Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Активна політика енергозбереження прийшла в Україну в середині 90-х років ХХ століття, майже через 20 років після того, як вона стала діючим важливим елементом державної політики розвинених країн. Прийшовши зі значною затримкою в специфічний світ енергозбереження, ми начебто почали читати книгу із середини. Дуже важливо перегорнути її з початку, де сформульовано найбільш загальні принципи вирішення проблеми, щоб можна було усвідомлено й швидше рухатися вперед. 

Динаміка світового виробництва паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР). Виробництво енергії є необхідною умовою розвитку людської спільноти і відповідно найважливішим компонентом економічної діяльності. Використання енергії зіграло вирішальну роль у розвитку цивілізації. Протягом ХХ століття у світі відбулося майже 25-кратне збільшення рівня використання комерційних енергетичних ресурсів, склавши в 2002 р. 10,23 млрд. т нафтового еквіваленту (н.е.). Для порівняння: ще в 1973 р. (початок відліку політики енергозбереження у світовому масштабі) воно становило тільки 6,03 млрд. т н.е. На практиці використовується також інша одиниця споживання паливно-енергетичних ресурсів – умовне паливо (у.п.):

1 т у.п. = 0,7 т н.е.

Уже в 60-х роках минулого століття склався жорсткий зв'язок між темпами економічного зростання і темпами енергоспоживання: збільшення валового внутрішнього продукту (ВВП) більшості розвинених країн супроводжувалося еквівалентним відносним приростом споживання ПЕР.

Слід наголосити, що протягом багатьох тисячоліть розвитку людська цивілізація задовольняла свої енергетичні потреби переважно за рахунок відновлювальних джерел енергії. І тільки поступовий розвиток промислового виробництва привів до активного використання викопних джерел: спочатку вугілля, потім нафти і природного газу, а в другій половині ХХ ст. – урану.

Наочне відображення динаміки виробництва первинних джерел енергії на нашій планеті з 1971 по 2006 роки дає мал. 1.1.

Слід зауважити, що частка відновлювальних джерел у світовому енергетичному балансі становить всього близько 10%. Проте така ситуація характерна лише для поколінь людей, що живуть в останні сто п‘ятдесят років. Тут можна скористатися наочним підходом щодо аналізу динаміки споживання ПЕР, запропонованим польськими авторами книги «Про енергетику для споживачів і скептиків» Даковським М. і Вянцковським С. Можна умовно розглянути проблему з погляду людини майбутнього, що живе через кілька тисяч років. З її позицій використання людством викопних ПЕР можна буде представити досить вузькою кривою в часовому масштабі (мал. 1.2). Тут початок часової координати t = 0 приблизно відповідає сучасності. Неважко визначити основну кількісну характеристику для представленої на цьому малюнку кривої – так звану напівширину ?t на половині висоти. Вона випливає з мал. 1.1, згідно з яким подвоєння виробництва первинних ПЕР відбулося протягом 1971–2006 р., тобто ?t = 35 років. Зрозуміло, що з погляду історії розвитку людства це – мить.

Паливно-енергетичні ресурси й геополітика. Звичайно ж, праву частину кривої на мал. 1.2 варто було б представити пунктиром, оскільки про її динаміку можна робити тільки більш-менш достовірні припущення. Протягом останнього півстоліття приймались неодноразові спроби начебто «розглянути в мікроскоп» область цієї кривої в районі її максимуму, іншими словами, прогнозувати динаміку вичерпання ресурсів викопних ПЕР. За низкою прогнозів розвіданих запасів вистачить: нафти – на 40 років, природного газу – на 65 років, а вугілля – на 250 років. Приклад одного з таких прогнозів з позицій 1975 року представлений на мал. 1.3, запозиченому із книги Шелдона Р. А. Мал. 1.2. Динаміка світового споживання ПЕР з погляду людини майбутнього

