CC BY
22
Гидроэлектроэнергия и ее роль в обеспечении экологической чистоты и
хранения воды
С.Г. Шеина, М. Д. Мухсен, Л.В. Гиря Донской государственный технический университет, Ростов-на Дону
Аннотация: Использование возобновляемых источников энергии является неотъемлемой частью обеспечения инженерной безопасности зданий и сооружений. В статье дается краткое исследование источников электрической энергии, вырабатываемой энергией рек, плотин и тепловой энергией Земли в Ираке, рассматриваются важнейшие реки Ирака и работы по их хранению в целях поддержания чистой окружающей среды и одновременно выработки электроэнергии.
Полученные результаты анализа гидроэнергетики Ирака выявили необходимость строительства плотин на реках Тигр и Евфрат, в целях хранения воды, выработки и производства энергии для поддержания чистоты окружающей среды вдали от использования нефти и газа. В исследовании подробно описаны преимущества строительства плотин для многих целей, включая орошение сельскохозяйственных угодий, предотвращение возникновения стихийных бедствий из-за наводнений и сохранение окружающей среды.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, экоэнергетика, гидроэлектроэнергия, строительство, организационно-технологическое обеспечение.
Введение
Одной из наиболее важных причин, побудивших нас выбрать данное исследование, являются экологические факторы. В отличие от электрической энергии, производимой углем, нефтью и газом, с множеством токсинов, образующихся в результате выброса различных газов, с их пагубным воздействием на окружающую среду, возобновляемая энергия вносит значительный вклад в чистоту окружающей среды.
Водная энергетика
В настоящее время мир полагается на водную энергетику как на один из наиболее важных источников возобновляемой энергии, больше, чем на ветровую или солнечную энергию, а мировая гидроэнергетика в прошлом году достигла беспрецедентного уровня в 1308 гигаватт [1-3].
Коммунальные службы во всем мире ориентируются на гидроэнергию для производства электроэнергии из-за ее низкой стоимости, простоты хранения и распределения, а также потому, что она производится без сжигания топлива, что означает, что она не выделяет углекислый газ и загрязняющие вещества, как это происходит на электростанциях, сжигающих уголь или природный газ.
Крупнейшие гидроэлектростанции России
По состоянию на 2017 год в России имеется 15 действующих гидроэлектростанций свыше 1000 МВт (Таблица 1) [4], и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности. В России накоплен успешный опыт по выработке электроэнергии из плотин, если следовать ему в качестве примера гидроэлектростанции в Ираке, то возможно получить возобновляемую и чистую энергию благодаря наличию воды из рек Тигр и Евфрат и их притоков. Таким образом появляется возможность решить проблемы ухудшения состояния электроэнергетического сектора, снизить зависимость от источников нефти и газа из-за отходов и рисков, связанных с ними. Также это даст возможность хранить воду в большем количестве и решить неразрешенные политические проблемы с соседними странами, возникающие в связи с неоднократными нарушениями иракских квот на воду под предлогом того, что в Ираке нет плотин [5].
Возникает вопрос: возможно ли в Ираке получать чистую возобновляемую энергию из рек и недр?
Двумя доминирующими игроками в Ираке являются реки Тигр (рисунок 1) и Евфрат. На водосбор, включая его притоки, приходится 100% поверхностных вод страны. Эти легендарные реки сегодня обеспечивают
питьевой водой, кормят промышленность, а также орошают большие площади сельскохозяйственных угодий [6].
