История малой гидроэнергетики

Глава 1
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ В СССР
1.1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ В СССР
После Великой Октябрьской социалистической революции
народу досталась в наследство страна с экономически разрушенным
хозяйством.
В первые же годы Советской власти особое внимание было уделено укреплению энергетической базы страны, способствующей развитию всех отраслей народного хозяйства. Важная роль в этом отводилась гидроэлектростанциям (ГЭС), вырабатывающим электроэнергию независимо от добычи топлива и решения сложных транспортных проблем того времени.
К 1917 г. мощность всех 78 ГЭС России составляла около 16 тыс.
кВт (из них только 2 имели мощность более 1 тыс. кВт - Алавердинская, 1,1 тыскВт, на р.Дебед и Гиндукушская, 13 тыскВт, на р. Мургаб [26]). Кроме того, в стране насчитывалось до 2 тыс. мелких гидротурбинных установок общей мощностью около 90 тыскВт, работавших на механические приводы, и около 40 тыс. мельниц с водяными
колесами со средней мощностью около 10 л.с. каждая.
В апреле 1918 г. В.И. Ленин указывал, что необходимо обратить
особое внимание "... на электрификацию промышленности и транспорта и применение электричества к земледелию ... Водяные силы
вообще и в применении к земледелию ..." [ 1].
Развитие малой гидроэнергетики неразрывно связано с определенными периодами становления экономики страны. Первые
"лампочки Ильича" зажглись на малых ГЭС. За 1919 г. было построено и введено в эксплуатацию 47 мелких ГЭС общей мощностью
1,6 тыс.кВт. Одной из первых на селе была пущена Ярополецкая
ГЭС мощностью 48 кВт в составе каскада из пяти ГЭС на р. Ламе в
Подмосковье [26].
Первый в мире научно обоснованный народнохозяйственный план
развития экономики страны на базе развития электрификации,
утвержденный 29 лекабря 1920 г. VIII Всероссийским съездом Советов (план ГОЭЛРО), предусматривал сооружение в течение 10-15 лет
30 районных электростанций общей мощностью 1750 тыс.хВт, в том
числе 10 ГЭС общей мощностью 640 тыскВт. Среди них Волховская
мощностью 30
тыс.кВт,
Нижнесвирская
мощностью 40
тыс.кВт,
1 Здесь и далее мелкие, сельские, межколхозные, районные ГЭС в настоящее
время отнесены к категории малых и микроГЭС (см. гл. 2, 5).
Верхнесвирская мощностью 60 тыскВт и Днепровская мощностью
200 МВт и ряд других в различных районах страны. Решение вопросов
электрификации сельского хозяйства предусматривалось на основе
широкого использования местных энергоресурсов, в частности гидроэнергии малых рек. План ГОЭЛРО рассматривал малые реки как
основную базу электрификации сельского хозяйства: "... На громадных равнинных территориях европейской части страны и Сибири
возможно широкое использование водной энергии для нужд мелких
установок мощностью, не превышающей 1-2 тыс. л.с, а в большинстве случаев - ограничивающейся сотнями и даже десятками л.с",
при этом "... многие работы (по устройству плотин, каналов, зданий
станций) могут быть выполнены самим населением в такое время,
когда сельское хозяйство не требует большого числа рабочих рук"
[24].
Для развития малой гидроэнергетики характерны два качественно различных этапа: освоение энергии малых р.одотоков гидростанциями мощностью в несколько десятков киловатт (1919-1945 гг.),
строительство сельских межколхозных и государственных ГЭС
укрупненной мощности (от 1 до 10 тыскВт), работающих в местных
энергосистемах (1945-1969 гг.).
Вступающие в строй мелкие ГЭС привлекали в те годы всеобщее
внимание и были первыми шагами на пути электрификации советской деревни. На IX Всероссийском съезде Советов В.И. Ленин
говорил о значении первых сельских ГЭС: "Немаловажную роль
сыграло распространение мелких станций в деревне ... Этими мелкими станциями были созданы в деревне центры современной новой
крупной промышленности" [2].
