительства и использования малых ГЭС.

Следует отметить, что малые ГЭС могут работать автономно, включаясь в энергосистему, например, в некоторых случаях малые ГЭС могут быть возведены на функционирующих водохранилищах. Для строительства такого объекта достаточно небольших рек, каналов или ручьев, в гидрографической сети России порядка 95% длины речной сети приходится на малые реки.

С экологической стороны малую гидроэнергетику можно отнести к одному из наиболее чистых видов производства электроэнергии, количество вредных выбросов в атмосферу относительно низко, риски затопления близлежащих территорий невелики, а источниками энергии для малых ГЭС могут выступать природные перепады высот на питьевых трубопроводах, оросительных каналах, на озёрных, так и на промышленных водосбросах, к тому же, в большинстве случаев пути миграции нерестовых промысловых рыб не перекрываются [6, 7].

При строительстве объектов малой гидроэнергетики безусловно требуется меньше строительных материалов, не требуется дорогостоящая строительная техника, также можно сэкономить за счет восстановления и реконструкции некогда действовавших старых ГЭС, но, несмотря на это, общая сумма затрат достаточно высока за счет использования более современного цифрового оборудования.

К вопросу рассмотрения преимуществ и недостатков проектов строительства малых ГЭС нужно подходить системно, ведь процесс от идеи и обоснования до ввода объекта в эксплуатацию занимает большое количество времени и требует соблюдения множества процедур. Несмотря на то, что экономические, социальные и экологические аспекты устойчивого развития были в той или иной степени реализованы в технологической парадигме малой гидроэнергетики, для достижения целей устойчивого развития необходимо провести углубленный анализ.

Принято считать, что малые ГЭС с экономической точки зрения имеют преимущества:

  • сжатые сроки строительства;
  • низкие относительно других видов электростанций, эксплуатационные расходы и расходы на техническое обслуживание [8];
  • использование долговечной и надежной технологии, системы могут прослужить порядка 100 лет без новых крупных инвестиций [9];
  • надежный источник энергии [10];
  • способствуют региональному развитию;
  • генерируют доходы для поддержания других водных ресурсов [11];
  • создание новых рабочих мест и экономия топлива.
  • К недостаткам относят:
  • высокие капитальные затраты [12];
  • необходимость долгосрочного планирования.

Рассматривая социальный аспект, можно выделить следующие преимущества:

  • повышение уровня жизни;
  • обеспечение защиты от наводнений;
  • повышение доступности территории и её ресурсов;
  • сохранение доступности воды для других целей.

К недостаткам с социальной стороны следует отнести:

  • зависимость выработки от режима водотока;
  • реализация объекта может привести к переселению народов;
  • ограничение навигации;
  • изменение ландшафта местности за счет линий электропередач [13];
  • высокие удельные затраты;
  • ограничение доступа к некоторым районам..

С экологической точки зрения необходимо отметить такие преимущества как:

  • отсутствие загрязняющих атмосферу выбросов, выделение очень малого количества парниковых газов [14];
  • отсутствие образования отходов в процессе функционирования;
  • возможность избежать истощения невозобновляемых топливных ресурсов и источников энергии [15];
  • создание новых пресноводных экосистем с повышенной продуктивностью [16].

С другой стороны, имеются и недостатки с экологической точки зрения:

  • появление барьеров для миграции рыбы [17];
  • вмешательство и изменение водной среды обитания;
  • перекрытие плотинами районов, богатых биологически разнообразной флорой, что приводит к выбросам углекислого газа [18, 19].

Анализируя преимущества и недостатки можно с уверенностью утверждать, что сценарии для каждого региона, а также препятствия на пути к внедрению малых ГЭС различны.

