Many assumptions of the past regarding relative environmental impact of different hydropower schemesare revisited by using consistent impact assessment method. Paper seeks to provide guidance on optimizationof energy output and its environmental costs.
В прошлом году на «Реках Сибири» мырассказывали о методике оценки совокупноговлияния нескольких ГЭС («сценариев освоения») на экологическое состояние бассейна; обоснове методики расчетов воздействия ГЭС наэкосистемы речного бассейна по трем основным факторам. Данный доклад посвящен анализу ранее существовавших критериев оптимизации и созданию новых подходов к оптимизации схем гидростроительства в бассейне.
Метод оценки воздействий ГЭС
При оценке совокупного влияния ГЭС наэкологическое состояние бассейна мы произвели расчеты трех показателей:
Изменение гидрологического режимапоймы в нижних бьефах плотин. Рассчитанаплощадь и доля ( %) измененных воздействием плотины пойменных экосистем ниже еёствора от всех пойм крупных водотоков бассейна.
Трансформация водных экосистемвыше плотин. Рассчитана площадь и доля( %) водохранилища (измененной водной экосистемы) от площади всех водных экосистембассейна.
Первичная фрагментация речного бассейна. Рассчитана площадь и доля (%) блокированной плотиной части речного бассейна [1].
Первые два показателя для одной и тойже плотины в любом сценарии вносят одини тот же вклад в суммарное воздействие, афрагментация зависит от взаимного расположения плотин в сценарии.
Способы применения вышеописаннойоценки мы докладывали на предыдущей конференции [1]. С тех пор мы расширили наборпоказателей, включив:
Вторичную фрагментацию бассейна -степень расчленения бассейна плотинами(выраженная как % утраченных путей передвижения по речной сети).
Изменение естественного стока наносов, выраженное как доля (%) стока, прошедшая через плотины и не доставившая наносына нижележащие участки.
Результирующую оценку по сценариюмы отобразили в виде интегрального воздействия - среднегеометрического всех рассматриваемых показателей воздействия [2].
Площадь (или %) измененных экосистемможно поделить на объем вырабатываемой(или планируемой к выработке) электроэнергиии тем самым сравнить удельные воздействиядля разных сценариев. Более точная оценка получается при сравнении удельных воздействийраздельно по каждому показателю воздействия.В связи с этим нами рассчитаны удельные воздействия для всех предложенных показателей.
Всего в Амурском бассейне мы анализируем 56 створов, где к 2010 г. на 14 уже по
строены ГЭС (рис. 1). Используемый в анализенабор представляет 70-80 % всего техническидоступного гидроэлектропотенциала бассейна.
Рис. 1. Бассейн Амура
По классификации и расчетам среднихпо бассейну удельных показателей из массива сразу исключено 9 объектов, для которыхвыработка электроэнергии является подчиненной задачей по сравнению с водоснабжением, судоходством и т. д. В таких гидроузлахменьшая часть водных ресурсов из полезногообъема водохранилища используется для производства электроэнергии. Мы также сразуоговоримся, что не рассматриваем «истинныемалые ГЭС» мощностью не более 10 МВт, т. к.не располагаем данными о тысячах потенциальных створов. С точки зрения массовой выработки, МГЭС не являются альтернативойбольшим и средним, поскольку способны вырабатывать на порядок меньше энергии.
Далее для 47 плотин были подсчитанысредние удельные показатели воздействия.В Амурском бассейне при выработке 1 миллиона киловатт часов в год в среднем изменения пойменно-руслового комплекса нижепо течению охватывают 0,6-0,8 км2, и создается 0,21-0,24 км2 водохранилищ. Мы предположили, что плотины, не превышающиесредние по бассейну удельные воздействия,по первым двум показателям являются более«экологичными».
Для третьего показателя нами применениной подход, базирующийся на градации абсолютных показателей прироста блокирования бассейна по отношению к ситуации2010 г. На весь пул 42 проектов имеется всего8 объектов, строительство которых не приведет к росту заблокированной площади. Критерию «прирост менее чем на 1 % от площади бассейна Амура» (20000 кв2) удовлетворяют еще 13 объектов. Блокирование же однойГЭС более 10 % бассейна оценивается намикак «катастрофическое воздействие».
В результате классификации в категорию «Удовлетворительные ГЭС» попадают 6 существующих и 9 проектируемых ГЭС. Это ГЭС, несущественно превышающие средний для всех «истинных» ГЭС бассейна, уровень удельного воздействия по первым двум показателям, с приростом блокированного бассейна менее 1 %.
