Гидроэлектростанции и связанные с ними экологические проблемы
С 13 по 24 ноября в Гааге (Голландия) проходил Шестая конференция сторон Рамочной конвенции ООН по изменению климата, в ней принимают участие представители более 160 стран. На этой встрече должны быть окончательно разработаны механизмы внедрения международных документов, призванных предотвратить глобальное потепление на планете., в том числе было принято решение о развитии "чистых" технологий. Это отличная возможность для развивающихся стран действительно пойти по пути устойчивого развития, основанного на использовании энергоэффективных технологий и возобновляемых источниках энергии. Однако развитие таких технологий будет вряд ли возможно, если не будут существенно сокращены кредиты на строительство и эксплуатацию АЭС и крупных гидроэлектростанций, а также проектов, связанных с использованием традиционных источников энергии. Что касаемо гидроэлектростанций, то кроме того, что они маломощны, именно благодаря им и у экологов, и у спасателей появилась поговорка "где плотины - там смерть".
Вступив в ХХI век, мир столкнулся со многими проблемами и, прежде всего, с проблемой необходимости создания устойчивого образа жизни, который не будет угрожать будущим поколениям.
Пресная вода является важным элементом жизни на нашей планете. Поэтому устойчивое развитие требует рационального использования ограниченных мировых ресурсов пресной воды.
Проблема обеспечения водой населения и различных отраслей хозяйства Украины важна и является одной из актуальнейших для развития всей экономики на ближайшие годы.
Роль водных ресурсов в развитии производительных сил нашего общества, в решении народнохозяйственных и социально-культурных задач с каждым годом возрастает.
Водные ресурсы предопределяют развитие отдельных регионов, размещение промышленных объектов и населенных пунктов, играют первостепенную роль в формировании природно-технических комплексов, таких как водохозяйственные узлы, оросительные и осушительные системы, энергетические, агропромышленные и другие комплексы.
По высказываниям различных ученых, в будущем возможны серьезные разногласия и противоречия между странами в использовании пресной воды, которые могут перерастать в военные конфликты.
С 1950 по 2003 год население мира увеличилось с 2,5 млрд. до 6,1 млрд. человек и ожидается, что к 2005 году его количество достигнет 8,5 млрд. человек.
В мире отмечено увеличение использования воды за 100 лет в 6 раз. К 2005 году ежегодное потребление воды на душу населения упадет с 7,3 тыс. м3 (в 1995 г.) в год до 4,8 тыс. м3 в год.
Нельзя не отметить, что имеется тесная связь между гидрологическим, гидрохимическим показателями и качеством воды.
Более 1 млрд. людей в мире не имеют доступа к постоянным источникам воды, а еще 2 млрд. человек испытывают недостаток в чистой воде, поскольку живут в антисанитарных условиях.
Каждую минуту в мире от нехватки воды гибнут 6 детей.
Нет необходимости обосновывать тот факт, что водный фактор, то есть водные ресурсы, является определяющим и основным для существования любого государства, в том числе и Украины.
Вклад гидроэнергетики, которая обеспечивает получение энергии от текущей воды, в общее мировое использование энергии невелик, примерно 6%. Однако в ряде стран мира гидроэнергетика занимает ведущее место. На долю ГЭС в Норвегии приходится около 100% всего производства электроэнергии, в Бразилии, Канаде, Швеции - более 50%, в России около 20%. К положительным сторонам гидроэнергетики относится, в первую очередь отсутствие выбросов продуктов горения а атмосферный воздух, а также относительная дешевизна получаемой энергии. Однако развитие гидроэнергетики требует учета территориальных аспектов. Строительства гидроэлектростанций является целесообразным и экономически выгодным только для горных рек. В противном случае, при строительстве ГЭС на равнинных реках, возникает ряд негативных последствий, как экономических, так и экологических. Наиболее серьезными и общими является:
- затопление земель, изъятие их из хозяйственного оборота;
- снижение скорости течения рек, замедление водообмена и самоочищения;
- изменение микроклимата окружающей территории;
- Подтопление берегов, заболачивание, развитие оползневых процессов.
Поэтому в перспективе доля гидроэнергетики не будет сильно возрастать из-за ограниченности ресурсов и территориальной емкости энергоустановок. Энергетическая проблема тесно связана с проблемой продовольственной, так, как с вопросами развития гидроэнергетики связаны потери плодородных пойменных земель в долинах равнинных рек. Например, полтора десятка гидроэлектростанций на реках европейской части России дают около 5% производимой в стране электроэнергии, а их водохранилища вместе с преобразованными землями занимают площадь более 5 млн. га, что с учетом ценности затопленных земель эквивалентно потери не менее 6% пашни.
Производство энергетических установок, использующих возобновляемые источники, растет, а цены на них падают. Падают и затраты на производство «альтернативной» электроэнергии
Следует отметить, что по вопросу строительства гидроэлектростанций в мире нет единого мнения. За ограничение гидроэнергетического строительства выступает ряд экологов Действительно, следует признать, что в советское время переориентация республики на крупные энергоемкие производства (пример: алюминиевый завод в межгорной Гиссарской равнине, потреблявший 50% электроэнергии, вырабатываемой в Таджикистане) стимулировала строительство крупных ГЭС. При этом в зоны затопления под водохранилища попадали десятки тысяч гектаров плодородных земель, а множество крестьянских семей насильственно перегонялись из горных ущелий в непривычные для них климатические условия, в основном в засушливые хлопкосеющие долины. Исходя из этого в настоящее время предлагается отказаться от строительства крупной Рогунской ГЭС (река Вахш) для завершения строительства которой требуется более 3 млрд. долларов США и сосредоточиться на завершении строительства средних ГЭС на Памире, Сангтудинской ГЭС на реке Вахш, на техническом переоснащении старых гидроэлектростанций, а также на развитии малой гидроэнергетики и весьма перспективных для Таджикистана - солнечной и ветровой энергии, что коне4но не решает всех проблем, а является наиболее экономически приемлемым для Таджикистана вариантом. При этом совершенно не учитывается его экологичность и дальнейшая их судьба, что приведет когда-то к экологической катастрофе
Ускоренное освоение природных ресурсов Сибири, начавшееся в 50-е годы, характеризовалось созданием территориально-промышленных комплексов, возведением крупных ГЭС. Строительство гидроэлектростанций сыграло свою роль в развитии народного хозяйства. Вместе с тем многие крупные реки — Обь, Енисей, Ангара и другие — были частично превращены в цепочки водохранилищ. Плотины-тромбы нарушили естественное течение рек, привели к развитию застойных процессов, снизили способность к «самоочищению», резко изменили качество воды и др.
Перечень совершенных ошибок при строительстве ГЭС немал. Вот лишь несколько примеров, представляющих бедствия и экологические угрозы:
·Новосибирская ГЭС отсекла большую часть нерестилищ, резко снизив промысловые уловы сибирского осетра; в 1999 г. он занесен в Красную книгу России;
·при строительстве Братской ГЭС в ложе водохранилища оставили строевую сосну, которая стала разлагаться, превратив водохранилище в мертвый водоем;
·сооружение на Енисее Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС привело к необратимым процессам: изменению микроклимата региона, нарушению водного и теплового баланса реки. Прогретые массы водохранилищ не позволяют реке полностью покрыться льдом. Во время ледохода создаются заторы, перегораживающие реку по всей ширине, бомбежка которых малоэффективна. Каждый ледоход приносит местным жителям большие беды;
·Иркутская ГЭС построена в сейсмически активной зоне; катастрофическое разрушение плотины приведет к уничтожению ряда городов вдоль Ангары;
·многие города Сибири — Новосибирск, Красноярск, Иркутск и другие — находятся ниже водохранилищ с высокими плотинами. Природная катастрофа или диверсионный взрыв могут привести к уничтожающему наводнению.
Постройка на реке Волга каскада гидроэлектростанций превратила ее в цепочку загнивающих озер и вовсе относится к разряду «экологического авантюризма»
Китай тоже решает проблемы связанные с гидроэлектростанциями. Планы китайского правительства по продолжению их строительства на реках страны встретили публичные возражения. Китайское Агентство по охране окружающей среды и Китайская академия наук высказались против возведения плотин на реке Ну. Их позиция поддерживается китайскими общественными природоохранными организациями, которые ведут сбор подписей под письмами протеста против этого строительства.
Тем не менее Одной из главных задач электроэнергетики Китая с начала 90-х годов является расширенное строительство гидроэлектростанций: во-первых, Китай обладает самыми крупными в мире запасами гидроэнергии, и, во-вторых, гидроэлектроэнергия является экологически чистым возобновляемым видом энергии, что особенно важно для Китая в условиях напряженной экологической обстановки. Мощность энергоблоков на ГЭС в 2000г. составила 70 млн. кВт
Похоже, дискуссия и борьба, развернувшаяся вокруг крупнейшего в мире проекта строительства гидроэлектростанции «Три ущелья», оставила определенный след в китайском общественном мнении. Несмотря на протесты, правительство сейчас завершает реализацию этого крупнейшего в мире (по крайней мере, по затратам) проекта создания гидроэлектростанции. Он обойдется в 25 млрд. долларов, приведет к затоплению целых городов и переселению 3 млн. человек.
Строительство гидроэлектростанции на реке Ну заставит переселиться всего лишь 50 тысяч человек. Связанные с затоплением экономические потери будут минимальны, поскольку этот регион крайне беден. Доходы более половины местных жителей не превышают суммы, эквивалентной 80 долларов США в год. Администрация провинции Юннань считает, что строительство гидроэлектростанции принесет в регион экономический рост и повышение уровня жизни.
Основная проблема планов создания гидроэлектростанции на реке Ну - экологическая. Эта река, как и несколько ее соседей, берет начало на Тибетском плато. Затем она прорезает каньон глубиной 2-3 км. Благодаря крайней труднодоступности территории, здесь сохранились малонарушенным леса, 7000 видов растений, 80 редких и исчезающих видов животных.
Река Ну протекает через национальный парк Гаолингшань, который является образцом наиболее хорошо сохранившихся лесных экосистем умеренного пояса. Эта территория включена в Список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Здесь на небольшом участке в трех параллельных глубоких ущельях протекают три великих реки мира. Тибетская Ну в низовьях превращается в реку Сальвиен, отделяющую Бирму от Таиланда. Река Дзинша становится китайской Янцзы, а Ланканг - Меконгом.
Планы Китая по строительству каскада плотин в верхнем течении Меконга, названного «Тремя ущельями», по мощности запланированных здесь гидроэлектростанций уже вызвали обеспокоенность в соседних странах, расположенных ниже по течению.
Однако потребность бурно развивающейся экономики Китая в электроэнергии огромна. Страна сталкивается с регулярными массовыми отключеньями электроэнергии. Китаю также предстоит решить проблему потребления каменного угля, сжигание которого вызывает сильнейшее локальное загрязнение воздуха, особенно мощное в многомиллионных китайских городах. В последние годы страна сталкивает также с нарастающей критикой на международном уровне. По выбросам углекислого газа, образующегося при сжигании угля, Китай вышел на второе место в мире. Власти провинции Юннань отмечают, что строительство гидроэлектростанции позволит снизить потребность в угле на 37 млн. т в год.
Тем не менее, китайскому правительству, похоже, придется учитывать и растущую оппозицию этому проекту со стороны природоохранных структур, науки, и природоохранной общественности. Дополнительным важным фактором станет то, что большая часть местных жителей - тибетцы и представители других малочисленных местных народностей. Многие из них не говорят на китайском языке. Если земли их традиционного проживания будут затоплены, им крайне сложно будет найти место в новой жизни.
Полностью остановить строительство гидроэлектростанции на реке вряд ли удастся. Однако можно надеяться, что при подготовке ее проекта, власти будут вынуждены уделить гораздо большее внимание решению экологических и социальных вопросов.
Рассмотрим некоторые наиболее острые экологические проблемы, связанные с гидроэлектростанциями в Украине, которые затрагивают или могут затронуть население
Водохранилища. В последнее время в средствах массовой информации появилось достаточно много публикаций, касающихся состояния гидротехнических сооружений на Днепре и возможных последствий их прорыва.
Так, руководитель независимой международной группы ученых по прогнозированию последствий катастроф Василий Кредо назвал Киевское водохранилище наиболее опасным объектом не только в Украине, но и на всем земном шаре.
«Именно из-за Киевского моря столицу Украины вполне может ожидать судьба Помпеи, а Украину — канувшей в небытие Атлантиды», — сказал руководитель группы ученых. Мотивируя свой прогноз, Василий Кредо сообщил, что при его личном участии в Совете Европы неоднократно поднимался вопрос о полной ликвидации тридцатикилометровой зоны, включая и Киевское море.
С научной точки зрения, Днепровский каскад — «наклонный крутоперепадный объект». Если вследствие даже не очень сильного землетрясения пострадает Киевская ГРЭС, то земляная плотина, аварийность которой сейчас составляет 93 проц., будет уничтожена, и на столичные районы Оболонь, Троещина, а в итоге и на всю Украину «хлынет радиоактивное цунами из воды Киевского моря».
По данным группы, в случае прорыва киевской плотины, 27 украинских городов, а также Запорожская АЭС будут уничтожены. Погибнет от 14-ти до 15 млн. человек. Именно 93 проц. аварийности Киевской плотины дают основания ученым считать Киевское море, скопившее за 14 лет после Чернобыльской катастрофы порядка 500 млн. тонн высокорадиоактивных илистых наслоений, наиболее опасным объектом всего земного шара, так как территория, по которой пройдет ил, не подлежит реабилитации как минимум тысячу лет.
Однако опасность исходит не только от Киевского водохранилища. На Днепре в настоящее время расположены шесть гидроэлектростанций с водохранилищами: Киевская, Каневская, Кременчугская, Днепродзержинская, Каховская ГЭС; Днепрогэс. И все они находятся в той или иной степени в неудовлетворительном состоянии.
Экологический мониторинг объектов гидроэнергетики
Охрана водных ресурсов рек должна быть главенствующим звеном при их энергетическом освоении.
В основе решения об использовании тех или иных водотоков обычно лежат результаты многолетних наблюдений (мониторинга) за состоянием окружающей среды в данном районе. При этом очень важно, чтобы получаемая в процессе мониторинга информация включала все параметры, необходимые для разработки конкретной энергетической системы. Частично такую информацию содержат результаты метеорологических наблюдений.
Экологический мониторинг объектов энергетики необходимо тесно связать с комплексом природоохранных мер еще на стадии проектирования.
Экологическая экспертиза объектов гидроэнергетики заключается в следующем: проведение сбора и изучение данных следующих гидрометеорологических характеристик:
1. уровня воды в водотоке;
2. притока в водоем и стока из него;
3. скорости ветра;
4. схем общей циркуляции вод при различных гидрометеорологических условиях;
5. схем распределения областей преобладающего воздействия ветровых волн и течений в пределах бассейна водотока;
6. схем распределения грунтов в водоеме, а также интенсивности и направленность литодинамических процессов;
7. степени хозяйственной деятельности в пределах акватории (трассы и интенсивность судоходства, работы, связанные с изменением рельефа дня и т.д.);
8. схем распределения рекреационных зон (заповедников, санитарных зон).
Оценка экологического состояния среды дается по интенсивности антропогенного освоения территории и степени ее нарушения по данным натурных наблюдений (состояние почвенного покрова и растительных ассоциаций, изменение химического состава почв, донных отложений и воды под воздействием антропогенных нагрузок).
Несомненно, от качества воды в водотоке (химический состав, концентрация взвешенных частиц и т.д.) зависит надежная работа основных объектов и узлов гидроэлектростанции. Заиление бетонных конструкций, скопление микроорганизмов на частях энергоустановки непосредственно находящихся под водой, коррозия металлических конструкций - вот неполный перечень неизбежных процессов, возникающих при эксплуатации составных частей гидроэлектростанции, - и все это без влияния антропогенного фактора. Поэтому, химический анализ состава загрязнении малых водотоков должен включать в себя, по крайней мере, следующие компоненты:
- содержание биогенных элементов, хлоридов, тяжелых металлов, нефтепродуктов в воде водотока и водохранилища;
- бактериологическое загрязнение (влияние животноводческих ферм, смыв с сельскохозяйственных угодий органических удобрений и т.д.);
- концентрация нитратов, минерального фосфора и азота, содержание главных ионов в воде;
- цветность воды, реакция среды рН, кислотность, кислородный режим, общая минерализация и другие гидрохимические параметры.
Весь комплекс проводимых вышеперечисленных мер должен выявить и разработать план природоохранных мероприятий, выбор которых по экологическому обустройству (реконструкции) отдельных участков бассейна малого водотока должен производиться на основе имеющейся информации о гидрологическом, гидрохимическом, гидробиологическом режимах, а также хозяйственной деятельности в пределах акватории и на прилегающих участках.