Партия и правительство рассматривали строительство малых ГЭС
на селе как средство укрепления энергетической базы сельского
хозяйства. К началу первой пятилетки (1928 г.) энергетическая база
сельского хозяйства полностью состояла из местных станций, среди
которых доля выработки электроэнергии на малых ГЭС составляла
около 26%. С увеличением потребности в электроэнергии в Наркомате
земледелия в 1930 г. была создана организация Главсельэлектро,
руководившая развитием сельскохозяйственной электрификации.
В 1934 г. XVII съезд ВКП(б) наметил "... продолжить линию на
более широкое использование для электроснабжения местных
видов топлива ..., и особенно гидроэнергии" [26]. В июле 1934 г.
постановление Совета Труда и Обороны о развитии и упорядочении
строительства малых ГЭС положило начало научному подходу к
определению гидроэнергетических ресурсов малых рек. В июле
1939 г. принято постановление экономического совета при СНК
СССР "О мерах по дальнейшему росту строительства малых ГЭС"
[4]. Однако темпы строительства отставали от роста потребностей
сельского хозяйства в электроэнергии. Всего за период до 1941 г.
было построено около 950 малых ГЭС суммарной мощностью около
32 тыскВт (при средней мощности ГЭС 35 кВт).
Для строительства малых ГЭС в сельской местности использовались местные ресурсы, часто в ущерб качеству: не хватало цемента,
стали, квалифицированной рабочей силы. ГЭС порой возводились
по недостаточно разработанным проектам с низким качеством
строительно-монтажных работ, оснащались некомплектным оборудованием, нередко переоценивались энергетические возможности
водотоков. Специальные заводы по производству оборудования для
малых ГЭС отсутствовали. Оборудование изготавливалось местными заводами в порядке шефства. Многие малые ГЭС, построенные
за годы войны, были оснащены оборудованием, изготовленным на
месте силами хозяйств, - водяными деревянными турбинами (проф.
Д.Я. Соколова), турбинами из автодеталей (проф. И.М. Щапова и
И.В. Котенева). ГЭС сооружались силами колхозов и являлись их
собственностью. Из-за отсутствия квалифицированных кадров
уровень их эксплуатации был невысок.
Большинству малых ГЭС были присущи недостаточное использование стока рек в средней полосе страны (одиночные ГЭС работали
при показателе использования внепаводкового стока, равном
0,3-0,4, и при коэффициенте обеспеченности потребителей по электроэнергии, равном 0,6-0,7), полная остановка ГЭС в период паводков
из-за выравнивания уровней воды в верхнем и нижнем бьефах,
неустойчивые режимы работы с резкими изменениями напряжения
и частоты тока при колебаниях нагрузок.
Эти недостатки ограничивали использование малых ГЭС в
основных процессах сельскохозяйственного производства.
Все это позволяет рассматривать первый этап развития малой
гидроэнергетики - освоение .малых водотоков мелкими ГЭС мощностью в несколько десятков киловатт - как временное, вспомогательное средство в электрификации страны.
В послевоенные годы роль малых ГЭС возросла. Для восстановления разрушенного хозяйства на селе развернулось строительство
малых ГЭС. Только за 1945 г. была построена 641 малая ГЭС общей
мощностью 18 тыс.кВт. В "Законе о пятилетнем плане развития
народного хозяйства на 1946-1950 гг.'' намечалось "обеспечить массовое строительство в сельской местности небольших ГЭС" [4]. К
1950 г. на селе действовало уже около 6 тыс. малых ГЭС суммарной
мощностью 243 тыс.кВт (при средней мощности ГЭС 40 кВт). Спустя
два года (1952 г.) насчитывалось их максимальное число - 6614
малых ГЭС суммарной мощностью 322 тыс.кВт, которые вырабатывали 24% потребляемой сельским хозяйством электроэнергии. Это
определилось, главным образом, напряженностью общего энергобаланса в экономически развитых районах страны. Удельный вес ГЭС
в суммарной мощности электростанций, обслуживающих сельское
хозяйство, составлял в 1950 г. 78%, в том числе малых ГЭС 39% [20].
