ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ КУЗБАССА THE HYDROENERGY RESURSES KUZBASS

The hydroenergy potential of the rivers of Kuznetsk Basin, for reception of economically effective en­ergy is estimated. Use of derivational hydroelectric power stations and micropower installations brings the minimal harm to a water-current, the natural processes occuring in natural object and an environment as a whole.

Гидроэнергетические ресурсы — часть водных ресурсов, используемых для про­изводства электроэнергии. Гидравлическая энергия рек — работа, которую совершает текущая в них вода. Работа водного потока осуществляется под действием силы тяжести, поэтому действие воды определяется разно­стью уровней воды в начале и конце рассма­триваемого участка реки. При разности уров­ней Н (м), длине участка L (м) и среднем на участке реки расходе воды Q (м3/с) мощность водотока N (Вт) на рассматриваемом участке составит:
N - pgQH = 9810- QH (Вт),
где р — плотность воды, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2,
N = 9,81 QH (кВт).
За промежуток времени т (сек) работа А (кВт • ч) совершаемая водотоком, опреде­ляется по формуле:
9,81g#T WH
А = Э = 3600
где W = Qt — объем стока, м3.
Для расчета реальной (или полезной) мощности и выработки электроэнергии в формулах (1)-(3) учитывают коэффициент полезного действия П-

Согласно формулам (1)-(3), гидроэнерге­тические проекты нацелены преимуществен­но на использование либо напора (создающие достаточный перепад уровней воды), либо вод­ности потока при скорости течения, превы­шающей некоторый критический минимум.

Гидроэнергетические ресурсы (ГЭР) делят на потенциальные, технические и экономи­ческие. К потенциальным, рассчитанным по формуле (2), относятся водные ресурсы, ко­торые теоретически могут быть использованы для нужд гидроэнергетики. Технически воз­можно реализовать не весь гидроэнергетиче­ский потенциал (ГЭП). Располагаемый тех­нический потенциал ГЭР в России составляет около 64 % от теоретического [11].

Экономи­чески оправданный ГЭП — величина пере­менная и многофакторная. По мере улучше­ния изученности рек, прогресса в энергетике, изменения структуры энергетического балан­са территории, конъюнктуры энергоносите­лей и других факторов доля экономически це­лесообразных ГЭР может увеличиваться.

Принципиальные схемы современных ги­дроэлектростанций разнообразны и позволяют вырабатывать электроэнергию индивидуаль­ными погружными агрегатами, оборудованны­ми турбиной и генератором, что вновь привело к исследованию технической возможности и экономической эффективности использова­ния энергии малых рек. Теоретический ГЭП малых рек по выработке электроэнергии со­поставим с выработкой электроэнергии всеми ГЭС страны, но ранее в балансе экономических ГЭР не учитывался [6].

В условиях крайне низкой плотности населения, проживающего в горных райо­нах Кузбасса, приемлемым и экономически оправданным может стать использование установок микрогидроэнергетики мощно­стью до 100 кВт в различном исполнении. В середине XX века в нашей стране имелся опыт применения плавучих гидроэнергети­ческих установок, требуемые условия — глу­бины 2-3 м и скорости не менее 1 м/с [5]. В 1980-х гг. эксплуатировались микроГЭС мощностью 0,25-2,8 кВт (до 50 кВт) с рас­ходом воды 18-90 л/с. В странах Восточной Европы, в частности в Чехии, используют­ся передвижные микроГЭС мощностью до 100 кВт [4]. Сопоставление стоимости элек­троэнергии от различных энергоисточников для удаленных населенных пунктов с общим энергопотреблением 50 кВт • ч/сут. пока­зало, что использование микроГЭС значи­тельно более эффективно 0,22 $иЯ/(кВт • ч), чем ветровых установок 0,50 $иЯ/(кВт • ч), дизель-генераторов 0,80 $иЯ/(кВт • ч), ЛЭП 1,05 $иЯ/(кВт • ч) и солнечных батарей 1,35 $иЯ/(кВт • ч) [1].

Общая схема оценки гидроэнергетическо­го потенциала рек Кузбасса.
1. Исследование факторов, определяю­щих ГЭП.
2. Описание условий, благоприятствую­щих использованию ГЭП.
3. Выявление препятствий при освоении гидроэнергетических ресурсов.

Общий объем поверхностного стока рек Кемеровской области составляет 40,3 км3/год. Основная его масса — 37,4 км3 — формирует­ся в пределах территории области, а 2,9 км3 — за счет притока из соседних областей и краев. Водность рек, показатели ГЭП сильно меня­ются на реках области по сезонам и месяцам.
Густота речной сети зависит от орографии и климата. Наиболее развита гидрографиче­ская сеть в верхней горной части водосбора р. Томи, где расположены крупные прито­ки Томи: Уса, Мрас-Су, Кондома, Верхняя, Средняя и Нижняя Терсь, Тайдон и др. Ко­эффициент густоты речной сети в бассейне Томи равен 0,8 км/км2. Общая протяжен­ность притоков составляет 9,3 тыс. км, из них 40 имеют длину свыше 30 км каждая.

Реки берут начало в Кузнецком Алатау и Горной Шории, текут с юга на север, яв­ляются типичными горными водотоками с порожистым и валунистым руслом. Глуби­на вреза русел крупных рек 120-200 м, ма­лых — 40-70 м. Русла рек устойчивые, сла­боизвилистые. Русловой процесс развивается как немеандрирующее русло и ограниченное меандрирование. На среднем участке р. Томь сохраняет горный характер, но притоки рез­ко отличаются от горной части строением русла, характером течения и ледовым режи­мом. Скорости становятся слабее, в устье­вых участках реки приобретают равнинный характер. Выйдя на Западно-Сибирскую равнину, Томь носит типичный равнинный облик. Средняя скорость течения на пле­сах — 0,38 м/с, на перекатах — 1,75 м/с.

По характеру водного режима реки Куз­басса относят к алтайскому типу рек с весен­ним (р. Ускат — Красулино и р. Лебяжья — с. Безменово) и весенне-летним половодьем, и паводками в теплое время года. Сток весен­него половодья составляет 65-90 % годового, летне-осенней межени — от 5 до 25 %, на зим­ний сток приходится не более 10 % от годо­вого. Максимальные расходы и уровни воды отмечаются в половодье. Залесенность бас­сейнов рек меняется от 60 до 95 % площади.

Начало половодья приходится на конец апреля — начало мая, продвигаясь с юга на север. Продолжительность половодья 30­90 дней. Основным источником питания рек в период половодья являются твердые осад­ки, формирующие 55-75 % годового стока.
После половодья устанавливается летне- осенняя межень, часто нарушаемая дождевы­ми паводками. Начало сезона в засушливых районах, в июне — июле, а в увлажненных — позднее. Продолжительность летне-осенней межени от 150 до 90 суток, доля стока меже­ни в объеме от годового 5-35 %, наименьшие расходы отмечаются в августе — сентябре.

Величина подземного притока составляет от 2 до 10 % от годового стока. Зимняя ме­жень устанавливается в середине или конце ноября — начале декабря и продолжается до начала подъема половодья. Водный режим тесно связан с ледовым режимом грунтовых вод. Период зимней межени от 160 до 190 су­ток. Доля зимнего стока в годовом объеме меняется от 3 до 10 %. Наименьшие расходы воды наблюдаются в конце зимней межени.

Средний многолетний модуль стока q л/(с • км2) уменьшается с юга на север об­ласти от 20 до 5 л/(с • км2), и с востока на за­пад от 40 до 5 л/(с • км2). Колебания стока носят циклический характер с преобладани­ем циклов 10-12-летней продолжительно­сти. Коэффициенты вариации стока умень­шаются с севера на юг и с запада на восток от 0,50 до 0,15. Для большинства рек бассей­на р. Томи максимальный сток наблюдается в апреле, на некоторых реках (р. Мрас-Су), мае. Практически на всех реках, увеличива­ется сток в октябре-ноябре, что связано с вы­падением дождей [2].

Возможности создания и/или использова­ния имеющегося геометрического напора воды (Н) для выработки энергии зависят от перепа­дов высот, то есть рельефа местности, опреде­ляющего продольные уклоны рек на разных их участках. Реки Западно-Сибирской равни­ны в ряде случаев прокладывают свои русла в сравнительно легко размываемых рыхлых грунтах [7] и имеют изломанную форму про­дольного профиля за счет расчлененности ре­льефа и выпуклости, приурочены к участкам, пересечения рекой поднимающиеся тектони­ческие структуры [3].

