CC BY
119
— Энергетика —
УДК 556.1.18 А.Ф. Константинов
ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ И НЕКОТОРЫЕ ПУТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Энергоснабжение Севера требует ежегодного завоза значительного количества жидкого топлива для ДЭС, объем которого можно резко сократить за счет строительства малых ГЭС.
В результате предварительных расчетов был выявлен технический потенциал малых рек территории в объеме более 3 млрд. кВтч среднегодовой энергии. Анализ топографических и гидроэнергетических условий ряда малых рек позволил наметить схему использования этого потенциала с помощью малых ГЭС и сэкономить ежегодно до 12-13 тыс. т жидкого топлива.
Ключевые слова: малые реки, модуль стока, малая ГЭС, себестоимость электроэнергии, завоз топлива, потенциальная мощность, технические ресурсы, установочная мощность, экономия топлива.
Северо-Западная часть Якутии в составе Анабарского и Оленекского улусов является одним из самых отдаленных и труднодоступных районов республики, которые характеризуются крайней малочисленностью населения (около 8 тысяч человек на 01.01.05).
Энергоснабжение 7 населенных пунктов территории осуществляется сегодня пятью дизельными электростанциями (ДЭС) с суммарной установленной мощностью порядка 10,4 МВт с выработкой 18,5 млн. КВтч энергии в год. Следует отметить, что износ оборудования на этих станциях в среднем составляет 55%, а удельный расход топлива - до 615 г у.т. на 1 КВтч выработанной энергии. Высокая стоимость жидкого топлива и сложная транспортная схема его доставки отражается на себестоимости электроэнергии, которая сегодня доходит до 12-13 руб/КВтч.
На основе многочисленных месторождений и проявлений россыпных запасов алмазов и редкоземельных элементов существует достаточно реальная перспектива их освоения, что потребует строительства ряда новых населенных пунктов и горнодобывающих предприятий. В связи с этим, естественно, возникает проблема их энергоснабжения с соответствующим ростом объема завоза топлива.
Немаловажной задачей станут и вопросы водоснабжения этих предприятий и поселков в специфических гидрологических условиях Севера.
С этой точки зрения в бассейнах Анабара и Оленька имеются определенные возможности сокращения ис-
КОНСТАНТИНОВ Агит Федотович - к.г.н., доцент кафедры электроснабжения ФТИ ЯГУ E-mail: [email protected]
пользования жидкого топлива за счет строительства малых ГЭС на многочисленных реках региона.
Бассейн реки Анабара
По данным Якутского управления Госкомгидромета (ЯУГКС), на площади бассейна, равной 100 тыс. км2, протекает 737 рек длиной более 10 км, из которых энергетически ценными можно считать водотоки длиной более 50 км. Средний многолетний расход р. Анабара в устье равен почти 470 м3/с, т.е. в Ледовитый океан ежегодно выносится около 15 млрд. м3 воды. Между тем бассейн Анабара характеризуется сравнительно слабыми показателями водности - удельные величины среднего стока или модули стока колеблются в пределах от 3 до 6 л/скм2 (рис. 1).
Основой составления схемы использования гидроэнергии рек является предварительный качественный и количественный учет потенциальных запасов этой энергии и исследование природно-климатических и топографических условий территории.
Исходной формулой для подсчета потенциальной МОЩНОСТИ реки В общем ВИГТР является:
Р=9,81(Ж.КВт, (1)
где Р - потенциальная (теоретическая) мощность реки, КВт;
9,81 - ускорение земного притяжения, м/с2;
0 - среднемноголетний расход реки, м3/с;
Н - падение реки от истока до устья, м.
Потенциальная энергия «Э» реки определяется по:
Э=8760Р, КВтч/год, (2)
где 8760 - число часов в году.
