Гидроэнергетика

Оценка влияния изменений климата на выработку энергии ГЭС имеет важнейшее значение для разработки стратегии развития экономики страны. Изменения климата влияют, в первую очередь, на следующие характеристики функционирования и развития гидроэнергосистем: •

изменение потенциальных гидроэнергоресурсов страны; •

изменение фактической выработки энергии на существующих ГЭС; •

изменение потребной гарантированной выработки электроэнергии, связанное с климатическими изменениями (например, вследствие снижения энергозатрат на отопление зданий или уменьшения энергопотребления орошаемого земледелия при снижении оросительных норм).

Оценка и прогноз влияния изменений климата на гидроэнергетику затрудняется тем, что в современных условиях ГЭС приходится рассматривать не только как объект энергосистем, но и в качестве одного из объектов комплексных водохозяйственных систем, использующих речной сток для достижения одновременно или последовательно нескольких целей.

Изменение выработки гидроэлектроэнергии на конкретных ГЭС в отдельные годы при неизменности технических условий функционирования их оборудования и стабильности экономической ситуации в значительной степени зависит от притока воды к створу гидроузла.

Is

О CL>

ч ч И m

I 18 I X

ь

w «О

В Й Я Р,

ь я а Я щ И

И Ї»

К и о м

а и Е- ? .

а ч h

Ч ш m

в « к «

g я.

ю

Я «

& >?

к

К Е- ш

С-ч ft 4) В (О

о ft 4

к

сЗ И

са t- са 5

к ч &J

с? к

в ф

ч

И

СИ

н о

к о

Сч

о к л

s к

И

О в й Р,

fe В

К 4

в к

ей ft X о ч: о га 5

S

N о 0

<В Рч 4 Й A CJ

. „ S

Boa 4

ч ^

-» I

Є 1 00 в со - -О . - в со 03 В [_

л а *

и 5 s 1

§ Ь | м Б

Ч

& m & В в 3 0

? 1

оз л

к

jS s 2

в н

И Е>> і— « & О

& в

m ц I 5

4S 3

ш . S S s

- Й в в

В"« Ь 1

« &

3 S в

Bgfe " & 3

л ? ч 5

В ш

К CQ СЙ Н

а Н ?

О к 4

S о о п X Й ? ё 5

0J д

^ Ч

\Q C1J

О CJ 3

со

^ л

g К

S к <

к в N 4

X

&

В ч В в й

а я

* 5

ю о

ч

Рн

к в № к К

ч га

as «

а .

? «1 и ^

О щ

Сй О

о А, и о ч

со

ю со ю

>> I

О I

ft см

чс .

К Й

Fh В

CU

S s

Й VD

а> К

О

р «3

gs

f s

krH ю »=і О! - OS

4S В

к

о га

о X К К

. Я

Ф И

Ol I"!

- ?

сравнению с проектными значениями, что является следствием неполного использования стока и повышения уровня воды нижнего бьефа. Для Ангаро-Енисейских ГЭС, обладающих большими регулирующими возможностями водохранилищ, высокими значениями установленных мощностей и высоким напором на ГЭС, коэффициент снижения прироста выработки энергии относительно прироста стока оценивается равным 0,98.55

Статистический анализ многолетних рядов годового и сезонного стока продолжительностью не менее 50—60 лет более 300 средних рек России с минимальным влиянием хозяйственной деятельности на годовой и сезонный сток позволил оценить реальные тенденции современных изменений речного стока и водного режима на территории страны.

Основной особенностью современных изменений водного режима рек на преобладающей части территории страны является существенное увеличение в последние 25—30 лет водности в меженные периоды, особенно в зимние месяцы.

На европейской части России (ЕЧР) водность рек в зимний сезон увеличилась на 50—100 % . На азиатской части России (АЧР) статистически значимые положительные тренды зимнего стока отмечаются в бассейне Лены (реки Витим, Олекма, Алдан, Амга) и на левобережных притоках Иртыша и Тобола. В бассейне Лены зимний сток за последние 20—25 лет увеличился на 10—30 %, на реках Иртыше и Тоболе — на 40—70 %.

Летне-осенний сток увеличился также на большей части территории России, причем наиболее отчетливо этот процесс проявился на реках лесостепной и степной зон ЕЧР. Существенное увеличение летне-осеннего стока наблюдается и в лесной зоне ЕЧР южнее 60° с. ш., где для большей части рек оно составило 30—50 %. Севернее этой зоны для большинства бассейнов также отмечается увеличение стока, но не более чем на 20—25 %.

В отличие от зимнего и летне-осеннего стока динамика несен него стока рек в разных регионах России различается по хйрнк теру и по знаку. Уменьшение весеннего стока в верховьях Волги, в бассейнах рек Оки и Суры составило 10—20 %, практически на всех реках бассейна Дона и российской части Днепра — 10— 30 %. Напротив, в ряде регионов имело место некоторое увели чение весеннего стока, как, например, в северной части бассей на Волги, на реках и Ветлуге ?— на 15—25 % , в бассейне

Камы — на 5—15 %. В то же время, заметных изменений стока не обнаружено в южной части ЕЧР — в бассейнах рек Кубани, Кумы и Терека.

На АЧР увеличение водности в летне-осеннее время наблюдается на тех же реках, где отмечается увеличение зимнего стока, — на левобережных притоках Тобола и Иртыша и в бассейне Лены. Летне-осенний сток в этих бассейнах возрос на 10—20 %.

В результате произошедших изменений сезонного стока годовой сток рек в большинстве районов страны в последние десятилетия также превысил норму. В последние 25—30 лет повышенная фаза водности отмечается на большей части территории ЕЧР. Самое значительное увеличение годового стока (на 15—40 %) имело место в бассейнах рек, расположенных между 56 и 60° с. ш. При этом рост меженного стока обусловил увеличение водных ресурсов даже в бассейнах рек юго-запада ЕЧР, где произошло снижение стока весеннего половодья. Анализ данных наблюдений за последние сто лет позволил придти к выводу о том, что такая ситуация сложилась впервые, так как ранее все значительные маловодные и многоводные фазы определялись, прежде всего, величиной стока весеннего половодья.

На территории АЧР наиболее значительное (20—40 % ) увеличение стока отличалось на реках, сток которых формируется на восточном склоне Уральских гор, в широтном поясе 56—60° с. ш. (левые притоки Тобола и Иртыша). Повышение водности наблюдалось на большей части бассейна Лены, где годовой сток реки Вилюй превысил норму на 25—30 %. Относительно небольшое увеличение годового стока отмечалось в бассейнах рек северо- востока России (Анабар, Оленек, Яна, Индигирка). Существенное уменьшение годового стока произошло только в одном регионе АЧР — в бассейне Верхней Оби, где оно составило от 5 до 20 % . І Іезначительное уменьшение годового стока (в пределах 5 %) отмечается в бассейне Верхнего Енисея. Результаты расчетов водных ресурсов на территории Российской Федерации на ближайшую перспективу, полученные как в России, так и в других странах с использованием различных методических подходов и климатических сценариев будущего, свидетельствуют о том, что для рек бассейна Северного Ледовитого океана, а также бассейна Волги получены согласованные оценки об увеличении их водных ресурсов.

Ожидаемое (в соответствии с климатическими сценариями) в ближайшие десятилетия изменение притока воды в существующие водохранилища большинства ГЭС России в основном благоприятно скажется на выработке электроэнергии. Исключение составляют Цимлянская, Новосибирская и Зейская ГЭС, на которых уменьшение выработки электроэнергии под воздействием изменений климата может составить до 3—10 % проектной. Ситуация на этих ГЭС может усугубиться до критической, если будет наблюдаться затяжное маловодье в пределах водосборов их водохранилищ.

Принимая во внимание ожидаемое повышение температуры воздуха в зимний период и увеличение среднего годового притока воды в водохранилища, а также тренды, наметившиеся в многолетних рядах притока воды по кварталам, в осенне-зимний период можно ожидать повышенного притока практически ко всем существующим водохранилищам России. Исключение составляет полезный приток в водохранилища Кольского полуострова и приток в Зейское водохранилище.

С учетом имеющихся тенденций в рядах притока воды, а также ожидаемого изменения весеннего стока по рекам, впадающим в водохранилища, наиболее вероятными в 2010—2020 гг. являются изменения притока воды в водохранилища в пределах 20 %. При этом уменьшение притока во втором квартале ожидается только в Цимлянское (10—15 %) и Новосибирское (5—10 %) водохранилища. Такое внутригодовое распределение стока благоприятно для большинства районов России, так как в зимнее время возрастают бытовые нагрузки на энергетические системы страны.

Ожидаемые изменения среднего годового притока воды в крупнейшие водохранилища России, которые оцениваются но наиболее вероятному сценарию изменения стока рек на ближайшие десятилетия, в целом не выходят за пределы 10—15 % нормы; при этом уменьшение притока на 3 % ожидается только в Цимлянское водохранилище.

Увеличение притока воды в зимний период и выравнивание внутригодового распределения стока также благоприятны для выработки электроэнергии, но требуют пересмотра режима работы отдельных водохранилищ и каскадов для создания оптимальных условий регулирования стока с учетом запросов всех водопользователей и при минимизации возможных неблагоприятных экологических и социальных последствий. К таким последствиям относятся возможное затопление и подтопление населенных пунктов, увеличение длины полыньи в нижних бьефах, что вызовет ухудшение климатических условий в береговой зоне (увеличение влажности воздуха и повторяемости туманов, ухудшение видимости и т. п.). Возможно также повышенное образование шуги и развитие зажорных явлений на участках рек ниже полыньи, появление трещин и разводьев на льду водохранилищ.

На основе полученных в Государственном гидрологическом институте Росгидромета зависимостей между притоком воды в водохранилища и выработкой электроэнергии на ГЭС в Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова Росгидромета было ориентировочно оценено возможное изменение выработки электроэнергии на ГЭС к середине XXI веке по данным о стоке по ансамблю из 16 климатических моделей (рис. 3.6).56В работе были использованы результаты моделирования будущего климата по сценарию А2. Выбор этого сценария был обусловлен тем, что в условиях значительной неопределенности будущей ситуации наиболее информативной и оправданной является оценка «сверху» ожидаемых изменений климатических параметров.

Выработка электроэнергии на ГЭС в России в 2008 г. составила 155,7 млрд кВт - ч. Таким образом, ориептировочное увеличение выработки энергии на ГЭС на территории страны к середине XXI века составит 4 ± 1 %, или 6,2 ± 1,6 млрд кВт • ч. Следует еще раз

подчеркнуть ориентировочный характер приведенных оценок, которые из-за наличия неопределенностей, возникающих на разных этапах исследования, целесообразно рассматривать, прежде всего, как наиболее вероятные тенденции изменения гидроэнергетического потенциала в конкретных регионах страны.

Ожидаемые к середине XXI века изменения потенциала гидроэнергетических ресурсов в целом благоприятны для дальнейшего развития гидроэнергетического строительства на большей части территории страны. Однако в южных районах ЕЧР возможно уменьшение слоя стока и как следствие этого уменьшение выработки электроэнергии на ГЭС.