Гидроэнергетика и ее воздействие на природную среду
Гидроэлектростанции: достоинства и экологические проблемы. Россия и страны Содружества независимых государств (СНГ) обладают огромными гидроэнергоресурсами, которые оцениваются в 3,94 трлн кВт∙ч/год, из них экономический потенциал составляет 1,09 трлн кВт∙ч/год. К настоящему времени гидропотенциал страны освоен примерно на 20%.
Для повышения эффективности гидроэнергетики строятся каскады ГЭС. Основу гидроэнергетики страны составляют 40 гидроэлектростанций единичной мощностью 100 МВт и более. Из 12 самых мощных ГЭС мира в России находятся Саяно-Шушенская (6400 МВт) и Красноярская (6000 МВт) на р. Енисее; Братская (4500 МВт) и Устъ-Илимская (3840 МВт) на р. Ангаре. В европейской части крупные ГЭС построены на р. Волге: Волгоградская — 2540 МВт, Волжская — 2300 МВт, Чебоксарская — 1370 МВт, Саратовская — 1360 МВт. На долю ГЭС ныне приходится около 17% общей выработки электроэнергии в стране.
Роль этого вида производства энергии очень велика: выработка электроэнергии на ГЭС обходится относительно дешево; ГЭС незаменимы для моментального покрытия пиковых нагрузок в энергосистемах. Их работа не вызывает химического загрязнения природной среды, водохранилища ГЭС можно использовать для орошения, рыболовства, судоходства, водоснабжения, в рекреационных целях. Гидроузлы ликвидировали во многих районах опасность весенних наводнений. Подсчитано, что получение электроэнергии на теплоэлектростанциях европейской части России в таком же количестве, которое дает только Волжский каскад ГЭС, привело бы к ежегодному поступлению в атмосферу 38 млн т диоксида углерода, 0,2 млн т оксидов азота, 0,22 млн т золы.
В то же время с эксплуатацией ГЭС связано много сложных экологических проблем.
1. Под водохранилища ГЭС отчуждаются большие площади земель, в т. ч. лучших в сельскохозяйственном отношении. Около 88% общего числа водохранилищ в нашей стране сооружены в условиях равнин; используемые на ГЭС напоры достигают 15—25 м, а площадь зеркала акваторий — десятки тысяч кв. км. В этих условиях удельная плотность затопления составляет от 5 до 15 км2 на каждую тысячу кВт установленной мощности ГЭС. Подготовка ложа водохранилищ будущих ГЭС велась поспешно, с нарушением экологических требований. Из-за того, что полная вырубка лесов ложа могла отодвинуть сроки ввода ГЭС на несколько лет, она была признана нецелесообразной и поэтому не проводилась. Только при строительстве Усть-Илимской ГЭС под водой оказалось более 20 млн м3 древесины. Через несколько лет эксплуатации наступает расплата за такую «экономию»: из-за загнивания леса водоем становится практически непригодным для живых организмов и для судоходства (появление топляков — полузатопленных бревен), ухудшается качество атмосферного воздуха.
На горных реках строительство ГЭС резко снижает перспективы затопления земель.
2. Крупные водохранилища оказывают заметное влияние на локальные климатические условия. Так, в долине Енисея на сотни километров ниже Красноярской ГЭС зимой устанавливаются густые холодные туманы, что вызвано сбросом через турбины относительно теплых донных вод водохранилища. На обширных пространствах крупных водоемов нередко возникают сильные ветры, вызывающие волнение воды, штормы, которые затрудняют судоходство и промысловый лов рыбы.
3. На горных реках с крутым падением русла и узкими ущельями накопление больших объемов воды нарушает и без того неустойчивое равновесие блоков земной коры. Как следствие, в районах крупных гидроузлов довольно часты небольшие землетрясения, а иногда происходят и относительно сильные, например, в горах Италии, Индии.