Рис. 1. Распределение модулей стока и схема размещения МГЭС в Анабарском улусе
Рассматриваемый регион отличается крайне слабой гидрологической изученностью, поэтому наибольшую трудность при использовании формулы (1) представляет определение среднемноголетнего расхода реки или так называемой нормы стока Q. На практике гидрологических расчетов для определения нормы стока используется метод карт среднего стока с нанесенными на них изолиниями модулей стока в л/скм2. Такие карты разработаны
ЯУГКС по всей территории Якутии, фрагмент которых приводится на рис. 1 для бассейна Анабара. По данным такой карты, норма стока определяется по формуле:
а =
м /с,
(3)
где М - модуль стока реки, л/с х км2;
F - площадь водосбора этой реки, км2.
Величина модуля стока для любого участка бассейна определяется обычной интерполяцией между соседними изолиниями нормы стока. По данной методике была составлена оценка гидроэнергетического потенциала 52 водотоков, соответствующих градации малых рек согласно работе [2]. Оценка же технического потенциала (часть потенциальных ГЭР, которую можно использовать с помощью строительства каскада ГЭС) была составлена с помощью расчетных коэффициентов, учитывающих величину естественной зарегулированности водотока [3].
В результате этих работ потенциальные гидроэнергетические ресурсы (ГЭР) малых рек бассейна Анабара выразились в 386,5 тыс. КВт и 3,38 млрд КВтч энергии в средний по водности год, а технически возможные ресурсы - в 131,4 тыс. КВт со среднегодовой энергией в 1,14 млрд КВтч.
Общий же гидроэнергетический потенциал всех рек бассейна длиной 10 и более км составил 800 тыс. КВт и
6,9 млрд КВт х ч энергии в средневодный год [4].
Бассейн реки Оленька
Данный бассейн по своим физико-географическим и гидроэнергетическим показателям схож с показателями бассейна Анабара, поэтому среднегодовые модули стока примерно сопоставимы (от 4,8 до 5,7 л/скм2).
С водосборной площади бассейна, равной 220 тыс. км2, в Ледовитый океан ежегодно выносится около 35 млрд м3 воды.
Потенциальные ГЭР и технический потенциал малых рек в бассейне был подсчитан по описанной выше методике, которые выразились соответственно в 694,1 тыс. КВт и 6,1 млрд КВтч и 230 тыс. КВт со среднегодовой энергией 2,01 млрд КВтч.
Потенциальные же ГЭР всех рек бассейна длиной 10 км и более составили 2,3 млн КВт со среднегодовой энергией 20,3 млрд КВтч[4].
Таким образом, гидроэнергетический потенциал малых рек Северо-Западной части Якутии в пределах административных границ Анабарского и Оленекского улусов, по нашим расчетам, составил 1,08 млн КВт и почти 9,5 млрд КВтч энергии. Технический потенциал оценен в 0,36млн КВт и 3,15 млрд КВтч энергии в средний по водности год.
Одним из путей сокращения объемов завоза жидкого топлива для ДЭС можно считать строительство малых ГЭС вблизи конкретных энергопотребителей. Для этой цели на территории указанных улусов был проведен тщательный анализ топографических и гидроэнергетических условий точных карт масштаба 1:100000 и выявлены возможные створы МГЭС с оценкой их технических и энергетических показателей.
Известно, что в специфических гидрологических условиях Севера малые ГЭС могут функционировать
лишь в течение 3-4 месяцев в году, но за этот период они могут сэкономить до 30-35% используемого дорогостоящего жидкого топлива и дать возможность регулярно проводить ремонтно-профилактические работы на ДЭС, т.е. в конечном счете обеспечить более надежное и бесперебойное энергоснабжение потребителей. Особенно актуальны малые ГЭС при проведении сезонных работ старательских партий, геологоразведочных отрядов, оленеводческих бригад и т.д. В таких условиях МГЭС могут быть достаточно эффективными, что доказывается на примере северо-запада России и зарубежного Севера. Так, на территории Аляски, Канадского севера, Гренландии, имеющим примерно похожие природно-климатические условия, совместно с ДЭС широко используются МГЭС мощностью до 10-20 МВт, а доля установленной мощности МГЭС в общем балансе выработки электроэнергии доходит до 67% [1].
