Реконструкция Шершневской малой ГЭС с выбором гидромеханического оборудования

По состоянию на 1.1.1997 год в системе Министерства Энергетики Российской Федерации находились в эксплуатации 242 малых ГЭС единичной мощностью менее 30 МВт при суммарной мощности 1250,3 МВт, из числа которых 185 малых ГЭС суммарной мощностью 411 МВт имеют единичную мощность менее 10 МВт [15].

В середине 90 годов прошлого века по заданию Министерства Энергетики Российской Федерации проводилось обследование малых ГЭС разных ведомств, в том числе 219 действующих и законсервированных и 168 списанных [15].

Обследование действующих малых ГЭС показало, что 50% из них эксплуатируются более 30 лет, 8% - более 50 лет. Из-за длительного срока службы оборудование устарело и изношено. Для поддержания его в рабочем состоянии требуется проведение капитального ремонта и технического перевооружения. Причём на 60 малых ГЭС замена оборудования должна быть проведена в ближайшие годы, иначе они могут выйти из строя [19].

В таблице 3 приведены основные параметры списанных малых ГЭС, которые находятся в различном состоянии: от хорошо сохранившихся объектов до

полностью разрушенных.

 

Таблица 3 – Основные параметры обследованных списанных малых ГЭС

Напор, м	Число ГЭС мощностью, МВт
	0,1 – 1	1 – 10	Всего
< 20	138	10	148
20 – 75	18	1	19
> 75	-	1	1
Итого	156	12	168

 

Часть списанных малых ГЭС может быть восстановлена. Из 168 рассмотренных списанных малых ГЭС напорный фронт сохранился лишь на 113 объектах. Все из рассмотренных списанных ГЭС сохранились и могут быть восстановлены. Вводу их в эксплуатацию следует уделить особое внимание.

Изучение ранее построенных малых ГЭС показывает, что возможны реконструкция и восстановление части из них, причём затраты будут существенно меньше, чем на новое строительство. Так, в США намечается восстановить 2150 из 3000 выведенных из эксплуатации МГЭС, в Швейцарии 3700, восстанавливаются МГЭС в Германии, Франции и других странах. Одновременно ведется техническое перевооружение и реконструкция действующих, а также строительство МГЭС при водохозяйственных объектах неэнергетического назначения [19].

Особенно интенсивно развивается малая гидроэнергетика в развивающихся странах. В конце 80-х в комитете по энергетике ООН разрабатывались проекты строительства МГЭС для 42 развивающихся стран. К началу   90-х были уже подготовлены проекты 41 МГЭС мощностью по 100-150 кВт для Филлипин и Таиланда [19].

Большой опыт в строительстве МГЭС имеет Китай. Здесь построено более 90 тыс. МГЭС, 60 тыс. из которых относятся к микроГЭС. Для них налажен выпуск  стандартизированного оборудования, начиная с 12 кВт. Созданные МГЭС в Китае способствуют развитию агропромышленных производств, защите от наводнений. Вырабатываемая ими электроэнергия обеспечивает около 1/3 электропотребления в сельской местности (не включая государственных предприятий) [4].

Несмотря на падения цены на нефть на мировом рынке в настоящее время, новые источники энергии (в том числе и малая гидроэнергетика) продолжают привлекать внимание тех зарубежных стран, которые зависят от импорта нефти и газа. Прежде всего, это относится к Франции и Японии. Не останавливаются в своих разработках университеты и частные фирмы США [19].

Неосвоенные малые реки остаются основным источником развития малой энергетики, т.к. их потенциал в настоящее время практически не используется энергетикой. Хотя в некоторых странах Европы (Австрия, Швейцария, ФРГ) освоение гидроэнергетических ресурсов малых рек не прекращалось и, в отличие от нашей страны, остается традиционным.

С помощью заинтересованных местных организаций и при хорошо организованной работе могут быть выявлены малые ГЭС, подлежащие восстановлению, и это одно из первоочередных направлений работы по дальнейшему развитию малой гидроэнергетики в России.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Гидроэнергетический потенциал России и Челябинской области

 

 

3.1 Гидроэнергетический потенциал России.

 

Основной характеристикой, определяющей масштабы развития малой гидроэнергетики, является гидроэнергетический потенциал рек. В теоретическом и техническом аспектах гидроэнергетические ресурсы малой гидроэнергетики являются одним из наиболее изученных возобновляемых источников энергии. На территории России ресурсы малой гидроэнергетики составляют примерно 5% мировых запасов гидроэнергии.

При определении ресурсов малой гидроэнергетики рассматриваются три основные категории гидроэнергетического потенциала:

Теоретический (валовой) гидроэнергетический потенциал - полная теоретическая сумма энергии только речного стока;

Технический гидроэнергетический потенциал - часть теоретического гидроэнергетического потенциала речного стока, которая технически может быть использована или уже используется. Технический потенциал достаточно постоянен и может применяться лишь в зависимости от существенных изменений способов производства электроэнергии на ГЭС;

Экономический гидроэнергетический потенциал - часть технического гидроэнергетического потенциала, использование которой является экономически эффективным. Эта категория и представляет наибольший интерес для оценки возможностей гидроэнергетического строительства. Экономический гидроэнергетический потенциал изменяется во времени, и использование его в различных районах страны зависит от энергетических и экономических условий района. Основными влияющими факторами являются степень изученности гидроэнергетического района, технический прогресс в проектировании и строительстве энергетических объектов, изменение технико-экономических показателей альтернативных электростанций, уровень развития экономики района, а также изменение уровня и режима электропотребления, структура всех мощностей в балансе энергетической системы района, оценка влияния гидроэнергетического строительства на окружающую природную среду, комплексный характер использования водных ресурсов, измерение хозяйственного освоения речных долин.

