Преимущества ГЭС:
- использование возобновляемой энергии.
- очень дешевая электроэнергия.
- работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.
- быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.
Недостатки ГЭС:
- затопление пахотных земель
- строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды
- на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов
С энергетической точки зрения имеют ряд преимуществ по сравнению со всеми типами ТЭС и АЭС.
Во-первых, они вообще не нуждаются в топливе, благодаря чему их энергия в 5—6 раз дешевле энергии ТЭС и 8—10 раз дешевле энергии АЭС. КПД гидроэлектростанций очень высок, 80—90%.
Во-вторых, ГЭС обладают исключительно высокими маневренными свойствами: работающий гидроагрегат может увеличить мощность практически мгновенно, а запуск остановленного гидроагрегата занимает всего 1—2 мин. Неравномерность графика нагрузки практически не влияет на экономичность работы ГЭС. Эти качества делают ГЭС незаменимыми для работы в пиковой части графика, при этом выравниваются нагрузки на ТЭС и снижается их расход топлива.
Бесопорные энергетические преимущества ГЭС не дают тем не менее основания противопоставлять их электростанциям других типов.
В ряде стран и экономических районов гидроэнергоресурсы либо недостаточны, либо отдалены от центров потребления энергии.
Выработка энергии на ГЭС резко колеблется в зависимости от водности года.
Начальные затраты на строительство ГЭС чаще всего выше, чем на ТЭС, а сроки строительства длиннее. Не всегда оправданы затраты, связанные с затоплениями при создании водохранилища. В то же время эксплуатация ГЭС значительно дешевле тепловых и атомных электростанций. Отсутствуют затраты на топливо, экологические платежи за выбросы, меньше расходы на ремонт, небольшая численность персонала.
Эти обстоятельства и определили место ГЭС в мировой энергетике. Доля участия ГЭС в энергетическом хозяйстве ряда стран различная, что связано с различной структурой топливно-энергетического баланса и различными традициями в развитии энергетики. Гидроэлектростанции обеспечивают порядка 20% российской и мировой выработки электроэнергии. Во многих странах доля гидроэнергетики существенно выше. Например, в наиболее близкой к России по природным условиям Канаде ГЭС производят 58% электроэнергии, в Бразилии - 86%, в Норвегии, известной жесткостью экологического законодательства, - 99%.
Гидроэнергетика является компонентом и другой важнейшей отрасли народного хозяйства — водного хозяйства.
Вода, особенно пресная, которая составляет всего 2,5% мировых запасав воды,— незаменимое природное богатство, одна из основ жизни на Земле. Доступные запасы пресной воды находятся в основном в реках, среднегодовой сток которых во всем мире составляет около 39000 км3.
Если в прошлые столетия в большинстве районов планеты вода казалась бесплатным и неисчерпаемым природным даром, то в XX веке стремительный рост промышленности и городского населения при-
вел к тому, что вода стала рассматриваться как недешевое и в ряде случаев дефицитное сырье.
Использование водных ресурсов неразрывно связано с мероприятиями по их охране, прежде всего для обеспечения необходимого качества воды. При осуществления гидротехнического строительства, вносящего значительные изменения в природные условия, должны тщательно учитываться все факторы его воздействия на окружающую среду.
ГЭС и окружающая среда.
Гидроэнергетические объекты оказывают существенное влияние на окружающую природную среду. Это влияние является локальным.
При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации.
Первый период сравнительно кратковременный – несколько лет. В это время в районе строительства нарушается естественный ландшафт. Вода, используемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими примесями – частицами песка, глины и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного посёлка. Подъём уровня воды в верхнем бьефе начинается обычно в период строительства. В результате производного при этом наполнении водохранилища изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе.
В период эксплуатации происходит разносторонне влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду. Наиболее существенное влияние на природу оказывают водохранилища:
1. Затопление в верхнем бьефе. Создание водохранилищ ведёт за собой затопление территории. Всего в настоящее время в мире затоплено более 350 тыс. км². В зону затопления могут попасть сельскохозяйственные угодья, месторождения полезных ископаемых, промышленные и гражданские сооружения, памятники старины, дороги, лесные массивы, места постоянного обитания животных и растений и т. д. Перед затоплением земель не всегда проводится лесоочистка, поэтому оставшийся лес медленно разлагается, образуя фенолы, тем самым, загрязняя водохранилище. Наиболее заселены и освоены прирусловые участки реки и районы в устьях притоков. На склонах гор мало сельскохозяйственных угодий, обычно там отсутствуют промышленные объекты. Поэтому создание водохранилищ в горных условиях приносит значительно меньший ущерб, чем на равнинах.
2. Подтопление. Подтопление прилежащих к водохранилищу земель происходит вследствие подъёма уровня грунтовых вод. В зоне избыточного увлажнения подтопление влечёт за собой негативные последствия – переувлажнение корней растений и их отмирание. С изменением водно-воздушного режима почвы может произойти заболачивание и оглиение почв, что ухудшает качество почвы и снижает её продуктивность. В засушливых районах подтопление улучшает условия произрастания растений при соответствующих глубинах почвенных вод. В неблагоприятных условиях может происходить засоление почвы.
3. Переработка берегов. Вследствие подъёма и снижения уровня воды в водохранилище при регулировании стока и волновых явлений проходит переработка берегов водохранилища, Она заключается в размыве и обрушении крутых склонов, срезке мысов и кос. Размеры переработки берегов зависят от их геологического строения, режима уровней воды и глубины водохранилища, конфигурации берегов, господствующих ветров и т. п. Относительная стабилизация берегов происходит через 5-20 лет после наполнения водохранилища.
4. Качество воды. Вследствие снижения скорости течения и уменьшения перемещения воды по глубине существенно изменяются физико-химические характеристики воды по отношению к бытовым условиям реки до создания водохранилища. На качество в годы в водохранилище влияет заселённость зоны затопления, видовой и возрастной состав леса, подлеска и лесной подстилки, наличие притоков, режим и глубина сработки водохранилища и т.п. Качество воды ухудшают сточные воды промышленных, горнорудных и животноводческих комплексов, коммунально-бытовые сточные воды и вынос удобрений с сельскохозяйственных угодий. Для южных районов неприятным следствием перенасыщения воды в водохранилищах органическими и биогенными веществами (в основном ионами азота и фосфора) является бурное развитие в тёплой воде водорослей. При создании водохранилищ необходимо тщательно изучить совместное влияние всех факторов с учётом перспектив строительства каскадов ГЭС и принимать меры для поддержания качества воды. Качество воды – характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность её для конкретных видов водопользования. Должна производиться тщательная очистка сточных вод, поступающих в водохранилище. Использовать прилегающие земли в сельском хозяйстве надо, применяя передовые методы агротехники, ограничивающие вынос удобрений в водохранилище.
5. Влияние водохранилищ на микроклимат. Водохранилища повышают влажность воздуха, изменяют ветровой режим прибрежной зоны, а также температурный и ледяной режим водотока. Это приводит к изменению природных условий, а также жизни и хозяйственной деятельности населения, обитания животных, рыб. Степень влияния крупных водохранилищ на микроклимат различна для отдельных регионов страны. Интегральное влияние, оказываемое акваторией на развитие растительности, благоприятно в условиях степной и лесостепной зоны и неблагоприятно в лесной.
В первые годы после заполнения водохранилища в нем появляется много
разложившейся растительности, а "новый" грунт может резко снизить уровень кислорода в воде. Гниение органических веществ может привести к выделению огромного количества парниковых газов - метана и двуокиси углерода.
Водохранилища часто "созревают" десятилетиями или дольше, а в тропиках этот процесс длится столетиями - пока разложится большая часть всей органики.
Очистка затопляемой зоны от растительности смягчила бы проблему, но поскольку она трудна и дорога, очистку проводят лишь частично.
Самый известный пример масштабного затопления леса - плотина Брокопондо в Суринаме (Ю. Америка), затопившая 1500 кв. км тропического леса - 1% территории страны. Разложение органического вещества в этом мелководном бассейне лишило его воду кислорода и вызвало мощное выделение сероводорода, зловонного газа, способствующего коррозии. Работники дамбы еще 2 года спустя после заполнения водохранилища в 1964 году носили маски. А стоимость ущерба, нанесенного турбин закисленной водой, составила более 7 процентов общей стоимости проекта.
6. Влияние водохранилищ на фауну. Многие животные из зоны затопления вынуждены мигрировать на территорию с более с высокими отметками. При этом видовой состав и численность животных значительно уменьшается.
Также на окружающую среду влияют гидротехнические сооружения. Возведение плотин гидроузлов приводит к подъёму уровней воды в верхнем бьефе и образованию водохранилищ. Плотины, перегораживающие реки затрудняют проход рыб к местам естественных нерестилищ в верховьях рек. Но плотины, здания ГЭС шлюзы каналы и т. п., удачно вписанные в рельеф местности и хорошо архитектурно оформленные, создают вместе с акваторией верхнего бьефа монументальные и живописные ансамбли.
Гидротехническое строительство на реках приводит к коренному изменению гидробиологического режима, что может привести к нарушению нормальных условий жизни тех пород рыбы, которые существовали в естественных условиях. Особенно неблагоприятные условия создаются для жизни проходных пород рыб, которые в естественных условиях ежегодно направляются для нереста из морей в верховья рек, чему препятствуют плотины гидроузлов.
Нарушает естественный процесс нереста изменившийся режим расходов и уровней воды в реке: при уменьшенных расходах в половодье перестают затапливаться в нижнем бьефе природные нерестилища. Большой вред рыбе, особенно в период нереста, наносят колебания уровней при суточном регулировании. Неблагоприятны также изменения температурного режима, неизбежные при создании водохранилищ. Одновременно создаются благоприятные условия для жизни пород рыб, приспособленных к озерным условиям.
Мероприятия, проводимые в водохозяйственном комплексе для увеличения продуктивности рыбного хозяйства, делятся на две группы: компенсация ущерба, наносимого рыбному стаду, сформировавшемуся в естественных условиях, и разведение новых пород рыб.
Гидроузлы на реках, в которых обитают проходные рыбы, снабжаются рыбоходами, позволяющими рыбе преодолевать створы плотин. Применяются плавучие рыбонакопители — контейнеры для доставки рыбы из нижнего бьефа в верхний, перед плотинами сооружаются искусственные нерестилища. Режим расходов приспосабливают к нуждам рыбного хозяйства.
7. Для ГЭС характерно изменение гидрологического режима рек – происходит изменение и перераспределение стока, изменение уровневого режима, изменение режимов течений, волнового, термического и ледового. Скорости течения воды могут уменьшаться в десятки раз, а в отдельных зонах водохранилища могут возникать полностью застойные участки. Специфичны изменения термического режима водных масс водохранилища, который отличается как от речного, так и от озёрного. Изменение ледового режима выражается в сдвиге сроков ледостава, увеличении толщины ледяного покрова водохранилища на 15-20%, в то время как у водосливов образуются полыньи. Изменяется тепловой режим в нижнем бьефе: осенью поступает более тёплая вода, нагретая в водохранилище за лето, а весной – холоднее на 2-4ºC в результате охлаждения в зимние месяцы. Эти отклонения от естественных условий распространяются на сотни километров от плотины электростанции.
В результате аккумулирования части стока в водохранилищах ниже по течению снижается интенсивность половодий и количество затопляемых земель. У этого процесса есть и плюсы, и минусы. С одной стороны, прекращение затоплений позволяет шире вовлекать пойменные земли в оборот, в частности в пашню, и предотвращает катастрофические наводнения. С другой - в пойменных биоценозах происходят значительные изменения. Наиболее серьезно такая проблема стоит для пойменных земель, расположенных в засушливых зонах: прекращение разливов приводит к смене богатого пойменного биоценоза на биоценоз сухой степи или полупустыни. Такие процессы наблюдаются на Нижней Волге. Для пойм рек, находящихся в лесной зоне и севернее, в зонах природного избыточного увлажнения, где расположено большинство строящихся и проектируемых ГЭС с крупными водохранилищами, эта проблема не столь актуальна.
Создание на реках водохранилищ, особенно каскадов, превращающих реку в «цепочку» водохранилищ, как правило, благоприятно для развития водного транспорта, так как при этом увеличиваются судоходные глубины, появляется возможность использования крупнотоннажных судов, спрямляются судовые ходы, ранее несудоходные реки становятся судоходными. В нижнем бьефе гидроузлов судоходные условия улучшаются за счет попусков воды из водохранилищ. Необходимым условием судоходства является сооружение в составе комплексных гидроузлов судоходных шлюзов или судоподъемников.