ВЕЧНЫЕ ВОПРОСЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ: ОДНА БОЛЬШАЯ ИЛИ МНОГО МАЛЕНЬКИХ?

Many assumptions of the past regarding relative environmental impact of different hydropower schemes are revisited by using consistent impact assessment method. Paper seeks to provide guidance on optimization of energy output and its environmental costs.

В прошлом году на «Реках Сибири» мы рассказывали о методике оценки совокупного влияния нескольких ГЭС («сценариев освое­ния») на экологическое состояние бассейна; об основе методики расчетов воздействия ГЭС на экосистемы 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 на экологическое состояние бассейна мы произ­вели расчеты трех показателей:

1. Изменение гидрологического режима поймы в нижних бьефах плотин. Рассчитана площадь и доля ( %) измененных воздействи­ем плотины пойменных экосистем ниже её створа от всех пойм крупных водотоков бас­сейна.

2. Трансформация водных экосистем выше плотин. Рассчитана площадь и доля ( %) водохранилища (измененной водной эко­системы) от площади всех водных экосистем бассейна.

3. Первичная фрагментация речного бас­сейна. Рассчитана площадь и доля (%) блоки­рованной плотиной части речного бассейна [1].

Первые два показателя для одной и той же плотины в любом сценарии вносят один и тот же вклад в суммарное воздействие, а фрагментация зависит от взаимного располо­жения плотин в сценарии.

Способы применения вышеописанной оценки мы докладывали на предыдущей кон­ференции [1]. С тех пор мы расширили набор показателей, включив:

4. Вторичную фрагментацию бассейна - степень расчленения бассейна плотинами (выраженная как % утраченных путей пере­движения по речной сети).

5. Изменение естественного стока нано­сов, выраженное как доля (%) стока, прошед­шая через плотины и не доставившая наносы на нижележащие участки.

Результирующую оценку по сценарию мы отобразили в виде интегрального воздей­ствия - среднегеометрического всех рассма­триваемых показателей воздействия [2].

Площадь (или %) измененных экосистем можно поделить на объем вырабатываемой (или планируемой к выработке) электроэнергии и тем самым сравнить удельные воздействия для разных сценариев. Более точная оценка по­лучается при сравнении удельных воздействий раздельно по каждому показателю воздействия. В связи с этим нами рассчитаны удельные воз­действия для всех предложенных показателей.

Классификация индивидуальных ГЭС по трем удельным показателям

Всего в Амурском бассейне мы анали­зируем 56 створов, где к 2010 г. на 14 уже по­

строены ГЭС (рис. 1). Используемый в анализе набор представляет 70-80 % всего технически доступного гидроэлектропотенциала бассейна.
 

Рис. 1. Бассейн Амура

По классификации и расчетам средних по бассейну удельных показателей из масси­ва сразу исключено 9 объектов, для которых выработка электроэнергии является подчи­ненной задачей по сравнению с водоснабже­нием, судоходством и т. д. В таких гидроузлах меньшая часть водных ресурсов из полезного объема водохранилища используется для про­изводства электроэнергии. Мы также сразу оговоримся, что не рассматриваем «истинные малые ГЭС» мощностью не более 10 МВт, т. к. не располагаем данными о тысячах потенци­альных створов. С точки зрения массовой вы­работки, МГЭС не являются альтернативой большим и средним, поскольку способны вы­рабатывать на порядок меньше энергии.

Далее для 47 плотин были подсчитаны средние удельные показатели воздействия. В Амурском бассейне при выработке 1 мил­лиона киловатт часов в год в среднем изме­нения пойменно-руслового комплекса ниже по течению охватывают 0,6-0,8 км², и созда­ется 0,21-0,24 км² водохранилищ. Мы пред­положили, что плотины, не превышающие средние по бассейну удельные воздействия, по первым двум показателям являются более «экологичными».

Для третьего показателя нами применен иной подход, базирующийся на градации аб­солютных показателей прироста блокиро­вания бассейна по отношению к ситуации 2010 г. На весь пул 42 проектов имеется всего 8 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 одной ГЭС более 10 % бассейна оценивается нами как «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 «Неудовлетворительные ГЭС» попадают 16 ГЭС, среди них только одна действующая - Веньдегень (№ 50). Сюда входят ГЭС с приростом блокированного бас­сейна менее 1 %, а также с существенным превышением среднего значения по бассейну первого и / или второго удельных показателей.

В категорию «Вредные ГЭС» вошли 15 ГЭС, у которых:

• первый и второй показатель ниже сред­него, а прирост блокированного бассейна бо­лее 1 %;

• удельное воздействие в нижнем бьефе ниже среднего, удельная площадь водохрани­лища выше средней, а прирост блокированно­го бассейна 10 % и более;

• превышены и первый, и второй средние удельные показатели, прирост блокированно­го бассейна более 1 %.

«Вредными ГЭС» оказываются очень разнообразные объекты, в том числе две дей­ствующие - Зейская (№ 22) и Ниерцзи (№ 45).

Многие ГЭС данной категории являются «русловыми», работающими на естествен­ном стоке, практически не трансформируя гидрологический режим в нижнем бьефе (но все же кардинально пресекая сток наносов). Эти ГЭС могут функционировать только или предпочтительно как получатели стока, уже отрегулированного водохранилищами выше­лежащих ГЭС с большим полезным объемом. Удельные интегральные показатели русловых ГЭС 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 иными ГЭС.

Интересно отметить, что недавний от­чет о стратегической оценке проектов ГЭС на главном русле Меконга [3] показывает сход­ную подавляющую роль «русловых» ГЭС в сценариях будущего развития. Это идет враз­рез с распространенным представлением о всяких русловых станциях как «экологически чистых». Очевидно, что ущерб от такой ГЭС будет тем ниже, чем меньше дополнительной площади бассейна будет заблокировано при ее строительстве.

Одна большая или много маленьких?

Часто приходится слышать, что «большие ГЭС» хуже многих маленьких. Размер ГЭС не всегда воспринимается однозначно, под этим понятием можно понимать: высоту плотины, емкость водохранилища, мощность и т. д. Мы перевели все показатели воздействия ГЭС в удельные значения, отнесли их к единице выработки. Затем составили сравнительные сценарии размещения ГЭС в бассейне, где участвуют крупные и наборы мелких гидроузлов, и рассчитали их влияние.

На первом графике показаны воздействия высоких плотин (сценарии 1-7) и наборов более низких плотин сходной высоты (сценарии 8-15). Из рисунка 2 видно, что высокие плотины в ряде случаев несут меньшее воздействие, чем наборы небольших невысоких ГЭС.

Мы полагаем, это связано с тем, что увеличение высоты плотины непосредственно увеличивает эффективность использования стока. Возможен рост воздействий от прироста площади и полезного объема водохранилища, регулирующего сток. Одновременно фрагмен­тация бассейна и изменение стока наносов, как правило, существенно ниже, чем для группы меньших ГЭС. На водохранилищах в глубоких узких долинах вторая тенденция часто преобладает над первой.

Но есть множество исключений. Например, совсем недавно Русгидро предложило вместо ранее планировавшихся трех малых низконапорных нижнезейских ГЭС (створы № 23-24-25; сценарий 15) построить одну среднеразмерную Граматухинскую ГЭС (сценарий 15 а) с более высокой плотиной. Согласно нашей оценке, удельное интегральное воздействие одной ГЭС будет на 50 % выше, чем у альтернативы из 3 плотин. Воздействие одной ГЭС здесь выше, потому что полезная емкость одного Граматухинского водохранилища с более высокой плотиной значительно больше, чем таковая трех низконапорных нижнезейских ГЭС, а остальные характеристики очень близки в силу того, что это компактный каскад русловых контррегуляторов Зейской ГЭС. Таким образом, ни в коем случае нельзя однозначно сказать, что высокие плотины лучше 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.

в бассейне можно найти как более, так и менее «экологически вредную» комбинацию меньших по выработке плотин.

Но выбор очень ограничен, т. к. объем возможной выработки на всех 25 меньших ГЭС вдвое ниже суммарной выработки 10 крупных ГЭС 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 на главном русле», но для многих рек с равно­

великими притоками однозначно «главное» русло начинается уже недалеко от устья. Мы использовали 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 с одинаковой суммарной выработкой (5-6 млрд. кВтч в год), каждая группа включала ГЭС с близкими индивидуальными значениями бло­кированного бассейна. На главном русле (т. е. в нижнем течении) большинство ГЭС сверх­крупные, и их нельзя собрать в группу с той же выработкой для сглаживания индивидуаль­ных особенностей. (В сценариях также не ис­пользовались каскады и контррегуляторы.)

Несмотря на эту тенденцию, также есть сценарии, в которых ГЭС, расположенные ниже на притоках, будут оказывать меньшее воздействие, чем вышерасположенные (сце­нарий 31 дает меньшее удельное воздействие, чем сценарии 29 и 30). В сценарии 31 ГЭС на притоке, 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 же является форма речных долин бассейна. В вер­ховьях Амура немногие притоки текут по узким глубоким каньонам с большими перепадами высот, а весьма обычны широкие болотистые долины в верховьях рек. Именно это, наравне с влиянием на нижележащие поймы, обусловли­вает колоссальное воздействие Зейского моря

Мы видим некоторое увеличение удель­ного воздействия при сдвиге створов вниз по течению от сценария 28 к сценариям 34-36. Это обусловлено прежде всего ростом фраг­ментации бассейна, тогда как изменение других показателей воздействия не имеет очевидной тенденции. В низовьях удельное воздействие 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 там ГЭС 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 показателями воздействия, чем большинство ГЭС на прито­ках выше по течению.

Уже затронутые и еще не затронутые притоки. Каскады ГЭС

Так как на практике мы обычно имеем дело с уже затронутыми строительством ГЭС бассейнами, то в литературе встречаются ре­комендации: «не осваивать новые притоки», «строить ГЭС на тех же притоках», «оставить без ГЭС как можно больше притоков ниже по течению и главное русло» и т. п.

В качестве базы для анализа мы берем сценарий с двумя ГЭС: Зейской (№ 22) и Бу- рейской (№ 38). В 11 сценариях показаны ре­зультаты застройки освоенных и не освоен­ных суббасейнов и распределение в бассейне дополнительной выработки 6-8 млрд. кВтч в год (т. е. равной Бурейской ГЭС).

На рисунке 5 сценарий 37 представляет воздействие Зейской и Бурейской ГЭС, сце­нарии 38 и 40 - разные варианты каскадного существующих. Это связано с меньшими дополнительными приращениями заблоки­рованного бассейна, меньшим изменением режима наносов, а также тем, что бассейн не дробится на равномерные крупные куски, но от него отрезаются мелкие сегменты на одном-единственном участке. Дополнитель­ный плюс - более эффективная выработка энергии на «русловых» станциях, работаю­щих на стоке, уже зарегулированном другими ГЭС выше по течению.

Иными словами, «локальная экологиче­ская катастрофа», причиняемая каскадом, со­четается с меньшим суммарным воздействи­ем на бассейн в целом. Наиболее показателен каскад из пяти ГЭС на Бурее. Его суммарное воздействие на бассейн Амура меньше, чем воздействие Зейской ГЭС, но от экосистемы реки Бурея останется цепочка водохранилищ. Малое дополнительное воздействие объяс-

освоения верхней-средней Зеи и Буреи. Сце­нарий 44 предполагает строительство кон­тррегуляторов Зейской и Бурейской ГЭС и освоение 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 с каскадным размещением ГЭС вокруг уже няется еще и тем, что уже сегодня Бурейская ГЭС блокирует 92 % бассейна Буреи. Таким образом, пока не установлены нормы допу­стимого воздействия предельно допустимой нагрузки на отдельные притоки; каскады ГЭС представляются важнейшим инструментом снижения экологических воздействий при равной выработке.

Но каскад каскаду рознь, и строитель­ство всего одной дополнительной русловой

Хинганской ГЭС (сценарий 45) на главном русле Амура (т. е. на частично регулируемом стоке от существующих ГЭС) приведет к рез­кому росту как абсолютных, так и удельных воздействий. Это связано с тем, что в данном каскаде велик прирост блокируемой площа­ди, вторичной фрагментации, нарушений в режиме наносов.

Наибольшим воздействием отличаются сценарии, где ГЭС равномерно распределе­ны по разным суббассейнам - экорегионам. Решающим фактором роста воздействия яв­ляется (первичная и вторичная) фрагмента­ция (т. е. прирост блокированной площади и дробление бассейна на крупные куски). На­пример, сценарий 47, который спроектирован нами как максимум воздействий от ГЭС в из­вестных створах в бассейне. К сожалению, сценарий 46, отражающий воздействие ныне существующих 14 плотин, очень близок к нему по показателям.

Снижение удельного интегрального воздействия и оптимизация освоения гидропотенциала

Создание каскадов - лишь один из част­ных случаев «оптимизации» размещения ГЭС. Среди выявленных нами «наименее вредных» сценариев только в половине случаев основу составляли каскады на Зее и Бурее. Осталь­ные сценарии компоновались из небольших ГЭС на иных притоках с минимальным раз­мером блокированного бассейна. Так, сцена­рий 42 использует 8 «наименее вредных» по интегральным удельным показателям ГЭС, и его воздействие вполне сравнимо с лучшими образцами «каскадного размещения». Резуль­тат улучшается, если сопрячь два подхода и использовать только комбинацию каскадов на основе «наименее вредных» ГЭС (сценарии 43 и 41). Сценарий 39 оптимально сочетает каскадность и «наименьшее воздействие» и сопряжен самым низким воздействием.

Выводы

Хотя учет абсолютных показателей воз­действия ГЭС в сочетании с особенностями речной экосистемы даст нам больше инфор­мации для суждения о нагрузке на экосисте­мы бассейна, анализ удельного воздействия дает возможность учесть также интересы устойчивого развития гидроэнергетики.

Оценка индивидуальных ГЭС дает хоро­шие ориентиры для прогнозирования разных сценариев развития гидростроительства. При прочих равных предпочтительно строитель­ство ГЭС, обладающих меньшими удельны­ми показателями воздействия и соответствен­но наибольшей социально-экологической и экономической эффективностью.

Для одной и той же суммарной дополни­тельной выработки в 7000 млн. кВтч в год размер прироста интегральных значений эко­логического воздействия различается от 1,3 до 17 %, т. е. в 13 раз (!), указывая на огром­ную разницу между экологической опасно­стью разных сценариев гидростроительства и соответственно на огромный потенциал оптимизации планов строительства ГЭС в бассейне. Но вместо поисков путей оптими­зации энергетические компании и водохозяй­ственная наука обычно рассказывают нам, что строительство дополнительных ГЭС при­бавит сравнительно небольшое воздействие по сравнению с уже достигнутым ранее. Ре­зультатом является современное осовение бассейна по сценарию, близкому к худшему из возможных.

Правила оптимизации в освоенных бас­сейнах:

• минимизация приращения блокируе­мой плотинами площади бассейна;

• отбор в сценарий ГЭС с наименьшим удельным интегральным воздействием.

Кроме того, важно отслеживать и специ­ально рассматривать сценарии с максимально высокими значениями отдельных показателей воздействия, т. к. осмысленное нормирование воздействий возможно только по отдельным показателям, имеющим четкий экологиче­ский смысл, а не по их среднему геометриче­скому, ибо сильно обесценивается 100 %-ная сохранность речных местообитаний, если 80 % бассейна намертво блокировано плоти­ной в низовьях реки.

Остальные важнейшие правила касаются:

• учета влияния ГЭС на разнообразие экосистем;

• учета сравнительной ценности суббас­сейнов и природных объектов;

- способов нормирования предельно до­пустимых воздействий как для бассейна в целом, так и для отдельных суббассейнов и типов речных экосистем.

Очевидно, что возможности оптимизации тем больше, чем меньше планируемый объем получения энергии по сравнению с общим ги­дропотенциалом бассейна. Речная сеть вовсе не является возобновимым энергетическим ресурсом - он вполне наглядно конечен. На «экологически приемлемых ГЭС» можно изъ­ять только определенную небольшую часть от гидроэнергетического потенциала бассейна, а далее выбор будет между «плохими» и «очень плохими» вариантами (рис. 5).

При этом в рамках традиционных про­ектных решений, наработанных в прошлом веке (крупные плотинные ГЭС), выбор вари­антов для «устойчивого гидростроительства» в рамках огромного Амурского бассейна весьма невелик. Это максимум 28 гВтч в год, из которых 13 гВтч в год приходится на уже построенные на 2010 год ГЭС. За пределами этого начинаются, очевидно, неэффективные по социально-экологическим меркам реше­ния.

Легко предсказать, что при конечной экологической емкости Амурского бассейна главным ограничительным фактором станет накопленный ущерб от уже созданных «не­удовлетворительных и вредных ГЭС». Так, сейчас три из них производят 5,6 млрд. кВтч в год, а суммарный интегральный ущерб от них составляет 13 430 км². В то время как 6 «удовлетворительных» ГЭС производят 13,4 млрд. кВтч в год с ущербом в 9 670 км².

Результатом нашей дальнейшей работы станет свод рекомендаций о минимизации экологического ущерба при оптимизации вы­работки электроэнергии на ГЭС в бассейне реки на примере Амура, а также предпола­гаемые ограничения на предельное развитие отрасли в бассейне в целом и каждом из суб­бассейнов.

Библиографический список

• 1. Егидарев Е., Симонов Е. Подходы к сценарной оценке совокупного воздействия гидроэлектро­станций на бассейн. Амурский пример // V «РЕКИ СИБИРИ». Томск, 2010.

  2. Егидарев Е.Г., Мартынов А.С., Симонов Е.А. Экспресс-анализ экологических последствий разных сценариев 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

  3. 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?

     Evgeny Egidarev, Eugene Simonov

     источник: http://damba.org/novosti/materialy-k-vi-mezhdunarodnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-reki-sibiri-krasnoyarsk-2011-god.html