Крупные гидроэнергетические сооружения в потенциале несут в себе опасность крупных катастроф. Ежегодно в мире происходит более трех тысяч аварий на различных плотинах, из них каждая седьмая — в странах СНГ. При аварийном разрушении плотины возникает так называемая волна прорыва, которая затапливает огромные территории и приносит большой материальный и экологический ущерб. Критерий остроты масштабов последствий зависит от высоты волны прорыва, оттого, насколько она превышает максимальную высоту в створе плотины, а также от времени добегания гребня волны прорыва. Особенно большая потенциальная опасность существует для рек, на которых сооружены каскады гидроэлектростанций (Волга —11, Днепр — 6 и т.д.).
Тревожное положение сложилось с Саяно-Шушенской ГЭС. Паводки 1985 и 1988 годов привели к разрушению части скального основания и конструкции, что в сочетании с ошибочной технологией ремонтов способствовало нарушению пространственного положения плотины. Выводы ведущих институтов страны говорят о том, что в настоящее время Саяно-Шушенская ГЭС находится в практически аварийном состоянии, последствия при потере устойчивости плотины могут быть катастрофическими.
4. Образующиеся водохранилища на равнинных реках существенно замедляют скорость обмена вод. Так, до зарегулирования Волги полный обмен воды в реке осуществлялся за 30—40 дней, а после создания каскада водохранилищ на это требуется в 4—5 раз больше времени. Потому санитарное состояние водоемов ухудшается из-за снижения интенсивности паводков и половодий.
5. Плотины ГЭС преграждают путь на нерест проходным рыбам, резко ухудшают состояние нерестилищ, поскольку снижение скорости воды способствует заилению. Как следствие, резко уменьшилось количество рыб ценных промысловых пород. Многолетние наблюдения говорят о том, что количество рыбы, уничтожаемой на водозаборах ГЭС, многократно превышает то, что дают все рыбные предприятия страны. По данным Каспийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства, только на водозаборах Астраханской области ежегодно гибнет 14,4 млн. молоди рыб. Для борьбы с указанными явлениями на современных плотинах строятся дорогостоящие рыбопроходы и рыбоподъемники, создаются искусственные нерестилища.
Перспективы малой гидроэнергетики. Есть все основания считать, что строительство крупных ГЭС на равнинных реках России не имеет перспективы в отличие от так называемых малых гидроэлектростанций (МГЭС). Эти станции сыграли большую роль в восстановлении экономики, разрушенной в годы Великой Отечественной войны. МГЭС мощностью 1 МВт способна обеспечить энергией до 500 полностью электрифицированных современных жилых домов в сельской местности.
Малые гидроэлектростанции практически не изменяют природные условия, не затапливают большие земельные площади и даже снижают пики половодья, улучшают водообмен и аэрацию. МГЭС, как считают специалисты, могут служить надежным маневренным резервом и промышленных предприятий. На рис. 2.5 представлена схема малой гидроэлектростанции с вертикальной пропеллерной турбиной, рассчитанной на напор воды высотой 10 м и малые расходы — до 10 м3/с.
Небольшие плотины на реках не столько нарушают, сколько оптимизируют гидрологический режим рек и прилежащих территорий.
Их можно рассматривать как пример экологически обусловленного природопользования, мягкого вмешательства в природные процессы. Водохранилища, создававшиеся на малых реках, обычно не выходили за пределы русел. Они гасят колебания воды в реках и стабилизируют уровни грунтовых вод под прилежащими пойменными землями. Это благоприятно сказывается на продуктивности и устойчивости как водных, так и пойменных экосистем.
Имеются расчеты, что на мелких и средних (длиной от 10 до 200 км) реках, которых в России более 150 тысяч, можно получать не меньше энергии, чем на современных крупных ГЭС. Созданы турбины, позволяющие получать энергию, используя естественное течение рек без строительства плотин. Такие турбины легко монтируются на реках и при необходимости перемещаются в другие места. Хотя стоимость получаемой на таких установках энергии заметно выше, чем на крупных ГЭС, ТЭС или АЭС, но высокая экологичность делает целесообразным ее выработку.
Дата добавления: 2014-01-03 ; Просмотров: 1253 ; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях
http://nmedik.org/ если часто немеют конечности.
