МініГЕС-водогін Вижниця-Чернівці ©Данилюк Анатолий Иванович Для всього світу, і, в першу чергу для економічно розвинутих країн характерною сучасною тенденцією стало використання так званих нетрадиційних джерел енергії. Назва прижилась і стала широковживаною, не дивлячись на її суттєву умовність, адже ще менше ста років назад більшість цих джерел, таких як енергія вітру, річок і дров були основними для цілих регіонів. Повернення уваги до них зумовлене енергетичною кризою і невпинним скороченням світових запасів викопного органічного палива, на якому трималась велика енергетика. Видобування його стає все важчим і дорожчим. Ситуація ще більше штучно ускладнюється звичайними в таких випадках спекуляціями на труднощах.
Другою проблемо більшості країн світу є все зростаюча через збільшення споживання і забруднення проблема прісної води.
У Чернівецькій області проблема дещо пом’якшується близкістю Новодністровської ГЕС та наявністю багатьох незабруднених промисловими стоками гірських річок. Однак електроенергії, на яку розрахована вся господарська, включаючи водопровідну, техніка області, також не вистачає, і постійні відключення електроенергії наносять величезні збитки, абсолютно несумірні з вартістю її економії. А хронічна відсутність води в водопроводах міста Чернівці стала звичною складовою життя його жителів, бо існуючі водозабори з р. Прут мають недостатню потужність через давність побудови, а водогін Дністер-Чернівці при всій його вартості не повністю справляється з своїм завданням.
Місто Чернівці, по різних оцінках, потребує близько 130-150 тисяч кубометрів водопровідної води на добу або 1,5-1,7 метра кубічного за секунду, що складає, наприклад, біля 10% стоку такої річки, як Черемош. Середнє реальне споживання міста складає біля 50-70% цього об”єму через постійні проблеми з надійністю електропостачання, матеріальної частини водогонів та чистотою води в Дністрі в районі водозабору. Забруднюють воду постійні промислові, сільськогосподарські та побутові стоки густонаселеного регіону Львівської та Івано-Франківської областей в басейні Дністра вище водозабору. Трапляються і залпові аварійні катастрофічні стоки природного і техногенного характеру. Дещо краща, хоч і не набагато, ситуація з річкою Прут.
Для задовільного вирішення проблеми водопостачання м.Чернівців бажане будівництво нового незалежного від Дністра водозабору, або розширення існуючих, і вирішення питання енергозабезпечення водогонів.
Для покращення ситуації з електропостачанням області необхідне будівництво нових резервних електрогенеруючих потужностей з використанням місцевих відновлюваних ресурсів, бажано паливонезалежних.
Завдяки унікальним природним умовам Чернівецької області можливе досить ефективне вирішення однієї проблеми, проблеми водопостачання, з одночасним частковим вирішенням (як мінімум, без погіршення) другої проблеми, проблеми енергозабезпечення.
Поставлене завдання досягається використанням, в першу чергу, водноенергетичних ресурсів річки Черемош, найбільшої чистої притоки річки Прут. Середній стік Черемоша перевищує 0,5 куб. км/рік або біля 15 куб. м/сек. без врахування необраховуваних повеневих та талих весняних вод. Перепад висот по правому берегові річок Черемош і Прут від можливого водозабору вище с. Вижниця до м. Чернівці перевищує 150 м при віддалі біля 70 км [1]. Неприпустимість побудови через небезпечність в гірській місцевості потоковирівнюючого водосховища компенсується тим, що Черемош на вказаній ділянці ніколи не пересихає влітку і не промерзає наскрізь взимку, а мінімальний стік його несуттєво (для нашої мети) відрізняється від середнього. Все це дозволяє розраховувати на можливість впевненого пікового водозабору біля 5-10 куб. м/с, що в кілька разів перевищує середні потреби м. Чернівці в водопровідній воді і може допомогти ліквідувати небезпечні перебої в водопостачанні. З другого боку, великий перепад висот дозволяє використати сам водогін як електростанцію і одержувати з цієї кількості води в водогоні біля 5-10 МДж практично дармової електроенергії в секунду, що відповідає потужності мініГЕС в 5-10 тисяч кіловат.
Всього така мініГЕС-водогін зможе виробляти орієнтовно 5-10 тисяч кіловатгодин електроенергії на годину, 120-240 тисяч кВт-годин за добу, 3,6-7,2 млн. кВт-годин за місяць та 43-86 млн. кВт-годин за рік, витрачаючи для власних потреб не більше 10-20% енергії для подачі в місто 150 тисяч куб. м водопровідної води.
Пропонована ГЕС-водогін являє собою прокладену вздовж правого берега річок Черемош та Прут трубу діаметром біля 1 м, яка з’єднує місце водозабору з місцем споживання, захищена від промерзання і має довжину біля 70 км. Перепад висот берегів складає біля 150 м на 70 км або, в середньому, 2 м висоти на 1 км довжини. При безвихровій (слабко вихровій, турбулентній) течії води в трубі з швидкістю менше 10 м/с розрахункові втрати тиску на тертя складають менше 1000 Па або 10 см водяного стовпа на кілометр, що менше 5% створюваного перепадом тиску при температурі близько 0 оС. При вищій температурі втрати менші.
Для зменшення тиску в нижній частині труби в кількох місцях в трубу, наприклад, через кожні 30-40 м перепаду висоти, вставлені гідротурбіни, які відбирають енергію з потоку води і обертають електрогенератори. Там же вмонтовані оглядово-ремонтні люки та регулюючі (перекриваючі, завихрюючі) і водоскидні (протиаварійні) пристрої (заслінки, вентилі, розгалуження і обходи). Недалеко від берега вздовж усього водогону пролягають залізнична та автомобільна дороги і розташовані чисельні населені пункти, тому особливих проблем з робочою силою і будівництвом та обслуговуванням ГЕС-водогону не передбачається.
Аварійні ситуації на водогоні загрожують лише призупинкою його функціонування, а вода з нього буде просто скинута в річку, з якої раніше була взята. Перешкоди течії річок чи затоплення прилеглих територій повністю відсутні, на відміну від ГЕС з греблями.
Процес очистки води розділений на дві частини. На верхньому водозаборі проводиться тільки попередня груба очистка всієї маси води, яка потрапляє в водогін, достатня лише для попередження забивання та абразивного зношування агрегатів водогону намулом та піском. Фінішна тонка очистка робиться тільки для тої частини води, яка призначена для побутового водопроводу, в місцях відбору цеї води з водогону. Технології обох очисток допускають варіанти, як традиційні, так і нові, більш ефективні, розроблені в Чернівцях і адаптовані до місцевих умов. Решта води може бути використана як технічна, або просто скинута після останньої турбіни в м. Чернівці безпосередньо в р. Прут.
Генератори ГЕС можуть бути включені в існуючу електромережу і економити паливо на існуючих теплових електростанціях. Водогін через фільтруючі станції підключається до існуючого водопроводу. Наявність води високого тиску дозволяє також будувати водопровідні мережі в населених пунктах вздовж водогону, де це може бути вигідним.
Вартість будівництва мініГЕС-водогону не перевищує вартості будівництва звичайних ГЕС рівної потужності, типове значення допустимої питомої вартості для яких складає 3-4 тисячі у.о. на 1 кВт встановленої потужності [2]. З них більше половини складає вартість споруд, а решту – вартість обладнання.
Найдорожчою спорудою даної ГЕС є сама труба водогону, довжиною біля 70 км і діаметром 1 м. При застосуванні для її виготовлення (спорудження) стандартної стальної труби з товщиною стінок 12,7 мм (0,5 дюйма, вага 315 кг на погонний метр) і ціною біля 400 у.о. за тонну (125 у.о. за метр), покупна ціна матеріалів складає біля 9 млн. у.о. Вартість робіт не перевищує 10%. Для порівняння, вартість бетону ціною 50 у.о. за кубометр в греблі з трапецієвидним перерізом шириною основи 40м, висотою 40 м і довжиною 500 м (об”єм 400 тисяч куб.м.) становить 20 млн. у.о. Вартість обладнання має приблизно такий же порядок. Якщо припустити збереження пропорцій вартості споруд та обладнання, то разом з турбінами і генераторами на 5-10 тисяч кВт вартість мініГЕС-водогону в цілому може скласти біля 15-20 млн. у.о. або 2-4 тисячі у.о. за 1 кВт установленої потужності, що співпадає з згаданими раніше типовими значеннями для ГЕС. Розкид зумовлений, в основному, невизначеністю проектної потужності (5 чи 10 МВт), а також цін на матеріали та обладнання.
Вартість експлуатації трубопроводів та установок такої потужності визначається, в основному, вартістю матеріальних та енергетичних складових, тоді як вартість обслуговування складає, як правило, мізерну частку, і нею можна знехтувати в першому наближенні для спрощення оцінок.
Якщо рахувати відпускну ціну електроенергії рівною 0,03 у.о. за 1 кіловатгодину (сучасна ціна на внутрішньому ринку в м. Чернівці), то тільки за рахунок електроенергії мініГЕС може бути окуплена повністю за 70-140 тисяч годин (2900-5800 днів або 8-16 років).
Відпускна ціна водопровідної води по лічильникові складає зараз більше 0,2 у.о. за 1 куб.м. Якщо норма прибутку в ній складає біля половини, тобто 0,1 у.о. за 1 куб.м, то при постачанні 0,5 куб.м водопровідної води в секунду (30% розрахункової потреби, 5-10% пропускної спроможності) водогін може бути повністю окуплений приблизно за 120 тисяч годин, 5 тисяч днів або 14 років. При цьому залишаються безплатними мільйони кубометрів майже чистої технічної води на виході з водогону.
Одночасне використання обох джерел доходів чи експорт енергії по вищій ціні здатні зменшити строк окупності споруди в 2-4 рази, тобто до 4-5 років.
Порівняно рідкісне поєднання високої екологічної і економічної ефективності, безумовна перспективність, з огляду на існуючі тенденції в енергетиці та в екології, і вигідність пропонованої споруди як для регіону в цілому (Чернівецька область і м. Чернівці), так і для господарюючих суб’єктів-власників, роблять її будівництво привабливим для залучення інвестицій, включаючи іноземні, з високими гарантіями їх повернення і надзвичайно низьким ступенем риску. Екологічна безпечність споруди дозволяє виконувати будь-які проектні і будівельні роботи власними силами регіону, що дасть деякий додатковий позитивний соціальний і господарський ефект. Побудова також позитивно вплине не екологічну ситуацію в регіоні.
Тривала затримка з будівництвом може привести, крім втрат у вигляді неотриманих згаданих позитивних ефектів, до суттєвого збільшення втрат через існуючі і зростаючі негативні тендеції в економіці і екології. Зміна ж цих тенденцій на краще може тільки полегшити будівництво, але не може відмінити потребу в ньому.
Викладені розрахунки та обгрунтування дозволяють зробити конкретний впевнений висновок про доцільність негайного прийняття рішення і переходу до проектування і організаційної підготовки будівництва мініГЕС-водогону Вижниця-Чернівці.
Література:
1. Черновицкая область. Топографическая карта, М 1:200 000. ВС Украині. 1992.
Впервые опубликовано 28.03.2009 на http://www.worldphysics.narod.ru/27.html Данилюк А.И. Картавин Н.Н. МініГЕС-водогін Вижниця-Чернівці (техніко-економічне обґрунтування будівництва мінігідроелектростанції-водогону Вижниця-Чернівці)
(техніко-економічне обґрунтування будівництва мінігідроелектростанції-водогону Вижниця-Чернівці)
andan-1@yandex.ru
©Картавин Николай Никитич
kartavin@yandex.ru
2. Васильев Ю.С. Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. – Л.: Издательство Ленингр. ун-та. 1991.