ов металлов с водой.
Интерес к минеральной гипотезе начал возрастать с середины прошлого века, а наиболее популярной стала магматическая гипотеза образования нефти, которая, впрочем, не объясняет наличия в природной нефтяной смеси сложнопостроенных углеводородных молекул, насыщенных структурных аналогов компонентов живого вещества – жирных кислот, терпенов, стиролов и т. д.
В настоящее время скорость потребления нефти и газа в 1 млн раз превышает скорость их возможного, по мнению большинства ученых, формирования в земной коре. Существует множество различных оценок объемов разведанных запасов нефти и газа в мире и сроков их истощения. Усредняя, можно сказать, что большинство гипотез и прогнозов сходятся на исчерпании мировых разведанных запасов нефти за 50–60 лет, газа – за 65–75 лет (при текущем уровне потребления). В случае учета возможности приращения разведанных извлекаемых запасов и внедрения инновационных технологий добычи текущими темпами этот период может увеличиться до 100 лет. Ряд сторонников неорганической теории происхождения нефти и природного газа критикуют эти оценки, однако даже если принять во внимание возможность открытия новых месторождений неорганического происхождения, большинство экспертов сходятся во мнении, что они будут сверхглубокого залегания и с тяжелыми углеводородами, что делает их разработку нерентабельной.
Следует учитывать, что с каждым годом запасы легкой нефти неглубокого залегания истощаются максимальными темпами за историю добычи углеводородного сырья. Вновь вводимые же месторождения в большинстве своем имеют более тяжелые, парафинистые фракции, значительно большие глубины залегания, высокую себестоимость как добычи, так и переработки.
В оценке эффективности и рентабельности добычи нефти целесообразно использовать коэффициент EROEI (energy returned on energy invested), или EROI (energy return on investment), – соотношение полученной энергии к затраченной, то есть энергетическая рентабельность. В 1960-е гг. на каждую единицу энергии, вложенную в добычу, получали более 100 единиц энергии нефти на выходе. В 1990-е гг. добываемая нефть обладала коэффициентом EROEI около 30 единиц, в 2000-м – только 20, в 2005-м – 14, в 2020-м – около (или даже менее) 10. Для большинства новых разведываемых сегодня месторождений коэффициент EROЕI колеблется между 1,5 и 2, а для некоторых и вовсе равен 1 или даже меньше этого уровня, что делает разработку нецелесообразной.
По данным, представленным в 2022 г. главой Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых И. Шпуровым[25], разведанных запасов нефти России хватит на 39 лет, газа – на 80. По итогам инвентаризации нефтяных запасов рентабельными для добычи являются только 65 %, которые могут быть введены в эксплуатацию достаточно быстро. Таким образом, рентабельных запасов хватит на гораздо меньший срок, порядка 25–27 лет. По газу подобная инвентаризация не проводилась, но ожидается, что и там показатели рентабельности будут схожими или чуть лучше.
В качестве обобщения можно утверждать, что эффективность добычи и использования невозобновляемых традиционных энергетических ресурсов в долгосрочной перспективе с каждым десятилетием будет лишь снижаться, рентабельность и объемы добычи – падать.
В этой связи стратегическая задача обеспечения поступательного устойчивого развития – увеличение доли возобновляемой энергетики, в первую очередь гидроэнергетики, в структуре энергетического баланса страны.
Вопрос использования энергопотенциала воды волновал человечество с древнейших времен. Первые гидротехнические сооружения были построены ранее 4000 лет до н. э. К Средним векам водяные мельницы были распространены повсеместно. Так, один из реформаторов западноевропейского монашества Бенедикт Нурсийский (480–547) предписывал каждому монастырю иметь водяную мельницу. В средневековой Англии и Франции одна водяная мельница приходилась на 250 жителей. Тем не менее отсутствие технологий долгие столетия препятствовало эффективному использованию гидропотенциала. Ситуация изменилась лишь в XIX в. с параллельным изобретением водяной турбины французом Бенуа Фурнероном (1834) и русским мастером Игнатием Сафоновым (1837). Подлинная же революция произошла в 1878 г. с разработкой англичанином Уильямом Армстронгом первой гидроэлектрической схемы электропитания, положившей начало строительству ГЭС. Эта технология распространилась очень быстро – например, к 1890 г. в США насчитывалось уже более 200 ГЭС.
Первыми российскими ГЭС стали Березовская, или Зыряновская (1892 г. – 200 кВт мощности), Ныгринская (1896 г. – 300 кВт мощности), причем электричество от этой станции подавалось на прииски по первым в России высоковольтным линиям электропередач) и Садонская (1897 г. – 550 кВт). К 1913 г. в России насчитывалось около 50 000 силовых гидроустановок общей мощностью 1 млн лошадиных сил. Впрочем, эти показатели даже отдаленно нельзя сравнивать с мощностью европейских установок того времени.