ВЛИЯНИЕ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ОХРАНА ПРИРОДЫ
Гидроэнергетические объекты оказывают существенное влияние на окружающую природную среду. Это влияние является локальным. Однако сооружение каскадов крупных водохранилищ, намечаемая переброска части стока рек Сибири в Среднюю Азию и другие крупные водохозяйственные мероприятия могут изменить природные условия в региональном масштабе. При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации.
Первый период сравнительно кратковременный — несколько лет. В это время в районе строительства нарушается естественный ландшафт. В связи с прокладкой дорог, постройкой промышленной базы и поселка резко повышается уровень шума. Вода, исполь-зуемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими примесями — частицами песка, глины и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного поселка. Подъем уровня воды в верхнем бьефе начи-нается обычно в период строительства. В результате производимого при этом наполнения водохранилища изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе.
Влияние водохранилища на окружающую среду зависит от географического положения и типа водохранилища (горное, предгорное, равнинное), от геологического строения и гидрогеологической характеристики его ложа и бортов, от площади, конфигурации и объема водохранилища, глубины его сработки, режима эксплуатации и т. п.
В период эксплуатации происходит разностороннее влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду. Наиболее существенное влияние на природу оказывают водохранилища. Создание водохранилищ необходимо для энергетического использования водотока, для водного транспорта, для обеспечения водой промышленности, сельского хозяйства и населения. Водохранилища комплексного назначения позволяют удовлетворить потребности нескольких отраслей народного хозяйства. Положительное народнохозяйственное значение водохранилищ весьма велико. Но сооружения их имеют и отрицательные последствия. Необходимо способствовать повышению положительных свойств и уменьшению отрицательных последствий сооружения водохранилищ.
Водохранилища регулируют расход воды в течение года, а большие водохранилища могут выравнивать расход в течение нескольких лет. Весной расходы и уровни воды в нижнем бьефе уменьшаются, а в период летней и зимней межени повышаются по сравнению с бытовыми условиями реки до создания водохранилища. Вода, поступающая из водохранилища в нижний бьеф, оказывается зимой теплее, а летом холоднее, чем в естественных условиях.
Снижение расходов и уровней воды в половодье может повлечь за собой осуходоли- вание поймы и потребовать замены сенокосных угодий зерновыми и пропашными культурами. Понижение раходов воды и уровнен весной, уменьшение длительности половодья и снижение температуры воды приводит к более позднему началу и уменьшению общей продолжительности весеннего нереста рыб. Уменьшение расходов воды в паводок и половодье в соответствующих случаях предотвращают наводнения.
Повышение расходов воды в межень благоприятно сказывается на санитарно-гигиеническом состоянии реки, позволяет обеспечить орошение полей, водоснабжение промышленности и населения, повысить судоходные глубины, увеличить мощность и выработку энергии гидроэлектростанций.
Зимой при авариях в энергосистеме может потребоваться аварийное резкое увеличение мощности ГЭС на несколько часов и даже суток, что может повлечь за собой большое повышение уровней воды в нижнем бьефе. Резкое колебание уровней и расходов воды в течение суток может вызвать размыв русла в нижнем бьефе на близлежащем участке реки.
Вода из водохранилища попадает в нижний бьеф осветленной, что неблагоприятно для рыбного хозяйства, так как сокращается биогенный сток. Но при наличии в нижнем бьефе жилых поселков и сельскохозяйственных угодий, биогенный сток пополняется сравнительно быстро. При больших скоростях течения за счет размыва русла вода пополняется механическими примесями.
При суточном п недельном регулировании расходов воды для гидроэнергетики резкое снижение уровнен воды в нижнем бьефе может осложнить водоснабжение промышленности и коммунального хозяйства, ухудшить условия судоходства, а в период нереста повлечь за собой осушение нерестилищ и гибель икринок. Во избежание этих последствий проводятся соответствующие мероприятия и в некоторых случаях суточное регулирование мощности гидроэлектростанции ограничивается.
В средней полосе страны и на севере снижение температуры воды летом ограничивает, а резкие колебания уровней воды в течение суток затрудняют использование реки для отдыха и спорта. В зимний период в нижнем бьефе могут образовываться манны, полыньи и появиться туманы, что неблагоприятно для городов и населения, нарушается переправа по льду через реки. Неустойчивый ледяной покров в нижнем бьефе ухудшает условия зимовки некоторых видов рыб.