В 1985 году институтом «Гидропроект» имени С. Я. Жука были проведены работы по определению потенциала малой гидроэнергетики. В основу расчётов была положена общая оценка потенциальных гидроэнергетических ресурсов, выполненная в 1967 году коллективом авторов под руководством А. Н. Вознесенского. Исчисление потенциальных гидроэнергетических ресурсов малых рек проводилось методом обобщённого учёта (методом “средней реки”), заключавшемся в том, что для каждого из районов, на которые была разделена при подсчётах территория страны, и для каждой группы рек по протяжённости, выделялась река со средними для данной группы рек водосбором, стоком и уклоном. По этим параметрам “средней” реки определялась ее потенциальная мощность, которая принималась за удельную для всего района.

В таблице 4 приведены гидроэнергетические ресурсы малых рек России в разрезе экономических районов [15].

 

Таблица 4 – Гидроэнергетические ресурсы малых рек России

Экономический район	Теоретический потенциал, млрд. кВт·час	Технический потенциал, млрд. кВт·час	Экономический потенциал, млрд. кВт·час/год
Европейская часть	228,3	90,9	55,7
В том числе:
Северный и Северо-Западный	55	31	24
Центральный	7,6	3	2
Центрально-Черноземный	0,8	0,6	0,3
Волго-Вятский	8,9	1,3	0,9
Поволжский	47	19	5,5
Северо-Кавказский	53	19	11,5

Продолжение таблицы 4 

Экономический Район	Теоретический потенциал,  млрд. кВт·час	Технический потенциал, млрд. кВт·час	Экономический потенциал, млрд. кВт·час/год
Уральский	56	17	11,5
Азиатская часть	1440	299	134,7
В том числе:
Западно-Сибирский	93	24,6	2,5
Восточно-Сибирский	663	128,4	66,8
Дальневосточный	684	146	65,4
Вся территория России	1668,3	389,9	190,4

 

Малая гидроэнергетика занимает важное место в энергобалансе России. Важно также отметить то, что экономический потенциал малой гидроэнергетики превышает экономический потенциал таких возобновляемых источников энергии, как: ветер, солнце, и биомасса вместе взятых (таблица 5, рисунок 6, 7 и 8) [24, 2, 25].

 

Таблица 5 – Ресурсы нетрадиционных возобновляемых источников энергии

 России

Ресурсы	Валовой потенциал, млрд. кВт·час	Технический потенциал, млрд. кВт·час	Экономический потенциал, млрд. кВт·час
Энергия ветра	77380,9	5952,3	29,7
Малая гидроэнергетика	1668,3	389,9	190,4
Солнечная энергия	6845238	6845,2	37,2
Энергия биомассы	29761,9	157,7	104,1

 

 

 Рисунок 6 – Валовой  потенциал возобновляемых источников  энергии России.

 

  

 

Рисунок 7 – Технический потенциал возобновляемых источников энергии России.

 

     

Рисунок 8 – Экономический потенциал возобновляемых источников энергии России.

Рисунок 9 – Установленная мощнонсть нетрадиционных источников ВИЭ в России на 2010г.  и целевая установленная мощность на 2020г., МВт

 

 

 

Рисунок  10 – Гидрологические ресурсы регионов России.

 

3.2 Гидроэнергетический потенциал Челябинской области.

 

Территория Челябинской области является водоразделом для Европейской части России и Западной Сибири, районом, где реки в основном начинают своё течение. Поэтому речная сеть развита недостаточно и представлена рядом притоков рек бассейнов Камы, Тобола и Урала.

Общее количество рек в области превышает 3,5 тысячи, но абсолютное большинство (90%) относится к очень малым, длиной менее 10 км. Основным речным бассейном является бассейн реки Тобол (62,2% площади области) - 55 тыс. км2, бассейн реки Камы охватывает площадь 17,1 тыс. км2 (19,3%) и бассейн реки Урал - 16,4 тыс. км2 (18,5%).

Разнообразие климатических условий и геолого-геоморфологическое строение области обуславливают весьма неравномерное распределение речной сети. Густота речной сети довольно низкая и составляет в среднем по области 0,2 км на 1 км2 территории. По территории области она уменьшается с запада на восток и с севера на юг. В Предуралье и горной части изменяется в пределах 0,4 - 0,7 км на 1 км2, а в Зауралье от 0,01 до 0,4 км на 1 км2.

По классификации официальной гидрологии к группе малых относятся те реки, которые для расчётного створа имеют площадь водосбора не больше 2 тыс. км2 и длину для равнинных рек меньше 200 км, а горных меньше 100 км. По принятой в энергетике классификации к категории малых рек отнесены равнинные реки с энергией не больше 2 тыс. кВт, а горные - не больше 1,7 тыс. кВт. Обе классификации дают примерно одинаковые результаты.

 

Таблица 6 – Количество рек Челябинской области длиной, км [4]

10-25		26-100		101-200		201-500		501-1000		больше 1000
Чис-ло рек	Общая длина	Чис-ло рек	Общая длина	Чис-ло рек	Общая длина	Чис-ло рек	Общая длина	Чис-ло рек	Общая длина	Чис-ло рек	Общая Длина
по общей длине реки
233	3362	90	3934	13	1746	7	2030	4	2717	1	2428
по длине рек в пределах области
259	3535	72	3267	10	1377	7	2063	0	0	0	0