Рис. 6.
Первая в России Березовская ГЭС у Зыряновского рудника
Ситуация кардинально изменилась после революции 1917 г. с принятым в 1920 г. и реализованным Государственным планом электрификации (ГОЭЛРО), ставшим первым перспективным планом развития экономики. Он предусматривал значительное увеличение генерации электроэнергии в России за счет строительства новых электростанций, в том числе 10 ГЭС общей мощностью 640 МВт. Именно с этого момента в послереволюционной России начинается бум гидроэнергетики и закладываются теоретические основы ее развития.
Ключевыми теоретиками и практиками развития гидроэнергетики уже в СССР стали Н. Н. Павловский, В. А. Флорин, Б. А. Бахметев, А. В. Винтер, К. А. Круг, С. Я. Жук, И. Н. Вознесенский, Д. С. Щавелев, Г. О. Графтио и многие другие. Их работы до сих пор актуальны и служат теоретическим и расчетным базисом для строительства гидротехнических сооружений во всем мире.
Радикально изменило всю систему генерации и распределения электрической энергии строительство в 1950–1961 гг. самой крупной в мире на тот момент Волжской ГЭС (и сейчас остающейся крупнейшей в Европе). Для передачи мощности Волжской и Жигулевской ГЭС впервые в СССР были построены ЛЭП напряжением 400 кВ, которые объединили энергосистемы Центра, Поволжья и Урала. С этого момента ведет свое начало единая энергосистема страны.
Определенное, хоть и несколько недостаточное внимание в 1940–1960-е гг. уделялось строительству малых ГЭС для обеспечения сельских районов и поселений[26]. Так, 29 мая 1948 г. было принято постановление Совета Министров СССР «О плане развития сельской электрификации на 1948–1950 гг.», которое определило принципы и подходы к электрификации сельских поселений и включало также развитие строительства объектов малой гидроэнергетики. В результате реализации этого документа количество сельских электростанций к 1960 г. достигло 83 284, при этом с 1940 по 1960 г. их общая мощность выросла с 265 до 3676 МВт, а выработка – с 300 млн до 6 млрд кВт*час. При этом более 4 % всех электростанций составляли ГЭС, чья мощность превышала 11 % от общей. Начиная с 1960-х гг. строительство малых ГЭС постепенно сошло на нет, и лишь в последнее десятилетие развитию этого направления в гидроэнергетике начинают уделять должное внимание.
По состоянию на 2021 г. в России эксплуатировались 104 гидро- и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) совокупной мощностью 52,3 ГВт, в том числе в составе единой энергосистемы – ГЭС общей мощностью 50,7 ГВт. На гидроэнергетику приходится около 20 % установленной мощности российской электроэнергетики и 17–18 % выработки электроэнергии.
В современных условиях гидроэлектроэнергетика продолжает динамично развиваться и, помимо строительства крупных ГЭС, все большее и большее развитие получают альтернативные перспективные проекты по использованию водных ресурсов.
Самые распространенные среди них – малые ГЭС. Только в Китае таковых насчитывается более 100 000, а обеспечивают они более 35 % потребления в сельских и удаленных районах. С учетом затрат на транспортировку энергии от объектов крупной генерации к удаленному потребителю стоимость электроэнергии, генерируемой на малых ГЭС, зачастую в 1,5–2 раза ниже, чем на больших ГЭС и атомных электростанциях.
ГАЭС накапливают электроэнергию, перекачивая воду из нижнего резервуара в верхний, а затем выпуская ее через турбины, когда требуется дополнительная мощность, особенно в период пиковых нагрузок энергосистем. ГАЭС – самая дешевая форма хранения электроэнергии, в том числе произведенной другими видами энергетических отраслей, включая альтернативные ВИЭ, которые в значительной степени зависимы от погодных условий.
Получают распространение также проекты, связанные с использованием механической энергии приливов, волн, течений, а также тепловой энергии океана. Первые экспериментальные приливные электростанции (ПЭС) появились в начале XX в., однако серьезный интерес к приливной энергетике возродился во времена энергетического кризиса, в середине 1970 гг. В России единственной действующей ПЭС является Кислогубская приливная электростанция, расположенная в губе Кислая Мотовского залива Баренцева моря.
В докладе за 2021 г. МЭА отводит гидроэнергетике одну из ключевых ролей в развитии безуглеродного цикла и обеспечении углеродной нейтральности к 2050 г. МЭА приходит к выводу, что развитие возобновляемой энергетики без параллельного развития гидроэнергетики не представляется возможным, так как именно она обеспечивает высокую степень гибкости системы и возможность хранения энергии, необходимые для обеспечения энергетической безопасности и полноценного использования ВИЭ[27].
Разберемся подробнее в достоинствах и недостатках строительства ГЭС.
К явным преимуществам строительства ГЭС стоит отнести следующие факторы.