Индивидуальный исследовательский проект «ГЭС на сибирской реке»

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с. Новогромово

Индивидуальный исследовательский проект

«ГЭС на сибирской реке»

Автор: Федоров Роман Максимович

Руководитель: учитель географии

 Попова Татьяна Викторовна

2023 год

Оглавление

                                                                                             Стр.

Введение  ……………………………………………………..3

Глава 1. Характеристика ГЭС Ангарского каскад….…….4

1. Иркутская ГЭС         ……………………………..  5
2. Братская ГЭС………….……………………………6
3. Усть –Илимская ГЭС……………………………...7
4.  Богучанская ГЭС…………………………………..8

Глава 2. Экологическая ситуация     ………………………………….…9

Заключение ……………………………………………….…10

Список литературы…………………………………………11

Приложение………………………………………………..…12      

Введение

         Особенности гидроэнергетического комплекса Ангарского каскада ГЭС заслуживают особого внимания так как это крупнейший комплекс гидроэлектростанций России. Комплекс ГЭС имеет огромный экономический потенциал для развития Восточной Сибири. Доля России в мировых запасах гидроэнергетических ресурсов, технически возможных к использованию, оценивается в 10 %. Это довольно высокий показатель, который ставит нашу страну на второе место в мире (после Китая). Освоение всех гидроэнергетических ресурсов позволило бы России ежегодно производить до 2 трлн кВт-ч электроэнергии вдвое больше, чем вырабатывается сейчас на всех электростанциях страны (гидро-, тепловых и атомных). Основная часть гидроэнергетических ресурсов России (около 70 %) сосредоточена в Восточной Сибири, где на 1 км2 территории приходится 235 кВт потенциальной мощности. Крупным энергетическим потенциалом обладают бассейны pp. Лены, Ангары, Енисея и Амура. Их суммарные запасы в 1,5 раза превышают гидроэнергетические ресурсы такой страны, как США. На территории Иркутской области общие потенциальные запасы гидроэнергоресурсов оцениваются в 200-250 млрд кВт-ч/год, в том числе технически возможных к использованию примерно в 190 млрд кВт-ч/год (табл. 5.3). Наличие значительных гидроэнергоресурсов станет и в дальнейшем определять экономическое развитие Иркутской области как важнейшего центра энергоемких производств на востоке страны. В настоящее время вовлечена в оборот только треть имеющихся гидроресурсов. Построено три гидроэлектростанции на Ангаре суммарной мощностью 9,1 ГВт с годовой выработкой электроэнергии более 50млрдкВт-ч, а также одна ГЭС на р.Мамакан (приток Витима) мощностью около 100 МВт с возможной годовой выработкой электроэнергии до 0,4 млрд кВт-ч.
Чтобы лучше представить мощность потенциальных гидроэнергетических ресурсов Иркутской области, приведем сравнение: на Волге (самой крупной реке Европейской России) можно построить гидроэлектростанции общей мощностью 10 ГВт, на Енисее свыше 20, на реках Иркутской области - 23, в том числе на Ангаре около 15 ГВт.
С завершением строительства Иркутской, Братской и Усть-Илимской ГЭС в хозяйственный оборот были вовлечены наиболее эффективные гидроэнергоресурсы Ангары.
В настоящее время возведение небольших гидроэлектростанций сдерживается целым рядом причин. Во-первых, в Приангарье уже имеется избыток энергомощностей. Во-вторых, отсутствуют инвестиционные ресурсы, необходимые для строительства новых ГЭС. В-третьих, технико-экономически показатели небольших гидроэлектростанций (в сравнении с ГЭС Ангарского каскада) существенно ниже. Наконец, существуют планы сооружения мощных ГЭС на Ангаре (Богучанской) и Енисее (Среднеенисейской и Осиновской).

Целью работы является: исследование Ангарского каскада гидроэлектростанций.
Задачами данной работы являются:
1) Изучить особенности ГЭС
2) Проследить социально-экономиче кие последствия постройки ГЭС
3) Изучить гидроэнергетический потенциал Иркутской области
4) Провести анализ имеющейся информации

3

Глава 1. Характеристика ГЭС Ангарского каскада
           Ангарский каскад ГЭС - крупнейший комплекс гидроэлектростанций в России. Расположен на реке Ангара в Иркутской области и Красноярском крае. Основная часть строительства осуществлена в советский период, Стройка каскада связывалась с развитием промышленности и освоением значительного природного потенциала Средней Сибири. Комплекс ГЭС на реке Ангара, суммарной действующей мощностью 9017,4 МВт, среднегодовой выработкой 48,4 млрд кВт·ч или 4,8% от общего потребления в стране. После завершения Богучанской ГЭС  установленная мощность каскада достигнет 12 017,4 МВт, а среднегодовая выработка - 66 млрд кВт·ч. С учетом проектируемых и строящихся станций, каскад состоит из семи ступеней:
первая ступень - Иркутская ГЭС, мощностью 662,4 МВт и выработкой 4,1 млрд кВт·ч;
вторая ступень - Братская ГЭС, мощностью 4 515 МВт и выработкой 22,6 млрд кВт·ч;
третья ступень - Усть-Илимская ГЭС, мощность 3 840 МВт и выработкой 21,7 млрд кВт·ч;
четвёртая ступень - строящаяся Богучанская ГЭС, проектной мощностью в 3 000 МВт и выработкой 17,6 млрд кВт·ч;
пятая ступень - проектируемая Нижнебогучанская ГЭС мощностью 660 МВт и выработкой 3,3 млрд кВт·ч;
шестая ступень - проектируемая Мотыгинская ГЭС (Выдумская ГЭС) мощностью 1 145 МВт и выработкой 7,2 млрд кВт·ч;
седьмая ступень - проектируемая Стрелковская ГЭС мощностью 920 МВт.

4

1.1 Иркутская ГЭС
Строительство Иркутской ГЭС началось в 1950, закончено в 1958. ГЭС является русловой с совмещённым зданием ГЭС.
Состав сооружений ГЭС:
бетонная водосливная плотина;
совмещённое здание ГЭС длиной 240 м;
земляная насыпная плотина с суглинистым ядром максимальной высотой 44 м и длиной 2500 м.

Насыпная плотина состоит из следующих участков:
Левобережного
Островного
Руслового
Правобережного.

Высота верхнего бьефа над уровнем моря (НПУ) составляет 457 м. По плотине ГЭС проходит автодорожный переход. Судоходных шлюзов ГЭС не имеет, поскольку сквозное судоходство по Ангаре отсутствует, однако место для шлюзов зарезервировано.
Мощность ГЭС - 662,4 МВт, среднегодовая выработка - 4,1 млрд кВт·ч. В здании ГЭС установлено 8 поворотно-лопастных гидроагрегатов мощностью по 82,8 МВт, работающих при расчётном напоре 26 м. Оборудование ГЭС устарело и изношено, проводится его модернизация.
Напорные сооружения ГЭС (длина напорного фронта 2,73 км) образуют крупное Иркутское водохранилище, включающее в себя озеро Байкал. ГЭС спроектирована институтом «Гидропроект».
Иркутская ГЭС контролируется ОАО «Иркутскэнерго», однако плотины ГЭС находятся в федеральной собственности, планируется их передача ОАО «РусГидро».
При проектировании каскада гидростанций на Ангаре инженеры Гидроэнергопроекта предлагали для повышения мощности ГЭС направленным взрывом создать проран в истоке Ангары. Дело в том, что объём её стока и уровень сработки водохранилища ограничивается уровнем дна реки в створе Шаман-камня. Это ограничение влияет на пропускную способность истока и, следовательно, на расход воды на Иркутской ГЭС, особенно при низких уровнях Байкала. Создание прорана глубиной 25 м позволило бы направить в Ангару около 120 куб.км в год воды и тем самым увеличить среднегодовую выработку электроэнергии на каскаде. Однако эта идея вызвала протесты общественности и осталась нереализованной. Сибирские ученые и писатели опубликовали в октябре 1958 открытое письмо-протест в «Литературной газете».
Проект ГЭС неоднократно изменялся, например, по первоначальным вариантам планировалось строительство приплотинного здания ГЭС и судоходных шлюзов.
Иркутское водохранилище заполнялось в течение семи лет. За это время подпор от плотины распространился на озеро Байкал, повысив его уровень на 1,46 метра. Таким образом, с одной стороны, долина Ангары превратилась в залив Байкала, а с другой - само великое озеро стало главной регулирующей частью Иркутского водохранилища.
Основными потребителями электроэнергии, вырабатываемой ИГЭС, являются Шелеховский алюминиевый завод и коммунально-бытовые потребители города.
На Иркутской гидроэлектростанции работают 156 человек.

5

1.2 Братская ГЭС
Братская гидроэлектростанция (им. 50 летия Великого Октября) - гидроэлектростанция на реке Ангаре в городе Братске Иркутской области. Самый крупный производитель гидроэлектроэнергии в России. Является второй, после Иркутской ГЭС, ступенью Ангарского каскада ГЭС.
Состав сооружений ГЭС:
бетонная гравитационная плотина длиной 924 м и максимальной высотой 124,5 м, состоящая из станционной части длиной 515 м, водосливной части длиной 242 м и глухих частей общей длиной 167 м.
приплотинное здание ГЭС длиной 516 м.
береговые бетонные плотины общей длиной 506 м.
земляные плотины: правобережная - длиной 2987 м и левобережная - длиной 723 м.

Напорные сооружения длиной 5140 м образуют Братское водохранилище многолетнего регулирования. Из-за отсутствия сквозного судоходства по Ангаре гидроузел не оборудован пропускными сооружениями. По гребню плотины проходит магистральная железная дорога Тайшет - Лена, а ниже - шоссейная дорога.
В здании ГЭС установлено 15 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 250 МВт, и 3 по 255 МВт, работающих при рабочем напоре 106 м.
Установленная мощность составляет 4515 МВт (по состоянию на 2010 год). Электростанция спроектирована институтом «Гидропроект». Проектом предусмотрено сооружение судоподъёмника для пропуска судов через гидроузел. Существует также проект увеличения установленной мощности до 5000 МВт, в рамках текущей программы технического переоснащения станции установленная мощность может быть увеличена до 4590 МВт.
Братская ГЭС контролируется ОАО «Иркутскэнерго», однако плотины ГЭС находятся в федеральной собственности.
Братская ГЭС играет незаменимую роль в обеспечении устойчивого функционирования всей энергозоны Сибири. Является основой Братского территориально-производственного комплекса. Большую часть электроэнергии станции (порядка 75 %) потребляет Братский алюминиевый завод (БрАЗ).
Для передачи электроэнергии потребителям от подстанции ГЭС отходит 5 ЛЭП-500 кВ и 20 ЛЭП-220 кВ.
Братская ГЭС является самым крупным производителем гидроэлектроэнергии в России, генерируя в среднем за год 22,6 млрд кВт-ч, что соответствует коэффициенту 57%. Среднегодовая выработка, исходя из известных гидротехнических параметров, может составлять несколько большую величину и, в зависимости от средней высоты верхнего бьефа, находиться в пределах 23?25 млрд кВт-ч. В отдельные многоводные годы выработка может достигать значения 30 млрд.
Более низкая выработка по сравнению с потенциально возможной обусловлена низким КПД турбин (86%), которые были установлены в 1950-хх и в ходе эксплуатации снизили свою эффективность на 6%.
С 2006 «Иркутскэнерго» совместно с ОАО «Силовые машины» реализуется проект модернизации гидроагрегатов ГЭС. Проект предусматривает замену рабочих колес гидроагрегатов первой очереди (станционные номера 13-18), работавших в период достройки ГЭС на пониженных напорах, что вызвало их ускоренный износ. В 2006 было изготовлено новое рабочее колесо для гидроагрегата № 16, в 2007 - для № 17, в 2008 -для № 14 и № 18, в 2009 - для № 15 и № 13. Новые рабочие колеса позволяют гидроагрегатам развивать мощность в 255 МВт.
13 января 2010 ГЭС выработала рекордный для евразийского континента и России триллионный кВт-ч.
Количество работающего персонала -271 чел.
6


1.3 Усть-Илимская ГЭС

Строительство ГЭС началось в 1963, закончилось в 1980.
Состав сооружений ГЭС: бетонная гравитационная плотина длиной 1475 м и высотой 105 м, состоящая из станционной плотины длиной 396 м, водосливной плотины длиной 242 м, и глухих частей плотины (в русле и берегах) длиной 837 м.
левобережная каменно-земляная плотина длиной 1710 м и высотой 28 м.
правобережная земляная (песчаная) плотина длиной 538 м и высотой 47 м.
приплотинное здание ГЭС длиной 440 м.

Высота верхнего бьефа над уровнем моря (НПУ) составляет 296 м. По плотине ГЭС проложен автодорожный переход, по которому закрыто движение. Судопропускных сооружений ГЭС не имеет, в перспективе предусмотрено сооружение судоподъёмника.
Проектная мощность - 4320 МВт, установленная - 3840 МВт, среднегодовая выработка - 21,7 млрд кВт·ч. В здании ГЭС установлено 16 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 240 МВт, работающих при рабочем напоре 90,7 м. Напорные сооружения ГЭС (длина напорного фронта 3,84 км) образуют крупное Усть-Илимское водохранилище площадью 1922 км?, полным объёмом 58,9 км?. При создании водохранилища было затоплено 154,9 тыс.га земель, в том числе 31,8 тыс.га сельхозугодий. Было переселено 14,2 тыс. человек из 61 населенного пункта. Было вырублено 11,9 млн. м? леса.
Электростанция спроектирована институтом «Гидропроект».
Усть-Илимская ГЭС контролируется ОАО «Иркутскэнерго», однако плотины ГЭС находятся в федеральной собственности, планируется их передача ОАО «РусГидро». Усть-Илимская ГЭС играет важную роль в обеспечении устойчивости энергосистемы Сибири. Значительную часть электроэнергии ГЭС потребляют алюминиевые и лесохимические производства. ГЭС стала базой для создания Усть-Илимского территориально-производственного комплекса. Электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, по высоковольтным линиям передаётся в объединённую энергосистему Сибири.
29 марта 2010 года была остановлена работа одной из 16 турбин ГЭС. После срабатывания предупредительной сигнализации гидротурбина была остановлена в резерв, а затем выведена в неотложный ремонт для выявления причин технологического нарушения режима работы и замены масла в системе регулирования. ГЭС притерпивала большое количество ремонтов.
На Усть-Илимской гидроэлектростанции работают 185 человек.

7
1.4 Богучанская ГЭС
Богучанская  гидроэлектростанция - строящаяся гидроэлектростанция на реке Ангаре, у города Кодинска, Красноярского края. Входит в Ангарский каскад ГЭС, являясь его четвёртой, нижней ступенью.
Имея проектную мощность 3000 МВт, входит в число крупнейших гидроэлектростанций России. Строительство Богучанской ГЭС, ведущееся с 1974 года, является рекордным по продолжительности в истории российской гидроэнергетики. Ввод в эксплуатацию первых агрегатов состоялся 15 октября 2012 года. Ввод ГЭС на полную мощность намечен 2025 год. Напорные сооружения ГЭС создадут крупное Богучанское водохранилище площадью 2326 км (в том числе в Красноярском крае 1961 км?, в Иркутской области 365 км) и длиной 375 км. Более половины электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, планируется использовать на строящемся Богучанском алюминиевом заводе мощностью 600 000 т первичного алюминия в год. Также электроэнергия Богучанской ГЭС будет использоваться строящимся Тайшетским алюминиевым заводом, существующими и перспективными промышленными предприятиями Нижнего Приангарья. Электросетевые объекты, построенные в рамках проекта Богучанской ГЭС, повысят надёжность транзита электроэнергии между Иркутской областью и Красноярским краем
При сооружении Богучанской ГЭС будет затоплено 1494 км земель, в том числе 296 км сельхозугодий (пашни, сенокосов и пастбищ) и 1131 км леса. Ожидается постепенное всплывание части торфа из затапливаемых торфяных болот, общая площадь которых оценивается в 96 км, при этом всплывание торфа возможно с участков общей площадью 13 км. Прогнозируется, что постепенное всплывание торфа будет продолжаться в течение 20 лет, что потребует проведения мероприятий по буксировке и закреплению торфяных островов.
Создание водохранилища приведёт к полной перестройке экосистем в зоне затопления. Наземные экосистемы (таёжные ландшафты), а также речная экосистема будут заменены на экосистему водохранилища, сочетающую в себе черты речной и озёрной экосистем (с преобладанием признаков последней). При этом численность реофильных (живущих в реках) видов рыб сократится, а лимнофильных (предпочитающих озёра) - возрастёт. Рыбопродуктивность водохранилища оценивается в 18 кг/га.
Вследствие низкой боковой приточности, определяющее значение на качество воды в Богучанском водохранилище будет оказывать качество воды Усть-Илимского водохранилища. В течение нескольких лет после заполнения водохранилища заметное влияние на качество воды (в части содержания растворённого кислорода, органических веществ, фосфатов) будут оказывать разложение затопленной растительности, торфа.
Водохранилище Богучанской ГЭС в летнее время будет оказывать охлаждающее воздействие на прилегающие территории, в осеннее - отепляющее. Прогнозируется, что это воздействие будет распространяться в среднем на 6-8 км от водохранилища и не окажет существенного влияния на условия вегетации растительности.
Строительство Богучанской ГЭС критикуется рядом общественных организаций, в частности Всемирным фондом дикой природы и Гринпис. Аргументом критики является строительство Богучанской ГЭС без прохождения предусмотренной действующим законодательством процедуры оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС). Позиция инвесторов строительства, а также руководства Красноярского края заключается в отрицании необходимости прохождения ОВОС в связи с тем, что технический проект Богучанской ГЭС (в составе которого рассмотрены вопросы охраны окружающей среды) был утвержден государственной экспертизой еще в советское время, а нормы современного законодательства, предусматривающего проведение ОВОС, обратной силы не имеют.

8

Глава 2. Экологическая ситуация

Ангарский каскад  ГЭС, используя для работы возобновляемый источник энергии, позволит предотвратить сжигание большого количества органического топлива (угля или природного газа) и соответственно избежать выброса в атмосферу значительных объёмов углекислого газа, окислов серы и азота, золы и других загрязняющих веществ. В частности, только при работе одной  ГЭС (на отметке 185 м) предотвращается ежегодный выброс в атмосферу 11,2 млн т CO2 ежегодно.
В результате зарегулирования стока Ангара, отличающаяся в естественных условиях быстрыми и чистейшими байкальскими водами на значительном протяжении (890 км), превратилась в цепь озероподобных слабопроточных водохранилищ. А затем вследствие замедленного водообмена, слабого перемешивания и гниения огромного количества затопленной древесины утратила самоочищающую способность водных масс (интенсивность водообмена в целом снизилась в 20 раз, полный водообмен на Братском водохранилище теперь осуществляется за 2 года, а раньше требовалось 3-4 суток). Кроме того, в глубоких ангарских водохранилищах хорошо выражены процессы температурной стратификации и образования застойных зон, которые в условиях охлаждения на дне загрязнителей, поступающих со сточными водами, приводят к опасному «вторичному» загрязнению.
Роль водохранилищ в ухудшении качества ангарских вод наглядно просматривается на примере Усть-Илимского водохранилища. Так, например, до его образования зона загрязнения речных вод Ангары стоками Братска не превышала 10 км2 летом и 15-20 км2 зимой. С созданием Усть-Илимского водохранилища зона загрязнения резко увеличилась и в настоящее время достигла 300 км2. Площадь регистрируемых загрязненных вод увеличилась в 15-20 раз. Таким образом, неблагоприятное воздействие «эффекта регулирования» на структуру и функции ангарской экосистемы в целом выражается даже в большей степени, чем влияние сточных вод.
Гидротехническое и энергетическое строительство нанесло огромный урон рыбному хозяйству Иркутской области, базировавшемуся главным образом на рыбных запасах оз. Байкал и р. Ангары. Вследствие ухудшения условий воспроизводства рыб и их кормовой базы (в связи с подпором Байкала плотиной Иркутской ГЭС) уловы омуля на Байкале к концу 60-х годов прошлого века сократились в 10-15 раз. В настоящее время общая численность омулевого стада восстановлена, но его общая биомасса и запасы за счет снижения веса уменьшились в два раза, одновременно ухудшились показатели упитанности, плодовитости и вкусовые качества (Краснощеков, 1968; Топорков, 1972). В значительной мере это связано с подпором уровня воды Байкала Иркутской ГЭС, в среднем на 1,0-1,2 м, вследствие чего были затоплены высокопродуктивные озерно-соровые системы (285 км2) и подорвана традиционная кормовая база омуля в виде калорийных икринок байкальских бычков-желтокрылок и песчанной широколобки.
В связи с созданием систем водохранилищ произошли кардинальные изменения в структуре рыбных запасов Ангары. При этом естественные условия воспроизводства рыб оказались полностью нарушенными. На участках, ныне занятых водохранилищами, раньше добывалось около 1,4 тыс. т рыбы в год (из них 55 % составляли такие ценные виды, как хариус, сиг, стерлядь, таймень, ленок и др.). В настоящее время добыча рыб составляет 1,7-2,0 тыс. т в год, где улов представлен малоценными частиковыми видами (доля ценных рыб составляет лишь 1%). Следовательно, сооружение высоконапорных ангарских гидроузлов без рыбопропускных устройств, а также смена речного режима на озерный привели к исчезновению ценных видов рыб и их замене на мелкие, тугорослые и малоценные частиковые виды.
Воздействие ангарских водохранилищ на природную среду происходило не только в процессе их создания, но и эксплуатации. В настоящее время уже выявлено локальное влияние водохранилищ на микроклимат побережий – охлаждающее влияние весной и летом, отепляющее осенью, повышение относительной влажности воздуха и усиление ветровой деятельности.
Гораздо сильнее выражено негативное воздействие на микроклимат в сибирских условиях не самих водохранилищ, а нижних бьефов ГЭС, где Ангара не замерзает зимой на десятки километров от плотин (в среднем, длина незамерзающей полыньи составляет 10-30 км). При низких температурах воздуха из-за полыньи прибрежные территории окутываются густым туманом, затрудняющим работу воздушного и наземного транспорта. Кроме того, высокая влажность воздуха при сильном морозе способствует увеличению простудных и сердечно-сосудистых заболеваний, а в штилевую погоду усугубляется явлением смога в крупных городах Приангарья – Иркутске, Братске и Усть-Илимске.
Приведенный анализ показывает, что в результате строительства и эксплуатации ангарского каскада ГЭС и водохранилищ резко проявились разнообразные факторы и последствия, которые негативно воздействуют на природную среду и отрицательно сказываются на социально-экономичес ких условиях региона.





Заключение

          Мы провели исследование:  Ангарский каскад ГЭС- один из самых развитых (как технологически, так и экономически) комплексов поставляющих электроэнергию на Российский рынок. Восточная Сибирь благодаря дешевой электроэнергии занимает лидирующие позиции в выработке алюминия. Кроме того на Ангаре в перспективе планируется постройка еще 3 гидроэлектростанций, проекты, которых уже рассматриваются. Это увеличит производство алюминия и удешивит стоимость кВт \ч. Но, к сожалению, кроме положительных моментов , есть и последствия для ландшафтов попавших под затопление.  Работа над проектом проведена с удовлетворением, цель и задачи достигнуты.

9

Список литературы

1. Бабиков Б.В. Гидротехнические мелиорации. – М.:Наука , 2005. - 304с.
2. Кини Р.М. Размещение гидрологических объектов.- М.:Высшая школа , 1987. - 320с

3. Ковалев А.Я. Ангарский каскад. - Иркутск: Издательство ИГУ, 1975, - 328c.

4. Атлас Иркутской области М. Иркутск «ГУК» и К СССР, 2010-182стр.

5. Географический атлас Иркутск: Восточно-Сибирская издательская компания 2010-43стр.

6.Тулохонов А.К. Я познаю Тайгу / А.К. Тулохонов, О.А. Екимовская, А.Н. Бешенцев. – Новосибирск: Наука, 2002. – С. 6-7.

http://www.baikal-center.ru/books/element.php?ID=1040

https://fregataero.ru/tury/evropa/rossiya/bajkal/1712-vizitnaya-kartochka-bajkal

10

Приложение

 Рис Иркутская ГЭС

Рис Станция со стороны Лисихи

Рис Ангара парит