Однако началом качественно нового этапа развития малой
гидроэнергетики явилось строительство межколхозных ГЭС повышенной мощности, как более экономичных и надежных в работе по
сравнению с менее мощными. Необходимость этого была определена в постановлении Совета Министров СССР "О плане развития
сельской электрификации на 1948-1950 гг." [4]. В этот период расширилось строительство более крупных сельских ГЭС общего пользования, находящихся в ведении Сельэлектро, а также межколхозных
ГЭС, позволяющих обеспечить электроэнергией колхозы и совхозы
целого района, например в Рязанской области Рассыпухинская ГЭС
мощностью 2 тыскВт, в Узбекской ССР Кудашская ГЭС мощностью
5 тыскВт, в Ставропольском крае Новотроицкая ГЭС мощностью
3,9тыс.кВт и др. В 1951-1953 гг. было построено 111 сельских ГЭС
общего пользования средней мощностью 440 кВт и 116 межколхозных ГЭС средней мощностью 300 кВт каждая [6].
После отмены в 1954 г. ограничений по электрификации сельскохозяйственных районов и их подключения к государственным
энергосистемам многие малые колхозные ГЭС были выведены из
эксплуатации и демонтированы. Некоторые из них сами выходили
из строя, так как выполнялись по слабым проектам, необходимые
изыскания не проводились, вводились в эксплуатацию с большими
недоделками и при плохом качестве работ. Например, в Белоруссии
на Белыничской ГЭС при расчетном расходе 8 м3/с потери на фильтрацию составляли 1,8м3/с, что приводило к потере 30% выработки
электроэнергии. Другие малые ГЭС работали с перебоями из-за
плохого обеспечения запасными частями и малоквалифицированного обслуживающего персонала. Одновременно продолжалось
строительство более крупных сельских ГЭС: в Ставропольском крае
Орловская мощностью 2,4 тыс.кВт, в Винницкой области Чернятинская мощностью 1,4 тыс.кВт, в Грузинской ССР ГЭС "Москва" и др.
В начале 50-х годов задача электрификации сельского хозяйства
решалась рациональным сочетанием централизованного и местного
энергоснабжения. Основным направлением сельской электрификации явилось строительство местных энергосистем, в состав которых
входили малые ГЭС укрупненной мощности и дизельные электростанции. При работе малой ГЭС в местную энергосистему такие
недостатки, как полная остановка в паводок, неустойчивость режимов работы, уже не имели особого значения. Малые ГЭС выполняли
в местной энергосистеме функции суточного, а иногда и недельного
регулирования. На малых ГЭС часто располагался оперативный
резерв местной энергосистемы, кроме того, они использовались для
регулирования частоты.
Создание местных энергосистем позволяло сочетать надежность
энергоснабжения с более высокой степенью использования энергии
речного стока, значительного снижения себестоимости энергии и
т.д. Созданная в 1953 г. первая в стране Корсунь-Шевченковская
местная энергосистема объединяла Юрковскую паротурбинную
станцию мощностью 2 тыс.кВт и несколько ГЭС мощностью, тыс.кВт:
Корсунь-Шевченковская..............................
Стебловская .................................................
Дыбненская ..................................................
1,65
2,8
0,56
За 1953-1957 гг. выработка электроэнергии этими станциями за
счёт объединения в энергосистему увеличилась в 1,7 раза, обслуживающий персонал сократился па 30%, себестоимость энергии снизилась на 21%.
Для многих местных энергосистем источником регулирующей
мощности являлись не дизельные электростанции, а ГЭС с водохранилищами сезонного регулирования (Оханская в Пермской области)
или государственная энергосистема (Гатчинская в Ленинградской
области).
Развитию малой гидроэнергетики в послевоенные годы содействовали научно-исследовательские, проектно-конструкторские и
учебные институты. В 1945 г. Всесоюзным институтом гидромашин
(ВИГМ) были проведены исследования и разработана номенклатура
гидротурбин для малых ГЭС. "Уралгидромаш" (г. Сысерть) и Щелковский (в Подмосковье) заводы начали освоение производства
оборудования для малых ГЭС. Энергетическим институтом им.
Г.М. Кржижановского проводились исследования по созданию
местных энергосистем.
В 1948-1950 гг. Главное управление сельской электрификации
разработало "Схему использования местных энергоресурсов для
сельской электрификации", которая содержала данные о наличии
гидроэнергоресурсов местного значения и возможности их освоения.
В этот период было создано специальное подразделение по проектированию малых ГЭС - институт "Гипросельэлектро" (в настоящее
время институт "Сельэнергопроект") с филиалами в различных
союзных республиках.
В 1954-1955 гг. институт "Гипросельэлектро"' разработал (в 1956 г.
уточнил) "Принципиальную схему снабжения электроэнергией
сельского хозяйства СССР на 10-15 лет"'. В ней была обосновано,
необходимость централизованного энергоснабжения и использования местных энергоресурсов (строительство межрайонных ГЭС и
тепловых электростанций с долевым участием колхозов и совхозов)
для электрификации сельскохозяйственных районов, не охваченных
крупными энергосистемами.
Исследованиями в области малой гидроэнергетики занимались в
50-е годы многие авторы. Вопросам энергетического и комплексного
использования малых рек посвящены работы Л.С. Хилобоченко,
М.И. Ласинскаса, Д.И. Тюльпанова. Л.А. Чилингаряна, М.Г. Красинка и др., обоснования и выбора основных параметров малых ГЭС работы С.А. Стрелковского. Е.Л. Шаца, В.В. Семенова и др., улучшения
техникс-экономических показателей малых ГЭС - работы Д.Ф.
Жукова, В.В. Скугарева, Ф.Т. Марковского и др., работы малых ГЭС в
составе местных энергосистем - А.Г. Захарина, И.А Караулова, В.Л.
Кашакашвили, В.П. Вейца, П.Я. Пирхавки и др., эксплуатации малых
ГЭС -- Я.И. Флексера, В.М. Потапова и др., условий работы малых
гидротурбин - Н.М. Щапова, А.В. Квятковского, Л.Я. Соколова и др.
Однако, несмотря на расширение исследований, стоимость строительства большинства малых ГЭС и себестоимость производимой
ими электроэнергии оставались относительно высокими. Основными причинами были большие затраты на содержание обслуживающего персонала, отсутствие серийного производства оборудования,
низкая степень автоматизации режимов работы. Копирование опыта
проектирования и строительства крупных ГЭС приводило к растягиванию сроков проектирования и строительства малых ГЭС, необоснованному усложнению конструкций.
По мере развития централизованного энергоснабжения строительство малых ГЭС в стране сокращалось. Часть малых ГЭС была
заброшена из-за высокой себестоимости вырабатываемой электроэнергии и трудностей эксплуатации. Более совершенные ГЭС были
подключены к крупным энергосистемам, многие были автоматизированы. Значительная их часть действует и в настоящее время,
вырабатывая электроэнергию по себестоимости, близкой к себестоимости электроэнергии крупных ГЭС. Это свидетельство тому, что
нет преград для создания экономичных малых ГЭС. Динамику
ввода малых ГЭС можно проследить по табл. 1.1. составленной по
данным ЦСУ СССР.
Развитие малой гидроэнергетики было связано не только с элект
рификацией сельского хозяйства. Согласно плану ГОЭЛРО большое
значение наряду со строительством крупных для того времени
энергообъектов (Волховской ГЭС, Днепровской ГЭС и др.) придава
лось строительству небольших по мощности ГЭС (от 2-5 до 30
тыс.кВт) в экономически отсталых национальных районах, не имею
щих своих топливных баз. В первые довоенные пятилетки были
построены такие ГЭС, как:
Мощность,
тыс.кВт
Ленинаканская ..................................................
Гизельдонская ....................................................
Дзорагетская .......................................................
Земо-Авчальская ...............................................
Боз-Суйская.........................................................
5,28
22,94
25,12
12,8
4
Большинство малых ГЭС в системе Минэнерго СССР было построено во время Великой Отечественной войны в Средней Азии и на
Урале для снабжения электроэнергией эвакуированных предприятий. Строительство ГЭС велось скоростными темпами, использовалось эвакуированное оборудование, например в Средней Азии
Саларская ГЭС мощностью 10,8 тыс.кВт была построена за 14 мес. В
этот период были построены такие ГЭС, как:
Аккавак-II ..........................................................
...............................................................................
Актепинская .......................................................
Кибрайская .........................................................
Лебединовская ..................................................
Мощность,
тыс.кВт
9
15
11,2
8,4
Большинство из них действует до сих пор. Динамика ввода малых
ГЭС Минэнерго СССР показана в табл. 1.2.
Однако в последние 20 лет строительство малых ГЭС и производство оборудования для них в стране прекратились.