Большая часть неблагоприятных влияний в нижнем бьефе исключается или значительно ослабляется при каскадном расположении гидроузлов. В результате подпора от плотины ниже расположенного гидроузла уровни нижнего бьефа данного гидроузла мало изменяются даже при глубоком суточном регулировании расходов воды ГЭС.
Возведение плотин гидроузлов приводит к подъему уровней воды в верхнем бьефе и образованию водохранилищ. Плотины, перегораживающие реки, затрудняют проход рыб к местам естественных нерестилищ в верховьях рек.
Плотины, здания ГЭС, шлюзы, каналы и т. п., удачно вписанные в рельеф местности и хорошо архитектурно оформленные, создают вместе с акваторией верхнего бьефа монументальные и живописные ансамбли.
ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ ОХРАНЫ И РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ СССР
При проектировании, строительстве и эксплуатации гидроэнергетических объектов должны строго соблюдаться законы, постановления и нормативы, регламентирующие требования рационального природопользования. Соответствующая статья, закрепляющая эти требования, записана в Конституции СССР. Приняты Основы водного законодательства Союза СССР и Союзных республик, направленные на охрану водной среды. В целях усиления государственного контроля за осуществлением мероприятий по охране природы, устранения имеющихся недостатков в деле рационального использования природных ресурсов ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли в декабре 1978 г. постановление «О дальнейших мерах по усилению охраны природы и улучшению использования природных ресурсов». Требования к охране природы с течением времени будут возрастать.
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ПРИРОДЫ
Производство работ по возведению гидроэнергетических объектов следует проектировать с минимальным ущербом природе. При разработке стройгенпланов необходимо рационально выбирать карьеры, местоположение промстройбазы, дорог и т. д. К моменту завершения строительства должны быть проведены необходимые работы по рекультивации нарушения земель и озеленение территории. По водохранилищу наиболее эффективным природоохранным мероприятием является инженерная защита. Например, строительство дамб обвалования уменьшает площадь затопления и сохраняет для хозяйственного использования земли, месторождения полезных ископаемых, снижает потери воды на испарение, уменьшает площадь мелководий и улучшает санитарные условия водохранилища, сохраняет природные естественные комплексы. Постройка4 дамб обвалования для зашиты от затопления и насосных станций для перекачки поверхностного стока и дренирующих вод в водохранилище позволяет использовать защищенные от затопления земли для сельского хозяйства и для других целей. Если постройка дамб экономически не оправдывается, то мелководья могут быть использованы для разведения птиц и для других хозяйственных нужд. При поддержании необходимых уровней воды мелководья могут быть использованы для рыбного хозяйства, как нерестилища и кормовая база.
Для предотвращения или уменьшения переработки берегов производят берегоукрепление. Предприятия, железные дороги, жилые и коммунально-бытовые постройки, памятники старины выносятся из зоны затопления.
Для обеспечения высокого качества воды необходима санитарная очистка ложа водохранилища до его затопления водой. С этой целью производятся агротехнические мероприятия для уменьшения загрязненного поверхностного стока и строятся очистные сооружения.
В случае необходимости организуются заповедники, заказники, отлов и перемещение животных, производятся лесопосадки. В целях рыборазведения создаются искусственные нерестилища, нерестно-вырастные хозяйства (рыбозаводы), строятся рыбопропускные сооружения для прохода рыбы на нерест из нижнего бьефа в верхний. Водозаборы НС для орошения и водоснабжения на реках и водохранилищах должны оборудоваться устройствами, предотвращающими попадание мальков рыб в насосы. Большие работы по инженерной защите проводятся в нижнем бьефе.
ПРАВИЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩ
Для охраны природы большое значение имеет режим эксплуатации ГЭС и водохранилищ. Обязателен санитарный попуск воды в нижний бьеф. Рациональным регулированием расходов и уровней воды можно удовлетворить потребности сельского хозяйства, промышленности, населения и природных комплексов.
Должны разрабатываться и утверждаться правила эксплуатации водохранилищ. Без утвержденных правил не разрешается прием водохранилищ в эксплуатацию.