Список литературы

  1. Бляшко Я.И., Сафронов Н.С. Малые ГЭС: развивать нельзя откладывать // С.О.К., 2022, № 7, с. 60 - 62. URL: https://www.c-o-k.ru/articles/malye-ges-rossii-razvivat-nelzya-otkladyvat.
  2. Радкевич А.А. Технико-экономическое обоснование для строительства малых ГЭС //Актуальные проблемы энергетики. СНТК-74. Материалы 74-й научно-технической конференции. – Минск, 2018, с. 512 – 516. URL: https://rep.bntu.by/bitstream/handle/data/50328/tekhniko-ehkonomicheskoe_obosnovanie_dlya_stroitelstva_malyh_gehs.pdf?sequence=1&isallowed=y.
  3. Гидроэнергетика России и зарубежных стран. Декабрь 2022 ЦСР, Ассоциация «Гидроэнергетика России». URL: https://www.csr.ru/ru/research/gidroenergetika-rossii-i-zarubezhnykh-stran.
  4. World Small Hydropower Development Report (WSHPDR) 2019, Организация Объединенных Наций по промышленному развитию (World Small Hydropower Development Report UNIDO).
  5. Global Small Hydropower (SHP) Market to Witness a Soaring (globenewswire.com).
  6. Ayik A. et al. Preliminary assessment of small hydropower potential using the Soil and Water Assessment Tool model: A case study of Central Equatoria State, South Sudan // Energy Reports. 2023. Vol. 9. P. 2229–2246.DOI: 1016/j.egyr.2023.01.014.
  7. Khan R. Small Hydro Power in India: Is it a sustainable business? // Appl. Energy. 2015. Vol. 152. P. 207–216.DOI: 1016/j.apenergy.2014.11.063.
  8. Yang W. et al. Eigen-analysis of hydraulic-mechanical-electrical coupling mechanism for small signal stability of hydropower plant // Renew. Energy. 2018. Vol. 115. P. 1014–1025.DOI: 1016/j.renene.2017.08.005.
  9. Sebestyén V. Renewable and Sustainable Energy Reviews: Environmental impact networks of renewable energy power plants // Renew. Sustain. Energy Rev. 2021. Vol. 151. P. 111626.DOI: 1016/j.rser.2021.111626.
  10. Zahedi R., Ahmadi A., Gitifar S. Reduction of the environmental impacts of the hydropower plant by microalgae cultivation and biodiesel production // J. Environ. Manage. 2022. Vol. 304. P. 114247.DOI: 1016/j.jenvman.2021.114247.
  11. Yuan W. et al. Optimal scheduling of cascade hydropower plants in a portfolio electricity market considering the dynamic water delay // Energy. 2022. Vol. 252. P. 124025.DOI: 1016/j.energy.2022.124025.
  12. Su C. et al. Short-term optimal scheduling of cascade hydropower plants with reverse-regulating effects // Renew. Energy. 2022. Vol. 199. P. 395–406.DOI: 1016/j.renene.2022.08.159.
  13. Nasir J. et al. Capacity optimization of pumped storage hydropower and its impact on an integrated conventional hydropower plant operation // Appl. Energy. 2022. Vol. 323. P. 119561.DOI: 1016/j.apenergy.2022.119561.
  14. Wang X. et al. Decarbonization of China’s electricity systems with hydropower penetration and pumped-hydro storage: Comparing the policies with a techno-economic analysis // Renew. Energy. 2022. Vol. 196. P. 65–83.DOI: 1016/j.renene.2022.06.080.
  15. Liu X. et al. Techno-ecological synergies of hydropower plants: Insights from GHG mitigation // Sci. Total Environ. 2022. Vol. 853. P. 158602.DOI: 1016/j.scitotenv.2022.158602.
  16. Mishra M.K., Khare N., Agrawal A.B. Small hydro power in India: Current status and future perspectives // Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. Vol. 51. P. 101–115.DOI: 1016/j.rser.2015.05.075.
  17. van Treeck R. et al. The European Fish Hazard Index – An assessment tool for screening hazard of hydropower plants for fish // Sustain. Energy Technol. Assessments. 2021. Vol. 43. P. 100903.DOI: 1016/j.seta.2020.100903.
  18. Zhang Y., Ma H., Zhao S. Assessment of hydropower sustainability: Review and modeling // J. Clean. Prod. 2021. Vol. 321. P. 128898.DOI: 1016/j.jclepro.2021.128898.
  19. Nikolaeva N.A. et al. Ecological aspects of water quality investigation in connection with projects of hydropower plants’ construction on the Timpton River, Yakutia, Russia // Polar Sci. 2022. Vol. 32. 100843.DOI: 10.1016/j.polar.2022.100843.

Интересная статья? Поделись ей с другими: