ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА, раздел энергетики, связанный с использованием потенциальной энергии водных ресурсов.

Человек ещё в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии научились строить водяные колёса, к-рые вращала вода; этими колёсами приводились в движение мельничные

постава в др. установки. Водяная мельница является примером древнейшей гидроэнер-гетич. установки, сохранившейся во мн. местах до нашего времени почти в первобытном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была осн. дви-гат. силой на производстве. По мере совершенствования водяных колёс увеличивалась мощность гидравлич. установок, приводящих в движение станки, молоты, воздуходувные устройства и т. п. Об использовании водной энергии на терр. СССР свидетельствуют материалы археологических исследований, в частности проведённых на терр. Армении и в бассейне р. Амударья. В 17 в. в России единственной энергетической базой развивавшегося мануфактурного производства были водяные колёса. Замечательные успехи в стр-ве вододействующих или гидросиловых установок в России были достигнуты в 18 в. в горнорудной пром-сти на Урале и Алтае. Гидросиловые установки были неотъемлемой частью металлургич., лесопильного, бум., ткацкого и др. произ-в. К кон. 18 в. в России было уже ок. 3000 мануфактур, использовавших водную энергию рек. Были созданы уникальные для того времени гидросиловые установки. Напр., в 1765 водный мастер К. Д. Фролов соорудил на р. Корбалиха (Алтай) гидросиловую установку, в к-рой вода подводилась к рабочему колесу по спец. каналу. Образовавшийся перепад между каналом и рекой использовался в установке для вращения водяного колеса, к-рое при помощи системы остроумно осуществлённых передач приводило в движение группу машин, в т. ч. предложенный К. Д. Фроловым внутризаводской транспорт в виде системы вагонеток. В 1787 К. Д. Фролов завершил стр-во деривационной четырёхступенчатой подземной гидросиловой установки на р. Змеевка, не имевшей себе равных как по схеме, так и по масштабу и уровню технич. исполнения. Самые мощные водяные колёса диаметром 9,5 м, шир. 7,5 м были установлены в кон. 18 в. в России на р. Нарова для Кренгольмской мануфактуры. При напоре 5 м они развивали мощность до 500 л. с. С появлением паровой машины примитивные во до действующие установки начали утрачивать своё значение. Для того чтобы конкурировать с паровой машиной, необходимо было иметь более совершенные двигатели, чем громоздкие и сравнительно маломощные водяные колёса. В 1-й пол. 19 в. была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности перед Г. С изобретением электрич. машины и способа передачи электроэнергии на значит, расстояния Г. . приобрела новое значение уже как направление электроэнергетики; началось освоение водной энергии путём преобразования её в электрич. на гидроэлектрических станциях (ГЭС).

В царской России к 1913 насчитывалось ок. 50 тыс. гидросиловых установок общей мощностью почти 1 млн. л. с.; из них ок. 17 тыс. были оборудованы гидротурбинами. Суммарная годовая выработка электроэнергии на всех ГЭС не превышала 35 млн. квт при установленной мощности ок. 16 Мвт.

О крайней отсталости царской России в развитии Г. свидетельствует тот факт, что в 1913 в др. странах общая мощность действующих ГЭС достигла 12000 Мвт, причём были построены такие крупные Электростанции, как, напр., ГЭС Адаме

на Ниагарском водопаде (США) мощностью 37 Мвт. Только после Великой Окт. социалистич. революции началось широкое освоение гидроэнергетических ресурсов страны. 13 июня 1918 CHK принял решение о строительстве Волховской ГЭС мощностью 58 Мвт - первенца советской Г. В 1920 по указанию и при непосредственном участии В. И. Ленина был составлен план электрификации России - план ГОЭЛРО. В нём предусматривалось сооружение 10 ГЭС общей установленной мощностью 640 Мвт. В 1927 начато стр-во самой крупной для того времени гидростанции в Европе- Днепровской ГЭС мощностью 560 Мвт; с её пуском в 1932 СССР в стр-ве гидростанций достиг уровня наиболее развитых стран мира. За 1917-70 Сов. Союз стал одной из ведущих стран в области Г.: по установленной мощности гидроэлектростанций в 1970 СССР уступал только США. По запасам же гидроэнергии Сов. Союз значительно превосходит все страны мира. Гидроэнергетич. потенциал крупных и средних рек в СССР равен 3338 млрд. квт-ч, в т. ч. на реках Европ. терр. Союза и Кавказа - 588 млрд. квт-ч (или 17,6%) и на терр. Азиатского материка - 2750 млрд. квт-ч (или 82,4%).

Экономич. потенциал гидроэнергетич. ресурсов СССР определён (1965) в размере 1095 млрд. квт-ч среднегодовой выработки (см. табл. 1).

Народнохоз. значение гидроэнергоре-сурсов огромно: на протяжении многих лет ГЭС являлись единственно возможным источником электроэнергии для многих р-нов страны. И в 70-х гг. с выявлением огромных запасов топливных ресурсов и созданием объединённых энергетич. систем значение Г. не утрачено. Во многих энергосистемах ГЭС составляют основу энергетики и несут почти всю осн. нагрузку. Так, напр., в Кольской энергосистеме число часов использования мощности ГЭС составляет св. 5000, а ТЭС - менее 2000 в год. В объединённой энергосистеме Центр. Сибири число часов использования мощности ГЭС и тепловых электростанций почти одинаково (4200 и 4600 в год). В единой энергосистеме Европ. части страны число часов использования мощности ГЭС ок. 3000.

Важной экономич. особенностью гидроэнергетич. ресурсов является их вечная возобновляемость, не требующая в дальнейшем дополнит. капиталовложений. Электроэнергия, вырабатываемая на ГЭС, в среднем почти в 4 раза дешевле электроэнергии, получаемой от тепловых электростанций. Поэтому использованию гидроэнергетич. ресурсов придаётся особое значение при размещении электроёмких производств. Отсутствие необходимости в топливе и более простая технология выработки электроэнергии приводят к тому, что затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на тепловых электростанциях (с учётом добычи топлива и его транспортирования). Высокая производительность труда на ГЭС является одной из осн. её экономич. особенностей и имеет важнейшее значение при решении задач энергетич. строительства в малообжитых и особенно в удалённых р-нах Севера страны.

ГЭС являются мобильными энергетич. установками, выгодно отличающимися от паротурбинных тепловых электростанций в области регулирования частоты, покрытия растущих пиковых нагрузок, маневрирования мощностью в период ночного снижения нагрузок и в роли аварийного резерва системы. Это особенно важно для энергосистем Европ. части СССР, где электропотребление в течение суток характеризуется большой неравномерностью.

Огромные гидроэнергетич. ресурсы сосредоточены в Вост. Сибири, на pp. Енисей, Ангара, Нижняя Тунгуска и др. Природные условия позволяют получать здесь в больших количествах особенно дешёвую электроэнергию на гигантских ГЭС, мощностью 4000-6000 Мвт каждая. На базе этой дешёвой электроэнергии развивается электроёмкая пром-сть. Г. содействовала развитию производит, сил сев. р-нов Вост. Сибири. На долю Г. приходится примерно 19% от мощности всех электростанций и ок. 16% от выработки электроэнергии в целом по стране (см. табл. 2).

Табл. 1. - Степень освоения гидроэнергетических ресурсов в различных странах мира