Приведенная ниже характеристика экосистемы гидроэлектростанции также помогает скоординировать природоохранные мероприятия. Итак, характеристика экосистемы состоит в следующем:
1. интенсивность водообмена и его пространственно-временная изменчивость;
2. гидрологическая структура водного объекта и ее сезонные изменения;
3. результаты гидрологических наблюдений и расчетов, раскрывающих природный механизм термодинамической регуляции теплового состояния экосистемы;
4. значения отметок характерных уровней, определяющих полезный и противопаводковый объем водохранилищ;
5. режим изменения запаса воды в пределах полезного объема в соответствии с типом водного баланса;
6. гидрометрические и ландшафтные условия формирования стока на водосборе водохранилища в сезоны различной водности;
7. морфологические особенности ложа водохранилищ;
8. гидроэкологическое зондирование мелководий;
9. проблема формирования длинных волн на водохранилищах;
10. результаты взаимодействия ветровых волн с берегами ложа водоемов;
11. проблема "цветения" водохранилищ;
12. кормовые ресурсы ихтиофауны и биопродуктивность прибрежных зон;
13. трансформация химического состава воды в водоемах;
14. биологические процессы самоочищения поверхностных вод.
Разработка проектов экологического оздоровления и благоустройства территорий и водоемов сооружений гидроэлектростанции должны выполняться на основе: комплексного натурного обследования, оценки природного потенциала, оценки уровня загрязнения и деградации объектов и т.д.
Следовательно, правильная и своевременная экспертиза объектов малой гидроэнергетики позволяет определить сферу деятельности, охватывающую мероприятия по охране малых водотоков.
Мероприятия по охране водотоков при их энергетическом освоении
Далее дадим краткий обзор действий при энергетическом освоении водотоков. Проектирование гидроэлектростанции должно вестись на основе предварительно разработанных схем комплексного использования водных ресурсов речного бассейна, включающих природоохранные мероприятия и схемы энергетического использования водотока. Все вопросы размещения хозяйственных отраслевых объектов и объемов их водопотребления должны быть взаимоувязаны и согласованны. При отсутствии таких схем по какому-либо водотоку недопустимы проектирование и строительство частных объектов, использование водных ресурсов и освоение водосбора его бассейна.
Чрезвычайно остро стоит вопрос о сохранности пойм и пойменных земель, являющихся, с одной стороны, исходной базой естественного и культурного кормопроизводства, а с другой - естественным биохимическим барьером реки, так называемым, фильтром-очистителем. Поэтому при проектировании гидроузлов и водохранилищ (выборе отметки НПУ, зеркала водохранилища и установлении площади затопления) немаловажное значение придается сохранению пойменных земель, участков и старопахотных угодий. Решение этих вопросов достигается технико-экономическим обоснованием (ТЭО) выбора створа ГЭС, защитой пойменных земель путем обвалования и посредством специальных выпусков ГЭС и гидроузлов.
Водотоки могут быть сохранены при рациональном и экологически обоснованном освоении их водосборов, особенно с учетом развития новой инфраструктуры на базе создаваемых гидроузлов. Еще на стадии проектирования производственных, сельскохозяйственных, коммунально-бытовых предприятий и объектов на водосборах водохранилищ, прилегающих к ним участках и притоках необходимо провести модельные имитационно-оптимизационные расчеты для установления допустимого вклада этих объектов загрязнение водотока и обоснования их, основных экологически приемлемых параметров.
В заключении, на основе вышеизложенной информации при создании энергоузлов для гидроэлектростанции необходимо решить следующие экологические вопросы:
1. собрать и проанализировать экологическую информацию, в том числе экстремальную с учетом экологической надежности, безопасности и риска;
2. провести комплексную количественную оценку экологических последствий; выделить из них приоритетные (наиболее существенные), а также первичные (например, затопление земель), определяющие ряд последствий второго уровня;
3. разработать ликвидационные (природоохранные) мероприятия как по природному комплексу в целом, так и по отельными экологическим объектам на стадии ТЭО и при принятии общих инженерных решений (выбор створа, компоновка гидроузла, отметка НПУ и т.д.). При фиксированных общих решениях на стадии технического проекта выбор природоохранных мероприятий частного характера может производиться на основе локальной их оптимизации;
4. обратить особое внимание на выполнение в строительной практике всех намеченных в проектной документации природоохранных мероприятий;
5. постоянный учет и нормирование потребления и расходования водных ресурсов в пределах водосбора.
Четкое выполнение природоохранных мероприятий, несомненно, будет продвигать развитие гидроэнергетики, что потребует соответствующей перестройки проектирования, в первую очередь пересмотр схем использования рек, выбор подпорных отметок гидроузлов, и, самое важное, определение установленной мощности гидроэлектростанции.