Гидросила тока. Какую энергию может дать вода Долгобродского канала

Проект, разработанный челябинскими учеными, во многом позволяет решить и проблему энергодефицита в нашем индустриальном регионе. Неслучайно его высоко оценили на недавней международной научно-практической конференции. Идея в том, чтобы построить на Долгобродском канале сеть малых гидроэлектростанций, которые будут обеспечивать электроэнергией СХП, фермерские хозяйства и другие предприятия. Причем этот проект можно совместить и с придуманным учеными «сифонным механизмом», который даже стоячую воду заставляет бежать самотеком и «давать ток». Это и стало главной темой разговора с одним из его авторов, кандидатом технических наук, доцентом кафедры энергообеспечения и автоматизации технологических процессов ЮУрГАУ Ольгой Пташкиной-Гириной.

И вода, и ток

— Как родилась идея Долгобродского энергокаскада?

— Этот канал строили более 20 лет, и теперь есть реальная надежда на избавление мегаполиса от угрозы водного дефицита. В середине 70-х и конце 90-х годов прошлого века в регионе случилась жестокая засуха, и уровень воды в водохранилищах катастрофически упал. Тогда и было решено проложить канал от реки Уфы до бассейна Миасса. Масштабный проект впечатляет: вода из Долгобродского водохранилища наполнит Аргази, защитит от обмеления и Шершневскую «питьевую чашу» Челябинска.

Этот канал уникален: он пересекает Уральские горы, соединяет Европу и Азию. Поначалу предлагалось пробить в горах туннель, чтобы вода из Долгобродского водохранилища поступала в Аргази самотеком, но остановились на еще более амбициозном варианте. Воду качают насосной станцией, она по трубопроводу идет до Кыштымского водохранилища, а затем в обход озера Увильды (его не стали пополнять по соображениям экологии) до Аргази. Последний 20-километровый участок канала ввели этим летом.

Но вода через плотины уходит в реку Миасс, не принося реальной пользы. Та же ситуация и с Долгобродским каналом. Между тем в Челябинске и пригородах из-за роста производства потребность в электроэнергии растет. Решению этой давней проблемы может послужить малая энергетика. На трассе канала можно построить каскад мини-ГЭС, которые послужат энергообеспечению местных потребителей.


Фото с сайта минэкологии Челябинской области

Турбина для плотины

— Но подъем воды требует огромных затрат электричества…

— Это так. Для переброски из Долгобродского в Аргазинское водохранилище предусмотренных проектом 130 млн кубометров воды в год необходимо расходовать 20,5 млн киловатт электроэнергии. Но эту проблему можно решить, поставив на гидроузлах плотин турбины для производства электроэнергии. По расчетам, ее хватит для компенсации энергозатрат на переброску воды по каналу.

Так, на Долгобродском гидроузле возможно построить мини-ГЭС мощностью 1 МВт, на Аргазинском — 1,5 МВт, на Шершневском — 0,7 МВт. Мощность, потребляемая насосной станцией для подъема воды, даже меньше суммарной энергоподпитки — 2,7 МВт. А значит, даже с учетом затрат на обслуживание это должно снизить себестоимость переброски. Но проблема в том, что «водная» электроэнергия не может быть подана на электродвигатели насосной, поскольку гидроузлы расположены от нее на большом расстоянии. Мы предлагаем применить так называемый компенсационный режим ее питания и выработки электричества. Расходы на подъем воды с лихвой компенсирует прибыль от получаемой электроэнергии. Причем мини-ГЭС экологичны, не производят вредных выбросов.

— Были ли у вашего проекта свои «прообразы»?

— В свое время, к примеру, на Шершневской плотине уже была мини-ГЭС мощностью 800 кВт, но в 90-х ее ликвидировали, турбину сняли. Такая же судьба постигла Кыштымский гидроузел, некогда производивший электричество для лесопилки. Почему бы не возродить малую гидроэнергетику уже в масштабах Долгобродского канала? Вместе с ФГУ «Челябгидрострой» мы проработали технические решения по обустройству четырех гидроузлов: Долгобродского, Кыштымского, Аргазинского и Шершневского. Они были одобрены экспертами красноярского института «Гидропроект».



Киловатты впрок

— А можно ли запасать вырабатываемую электроэнергию впрок?