Преимуществом МГЭС является короткий срок строительства, возможность полной автоматизации работы, низкая себестоимость электроэнергии, надежность и долговечность работы агрегатов станции и минимальное воздействие на окружающую среду.
Мощность малой ГЭС определяется по формуле:
Р = 9.81 X ОорХ ЯГЭСХ г/а, КВт, (4)
где Qср - среднемноголетний расход в створе МГЭС, м3/с;
Н - напор воды на ГЭС, м;
Па - КПД агрегатов ГЭС.
Расчетной формулой для оценки мощности МГЭС с учетом КПД агрегатов является:
Р = 7 - 80 Н , КВт (5)
^ср гэс7 х '
Выработка электроэнергии на ГЭС определяется в зависимости от числа часов использования установленной мощности (обычно 2-3 тыс. часов). Напор воды Н устанавливается по топографическим возможностям долины реки в створе станции, но обычно на малых ГЭС он ограничивается величиной 10-15 м, за некоторыми исключениями, когда необходимо получить водохранилище большей емкости или имеется необходимость увеличения мощности ГЭС. Средний расход Qcp в формуле (5) определяется по той же методике, которая применяется при расчетах ГЭР рек. В связи с тем, что малые ГЭС работают только в период наличия речного стока, при использовании формулы (5) в качестве Q применяется среднесезонный расход воды в створе станции.
Анализ гидроэнергетических и топографических возможностей региона позволил наметить здесь ряд створов ГЭС, расположенных в непосредственной близости от населенных пунктов. Часть из них в свое время была предложена институтом «Гидропроект» (ныне АО «Институт Гидропроект», г. Москва). Так, на территории
Анабарского улуса для энергоснабжения пп. Эбелях и Саскылах были намечены станции на рр. Эбэлээх, До-руоха и Федор, притоках Анабара (рис. 1).
Вблизи с. Юрюнг-Хая нами намечен створ на р. Тасы-гыр (правый приток Анабара) примерно в 7-8 км от устья речки, где расчетный среднесезонный расход составляет
6,9 м3/с. При возможных напорах 20-30 м здесь можно построить ГЭС мощностью 1100-1600 КВт при сезонной выработке энергии до 4 млн КВт х ч.
На территории Оленекского улуса имеется несколько вариантов строительства МГЭС для энергоснабжения сс. Оленька, Жилинды и Таймылыра (последний относится к Булунскому улусу, но находится в бассейне р. Оленька).
У с. Жилинды имеется неплохой створ МГЭС на р. Юлэгир-Юрях в 12 км от села, где при сезонном расходе 4,66 м3/с можно соорудить станцию мощностью до 800 КВт с выработкой порядка 2 млн КВтч энергии в сезон.
Несколько вариантов размещения МГЭС имеется вблизи сс. Оленька и Харьялаха. Одним из них может явиться створ на р. Маайында, где можно получить порядка 2,5-4,0 млн КВтч энергии за сезон в зависимости от напора ГЭС. Еще один возможный створ с меньшими энергетическими показателями имеется на р. Тюбе-Юрэге (приток р. Аргаа-Салаа).
Кроме того, при необходимости получения значительных мощностей (до сотни тыс. КВт) можно рассмотреть
^ С
N „ ?
V. ^ ** илшинии модулей стока, л/с км7
створ МГЭС (номер створа соответствует данным табл.)