В категорию «НеудовлетворительныеГЭС» попадают 16 ГЭС, среди них толькоодна действующая - Веньдегень (№ 50). Сюдавходят ГЭС с приростом блокированного бассейна менее 1 %, а также с существеннымпревышением среднего значения по бассейнупервого и / или второго удельных показателей.
В категорию «Вредные ГЭС» вошли 15ГЭС, у которых:
первый и второй показатель ниже среднего, а прирост блокированного бассейна более 1 %;
удельное воздействие в нижнем бьефениже среднего, удельная площадь водохранилища выше средней, а прирост блокированного бассейна 10 % и более;
превышены и первый, и второй средниеудельные показатели, прирост блокированного бассейна более 1 %.
«Вредными ГЭС» оказываются оченьразнообразные объекты, в том числе две действующие - Зейская (№ 22) и Ниерцзи (№ 45).
Многие ГЭС данной категории являются«русловыми», работающими на естественном стоке, практически не трансформируягидрологический режим в нижнем бьефе (новсе же кардинально пресекая сток наносов).Эти ГЭС могут функционировать только илипредпочтительно как получатели стока, ужеотрегулированного водохранилищами вышележащих ГЭС с большим полезным объемом.Удельные интегральные показатели русловыхГЭС существенно ниже средних, но их месторасположение является решающим фактором для определения степени их воздействия.Каждая из таких ГЭС отрезает от 23 до 48 %от общей площади Амурского бассейна, причем в большей части это новые суббассейны,не блокированные в 2010 г. никакими инымиГЭС.
Интересно отметить, что недавний отчет о стратегической оценке проектов ГЭС наглавном русле Меконга [3] показывает сходную подавляющую роль «русловых» ГЭС всценариях будущего развития. Это идет вразрез с распространенным представлением овсяких русловых станциях как «экологическичистых». Очевидно, что ущерб от такой ГЭСбудет тем ниже, чем меньше дополнительнойплощади бассейна будет заблокировано приее строительстве.
Одна большая или много маленьких?
Часто приходится слышать, что «большиеГЭС» хуже многих маленьких. Размер ГЭС невсегда воспринимается однозначно, под этимпонятием можно понимать: высоту плотины,емкость водохранилища, мощность и т. д. Мыперевели все показатели воздействия ГЭСв удельные значения, отнесли их к единицевыработки. Затем составили сравнительныесценарии размещения ГЭС в бассейне,где участвуют крупные и наборы мелкихгидроузлов, и рассчитали их влияние.
На первом графике показаны воздействиявысоких плотин (сценарии 1-7) и наборовболее низких плотин сходной высоты(сценарии 8-15). Из рисунка 2 видно, чтовысокие плотины в ряде случаев несутменьшее воздействие, чем наборы небольшихневысоких ГЭС.
Мы полагаем, это связано с тем, чтоувеличение высоты плотины непосредственноувеличивает эффективность использованиястока. Возможен рост воздействий от приростаплощади и полезного объема водохранилища,регулирующего сток. Одновременно фрагментация бассейна и изменение стока наносов,как правило, существенно ниже, чем длягруппы меньших ГЭС. На водохранилищахв глубоких узких долинах вторая тенденциячасто преобладает над первой.
Но есть множество исключений.Например, совсем недавно Русгидропредложило вместо ранее планировавшихсятрех малых низконапорных нижнезейскихГЭС (створы № 23-24-25; сценарий15) построить одну среднеразмернуюГраматухинскую ГЭС (сценарий 15 а) с болеевысокой плотиной. Согласно нашей оценке,удельное интегральное воздействие однойГЭС будет на 50 % выше, чем у альтернативыиз 3 плотин. Воздействие одной ГЭС здесьвыше, потому что полезная емкость одногоГраматухинского водохранилища с болеевысокой плотиной значительно больше, чемтаковая трех низконапорных нижнезейскихГЭС, а остальные характеристики оченьблизки в силу того, что это компактныйкаскад русловых контррегуляторов ЗейскойГЭС. Таким образом, ни в коем случае нельзяоднозначно сказать, что высокие плотинылучше низких.
