Гидропотенциал России делает ее страной уникальной с точки зрения использования экологически чистых источников энергии. Многие десятилетия строительство новых ГЭС служило толчком для экономического развития не только отдельных городов, но и целых регионов. Своего глобального влияния на экономику гидроэнергетика не утратила и сейчас, однако по-прежнему гидропотенциал РФ освоен довольно слабо в сравнении с другими странами.
Градообразующие мощности
На протяжении многих лет ГЭС являлись единственно возможным источником электроэнергии для многих районов страны. Даже в 70-х годах прошлого века, когда были выявлены огромные запасы топливных ресурсов и созданы объединенные энергетические системы, гидроэнергетика не утратила своего значения. Во многих энергосистемах ГЭС составляют основу энергетики и несут почти всю основную нагрузку.
Важной экономической особенностью гидроэнергетических ресурсов является их возобновляемость, не требующая в дальнейшем дополнительных капиталовложений. Электроэнергия, вырабатываемая на ГЭС, в среднем почти в четыре раза дешевле электроэнергии, получаемой от тепловых электростанций. Поэтому использованию гидроэнергетических ресурсов придается особое значение при размещении электроемких производств. Отсутствие необходимости в топливе и более простая технология выработки электроэнергии приводят к тому, что затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в десять раз меньше, чем на тепловых электростанциях (с учетом добычи топлива и его транспортирования). Высокая производительность труда на ГЭС является одной из основных ее экономических особенностей.
ГЭС — мобильные энергетические установки, выгодно отличающиеся от парогазовых установок в области регулирования частоты, покрытия растущих пиковых нагрузок, маневрирования мощностью в период ночного снижения нагрузок и в роли аварийного резерва системы. Это особенно важно для энергосистем европейской части России, где электропотребление в течение суток характеризуется большой неравномерностью.
В настоящее время на гидроэлектростанциях производится около 16-17% электроэнергии, вырабатываемой в России. ГЭС составляют около половины мощности энергосистемы Сибири. В Дагестане, Северной Осетии, Кабардино-Балкарии, Карачаево-Черкесии, Магаданской области электроэнергетика практически полностью представлена ГЭС.
Большие маневры
Гидроэлектростанции являются важнейшим фактором надежности энергосистемы. В отличие от тепловых и особенно атомных электростанций, ГЭС имеют высокую маневренность. В течение нескольких минут или даже секунд гидроэлектростанция или отдельные ее гидроагрегаты могут уменьшить или увеличить мощность, компенсируя колебания нагрузки в энергосистеме. Многие ГЭС работают преимущественно в пиковом режиме: они включаются при прохождении энергосистемой суточных максимумов нагрузки (утром и вечером) и выключаются ночью, когда нагрузка в энергосистеме резко падает. "Без регулирующей роли ГЭС создание единой ЭС в России вообще было бы невозможно. Исторически именно строительство крупных ГЭС в европейской части СССР позволило создать ЕЭС",— говорит аналитик "Грандис Капитал" Дмитрий Терехов.
Очень существенно это свойство ГЭС в аварийных ситуациях: когда из-за аварии на электростанциях или линиях электропередачи из работы выключаются сотни мегаватт мощности, только ГЭС и ГАЭС могут быстро компенсировать выпадающую мощность и обойтись без отключений потребителей. Показателен пример крупной энергетической аварии 25 мая 2005 года, захватившей южную часть Москвы и другие регионы. Огромную роль в локализации данной аварии сыграла Загорская ГАЭС, которая фактически спасла от отключения северную часть Москвы и Московской области. Еще один пример — авария энергосистемы в Сочи в начале 2007 года, когда единственным источником энергоснабжения в этом регионе осталась небольшая Краснополянская ГЭС.
Крупные ГЭС традиционно выполняют функцию регулирования частоты в энергосистеме, оказывают системные услуги, не связанные с выработкой электроэнергии, но улучшающие надежность и качество энергоснабжения (например, работа в режиме синхронного компенсатора).
Выполняя регулирующие функции, ГЭС позволяют атомным и многим тепловым станциям работать в самом продуктивном базовом режиме, при котором наиболее эффективно расходуется топливо, меньше всего изнашивается оборудование и производятся наименьшие удельные выбросы в окружающую среду.
Без топлива
Потребность в предоставляемых ГЭС системных услугах настолько велика, что существующие в европейской части России гидроэлектростанции уже не вполне справляются с этой функцией, а возможности строительства в этом регионе крупных ГЭС исчерпаны. В связи с этим необходимо строительство гидроаккумулирующих электростанций, закачивающих воду в верхний бассейн ночью (потребляя при этом электроэнергию) и срабатывающих ее утром и вечером (вырабатывая при этом электроэнергию). Уже ведется строительство Загорской ГАЭС-2 (840 МВт) и Зеленчукской ГЭС-ГАЭС (140 МВт), в скором времени развернется строительство Ленинградской ГАЭС (1560 МВт), рассматриваются проекты Курской, Центральной и других ГАЭС.
Гидроэлектростанции экономят огромное количество ископаемого топлива и предотвращают выбросы большого количества углекислого газа и других загрязняющих веществ. В частности, если бы вырабатываемую ГЭС России электроэнергию производили тепловые электростанции на угле, то ежегодно пришлось бы сжигать около 63 млн тонн угля, в атмосферу было бы выброшено около 180 млн тонн СО2, образовалось бы более 4 млн тонн золы. Если же заместить выработку ГЭС электростанциями на природном газе, то пришлось бы значительно сократить его экспорт, приносящий значительные поступления в бюджет страны.
В связи с отсутствием топливной составляющей гидроэлектростанции отличаются очень низкой себестоимостью электроэнергии, а также ее независимостью от цен на топливо. В результате ГЭС оказывают серьезное влияние как на оптовые, так и на розничные цены на электроэнергию в сторону их снижения. Так, оптовые цены на электроэнергию в Сибири, где значительна доля ГЭС в выработке электроэнергии, примерно в два раза ниже, чем в европейской части России. Цены на электроэнергию для населения в регионах с ГЭС и без ГЭС могут отличаться в несколько раз — например, жители Бурятии, на территории которой нет ГЭС, платят за электроэнергию почти в пять раз больше, чем жители Иркутской области, на территории которой расположены крупные ГЭС Ангарского каскада.
Энергопитание
Дешевая электроэнергия ГЭС способствует размещению энергоемких производств. Традиционно к крупным ГЭС тяготеют алюминиевые производства — так, около 70% выработки второй по мощности в России Красноярской ГЭС потребляется Красноярским алюминиевым заводом. Братский алюминиевый завод использует электроэнергию Братской ГЭС, Саянский и Хакасский — Саяно-Шушенской ГЭС и т. п. Показателен пример строительства Богучанской ГЭС в связке с Богучанским алюминиевым заводом.
Курейская и Усть-Хантайская гидроэлектростанции обеспечивают около половины выработки электроэнергии в Норильском промышленном районе, Вилюйские ГЭС являются основным источником энергоснабжения Западного энергорайона Якутии, где расположены основные мощности по добыче алмазов. Освоение крупных месторождений золота также связано с необходимостью строительства ГЭС — так, Усть-Среднеканская ГЭС на Колыме будет снабжать крупное Наталкинское месторождение, перспектива освоения крупнейшего в России золоторудного месторождения Сухой Лог в Иркутской области связана с необходимостью строительства Тельмамской ГЭС.
Крупные гидроэлектростанции — своего рода форпосты освоения территории. В ходе их строительства создается необходимая инфраструктура (дороги, ЛЭП, жилье, связь, строительные мощности), что в совокупности с обилием дешевой электроэнергии способствует быстрому развитию вблизи ГЭС промышленности. ГЭС являются основой нескольких территориально-производственных комплексов — Братского, Усть-Илимского, Саянского. В результате строительства гидроэлектростанций возникли такие города, как Братск, Усть-Илимск, Саяногорск, Тольятти, Волжский и ряд других.
Строительство ГЭС является крупнейшими инвестиционными проектами для ряда регионов, в частности для республик Северного Кавказа (Зарамагская ГЭС-1 в Северной Осетии, Зеленчукская ГЭС-ГАЭС в Карачаево-Черкесии, Гоцатлинская ГЭС в Дагестане). Гидроэнергетики — крупнейшие налогоплательщики в бюджеты ряда регионов, в частности Дагестана и Хакасии.
Перспективным направлением можно считать экспорт электроэнергии, вырабатываемой на ГЭС. Уже сейчас в Китай поставляется электроэнергия с Зейской и Бурейской ГЭС, в Финляндию — с Вуоксинского каскада ГЭС, в Норвегию — с Пазских ГЭС. Особенно перспективна продажа электроэнергии в Китай, учитывая большие потребности быстрорастущей экономики Китая в электроэнергии и очень низкую освоенность гидропотенциала Восточной Сибири и Дальнего Востока.
К настоящему моменту гидропотенциал России освоен явно недостаточно — примерно на 19-20%. Для сравнения: в Германии этот показатель достигает 95%, во Франции и Италии — 95%, в Великобритании — 90%, Японии — 84%, США — 82%. Различна степень освоения гидропотенциала и в разных регионах России: в европейской части страны она достигает 40%, в Сибири — 23%, на Дальнем Востоке — не превышает 6%.
Мировой опыт свидетельствует о тенденции максимального освоения гидропотенциала даже при наличии альтернативных энергоресурсов. Ярким примером является Норвегия, обладающая крупными запасами природного газа, электроэнергетика которой почти на 100% базируется на ГЭС. Другой пример — во многом схожая с Россией по природным условиям Канада, обеспечивающая на ГЭС более 60% выработки электроэнергии. В настоящее время мировая гидроэнергетика переживает подлинный ренессанс, связанный с масштабным строительством большого количества крупных ГЭС в развивающихся странах — Китае, Индии, Бразилии, Эфиопии и других.
Большая часть гидропотенциала России сосредоточена в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке — в бассейнах Енисея, Лены и Амура. На Енисее и его крупнейших притоках Ангаре, Нижней и Подкаменной Тунгуске возможно строительство более чем десятка мощных ГЭС совокупной мощностью более 30 ГВт и выработкой более 100 млрд кВт ч, электроэнергия с которых может быть выдана на Урал и далее в европейскую часть страны по линиям постоянного и переменного тока сверхвысокого напряжения. Строительство ГЭС на Дальнем Востоке увязано с развитием проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, а также экспорта электроэнергии в Китай. В европейской части страны возможно освоение недоиспользованной части гидропотенциала путем строительства средних и малых ГЭС, особенно на Северном Кавказе, северо-западе и Урале, а также необходимо создание крупных гидроаккумулирующих электростанций.
Техника на грани
В гидроэнергетической отрасли существует целый ряд проблем технического, организационного и нормативно-правового характера. Их можно объяснить "провалом" 1990-х годов, когда новые мощности практически не вводились, количество капитальных и средних ремонтов снизилось, возник вакуум в научной сфере, упал престиж профессии энергетика.
Основная и системная проблема всей электроэнергетической отрасли — это износ оборудования. Особое опасение внушает состояние гидроэлектростанций России, 20,9% мощности которых отработали более 50 лет.
Отработали свой нормативный срок 53% турбин, 52,5% генераторов, 40% трансформаторов. В среднем износ по ГЭС превышает 40%, а по некоторым — и 70%. Больше всего оборудования, отработавшего свой нормативный срок эксплуатации, на Волжско-Камском каскаде и гидростанциях Северного Кавказа.
Высокий износ оборудования в отрасли приводит к росту аварийных случаев, создает риск возникновения техногенных катастроф и ставит под угрозу стабильность энергообеспечения целых регионов страны. В декабре 2010 года президентом РФ было дано поручение правительству разработать доктрину энергетической безопасности. Характерно, что в числе первоочередных мер по реализации доктрины были названы активное развитие гидроэнергетики и альтернативных источников энергии, определение порядка быстрого реагирования на чрезвычайные ситуации, модернизация предприятий топливно-энергетического комплекса, особые меры защиты энергетических объектов от террористов.
Основной владелец гидрогенерирующих мощностей государственная "РусГидро" принимает целый ряд мер для оздоровления технического состояния ГЭС. Заместитель председателя правления компании, главный инженер Рахметулла Альжанов признает, что за последние 20 лет доля энергетического оборудования, в том числе и оборудования гидроэлектростанций, функционирующего за пределами нормативного срока эксплуатации, существенно возросла. По его словам, это связано с тем, что значительное количество мощных ГЭС было введено в строй в 1950-1960-х годах (к таким станциям, в частности, относится большинство ГЭС Волжско-Камского каскада), в результате чего к концу 1980-х — началу 1990-х годов возникла необходимость модернизации и замены их оборудования. При этом переживаемые в то время Советским Союзом экономические трудности сделали невозможной реализацию масштабной программы замены устаревшего и изношенного оборудования, вынуждая ограничиваться периодическими ремонтами и заменой отдельных узлов.
С середины первого десятилетия XXI века в рамках программы технического перевооружения и реконструкции на ряде станций ОАО "РусГидро" производилась точечная замена оборудования. "К сожалению, темпы обновления активов компании в рамках данной программы не позволяли переломить тенденцию старения оборудования ГЭС компании в целом",— говорит господин Альжанов.
Именно поэтому, в марте 2011 года советом директоров компании была принята за основу программа комплексной модернизации генерирующих объектов ОАО "РусГидро", рассчитанная на период до 2025 года. В рамках данной программы планируется заменить до 50% общего парка турбин, 40% генераторов и 60% трансформаторов. Кроме того, запланирована замена вспомогательного оборудования и оборудования вторичной коммутации, высоковольтных выключателей. Результатом реализации программы должно стать отсутствие на станциях компании оборудования, отработавшего нормативный срок эксплуатации. Общая стоимость программы модернизации оценивается в $10,9 млрд.
Особенностью программы является ее ориентация не на точечную замену отдельных узлов и агрегатов, а на комплексную модернизацию генерирующих объектов как единых технологических комплексов, с заменой или реконструкцией основного и вспомогательного оборудования, общестанционных систем, гидротехнических сооружений.
Программа предполагает заключение долгосрочных договоров с производителями оборудования, как отечественными, так и зарубежными — в частности, с компанией Alstom заключен контракт на замену и реконструкцию оборудования каскада Кубанских ГЭС (реконструкции подлежат восемь ГЭС и одна ГАЭС). Другие примеры — контракт с Voith Hydro, предусматривающий замену всех гидротурбин Саратовской ГЭС, крупные контракты с "Силовыми машинами" на замену оборудования Волжской и Жигулевской ГЭС. Первыми проектами, реализованными в идеологии программы, станут восстановление Саяно-Шушенской и Баксанской ГЭС.
Помимо повышения надежности работы активов компании и значительного снижения затрат на ремонты результатом программы станет рост мощности ГЭС, оцениваемый более чем в 750 МВт, а также увеличение выработки электроэнергии за счет использования современного оборудования с улучшенными характеристиками.
Вода — источник жизни
Созданные плотинами ГЭС водохранилища имеют огромное неэнергетическое значение. Пожалуй, самая важная их функция — обеспечение надежного водоснабжения огромных территорий с многомиллионным населением. В частности, использование запасов воды, аккумулированных в водохранилищах Волжско-Камского каскада, позволило избежать проблем с водоснабжением густонаселенных территорий Поволжья в период аномальной жары и маловодья лета 2010 года. Разбавляя и отстаивая сточные воды, водохранилища значительно улучшают качество воды — согласно оценкам, при отсутствии водохранилищ Волга и Кама превратились бы в сточные канавы, непригодные для питьевого водоснабжения и рыболовства.
Активно используются водохранилища ГЭС и для орошения засушливых земель, причем существуют большие резервы дальнейшего развития орошаемого земледелия с существенным повышением его эффективности.
Водохранилища ГЭС защищают большие и густонаселенные территории от наводнений. Практически ликвидирован риск катастрофических наводнений на Волге и Каме, наносивших ранее огромный ущерб. Со строительством Зейской и Бурейской ГЭС значительно сократился риск возникновения наводнений в бассейне Амура, Саяно-Шушенское и Красноярское водохранилища имеют большое противопаводковое значение для Красноярского края и Хакасии.
Строительство каскадов ГЭС на Волге, Каме, Свири позволило создать единую глубоководную систему европейской части страны с гарантированной глубиной 4 м, позволяющей эффективно использовать экономичный речной транспорт, в том числе высокоэффективные суда класса "река-море". К сожалению, развитие водного транспорта сдерживается наличием "узких мест", в первую очередь мелководного участка от Нижнего Новгорода до Нижегородской ГЭС, образовавшегося в результате затянувшегося функционирования Чебоксарского водохранилища на временной пониженной отметке 63 м. Регулирующая функция плотин ГЭС позволила ликвидировать систематические наводнения в период весеннего половодья и уменьшить обмеление в периоды засухи, позволило развить судоходство там, где его не было, и повысить безопасность там, где оно было",— говорит Дмитрий Терехов из "Грандис Капитал".