— Именно это мы и предлагаем. Причем обустроить «энергосклад» вполне реально. С точки зрения энергоиспользования стока реки Уфы в наш Миасс, куйбышевским филиалом института «Гидропроект» еще в советские годы по программе «Комплексное использование и охрана водных ресурсов СССР» была разработана схема сооружения гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Из предлагаемых пяти площадок для сооружения ГАЭС была выбрана расположенная на восточном склоне главного Уральского хребта, за водоразделом рек Большая Егуста и Аткус, в полукилометре от запроектированного тоннеля на трассе переброски. Стоку воды очень помог бы 200-метровый перепад уровней верхнего и нижнего бассейнов, при этом мощность ГАЭС составила бы около 8 тыс. кВт. Но от реализации этого мегапроекта после распада СССР по финансовым причинам отказались.

Между тем необходимость строительства ГАЭС уже стала аксиомой в мире энергетики. Эти уникальные сооружения способны не только вырабатывать электроэнергию, но и запасать ее, обеспечивая дополнительную энергоподпитку в пики потребления. За рубежом в гигантских «батарейках» накапливают 10-12 % всех объемов малой энергетики. Надеюсь, эта идея когда-нибудь будет реализована и на Южном Урале.

Вода в гору потечет!

— В нашем регионе в свое время возвели множество малых плотин для орошения сельхозугодий. Сейчас большинство из них фактически бесхозные, в заброшенном состоянии…

— Их возродить вполне реально, и один из путей выхода на самоокупаемость — оснастить мини-плотины турбинами для выработки электроэнергии. Но при этом встает проблема: зимой наши реки замерзают, и мини-ГЭС работать не сможет. Однако выход есть: у нас разработан проект обустройства энергоузла на плотине, возведенной на речке Караталы-Аят, с трубопроводом, который не боится мороза. Пока его запуск сдерживает дороговизна строительства, но в перспективе эта идея может найти применение.

К примеру, тепло можно получать прямо из земли! На эту нашу разработку уже есть патент. Ее смысл в том, что тепловую энергию можно «качать» из скважины, затем прогонять через тепловой насос, после чего «почвенная» температура резко повышается. Так можно, не сжигая углеводороды, обогревать дома, школы и больницы.

— А как снизить энергозатраты на подъем воды из водохранилища?

— Для этого мы разработали систему так называемой сифонной ГЭС, которая тоже запатентована. Трубопровод в виде сифона способен поднять воду «в гору» без каких-либо затрат электроэнергии! Появляется перепад давления, и она бежит самотеком, крутит турбину и вырабатывает электроэнергию. Высокоскоростная турбина в паре с насосом способна подавать воду под высоким давлением на высоту большую, чем ее уровень на входе плотины! Не нужны генератор и электродвигатель, преобразователь напора качает воду без всяких затрат, только за счет ее собственной энергии. На выходе — солидная экономия, что для аграриев очень важно.



Сточный «энергоклондайк»

— Сегодня вода, обезвреженная в очистных сооружениях, попросту сбрасывается в водоемы. Можно ли и ее заставить работать на энергетику?

— Самотечные воды могут стать еще одним источником электроэнергии. Проблема в том, что на перекачку очищенных и сточных вод в России ежегодно расходуется 12-13 млрд кВт! А доля стоимости электричества в затратах таких предприятий — от 40 до 80 %! Если на стоках построить мини-ГЭС, расходы намного уменьшатся, появится возможность снизить тарифы на воду и канализацию. В Томске и Ульяновске уже запустили такие пилотные проекты, энергостанции вырабатывают электричество. Так, сбрасываемые в Волгу очищенные стоки дают 1700 кВт «дармовой» электроэнергии, которая поступает на очистные.

— Но подойдет ли этот «пилот» для условий Южного Урала?

— Мы разработали подобные проекты и для нашего региона. Так, в Златоусте вода из водохранилища на реке Большая Тесьма самотеком идет на насосно-фильтровальную станцию, обеспечивающую питьевую потребность города. Почему бы здесь не установить малую ГЭС, чтобы вырабатывать электричество? Или, например, сточные воды завода «Уралэлемент» в Верхнем Уфалее очищают и сбрасывают в реку Большой Суховяз. За год это более 390 тыс. кубометров! Мы предлагаем построить мини-ГЭС: самотечный водный поток, по расчетам, даст 2,5 кВт мощности. Если этот проект будет запущен, водоочистная станция сможет работать на собственной электроэнергии.

Добавлю, что многие из этих разработок могут пригодиться и при создании Долгобродского энергокаскада. Если эта идея найдет реальное применение на трассе канала, «природная» сила воды позволит снизить зависимость от поставщиков электроэнергии, получать весомую экономию.