Таблица 1. Крупнейшие гидроэлектростанции России
Наименование Мощность, ГВт Среднегодовая выработка, млрд кВт ч Собственник География
Саяно-Шушенская ГЭС 6,40 23,50 РусГидро р. Енисей, г. Саяногорск, рп. Черёмушки
Красноярская ГЭС 6,00 20,40 ЕвроСибЭнерго р. Енисей, г. Дивногорск
Братская ГЭС 4,52 22,60 ЕвроСибЭнерго р. Ангара, г. Братск
Усть-Илимская ГЭС 3,84 21,70 ЕвроСибЭнерго р. Ангара, г. Усть-Илимск
Богучанская ГЭС 3,00 17,60 РусГидро, Русскийалюминий р. Ангара, г. Кодинск
р. Волга, г. Волгоград и г. Волжский (плотина ГЭС
Волжская ГЭС 2,66 11,63 РусГидро находится между городами)
Жигулёвская ГЭС 2,46 10,34 РусГидро р. Волга, г. Жигулёвск
Бурейская ГЭС 2,01 7,10 РусГидро р. Бурея, пос. Талакан
р. Волга,
Чебоксарская ГЭС 1,40 (0,8) 3,50 (2,2) РусГидро г. Новочебоксарск
Саратовская ГЭС 1,40 5,7 РусГидро р. Волга, г. Балаково
Зейская ГЭС 1,33 4,91 РусГидро р. Зея, г. Зея
Нижнекамская ГЭС 1,25 (0,45) 2,67(1,8) Татэнерго р. Кама, г. Набережные Челны
Загорская ГАЭС 1,20 1,95 РусГидро р. Кунья, пос. Богородское
Боткинская ГЭС 1,04 2,28 РусГидро р. Кама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС 1,00 1,74 РусГидро р. Сулак, п. Дубки
Помимо этих крупных рек, существует также ряд притоков, включая большую реку Заб, которая берет свое начало в Турции, [6] малую реку Заб, которая берет свое начало в Иране, реку Дияла, а также Иран, большую реку, которая занимает площадь около 13 000 км2 все в пределах иракской территории, и реки Тайеб, Доэрдж и Шахаби, которые вместе покрывают более 8000 км2 (рисунок 1, 2). На юге Ирака река Карха, основное течение которой протекает в Иране [7], занимает площадь более 50 000 км2 и впадает в Хор Аль-Хавизу, где соединяется вниз по течению с реками Тигр и Евфрат. Наиболее важным притоком эстуария является река Карун, бассейн которой
составляет около 67 000 км2, что оказывает фундаментальное влияние на инфильтрацию соленой воды вдоль Шатт-эль-Араба.
Рис. 1. Река Тигр. Фото вдоль Тигра, Южный Ирак (Source: Virginia Tice) *
(Water, 2016)
Естественный сток бассейна Евфрата оценивается в пределах от 27,0 до 35,1 млрд. кубометров в год, в то время как сток бассейна Тигра, включая его притоки, составляет от 41,2 до 58,3 млрд. кубометров в год [8], эти оценки сильно различаются между верховьями рек (таблица 2, 3) [9]. Это отсутствие однородности объясняется двумя причинами: скудостью данных, выдаваемых компетентными органами, и высокой изменчивостью потока, регистрируемого на измерительных станциях. Несмотря на это расхождение в размере естественного вклада двух рек в Ираке, признается, что объем поверхностного стока уменьшился из-за тридцатипроцентного уменьшения
стока в верхнем течении. Этот эффект, как ожидается, увеличится в ближайшие двадцать лет, ограничив доступную Ираку воду до 60%.
Рис. 2. - Речная карта Ирака.
Таблица 2. Производство электроэнергии на гидроэлектростанциях
Ирака, МВт-ч/г [9]
ГОД Гамяра Диии Хпмрли Саддам 1 (Чг<ам 2 ('ши! .1 Калжил Д»рб Хннлш (\ммя
1071 569 569
чт 2671» 26718
1<)73 4-1171 4417!
1074 48360
1075 46074 46074
1076 57564 57564
1077 51765 51765
1078 50979 517 60496
1079 51310 423 51733
Ю50 52758 797 53555
1051 52Э7& 728 871* 61817
1082 57019 853 2155 60057
46217 877 2395 49492
1954 35927 314 1144 57355
1055 45100 -114 2772 9012 57307
1056 >6459 »89 1916 1756 8362 55620 103032
1087 5.1674 669 2555 2588 2759 14165 76740
ю&я 66250 624 2679 2644 3659 30054 105940
1059 30+13 746 2594 2252 1052 1169 15274 4412 35605 91517
1090 45107 802 2144 2754 2449 1357 10492 134 8526 49470 123435
1991 12125 679 2282 1055 4366 47374 Ш 1314 34454 105692
1093 42057 491 3196 ЗЭ1Э 2894 )9|5 84554 592 4073 54573 282515
109.1 57955 815 2976 1569 3500 2567 10626 520 3770 55080 144331
1094 51558 2573 2550 2811 3213 17457 411 7407 55370 1-14018
1995 5622) 83« 2520 2758 2452 2324 20167 373 7528 43843 139026
Таблица 4 - Основные характеристики важнейших рек Ирака [9]
№ Назвавиереки Длина. км Среднегодовой расход воды: м!/с Годовой сток, км3/год 1 Теоретический гид р оэнер гетич е с к ий потенциал. ГВт'я/год
1. Тигр 1718 (1899) 1400 (1339) 44.15 575,33 (515,48)
2 Евфрат 2735 (3060) 920 (887) 27.97 343 266.79)
3. БольшонЗаб 392 457 14.44 165 (137,46)
4. МалыйЗаб 400 234 7.39 80;43
5. Эль-Идем 230 125 0,73 36:111(26,86) 1
б. Дияла 386 231 5,56 45,37 (49.63)
7. Садам 565 210 (512) 3.78 1417,93 (153,99)
8. Шап эль Арао 190 15003000 55,188 4б:4 (67,7)
9. Оафаа-эль-Каид 232 80 (235) 2 522 20,62 (50,49)
10 Шатг-эль-Басра 35 500 15,76 386,7 (236,32)
И. Эль-Хабар 160 31 0.98
Таблица 5. Существующие в Ираке гидроэлектростанции. Гидроэнергетика
Ирака, и.ё. [10].