Рис. 2. Сравнение воздействий одной высокой и нескольких низких плотин в сценариях
Мы также рассматривали большие и меньшие ГЭС с выработкой больше и меньше 2 млрд. кВтч в год. Для сравнения даны сценарии - комбинации ГЭС со сходной суммарной выработкой. Рисунок 3 располагает эти сценарии в порядке нарастания удельного интегрального воздействия. В общем случае почти на каждую «большую ГЭС» и русловые ГЭС не учитывались в данном анализе). На рисунке 3 видно, что число больших ГЭС (сценарии 16-23) с меньшим удельным интегральным воздействием существенно выше, чем количество непересекающихся наборов меньших ГЭС (сненарии 23-27) с аналогичными удельными показателями.
Рис. 3. Сравнение крупных и наборов мелких ГЭС
в бассейне можно найти как более, так именее «экологически вредную» комбинациюменьших по выработке плотин.
Но выбор очень ограничен, т. к. объемвозможной выработки на всех 25 меньших ГЭСвдвое ниже суммарной выработки 10 крупныхГЭС бассейна (плотины-контррегуляторы
Главное русло или притоки.Верховья, низовья - что лучше?
В какой части бассейна реки - в верховьях или в низовьях - лучше строить ГЭС?Многие авторы рекомендуют «не строить наглавном русле», но для многих рек с равно
великими притоками однозначно «главное»русло начинается уже недалеко от устья. Мыиспользовали определение, что индивидуальная ГЭС расположена тем «выше», чем меньше % бассейна, блокированный ею. Возможны еще несколько альтернативных определений (расстояние до устья, положение в рельефе, размерный класс блокируемых притоков,их место в речной сети и т. д.).
Чтобы снизить влияние случайных факторов, мы сгруппировали ГЭС в 9 сценариев содинаковой суммарной выработкой (5-6 млрд.кВтч в год), каждая группа включала ГЭС сблизкими индивидуальными значениями блокированного бассейна. На главном русле (т. е.в нижнем течении) большинство ГЭС сверхкрупные, и их нельзя собрать в группу с тойже выработкой для сглаживания индивидуальных особенностей. (В сценариях также не использовались каскады и контррегуляторы.)
Несмотря на эту тенденцию, также естьсценарии, в которых ГЭС, расположенныениже на притоках, будут оказывать меньшеевоздействие, чем вышерасположенные (сценарий 31 дает меньшее удельное воздействие,чем сценарии 29 и 30). В сценарии 31 ГЭС напритоке, близком к устью (т. е. р. Амгунь),приведет к меньшему снижению поемности,чем ГЭС в самых верховьях речной системы,так как ниже этого створа расположена меньшая площадь пойм.
Нам представляется, что одним из ключевых факторов при расположении ГЭС все жеявляется форма речных долин бассейна. В верховьях Амура немногие притоки текут по узкимглубоким каньонам с большими перепадамивысот, а весьма обычны широкие болотистыедолины в верховьях рек. Именно это, наравне свлиянием на нижележащие поймы, обусловливает колоссальное воздействие Зейского моря
Рис.4. Взаимоотношение между факторами воздействия в разных сценарияхс расположением ГЭС выше и ниже по течению
Мы видим некоторое увеличение удельного воздействия при сдвиге створов вниз потечению от сценария 28 к сценариям 34-36.Это обусловлено прежде всего ростом фрагментации бассейна, тогда как изменениедругих показателей воздействия не имееточевидной тенденции. В низовьях удельноевоздействие в среднем в 2-2,5 раза выше,чем для ГЭС в верховьях. Мы предполагаем,что это и есть пресловутый феномен «главного русла».
(сценарий 33). Соответственно в ином бассейне с более расчлененным рельефом в верховьях(и среднем течении) выгоды от размещения тамГЭС должны быть более очевидны, но возможны несколько иные соотношения между расположением и удельным воздействием ГЭС.В любом случае ГЭС на «главном русле», отсекающая более 20 % бассейна, будет характеризоваться худшими удельными показателямивоздействия, чем большинство ГЭС на притоках выше по течению.
Уже затронутые и еще не затронутыепритоки. Каскады ГЭС
Так как на практике мы обычно имеемдело с уже затронутыми строительством ГЭСбассейнами, то в литературе встречаются рекомендации: «не осваивать новые притоки»,«строить ГЭС на тех же притоках», «оставитьбез ГЭС как можно больше притоков ниже потечению и главное русло» и т. п.
В качестве базы для анализа мы беремсценарий с двумя ГЭС: Зейской (№ 22) и Бу-рейской (№ 38). В 11 сценариях показаны результаты застройки освоенных и не освоенных суббасейнов и распределение в бассейнедополнительной выработки 6-8 млрд. кВтч вгод (т. е. равной Бурейской ГЭС).
На рисунке 5 сценарий 37 представляетвоздействие Зейской и Бурейской ГЭС, сценарии 38 и 40 - разные варианты каскадногосуществующих. Это связано с меньшимидополнительными приращениями заблокированного бассейна, меньшим изменениемрежима наносов, а также тем, что бассейнне дробится на равномерные крупные куски,но от него отрезаются мелкие сегменты наодном-единственном участке. Дополнительный плюс - более эффективная выработкаэнергии на «русловых» станциях, работающих на стоке, уже зарегулированном другимиГЭС выше по течению.
Иными словами, «локальная экологическая катастрофа», причиняемая каскадом, сочетается с меньшим суммарным воздействием на бассейн в целом. Наиболее показателенкаскад из пяти ГЭС на Бурее. Его суммарноевоздействие на бассейн Амура меньше, чемвоздействие Зейской ГЭС, но от экосистемыреки Бурея останется цепочка водохранилищ.Малое дополнительное воздействие объяс-
Рис. 5. Сценарии «добавлений» к Зейской и Бурейской ГЭСс выработкой 18-20 млрд. кВт.ч/год
освоения верхней-средней Зеи и Буреи. Сценарий 44 предполагает строительство контррегуляторов Зейской и Бурейской ГЭС иосвоение нового притока Зеи - р. Селемджа -и отличается большим на 10 % воздействием,так как блокирует ранее не затронутый суббассейн.
Во всех случаях наименьшим воздействием на бассейн отличаются сценарии скаскадным размещением ГЭС вокруг уженяется еще и тем, что уже сегодня БурейскаяГЭС блокирует 92 % бассейна Буреи. Такимобразом, пока не установлены нормы допустимого воздействия предельно допустимойнагрузки на отдельные притоки; каскады ГЭСпредставляются важнейшим инструментомснижения экологических воздействий приравной выработке.
Но каскад каскаду рознь, и строительство всего одной дополнительной русловой
Хинганской ГЭС (сценарий 45) на главномрусле Амура (т. е. на частично регулируемомстоке от существующих ГЭС) приведет к резкому росту как абсолютных, так и удельныхвоздействий. Это связано с тем, что в данномкаскаде велик прирост блокируемой площади, вторичной фрагментации, нарушений врежиме наносов.
Наибольшим воздействием отличаютсясценарии, где ГЭС равномерно распределены по разным суббассейнам - экорегионам.Решающим фактором роста воздействия является (первичная и вторичная) фрагментация (т. е. прирост блокированной площади идробление бассейна на крупные куски). Например, сценарий 47, который спроектированнами как максимум воздействий от ГЭС в известных створах в бассейне. К сожалению,сценарий 46, отражающий воздействие нынесуществующих 14 плотин, очень близок кнему по показателям.
Снижение удельного интегральноговоздействия и оптимизация освоениягидропотенциала
Создание каскадов - лишь один из частных случаев «оптимизации» размещения ГЭС.Среди выявленных нами «наименее вредных»сценариев только в половине случаев основусоставляли каскады на Зее и Бурее. Остальные сценарии компоновались из небольшихГЭС на иных притоках с минимальным размером блокированного бассейна. Так, сценарий 42 использует 8 «наименее вредных» поинтегральным удельным показателям ГЭС, иего воздействие вполне сравнимо с лучшимиобразцами «каскадного размещения». Результат улучшается, если сопрячь два подхода ииспользовать только комбинацию каскадов наоснове «наименее вредных» ГЭС (сценарии43 и 41). Сценарий 39 оптимально сочетаеткаскадность и «наименьшее воздействие» исопряжен самым низким воздействием.
Выводы
Хотя учет абсолютных показателей воздействия ГЭС в сочетании с особенностямиречной экосистемы даст нам больше информации для суждения о нагрузке на экосистемы бассейна, анализ удельного воздействиядает возможность учесть также интересыустойчивого развития гидроэнергетики.
Оценка индивидуальных ГЭС дает хорошие ориентиры для прогнозирования разныхсценариев развития гидростроительства. Припрочих равных предпочтительно строительство ГЭС, обладающих меньшими удельными показателями воздействия и соответственно наибольшей социально-экологической иэкономической эффективностью.
Для одной и той же суммарной дополнительной выработки в 7000 млн. кВтч в годразмер прироста интегральных значений экологического воздействия различается от 1,3до 17 %, т. е. в 13 раз (!), указывая на огромную разницу между экологической опасностью разных сценариев гидростроительстваи соответственно на огромный потенциалоптимизации планов строительства ГЭС вбассейне. Но вместо поисков путей оптимизации энергетические компании и водохозяйственная наука обычно рассказывают нам,что строительство дополнительных ГЭС прибавит сравнительно небольшое воздействиепо сравнению с уже достигнутым ранее. Результатом является современное осовениебассейна по сценарию, близкому к худшемуиз возможных.
Правила оптимизации в освоенных бассейнах:
минимизация приращения блокируемой плотинами площади бассейна;
отбор в сценарий ГЭС с наименьшимудельным интегральным воздействием.
Кроме того, важно отслеживать и специально рассматривать сценарии с максимальновысокими значениями отдельных показателейвоздействия, т. к. осмысленное нормированиевоздействий возможно только по отдельнымпоказателям, имеющим четкий экологический смысл, а не по их среднему геометрическому, ибо сильно обесценивается 100 %-наясохранность речных местообитаний, если80 % бассейна намертво блокировано плотиной в низовьях реки.
Остальные важнейшие правила касаются:
учета влияния ГЭС на разнообразиеэкосистем;
учета сравнительной ценности суббассейнов и природных объектов;
- способов нормирования предельно допустимых воздействий как для бассейна вцелом, так и для отдельных суббассейнов итипов речных экосистем.
Очевидно, что возможности оптимизациитем больше, чем меньше планируемый объемполучения энергии по сравнению с общим гидропотенциалом бассейна. Речная сеть вовсене является возобновимым энергетическимресурсом - он вполне наглядно конечен. На«экологически приемлемых ГЭС» можно изъять только определенную небольшую часть отгидроэнергетического потенциала бассейна, адалее выбор будет между «плохими» и «оченьплохими» вариантами (рис. 5).
При этом в рамках традиционных проектных решений, наработанных в прошломвеке (крупные плотинные ГЭС), выбор вариантов для «устойчивого гидростроительства»в рамках огромного Амурского бассейнавесьма невелик. Это максимум 28 гВтч в год,из которых 13 гВтч в год приходится на ужепостроенные на 2010 год ГЭС. За пределамиэтого начинаются, очевидно, неэффективныепо социально-экологическим меркам решения.
Легко предсказать, что при конечнойэкологической емкости Амурского бассейнаглавным ограничительным фактором станетнакопленный ущерб от уже созданных «неудовлетворительных и вредных ГЭС». Так,сейчас три из них производят 5,6 млрд. кВтчв год, а суммарный интегральный ущерб отних составляет 13 430 км2. В то время как 6«удовлетворительных» ГЭС производят 13,4млрд. кВтч в год с ущербом в 9 670 км2.
Результатом нашей дальнейшей работыстанет свод рекомендаций о минимизацииэкологического ущерба при оптимизации выработки электроэнергии на ГЭС в бассейнереки на примере Амура, а также предполагаемые ограничения на предельное развитиеотрасли в бассейне в целом и каждом из суббассейнов.
Библиографический список
Егидарев Е., Симонов Е. Подходы к сценарной оценке совокупного воздействия гидроэлектростанций на бассейн. Амурский пример // V «РЕКИ СИБИРИ». Томск, 2010.
Егидарев Е.Г., Мартынов А.С., Симонов Е.А. Экспресс-анализ экологических последствий разныхсценариев освоения гидроэнергетического потенциала речного бассейна (на примере верхней части бассейна Амура). Портал «Белая книга. Плотины и развитие». URL: http://www.russiandams.ru/reviews/ecologicheskaya-otsenka-ges/otsenka-amurskih-ges.php
Mekong River Commission (MRC). Strategic Environmental Assessment (SEA) for hydropower development projects proposed on the mainstream Mekong River. 2010. URL: http://www.mrcmekong.org/ish/SEA/SEA-Main-Final-Report.pdf
Егидарев Е.Г.1, Симонов Е.А.2
1 Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Амурский филиал Всемирного фонда дикой природы
(WWF России), Россия
2 Международная коалиция «Реки без границ», Программа WWF по бассейну Амура, Россия
ESSENTIAL HYDROPOWER QUESTIONS: ONE BIG DAM OR MANY SMALL ONES?