Рис. 1. Распределение модулей стока и схема размещения МГЭС в Оленекском улусе
Таблица
Возможные малые ГЭС в северо-западной части Якутии
№ створов МГЭС Населенный пункт Река Ср. сезонный расход,м3/с Установл. мощность, КВт Выработка эл.энергии млн КВтч в сезон
1 Эбелях Эбэлээх 8,16 6000 7,5
2 Саскылах Доруоха 6,4 2100 5,3
3 Саскылах Федор 5,6 1000 2,5
4 Юрюнг-Хая Тасыгыр 6,9 1100 2,7
5 Жилинда Юлягир - Юрях 4,66 800 2,0
6 Оленек Маайында 4,6 1100 3,0
7 Таймылыр Улахан-Таймылыр 8,2 1100 2,7
створы МГЭС на рр. Кэнгээдэ и Сенкю, расположенные в некотором отдалении. В низовьях р. Оленек на р. Улахан-Таймылыр имеется возможный створ МГЭС мощностью от 650 до 1300 КВт с выработкой электроэнергии до 4 млн КВтч энергии (рис. 2).
Некоторые характеристики возможных МГЭС в регионе даны в табл.
Таким образом, на северо-западе Якутии по предварительной схеме можно наметить ряд малых ГЭС со среднесезонной выработкой электроэнергии порядка 26 млн КВтч, что может сэкономить до 13 тыс. т жидкого топлива в год. При необходимости строительства МГЭС выполняется ряд мероприятий: тщательные изыскательские работы на выбранном створе, затем - рабочее проектирование и строительство объекта.
В настоящее время в России имеется ряд специализированных предприятий (АО «Тяжмаш» - г. Сызрань, АО «Уралгидромаш», АО «Ленинградский металлургический завод», АОЗТ «Инсэт» - г. Санкт-Петербург, АО «Институт Гидропроект» - г. Москва и др.), освоивших серийный выпуск гидроагрегатов мощностью до 6-11 МВт, которые отличаются высоким качеством и по стоимости значительно ниже зарубежных.
Головным проектно-изыскательским предприятием в России является АО «Институт Гидропроект» (г. Москва). Услуги по маркетингу и поставкам гидрообору-
дования предлагают кроме предприятий-изготовителей предприятия «Малая энергетика», «Союзгидропостав-ка», «Энергопром» и др.
Удельные капвложения в малую ГЭС, например, по АОЗТ «Инсет», составляют порядка 700 долларов США за 1 КВт установленной мощности, что значительно дешевле зарубежных аналогов. Так, в США они достигают 1100-1400, а в Японии - 2300-3000 долларов/КВт[5].
Для проектно-изыскательских и строительных работ по строительству малой гидроэнергетики необходимы совместные усилия государственных, энергетических структур, а также частный капитал.
Л и т е р а т у р а
1. Кузьмин А.Н., Михеева Е.Ю. Малая энергетика Севера Якутии: проблемы и перспективы развития. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2009. - 160 с.
2. Константинов А.Ф. Проблемы водохозяйственного освоения Южной Якутии. - Якутск: ЯФ СОАН СССР, 1986. - 136 с.
3. Энергетические ресурсы СССР. Гидроэнергетические ресурсы. - М.: Наука, 1967. - 599 с.
4. Константинов А.Ф. Нетрадиционные энергоисточники Якутии. -Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2006. - 212 с.
5. Фельдман Б.Н. Современное состояние и перспективы развития малой гидроэнергетики в России // Гидротехническое строительство. - 2000. - № 8-9. - С. 53-55.
A.F. Konstantinov
Hydropower resources of the North-West of Yakutia and some ways of their use
Energy of the North requires annual importation of large quantities of liquid fuel for diesel power plants with volume which can be dramatically reduced through the construction of small hydropower.
As a result of preliminary calculations the technical potential of small rivers in the territory of the amount of more than 3 billion kWh of average power was identified. Analysis of topographic and hydro conditions a number of small rivers allowed to outline the scheme of use of this potential through small hydropower plants and to save liquid fuel each year up to 12-13 thousand tons.
Key words: small rivers, the module drain, small hydropower plant, the cost of electricity, fuel delivery, the potential capacity, technical resources, adjusting power, fuel economy.