Зовод Провинция Емкость МВт
Сад Аладэм Салахддин 27
Сад Дарбендохан Сулеймания 248
Сад Докан Сулеймания 400
Сад хадиса Анбар 660
Сад Химрин Диала 50
Сад Самарра Салахддин 84
Сад мосул Нейнава 1114
В заключение мы хотим прояснить кое-что важное: Ирак страдает от постоянных кризисов между собой и Турцией по поводу вод реки Тигр. Турция построила плотину Алисо, и поэтому Турция угрожает заполнить ее,
что негативно отразится на Ираке, так как он очень зависит от уровня воды в реке Тигр.
Турция неоднократно заявляла, [11] что она проинформировала Ирак о необходимости строительства плотин для хранения воды вместо того, чтобы тратить ее в Шатт-эль-Арабе. Это объясняется тем, что река Тигр встречается с рекой Евфрат в Шатт-эль-Арабе, где Турция оправдывает строительство плотины Алисо тем, что она хранит воду вместо того, чтобы тратить ее в Шатт-эль-Арабе, потому что Ирак задержал ее строительство.
С 1958 года министерство водных ресурсов взяло на себя обязательство уделять большое внимание строительству плотин в Ираке [12]. Первая бетонная плотина, плотина Дукана, [13] была реализована на малом Забе, ввиду сокращения водных ресурсов в реках Тигр и Евфрат, которые оказали значительное воздействие из-за того, что соседние страны построили плотины на этих двух реках и их притоках, не принимая во внимание достоинства импорта воды, необходимого Ираку. Так как не было достигнуто водораздела для этих двух рек, министерство уделяло большое внимание эксплуатации внутренних поверхностных вод, а также поступающих в Ирак вод путем строительства ряда плотин в мухафазах страны в местах, имеющих право на строительство плотин.
Нехватка гидроэнергетических источников в Ираке объясняется отсутствием плотин и неспособностью правительства начать строительство новых плотин, отличных от тех, что были построены при режиме Саддама Хусейна.
Геотермальная энергия, тепловая энергия в земле
Горячие источники воды использовались людьми на протяжении всей истории для релаксации и по причине целебных свойств некоторых из них,
но ученые обнаружили, что тепло этих вод может быть использовано для выработки электрической энергии, что тепло этих источников происходит от тепла слоев Земли, и эта электрическая энергия теперь известна как геотермальная энергия.
Термин «геотермальная электроэнергия» переводится, как энергия тепла Земли («гео» - земля, «термальная» - тепловая) [8].
Важнейшим источником этой энергии служит непрерывный поток теплоты из раскаленных недр земли, индукционный к поверхности Земли. Часть земной коры получает теплоту в результате радиоактивного распадения химических активных компонентов (подобно торию и урану). Во временном диапазоне эти процессы настолько длительны по отношению ко времени существования Земли, что невозможно проанализировать, увеличивается или уменьшается ее температура. Запасы геотермальной энергии громадные. Геотермальная энергия в ряде стран (России, США, Японии, Венгрии, Исландии, Италии, Мексике, Новой Зеландии) обширно используется для теплоснабжения, выработки электроэнергии. Так, в Исландии за счет геотермальной энергии обеспечивается 26,5% выработки электроэнергии.
В 2004 г. в мире совокупная мощность геотермальных электростанций составила около 9 млн. кВт, [14] а геотермальных систем теплоснабжения -около 20 млн. кВт (тепловых). На рисунке 3 представлена основная схема двухконтурной геотермальной ТЭС. По прогнозам мощность таких ТЭС может составить около 20 млн. кВт, а выработка электроэнергии - 120 млрд. кВт^ч.