Анализ значений уклонов для периодов ледостава, пика половодья и летне-осенней межени за многоводные 1966 и 1969 гг. и за маловодный 1967 г. показал, что для рек бас­сейна р. Томи характерным является высокое значение уклонов водной поверхности во все фазы водного режима, независимо от водно­сти года [10]. На спаде половодья уклоны существенно снижаются, оставаясь при этом достаточно высокими. Для ряда рек в зимнюю и летне-осеннюю межени уклоны достигают максимальных значений, превышая уклоны многоводного сезона до 1,5 раз. В межень на перекатах уклоны водной поверхности до­стигают максимальных значений, увеличи­вая скорости воды. В половодье перекаты перекрываются толстым слоем воды, уклоны водной поверхности по длине участка реки выравниваются и становятся ниже межен­ных. Резкое увеличение средней глубины по­тока в половодье частично компенсируется уменьшением уклонов, что приводит к зна­чительному росту средних и максимальных скоростей речного потока. Подобный внутри- годовой режим уклонов водной поверхности, наличие вертикальной и горизонтальной рас­члененности речных долин являются благо­приятными факторами для применения дери­вационных ГЭС и микрогидроэнергетических установок.

Наивысших значений средние и макси­мальные скорости воды достигают в полово­дье и могут составлять 3,5-4,2 м/с. В летне- осеннюю межень скорости воды существенно снижаются до 0,5-0,9 м/с. При этом макси­мальные скорости в 1,3-1,5 раза превышают средние скорости.

Сток донных (влекомых) наносов состав­ляют около 10-30 % от стока взвешенных. По оценкам Ю. И. Каменскова [8] р. Томь у Томска переносит за год не более 200 тыс. м3 донных наносов, что составляет около 15 % от стока взвешенных наносов в указанном створе. Наличие наносов в речном потоке приводит к быстрому истиранию лопаток тур­бин гидроэнергетических установок, что не­обходимо учитывать при определении перио­да эксплуатации ГЭС.

Фактором, определяющим запас кинети­ческой энергии потока воды, является сред­няя скорость реки:
3, = f, 2 g
где Эк - удельная кинетическая энергия, при­надлежащая единице массы жидкости.

Малые и микрогидроэнергетические си­стемы имеют мощность до 20 МВт, причем к последним относятся системы мощностью менее 1 МВт [12]. Малые и микрогидроэнер­гетические системы имеют многие преиму­щества для децентрализованного энергос­набжения. Некоторые гидроустановки при этом вообще не требуют сооружения плотин и водохранилищ.

Таблица 1

Характеристика потенциальной мощности и энергии отдельных рек Кемеровской области [10]











Река-створ

L

км

F

км

I

%0

AH

м

Q

м/с

потенц. N

МГЭ

кВт/км

Э 10кВт-ч/год

 

 

 

 

 

 

кВт

кВт/км

 

 

р. Кондома — г. Таштагол

77

842

5,50

423

15,3

31745

412,3

37,70

278,3

р. Лебяжья — с. Безменово

71

1390

1,30

92,3

3,63

1643

23,1

1,18

14,4

р. Мрас-Су — улус Усть-Кабырза

137

3170

5,90

808

61,5

243739

1779,1

76,89

2136,6

р. Мундыбаш — пгт. Мундыбаш

117

1060

9,90

1158

22,7

128936

1102,0

121,64

1130,3

р. Ср. Терсь — п. Монашка

106

1860

11,0

1166

80,7

461542

4354,2

248,14

4045,9

р. В. Терсь — п. Осиновое Плесо

92

1020

12,0

1104

42,7

231226

2513,3

226,69

2026,9

р. Н. Терсь — п. Пезас

80

930

10

800

41,5

162846

2035,6

175,10

1427,5

р. Урюп — Изындаево

157

5000

5,4

848

32,8

136430

869,0

27,29

1195,9

р. Кия — Макаракский

174

3420

5,7

992

85,4

415536

2388,1

121,50

3642,6

р. Яя — Усманка

180

3460

0,6

108

31,6

16740

93,0

4,84

146,7


Для решения проблемы малой гидроэнер­гетики рекомендуется использовать попереч­но-струйные или двукратные гидротурби­ны. Максимальный коэффициент полезного действия, достигнутый в мире к настоящему времени, составляет 90 %. Гидротурбины на­дежны в эксплуатации, имеют относительно простую конструкцию и сравнительно низкую себестоимость, что обусловливает возмож­ность применения турбин указанного типа в малой энергетике. В соответствии с их экс­плуатационными характеристиками, турби­ны могут эксплуатироваться при напорах от 1 м с получением при этом мощности порядка 6-8 кВт при наличии достаточных расходов воды. Расход воды через турбину, а следова­тельно, и ее мощность, можно менять, в отли­чие от классических турбин, не только путем изменения диаметра рабочего колеса, но и ме­няя его длину.

