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...
8 апреля 1983 года создан Южно-Камчатский заказник. Россияне воспринимают домашнего питомца чаще как члена семьи  или друга, чем просто животным. Сергей Петрович Ерофеев, заместитель директора по охране Алтайского заповедника стал победителем первого Всемирного конкурса рейнджеров. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и интере...
3 апреля 1996 года создан Государственный природный заказник «Североземельский». Только 375 из 1 116 городов России признаны благоприятными для жизни граждан. Десять европейских семей подали в суд на ЕС за то, что изменение климата стала реальностью в их повседневной жизни и ЕС не смог их защитить. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества....
17 марта 1976 г. учреждён заповедник «Саяно-Шушенский». Идея о том, что экономический рост может быть скорее проблемой, чем решением, больше не считается радикальной. Великая зеленая стена — глобальный проект направленный на восстановление деградировавших ландшафтов Африки и улучшение качества жизни миллионов людей. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и...
Темпы "зеленого перехода" в Европе ускоряются. Около 42 тысяч лет назад Земля пережила смену магнитных полюсов, которая совпала с серьезными климатическими изменениями и массовыми вымираниями. Подержанные вещи и одежда из секонд-хендов в 2021 году в Британии станут главным модным трендом. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития человечества. Всё важное и инте...
15 апреля 1997 года организован Государственный  природный парк «Каракол». Посадка растений, которые полезны для пчёл — новый тренд по всему миру. Из-за прямой угрозы утечки отходов Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, режим чрезвычайной ситуации введен в Байкальске Иркутской области. Эти и другие темы в новом выпуске Дайджеста Международного Социально - экологического союза от Света Забелина. Охрана природы, проблемы окружающей среды и развития...

Материалы данного раздела

Фотогалерея

Активность на сайте

сортировать по иконкам
1 год 37 недель назад
Марина Иванова
Марина Иванова аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 222,648 |

Спасибо за ссылку. Очень пригодилась! ...

4 года 49 недель назад
martaka maminov
martaka maminov аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 222,648 |

Обращайтесь, отличная компания http://www.ecocentrp.ru/about/actions/...

5 лет 9 недель назад
Глеб савельев
Глеб савельев аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 222,648 |

нужна схема пещер с измерениями

5 лет 12 недель назад
Ольга Волобуева
Ольга Волобуева аватар
Спелеологи Всех стран объединяйтесь!

Смотрели: 222,648 |

если Вы обладаете информацией , как составить топокарту пещеры, пишите нам. Очень нужна помощь в составлении паспорта объекта

2 года 18 недель назад
Надежда Бреева
Надежда Бреева аватар
Бутырский район

Смотрели: 7,936 |

Экология в Новой Москве . Поселение Щаповское.

Щапово (Александрово) — посёлок в Троицком административном округе Москвы (до 1...

размешен 22.04.21 | Тип: Статью

О критической ситуации с лесами в Томской области, сложившемся порочном круге уничтожения природы, угрозах и давлении на активистов, проблемах экологических организаций рассказал...

размешен 22.04.21 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 22.04.21 | Тип: Статью

22 апреля - День Земли. Всемирный индекс свободы  «Репортеров без границ» демонстрирует, что журналистика, полностью или частично заблокирована в 73% стран. Худо...

размешен 21.04.21 | Тип: Новость

Новое в экологических рассылках на текущий день.

...
размешен 21.04.21 | Тип: Статью

21 апреля 1998 года учрежден Алакольский государственный природный заповедник. Под лозунгами "зеленого развития" как грибы вырастают зеленые химеры - вредные и сомнител...

Подпишись на рассылку

Будьте в курсе последних новостей!

RSS-материал