Условные обозначения принципиальной схемы двухконгурной reo ТЭС:
1 - скважина;
2 - теплообменник;
3 - парогенератор;
4 - турбина;
5 - электрогенератор;
6 - в оз д ухо охлаждаемый конденсатор;
7 - конденсато-питательный насос;
8 - нагнетательный насос
Рис. 3. Основная схема двухконтурной геотермальной ТЭС [14]
Теоретически возобновляемой энергии может быть достаточно, чтобы покрыть мировую потребность в течение следующих 100.000 лет, но преобразование ее в электроэнергию - это длительный и дорогостоящий процесс, несмотря на наличие основной энергии, которую трудно получить в Ираке. Здесь нет таких возобновляемых тепловых электростанций и крупных геологических изыскательских скважин. В начале исследования было указано, что Ирак существенно зависит от нефтяных и газовых ресурсов для производства электроэнергии в то время [15], когда страны мира обращаются к другим чистым и ядерным альтернативам. Попытки найти геотермальную станцию или ее проект на территории Ирака, предложенный правительством, не дал положительных результатов.
Выводы
1. Гидроэнергетические объекты способны обеспечить электричеством миллиарды людей, считаются устойчивым источником энергии, который способен сократить потребление нефти и газа.
2. Проведенные исследования выявили необходимость строительства нескольких плотин на реках Евфрат и Тигр для выработки электроэнергии и запаса воды для орошения сельскохозяйственных угодий, а также уменьшения зависимости от угроз Турции отрезать воду от Ирака.
3. Учитывая политические разногласия относительно доли Ирака в реках Тигр и Евфрат, необходимо усилить дипломатические переговоры с соседними странами, через которые протекают реки Ирака, и посредством диалога работать над увеличением расходов воды и ее платформ, так как строительство большего количества плотин без обильного количества воды считается бесполезным.
Литература:
1. Шеина С.Г. Степаненко В. А. Исследование мирового опыта использования возобновляемых источников// Инженерный вестник Дона, 2020. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6362.
2. Шеина С.Г. Грачев К.С. Лучшие европейские практики для внедрения возобновляемых источников энергии в РФ// Инженерный вестник Дона, 2019. №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2019/5993.
3. Адриенна Бернхард. Самая мощная возобновляемая энергия, 2020. URL: bbc.com/future/article/20200713-the-most-powerful-renewable-energy-да.
4. Интервью «Вести» профессора Дмитрия Селютина о распределении доходов с Саяно-Шушенской и Красноярский ГЭС и о рентабельности российских ГЭС. Москва. 22.08.2009. URL: youtube.com/watch? v=y6Vw0wTt1Iw.
5. Dogan Altinbilek. Development and management of the Evfrat-Tigr. // Water Resources Development. 2004. № 20 (1). pp. 15-33.
6. Аль-Джибури Хатем К. и Х. Аль-Басрави Насир Гидрогеологическая карта Ирака, масштаб 1: 1000 000, 2-е изд. Бюллетень геологии и горнодобывающей промышленности Ирака, документы научно-геологической конференции. № 11(1). 2015. с. 17-26.
7. Садегян М. С. и др. Оптимизация системы реки Карун, Иран. Сделки по экологии и окружающей среде, 2003, том 60. URL: witpress.com/Secure/elibrary/papers/RM03/RM03011FU.pdf .
8. Бертани Руджеро. Мировая геотермальная генерация в 2007 г. Ежеквартальный бюллетень Geo-HeatCenter (Кламат-Фоллс, Орегон: Технологический институт Орегона), №28 (3). 2007. с. 8-19. URL: geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf.
9. Аль-Азави Раад Сальман. Оценка ресурсов возобновляемых источников энергии для электроэнергетики Ирака. Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Московский энергетический институт. 2007. М.: - 46 c.
10. Усама Аммар. Проект дистанционного зондирования природных ресурсов // Газета Аль-Тавра, 18 декабря 2006 г.
11. Катастрофы эксплуатации плотины Алисо в отношении Ирака. Агентство "Спутник". Интервью с экономистом Ирака Абд ар-Рахман Аль-Машхадани. URL: sptnkne.ws/CuW5.
12. Стратегия водных и земельных ресурсов Ирака на 2015-2035 гг. Министерство водных ресурсов Ирака, 2014 г. С. 14-16.
mop.gov.iq/static/uploads/6/pdf/15062431069b4fd0a356afff3a41e1fa5ad26363 5b.
13. Дукан ГЭС. Глобальная энергетическая обсерватория, 2017. URL: globalenergyobservatory.org/geoid/41405.
14. Плачкова С.Г. Энергетика, история, настоящее и будущее, 2012, №5, Г.1, част.2, с.2-8. URL: energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-1/section-2/2-8.
15. Газовые и мазутные установки в Ираке. Карты промышленности, 2009. URL: arquivo.pt/wayback/20090719041613/, industcards.com/st-other-iraq.html
References
1. Sheina S. G. Stepanenko V. A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6362.
2. Sheina S. G. Grachev K. S. Inzhenernyj vestnik Dona, 2019, №5. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N5y2019/5993
3. Adrienne Bernhard. Samaya moshhnaya vozobnovlyaemaya e nergiya. [The most powerful renewable energy]. July 14, 2020. URL: bbc.com/future/article/20200713-the-most-powerful-renewable-energy-да.
4. Interv'yu «Vesti» professora Dmitriya Selyutina o raspredelenii dohodov s Sayano-SHushenskoj i Krasnoyarskij GES i o rentabel'nosti rossijskih GES. [Interview with "Vesti" professor Dmitry Selyutin on the distribution of income from the Sayano-Shushenskaya and Krasnoyarsk hydroelectric power plants and the profitability of Russian hydroelectric power plants]. Moskva. URL: youtube.com/watch?v=y6Vw0wTt1Iw.
5. Dogan Altinbilek, Development and management of the Evfrata-Tigra. Water Resources Development. 2004. № 20 (1). pp. 15-33.
6. Al'-Dzhiburi Hatem K. i H. Al'-Basravi Nasir Gidrogeologicheskaya karta Iraka, masshtab 1: 1000 000. [Hydrogeological map of Iraq, scale 1: 1000 000], Byulleten' geologii i gornodobyvayushchej promyshlennosti Iraka, dokumenty nauchno-geologicheskoj konferencii, vol. 11(1), 2015, pp. 17-26.
7. Sadegyan M. S. et al., 2003. Optimizaciya sistemy' reki Karun, Iran. [Optimization of the Karun river system, Iran]. Sdelki po ekologii i okruzhayushchej srede, 2003, tom 60. URL: witpress.com/Secure/elibrary/papers/RM03/RM03011FU.pdf, June 15, 2016.
8. Bertani, Rudzhero. Mirovaya geotermal'naya generaciya v 2007 g. [Global geothermal generation in 2007]. Mirovaya geotermal'naya generaciya v 2007 g. Ezhekvartal'nyj byulleten' Geo-HeatCenter (Klamat-Folls, Oregon: Tekhnologicheskij institut Oregona), №28 (3), 2007. pp. 8-19. URL: geoheat.oit.edu/bulletin/bull28-3/art3.pdf, accessed April 12, 2009
9. Al'-Azavi Raad Sal'man, Ocenka resursov vozobnovlyaemy'x istochnikov e'nergii dlya e'lektroe'nergetiki Iraka. E'nergoustanovki na osnove vozobnovlyaemy'x vidov e'nergii [Assessment of renewable energy resources for the electricity industry in Iraq. Renewable energy installations]. Dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskih nauk. Moskovskij energeticheskij institut. M.: 2007. 46 p.
10.Usama Ammar. Proekt distancionnogo zondirovaniya prirodny'x resursov. [Natural Resources Remote Sensing Project]. Gazeta Al'-Tavra, 18 dekabrya 2006.
11.Katastrofy' e'kspluatacii plotiny' Aliso v otnoshenii Iraka. [Aliso dam operation disasters in relation to Iraq]. Agentstvo "Sputnik". Interv'yu s ekonomistom Iraka Abd ar-Rahman Al'-Mashkhadani.URL: sptnkne.ws/CuW5.
12.Strategiya vodnyx i zemelnyx resursov Iraka na 2015-2035 g. [Strategy for water and land resources of Iraq for the years 2015-2035]. Ministerstvo vodnyh resursov Iraka, 2014 g. pp. 14-16. URL: mop.gov.iq/static/uploads/6/pdf/15062431069b4fd0a356afff3a41e1fa5ad26363 5b
13.Dukan GES. Global'naya energeticheskaya observatoriya, 2017. [Dukan hydroelectric power plant. Global energy Observatory]. 2017. URL: globalenergyobservatory.org/geoid/41405.
14. Plachkova S. G. E'nergetika, istoriya, nastoyashhee i budushhee [Energy, history, present and Future], 2012. pp. 2-8. URL: energetika.in.ua/ru/books/book-5/part-1/section-2/2-8
15.Gazovye i mazutnye ustanovki v Irake. Karty promyshlennosti, 2009. [Gas and fuel oil installations in Iraq. Industrial maps. 2009]. URL: arquivo.pt/wayback/20090719041613/, industcards.com/st-other-iraq.html