Положительный эффект малой гидроэнер­гетики, по Л. К. Малик [9] заключается в обе­спечении высокой экологической и социаль­ной эффективность малых ГЭС: небольшие площади затопления и подтопления земель; простота подготовки ложа к затоплению: мел­ководные и небольшие по объему водохрани­лища малых ГЭС не препятствуют процессам водообмена; небольшая степень нарушения среды обитания человека и животного мира; наносится незначительный ущерб рыбному хозяйству; заполнение малых водохранилищ  не провоцирует землетрясения и катастрофи­ческие разрушения плотин не столь опасны, как плотин крупных ГЭС.
Приведенные в табл. 1 ориентировочные значения характеристик энергетического по­тенциала отдельных малых и средних рек Кузбасса со всей определенностью свиде­тельствуют о том, что этот потенциал весьма высок.
Факторами, препятствующими освоению гидроэнергетического потенциала в теплое полугодие, являются слабая изученность ги­дрологических и гидравлических характери­стик малых и средних рек.

Литература

8. Следует также учитывать возможность использования энергетического потенциа­ла искусственных потоков — например, при сбросе сточных вод с очистных сооружений, и возможность создания таких потоков на промышленных предприятиях, течение воды в трубопроводах. Дополнительный потенци­ал может оказаться полезным непосредствен­но в пределах городов Кузбасса.Каменсков Ю. И. Русловые и пойменные процессы. — Томск: Изд-во ТГУ. — 1987. — 170 с.
9. Малик Л. К. Проблемы освоения гидроэнергетического потенциала малых рек России: экологический и социально-экономический аспекты // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия. — Томск, 2000. — С. 627-630.
10. Перспективы возобновляемой энергетики Кузбасса. — Кемерово: Государственное учреждение «Кузбасский центр энергосбережения». — 2008. — 236 с.
11.Энергетические ресурсы СССР. Гидроэнергетические ресурсы. — М.: Наука, 1967.— 598 с.
12. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://solstice.crest.org/renewables/re-kiosk/hydro.

И. П. Вершинина, А. В. Мезенцев (I. P. Vershinina, A. V. Mezentsev)

Томский государственный университет, Россия Tomsk State Universal

hydro@ggf.tsu.ru

Комментарии материала:

Разместить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Другие материалы

Еще в прошлом году жители Бурлита радовались открытию нового колодца в их селе. Для них деревянный сруб, издревле предназначенный для доставки колодезной питьевой воды, поважнее многих современных технологий. Бурлитовцы, уже долгое время испытывающие дефицит в воде, по достоинству ценят этот дар природы, который сегодня для них в прямом смысле на...
Сибирское Экологическое Агентство совместно с другими заинтересованными организациями в период с 16 по 18 апреля 2010 года проводит V Международную конференцию «Реки Сибири» Организаторы:  «Сибирское Экологическое Агентство», Томск;  «ИСАР-Сибирь», Новосибирск;  Всемирный фонд дикой природы (WWF) России;  Тихоокеанский центр защиты окружающей...
X Международная конференция «Реки Сибири и Дальнего Востока» состоится 12-13 октября 2018 г. в г. Новосибирске, Россия. Она посвящена вопросам устойчивого развития в бассейнах рек, сохранения рек и озер как в Сибири и на Дальнем Востоке, так и в других регионах, обмену местным и международным опытом, выработке предложений для общества и различных ветвей власти. Программа 12 октября Актовый зал и аудитории Сибирского государственного университета водного транспорта, у...
Эксперты региональной группы общественного мониторинга Общероссийского народного фронта по проблемам экологии и защиты леса в Москве проанализировали территориальные схемы по обращению с отходами, утвержденные в столице и Подмосковье. В ходе анализа эксперты ОНФ выявили ряд недочетов, требующих корректировки и разрешения. Представители московского департамента ЖКХ взяли на рассмотрение предложения Народного фронта, подчеркнув важность работы общественников для эффективной организации транспортир...
В течение последних десятилетий существования Европейского Союза стала очевидной и жизненно необходимой деятельность по восстановлению рек и их природных ландшафтов (пойм), реализация которой прежде точечно совершалась посредством финансирования ряда отдельных проектов по восстановлению рек. Однако, чтобы получить наибольшую пользу в будущем от накопленных знаний и опыта по восстановлению рек, необходимо было организоваться в международную сетевую структуру на базе национальных организаций для с...
Случаи экстремально высокого загрязнения воздуха в Москве чрезвычайно редки, заявили эксперты Общероссийского народного фронта в сфере экологии на заседании круглого стола, посвященного текущему состоянию атмосферного воздуха столицы. «Но, вместе с тем, есть задачи по улучшению атмосферного воздуха города, которые нужно решать, есть куда двигаться дальше и по снижению выбросов от автотранспорта, различных предприятий, в том числе мусоросжигающих. Особую проблему представляют мусорные полиг...
Благодаря активности местных жителей и привлечения к проблематике экологов и СМИ информация о массовом негативном воздействии открытой угледобычи в Кузбассе в т.ч. и на реки Сибири, получила беспрецедентный общественный резонанс. Властные субъекты были вынуждена перестать по крайней мере полностью игнорировать проблему, хотя на данный момент говорить о наличии системных позитивных изменений явно преждевременно. Вместе с тем ряд аспектов последствий угледобычи продолжает находиться вне вектора вн...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Интересные ссылки

«Спутниковый мониторинг пожаров на Дальнем востоке России». Сервис работает на основе технологии «Геомиксер», разработанной в ИТЦ «СКАНЭКС»

«Спутниковый мониторинг пожаров на Дальнем востоке России». Сервис работает на основе технологии «Геомиксер», разработанной в ИТЦ «СКАНЭКС»

Активность на сайте

сортировать по иконкам
2 недели 2 дня назад
Екатерина Алтайская
Екатерина Алтайская аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 2,872 |

Добрый день, уважаемые форумчане! Я пишу статьи про ФККО, на самые злободневные темы. Предлагаю вам ознакомиться с последними материалами о...

2 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 2,872 |

Отзывы на гипотезу:­­

Викизнание: Обсуждение: Приливы_и_отлив­­ы
http:/.../goo.gl/JTHKlX
Википедия: Обсуждение: Прилив и...

2 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 2,872 |

Стоячие волны, и волны убийцы, полагаю ­результат деятельности водоворотов.
http:/.../goo.gl/vC3a3j
https:/.../goo.gl/nR1WNZ...

2 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 2,872 |

Причиной вертикальньного перемещения ок­еанических вод также является прецессия ­водоворотов. В природе нет суеты и если ­прецессия водоворо...

2 года 47 недель назад
Юсуп Хизиров
Юсуп Хизиров аватар
Приливы и отливы-результат опрокидыван­и­я водоворотов

Смотрели: 2,872 |

Схема движения приливной волны, по пери­­метру Североантлантического­ планетарно­г­о водоворота (съемка со­ спутника)
...

размешен 19.10.18 | Тип: Статью

Благодаря активности местных жителей и привлечения к проблематике экологов и СМИ информация о массовом негативном воздействии открытой угледобычи в Кузбассе в т.ч. и на реки Сибири, получила...

размешен 17.10.18 | Тип: Статью

Случаи экстремально высокого загрязнения воздуха в Москве чрезвычайно редки, заявили эксперты Общероссийского народного фронта в сфере экологии на заседании круглого стола, посвященного теку...

размешен 16.10.18 | Тип: Новость

16 октября 2018 год

...
размешен 16.10.18 | Тип: Статью

Малые реки Новосибирска, являющиеся притоками Оби, озёра и болота составляют водную систему города. Речные водотоки являются воздуховодами, зелёными коридорами и осуществляют сток воды. Боло...

размешен 16.10.18 | Тип: Статью

Любые процессы, связанные с производством, характеризуются не только преобразованием ресурсов и получением нужных веществ, но и образованием побочных продуктов. В большинстве случаев эти про...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал