Экологические проблемы гидроэнергетики

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресур­сов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнер­гии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значи­тельные удельные капиталовложения на 1 кВт уста­новленной мощности и продолжительные сроки стро­ительства, придавалось и придаётся большое значе­ние, особенно когда это связано с размещением элек­троёмких производств.

Гидроэлектростанция — это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия пото­ка воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концент­рацию потока воды и создание напора, и энергетичес­кого оборудования, преобразующего энергию движу­щейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Несмотря на относительную дешевизну энергии, получаемой за счет гидроресурсов, доля их в энерге­тическом балансе постепенно уменьшается. Это свя­зано как с исчерпанием наиболее дешевых ресурсов, так и с большой территориальной емкостью равнин­ных водохранилищ. Считается, что в перспективе мировое производство энергии ГЭС не будет превы­шать 5% от общей.

Одной из важнейших причин уменьшения доли энер­гии, получаемой на ГЭС, является мощное воздействие всех этапов строительства и эксплуатации гидросоору­жений на окружающую среду (табл. 6).

По данным исследований целого ряда авторов, одним из важнейших воздействий гидроэнер­гетики на окружающую среду является отчуждение значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет ис­пользования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоп­лено не менее 6 млн га земель. На их месте уничтоже­ны естественные экосистемы.

Значительные площади земель вблизи водохрани­лищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, пере­ходят в категорию заболоченных. В равнинных усло­виях подтопленные земли могут составлять 10% и бо­лее от затопленных. Уничтожение земель и свойствен­ных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании бере­говой линии. Абразионные процессы обычно продолжа­ются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ. Таким образом, со строительством во­дохранилищ связано резкое нарушение гидрологичес­кого режима рек, свойственных им экосистем и видо­вого состава гидробионтов.

В водохранилищах резко усиливается прогревание вод, что интенсифицирует потерю ими кислорода и дру­гие процессы, обусловливаемые тепловым загрязнени­ем. Последнее, совместно с накоплением биогенных ве­ществ, создает условия для зарастания водоемов и ин­тенсивного развития водорослей, в том числе и ядови­тых сине-зеленых. По этим причинам, а также вслед­ствие медленной обновляемости вод резко снижается их способность к самоочищению.

Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражаемость гельминтами. Снижаются вку­совые качества обитателей водной среды.

Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС.

В конечном счете, перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитноаккумулятивные. Кроме биогенных веществ здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактив­ные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают про­блематичной возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации.

Водохранилища оказывают заметное влияние на ат­мосферные процессы. Например, в засушливых (арид­ных) районах испарение с поверхности водохранилищ превышает испарение с равновеликой поверхности суши в десятки раз.

С повышенным испарением связано понижение тем­пературы воздуха, увеличение туманных явлений. Раз­личие тепловых балансов водохранилищ и прилегаю­щей суши обусловливает формирование местных вет­ров типа бризов. Эти, а также другие явления имеют следствием смену экосистем (не всегда положитель­ную), изменение погоды. В ряде случаев в зоне водохра­нилищ приходится менять направление сельского хо­зяйства. Например, в южных районах нашей страны некоторые теплолюбивые культуры (бахчевые) не ус­певают вызревать, повышается заболеваемость расте­ний, ухудшается качество продукции.

Таблица 6. Комплексное воздействие предприятий гидроэнергетики на окружающую среду (рис.).

Издержки гидростроительства для среды заметно меньше в горных районах, где водохранилища обычно невелики по площади. Однако в сейсмоопасных горных районах водохранилища могут провоцировать земле­трясения. Увеличивается вероятность оползневых яв­лений и вероятность катастроф в результате возможно­го разрушения плотин. Так, в 1960 г. в Индии (штат Гунжарат) в результате прорыва плотины вода унесла 15 тысяч жизней людей.

В силу специфики технологии использования водной энергии гидроэнергетические объекты преобразуют природные процессы на весьма длительные сроки. На­пример водохранилище ГЭС (или система водохрани­лищ в случае каскада ГЭС) может существовать десятки и сотни лет, при этом на месте естественного водо­тока возникает техногенный объект с искусственным регулированием природных процессов - - природно-техническая система (ПТС). В данном случае задача сводится к формированию такой ПТС, которая обес­печивала бы надежное и экологически безопасное фор­мирование комплекса. При этом соотношение между основными подсистемами ПТС (техногенным объек­том и природной средой) может быть существенно различным в зависимости от выбранных приорите­тов - технических, экологических, социально-эко­номических и др., а принцип экологической безо­пасности может формулироваться, например, как под­держание некоторого устойчивого состояния созда­ваемой ПТС [39].

Эффективным способом уменьшения затопления тер­риторий является увеличение количества ГЭС в каска­де с уменьшением на каждой ступени напора и, следо­вательно, зеркала водохранилищ. Несмотря на сниже­ние энергетических показателей и уменьшение регули­рующих возможностей возрастания стоимости, низко­напорные гидроузлы, обеспечивающие минимальные затопления земель, лежат в основе всех современных разработок.

Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. Имеющее место загрязнение воды вызвано не технологическими процессами производства электроэнергии на ГЭС (объе­мы загрязнений, поступающие со сточными водами ГЭС, составляют ничтожно малую долю в общей массе загрязнений хозяйственного комплекса), а низкое ка­чество санитарно-технических работ при создании во­дохранилищ и сброс неочищенных стоков в водные объекты.

В водохранилищах задерживается большая часть пи­тательных веществ, приносимых реками. В теплую по­году водоросли способны массами размножаться в поверхностных слоях обогащенного питательными веще­ствами, или эвтрофного, водохранилища. В ходе фото­синтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. Отмершие водоросли придают воде непри­ятный запах и вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, «цветение» водорослей в неглу­боких заболоченных водохранилищах стран СНГ дела­ет их воду непригодной ни для промышленного исполь­зования, ни для хозяйственных нужд.

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.

Рассматривая воздействие ГЭС на окружающую сре­ду, следует все же отметить жизнесберегающую фун­кцию ГЭС. Так, выработка каждого млрд кВт • ч элект­роэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел./год.