О реках и гидроэнергетике
В XVII-XVIII вв. с развитием крупных мастерских и фабрик начинается строительство относительно больших гидроустановок с плотинными сооружениями, на которых движущаяся вода служила основным источником энергии для работы машин, станков.
Однако такая форма использования энергетических ресурсов была не всегда удобной. Предприятия были прикованы к месту производства энергии. Поэтому со временем при строительстве фабрик и заводов вместо гидросиловых стали использовать паросиловые установки.
В дальнейшем открытие методов преобразования энергии рек в электрическую энергию вновь обратило внимание человека на гидросооружения. Начался период развития гидроэлектрических станций. Их размеры и мощность постепенно нарастали, и в настоящее время гидроэлектростанции – это подлинные исполины энергетики. Например, Красноярская ГЭС имеет мощность 600 тыс. кВт. Для сравнения можно указать, что самые крупные станции царской России на реке Мургаб в Туркмении и на реке Стаке на Урале имели мощность всего по 1 200 кВт. Современная гидроэлектростанция — это крупное техническое сооружение. ГЭС включает в себя плотину, предназначенную для создания напора воды, и саму станцию, на которой происходит преобразование механической энергии в электрическую.
На равнинных реках электростанции строятся непосредственно на плотине и называются приплотинными. В горных условиях напор на турбинах создается с помощью специального деривационного канала, а потому электростанция строится отдельно от плотины и называется деривационной.
Гидроэлектростанции, вырабатывающие электроэнергию, полезны, но их появление принесло много хлопот. Одна из них – изменение теплового баланса рек.
К примеру, Енисей за плотинами Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС стал уже не тот, что прежде. Теперь вода на реке летом холоднее, чем раньше, а зимой полыньи длиной в одну-две сотни километров не исчезают даже в сильные морозы.
Последствия самые печальные – не везде теперь зимой можно перебраться по льду с берега на берег, как привыкли поступать местные жители в течение многих лет. В сильный мороз Красноярск погружается в молочный туман парящего Енисея, он мешает транспорту и вызывает простудные заболевания у жителей города.
Чтобы нормализовать заплотинный климат реки и берегов, надо понять причины его изменения. Многие думают, что виной тому огромный запас тепла, собранного водохранилищем. Однако это не совсем так.
Сейчас отбор воды в турбины идет с сорокаметровой глубины, а там зимой гораздо теплее, чем на поверхности. Вот почему гидротехники предлагают разные варианты одного и того же решения. Плавающие щиты около верхнего уровня воды у плотины предназначены запереть поступление воды снизу и пропустить к турбинам только воду верхних слоев водохранилища.
Чтобы не ошибиться с дорогостоящими переделками и доделками водного хозяйства ГЭС, пока что ведутся опыты на небольших моделях. А тем временем продолжается обдумывание «проблемы полыньи». Известно, когда вода падает с высоты, энергия потока в точке приземления обращается в тепло. Конечно, большая часть напора срабатывается на вращение турбины, т. е. на выработку электроэнергии, но и после турбины воде еще предстоит падать вниз, превращая в тепло остаток своей механической энергии. Хорошо бы зимой снизить мощь водяных потоков, но это нереально – чем же тогда вырабатывать электроэнергию?
Очевидные источники тепла – это нагрев опорных подшипников турбин, тепло от завихрения воды и тепло глубинных толщ искусственного моря. Не следует забывать, что температура воды всегда больше нуля градусов, так что по мере усиления морозов под ледяной крышей с температурой над ней –30-40° оказывается гораздо более теплое содержимое.
И все же главной причиной появления полыньи нужно считать перемешивание вод за плотиной. При ламинарном, т. е. слоистом, течении температура воды у дна реки выше, чем подо льдом. При течении турбулентном, т. е. вихреобразном, к ледяной крыше то и дело подходят более теплые нижние воды. Вот если бы удалось успокоить вихри в самой реке за плотиной, чтобы слои не перемешивались, а плавно скользили друг по другу: холодные сверху, а теплые снизу? Но не станешь же встраивать в реку многокилометровую этажерку, на каждом этаже которой своя температура. При этом Енисей замерз бы, но подобная рекомендация нереально дорога. Так что сибирские реки все еще ждут своих «спасителей». Не забудьте, что в тех краях именно ГЭС производят половину всей энергии. Так что надежда на вас, энергетики!
