Відновлення Каховської ГЕС: що можна збудувати на місці зруйнованої станції

Уночі проти 6 червня рашисти вчинили приголомшливий акт терору та екоциду – підірвали Каховську ГЕС. Окупанти замінували станцію ще 2022 року, у жовтні президент Володимир Зеленський у своєму зверненні до Європейської Ради наголошував, що в разі підриву дамби наслідки будуть катастрофічними. «росія свідомо створює підґрунтя для масштабної катастрофи на Півдні України, – казав він. – Ми маємо інформацію, що російські терористи замінували дамбу й агрегати Каховської гідроелектростанції».

Масштаб наслідків цього злочину поки що важко оцінити повною мірою. Каховська ГЕС давала світло й воду величезній кількості людей і підприємств, живила Північно-Кримський канал. Не кажучи вже про те, скільком мільйоніам живих істот слугувала домівкою її природна екосистема… Зранку 6 червня в «Укргідроенерго» заявили, що гідроелектростанція повністю зруйнована й відновленню не підлягає. Пізніше керівник «Укргідроенерго» Ігор Сирота сказав, що відновлення Каховської ГЕС коштуватиме $1 млрд і може тривати п’ять років.

У будь-якому разі потужна енергетична інфраструктура в цьому регіоні потрібна. Реконструкція станції або будівництво нового енергооб'єкта на її місці рано чи пізно постане на порядку денному. І це шанс для України отримати нову, сучасну, екологічну, потужну гідроелектростанцію, оснащену з урахуванням останніх технологічних трендів. Яких саме – дізнавався Mind.

У чому унікальність Каховської ГЕС? Каховська ГЕС була інноваційною від «народження»: при її будівництві впроваджено низку прогресивних на той час технологічних рішень. Наприклад, вона стала першою у світовій гідробудівничій практиці спорудою, зведеною на дрібнозернистому муловому ґрунті. Її земляна гребля з дуже пологими схилами маєстатично лежала на великій площі пливуна. А у 2019 році вперше в Україні тут було проведено експеримент з аерації води, який був вдалим і довів, що в умовах станції технічно можливо збільшувати концентрацію розчиненого у воді кисню.

Фото: УНІАН

Чому світова гідроенергетика і тепер на часі як ніколи? Нині гідроенергетика переживає підйом, адже відповідає на два актуальні питання сучасності: незмінний і доступний ресурс та екологічність. Вона є найпотужнішим і найбільш широко використовуваним джерелом відновлюваної енергії. Згідно зі свіжим звітом Міжнародної агенції з відновлюваної енергії (IRENA), гідроелектростанції у 2022 році виробили 1,4 гігавата енергії – 41,3% від загальносвітової потужності відновлюваної генерації. Кількість ГЕС у світі та обсяг згенерованої ними енергії зростає з кожним роком.

Які найзнаковіші проєкти з’явилися останнім часом? Світову першість у виробництві гідроелектроенергії утримує Китай. І не дивно: з 2012 року на річці Янцзи працює найбільша у світі гребля «Три ущелини». Від ідеї до її втілення минуло близько 100 років: майже 40 років ідеації, стільки ж – проєктування, будівництво зайняло 20 років. Планова потужність станції – 22 500 мегават. Порівняйте з нашою Каховською, яка виробляла 334,8 МВт.

Гребля «Три ущелини»

Фото: https://www.britannica.com/

За попередніми оцінками, «Три ущелини» коштували Китаю $29 млрд, з яких понад $10 млрд було витрачено на переселення людей. Але уже до 2018 року сукупний дохід від греблі становив $43,7 млрд – і це без урахування доходів від туризму. Ця станція стала місцем реалізації великої кількості технологічних інновацій, найвідоміша з яких – ліфт для малих і середніх суден тоннажністю до 3000 тонн. Судно запливає в камеру суднопідіймача й піднімається на висоту 113 метрів. Завдяки ліфту прохід суден греблею забирає 40 хвилин. Для порівняння: подолання всіх п’яти камер шлюзу «Трьох ущелин» збирає чотири години.

Фото: https://www.kuk.de/

Чи є якісь ризики для довкілля в подібних проєктах? Зведення гребель-монстрів має і свій зворотній бік, про який гучно кажуть екологи. Якщо виробництво гідроенергії більш-менш екологічне, то побудова станцій несе великі ризики для довкілля. Наприклад, будівництво бразильської ГЕС «Белу-Монте» (введена в експлуатацію 2016 року) уповільнило течію річки Сингу в межах п’яти муніципалітетів Бразилії, що вплинуло на людську діяльність і місцеву флору та фауну. Консорціум Norte Energia, який експлуатує станцію – вона є четвертою за розмірами ГЕС у світі – досі проводить компенсаційні заходи й уже витратив на це 6,3 млрд бразильських реалів ($1,25 млрд).

Які альтернативи існують? Однією зі стійких тенденцій є розвиток малої гідроенергетики (потужність до 10 МВт) – мікро-, міні-, навіть пікостанцій, що здатні живити до п’яти будинків. Вони ідеально підходять для постачання відновлюваної енергії невеликим громадам. Для їх роботи не потрібні гребля чи водосховище, що мінімізує вплив на природні екосистеми. Але їхня вихідна потужність нижча, а сезонні явища можуть призводити до коливань виробництва енергії. Україна має суттєвий потенціал розвитку в цьому напрямку: у звіті ООН щодо світового розвитку малої гідроенергетики за 2022 рік потенціальна потужність наших малих ГЕС оцінена на рівні 280 МВт при наявному рівні 119,6 МВт.

Які тренди сучасної гідроенергетики проглядаються в майбутньому? Нещодавно портал StartUs Insights оприлюднив 10 найактуальніших трендів гідроенергетики у 2023 році на основі дослідження 487 стартапів і скейлапів з усього світу, які працюють у цій сфері. Аналітики вважають, що ці дані допоможуть гравцям енергетичної галузі, муніципалітетам та урядам краще підготуватися до ухвалення стратегічних рішень.

1. Модернізація наявних технологій – осучаснення гідроелектростанцій через впровадження новітніх досягнень у технології турбін. Генератори з постійними магнітами та турбіни, безпечні для риб, збільшують виробничу потужність і продуктивність станцій. А рішення для зберігання та гібридні акумулятори дозволяють ефективно використовувати та транспортувати вироблену електроенергію.
2. Модульні системи виробництва електроенергії забезпечують легке розгортання й розширення гідроелектростанцій. Стартапи у своїх розробках використовують такі рішення, як гравітаційні гідравлічні машини, водяні колеса, Архімедові гвинти, ротори з керуванням струмом, асинхронні машини з подвійним живленням. Модульні рішення допомагають зберігати стабільність мережі та забезпечують точний контроль над виробництвом енергії.
3. Морські та гідрокінетичні технології. Енергія океанських течій, хвиль і припливів відкриває величезні можливості для створення надійної, чистої енергії. Загороджувальні технології, генератори припливних потоків і технології гідрокінетичного потоку є одними з останніх досягнень у цій сфері.
4. Новітні турбіни. Інноваційні конструкції, як-от турбіни з наднизьким напором, вихрові турбіни, турбіни Alden і турбіни з мінімальним зазором дозволяють електростанціям виробляти більше енергії, не змінюючи витрат води.
5. Силові інжектори. Тиск і витрати води є двома критичними чинниками, що визначають потужність турбіни. Силові інжектори працюють шляхом введення струменя води під високим тиском у впускний отвір турбіни. Вони використовуються в гідроенергетичних системах, щоб збільшити загальну вихідну потужність станції.
6. Аналіз даних. Такі технології, як аналіз гідроефективності й оптимізація комбінованих кривих, допомагають аналізувати продуктивність і використання потужностей установок. А такі рішення, як числове клонування, дозволяють гідроелектростанціям створювати цифрові копії та вивчати свою «поведінку» в різних умовах експлуатації.
7. Збереження водного життя. Досягнення в конструкціях турбін, як-от гідрокінетичні турбіни з дуже низьким нагріванням і мінімальним зазором, допомагають водним мешканцям безпечно мігрувати через гідростанції. Підтримує екологічний баланс і зростаюче використання рибних каскадів та насосів як турбін.
8. Симуляції. Завдяки розумному моделюванню, цифровим двійникам і системам контролю стартапи мінімізують експлуатаційні витрати гідроелектростанцій. Ці технології забезпечують прогнозне технічне обслуговування в режимі реального часу й допомагають операторам установок збільшити строк їх безвідмовної роботи.
9. Насосна гідроенергетика. Це коли два водосховища на різних висотах об’єднані для вироблення електроенергії, а вода рухається з одного в інше. Інновації в конструкції насосів і матеріалах підвищують ефективність насосних гідроенергетичних систем, що зменшує кількість енергії, необхідної для перекачування води.
10. Штучне каналування використовує створені людиною канали, щоб перенаправити потік води для оптимізації потенціалу виробництва енергії. Акведуки, підземні резервуари на повітряній подушці, труби, водоскиди – ось декілька технологій, які стимулюють виробництво електроенергії в тих місцях, де недоступне використання великих водойм.

Що пропонують стартапи? В описі трендів можна дізнатися, який стартап працює в кожному з напрямків та які має розробки. Наприклад, генератори на постійних магнітах, які розробляє британський стартап Hydrosyst, можна використовувати і на нових, і на існуючих станціях. Пристрій Energyfish від команди Energyminer виробляє електроенергію, використовуючи природний рух води без будь-якого негативного впливу на екологію. Фінський стартап Finnrunner пропонує ресурсозберігаючі рішення, як-от композитні матеріали й адитивне виробництво, для виробництва турбін та обладнання. Команда Motrhys із Франції пропонує комплекс рішень для моніторингу продуктивності та безпеки гідрообладнання. А австрійський стартап Hydrogrid «оцифровує» гідроелектростанції.

Як найкраще реконструювати саме Каховську ГЕС – вирішуватимуть фахівці. Сподіватимемося, що на відновленій станції будуть реалізовані кращі та найсучасніші технологічні рішення в галузі гідроенергетики.