«Хімічні продукти на основі синтез-газу». Відповідно до кривої 1, ми в сучасному світі вже повинні були б відчувати скорочення видобутку нафти. Неспроможність цього прогнозу зумовлена відкриттям за цей період у світі величезних запасів нафти й газу, зокрема – нафти в районі Каспійського моря, газу в Туркменістані. Таким чином, настання «точки перегину» у світовому споживанні нафти поступово відсувається в міру успіхів геологорозвідки й підвищення ступеня видобування ресурсів з урахуванням розвитку технологій їх розробки. Проте поширеною є така думка, що ця точки вже не надто віддалена в часі. Так чи інакше, запаси вугілля розподілені майже рівномірно між основними регіонами та країнами світу, не створюючи практично напруги між державами щодо доступу до ресурсів цього виду корисних копалин. Це забезпечує відносну стабільність його цінових показників. На відміну від цього запаси нафти й газу – пріоритет досить обмеженого кола країн. На рівні міжнародних відносин проблема доступу до їх ресурсів стала однією з ключових протягом останнього сторіччя. У складному переплетенні цих інтересів ціни на нафту драматично змінюються. Мал. 1.3. Прогнозована динаміка видобутку нафти (1) і вугілля (2) з позицій 1975 року

Вважається, що незалежно від цього доступ до ресурсів нафти й газу в міру виробітку діючих родовищ стає все більше ускладненим і вимагає застосування все більше досконалих технологій, сприяючи поступовому збільшенню їх вартості. Це у свою чергу створює цілком об'єктивні економічні передумови для розширення застосування джерел енергії, альтернативних традиційним.

У дійсності ж, на думку раніше згаданих польських авторів, ситуація виглядає ще складнішою. Справа в тому, що потужні енергетичні системи та потоки – це продукт і предмет безперервної взаємодії (найчастіше за лаштунками) політичної і ділової еліт як в окремих країнах, так і на світовому рівні.

Відповідно до цієї ж точки зору реально світова економіка «не відчуває» зменшення запасів традиційних видів палива, тому зміна цін на них – результат впливу інших механізмів. Подібно тому, як не виправдовуються прогнози 70-х років минулого століття у зв'язку з відкриттям нових покладів ПЕР, у майбутньому очікується включення в господарський обіг, наприклад, величезних покладів гідратів, що утворюються в результаті дипольної взаємодії молекул води й легких вуглеводнів. Зокрема, легко утворюють гідрати метан, етан і пропан, маючи консистенцію мастила або навіть кристалізуючись при низьких температурах і великих тисках. Гідрати метану містять газ в кількості, що відповідає 180–200 об‘ємам вільного газу в нормальних умовах. Запаси метану в цих сполуках перевищують світові запаси вугілля та, повертаючись до мал. 1.3, можуть розглядатися як дуже серйозне доповнення до резерву його ресурсів, представлених кривою 2 на цьому малюнку.

Яскравим прикладом максимального загострення політичних та економічних (у першу чергу в енергетичній сфері) інтересів та їх радикального впливу на світову ситуацію в енергетиці стала арабо-ізраїльська війна, коли 6 жовтня 1973 р. Єгипет і Сирія напали на Ізраїль. У результаті ембарго на нафту з боку арабських країн OPEC (скорочення з англійської Organization of the Petroleum Exporting Countries – Організація країн–експортерів нафти: Саудівська Аравія, Кувейт, Ірак, Абу-Дабі, Катар, Алжир) вартість нафти зросла в 4–5 разів. Якщо барель (160 літрів) сирої нафти протягом 1949–1970 рр., тобто більше 20 років, коштував близько 1,90 долара, то на початок 1970 р. його ціна склала вже 11 доларів. Цінова ситуація, що склалася, стала справжнім шоком для таких енергозалежних країн, як Японія, а для країн, що розвиваються, – взагалі втратою шансу економічного розвитку, оскільки інвестиції в промисловий розвиток стали практично неможливими для них.

На першу енергетичну кризу країни з ринковою економікою відреагували звичайною економією, а деякі з них – і розробкою стратегії національного споживання енергії. Друга нафтова криза виникла в 1979 р. внаслідок іранської революції й ірако-іранскої війни; тоді ціна бареля нафти досягла 30–40 доларів. Реагуючи на нього, розвинені країни почали розробляти перспективні програми раціоналізації споживання енергії, що дозволили в остаточному підсумку за рахунок енергозбереження перебороти згадану вище пропорційну залежність між темпами економічного зростання й темпами енергоспоживання. У цей же період були визначені найбільш загальні системні підходи до розв‘язання проблем, обумовлених енергетичними кризами. Нижче ми розглянемо деякі з них, що відносяться як до інституціональних, так і функціональних.