Страна

Экономический потенциал гидроэнерго-ресурсов, млрд. квт-ч

Год оценки

Выработка электроэнергии на ГЭС, млрд. квт -ч в 1969

Степень использования экономического потенциала гидроэнер-горесурсов, %

СССР

1095

1965

115,2

10,5

США

685

1966

253,3

37,0

Канада

218

1965

151,0

69,3

Япония

132

1967

79,8

60,5

Норвегия

152

1967

57,0

37,5

Франция

70

1967

52,9

75,5

Швеция

80

1966

41,8

52,5

Италия

70

1966

41,7

59,5

Швейцария

32

1967

27,3

85,5

Испания

58

1967

30,7

53,0

Бразилия

657

1966

32,0

4,9

Мексика

73

1967

12,6

17,3

Австрия

38

1966

16,7

44,0

Табл. 2. - Место гидроэнергетики в электроэнергетике СССР

1913

1926

1930

1940

1950

1960

1965

1970

Мощность ГЭС, Мвт

16

89

128

1587

3218

14781

22244

31300

Доля ГЭС в общей мощности электростанций страны, %

1,4

5,6

4,5

14,2

16,4

22,2

19,3

18,9

Выработка электроэнергии на ГЭС, млрд. квт-ч

0,035

0,05

0,585

5,11

12,69

50,9

81,4

123,3

Доля ГЭС в выработке электроэнергии в стране, %

1,8

1,4

6,6

10,4

13,9

17,4

16,1

16,6

Г. на всех этапах экономич. развития СССР имела большое значение в снабжении электроэнергией развивающейся пром-сти. В ряде р-нов страны Г. была осн. энергетич. базой для развития экономики (Мурманская обл., Карелия, Закавказье, нек-рые р-ны Cp. Азии и др.). Г. во многих случаях была ведущей в комплексном использовании водных ресурсов. Крупное гидротехнич. строительство явилось по существу первым звеном в реализации больших ирригац. проблем. Построенные и строящиеся ГЭС создали предпосылки для расширения системы орошения на огромных площадях.

Гидроэнергетич. стр-во на pp. Волга, Кама, Дон, Днепр и Свирь обусловило их превращение в водные магистрали Европ. части страны, позволило поднять уровень воды на этих реках и создать единую судоходную систему, соединяющую Каспийское, Чёрное, Азовское, Балтийское и Белое моря.

В СССР построены и строятся (1970) крупнейшие ГЭС в мире: Саяно-Шушенская и Красноярская на р. Енисей, Братская им. 50-летия Великого Октября и Усть-Илимская на р. Ангара, Нурекская на р. Вахш, Волжская им. 22-го съезда КПСС, Волжская им. В.И.Ленина.

Огромные масштабы гидротехнич. стр-ва в СССР стали возможны благодаря высокому уровню развития гидротехнич. науки, проектирования и строительства. Всё, что было построено и спроектировано в области Г. и гидротехники, осуществлено своими силами, без привлечения иностранных фирм. Сов. Союз впервые в мире начал строить крупные гидроузлы на мягких основаниях. В СССР были построены плотины новых типов, чрезвычайно высокие, а в отд. случаях - рекордные по высоте в мировой практике: арочные - Ингурская (вые. 271 м), Чиркейская (230 м); арочно-гравитационные - Саянская (236 м), Токтогульская (215 м); гравийно-галечниковая - Нурекская (310 м); плотины в р-нах вечной мерзлоты-Мамаканская, Вилюйская и Хан-тайская. В 70-х гг. продолжалось стр-во . крупных гидроузлов с высокими плотинами в высокосейсмичных р-нах (Токто-гульский в зоне св. 9 баллов и ряд др.). Много нового внесено в проектирование плотин на равнинных реках.

Освоены новые типы гидротурбинного оборудования: на Братской ГЭС им. 50-летия Великого Октября установлены гидроагрегаты по 225 Мвт; на Красноярской-по 508 Мвт. Освоены капсульные горизонтальные гидроагрегаты на Киевской, Каневской и др. ГЭС. В СССР построена (1968) первая приливная электростанция (Кислогубская ПЭС). Сов. опыт гидротехнич. стр-ва находится на уровне мировых достижений.

Лит.: План электрификации РСФСР. Доклад VIII съезду Советов Государственной комиссии по электрификации России, 2 изд.,

M., 1955; Золотарёв T. Л., Гидроэнергетика, М. -Л., 1955; Нестерук Ф. Я., Развитие гидроэнергетики СССР, M., 1963; Энергетические ресурсы СССР, [т. 2] - Гидроэнергетические ресурсы, M., 1967; Электрификация СССР, под ред. П. С. Непорожнего, M., 1970. И. А. Тепман.