Людина ще в глибокій старовині звернув увагу на річки як на доступне джерело енергії. Для використання цієї енергії люди навчилися будувати водяні колеса, які обертала вода; цими колесами приводилися в рух млинові постава та інші установки. Водяний млин є яскравим прикладом найдавнішої гідроенергетичній установки, що збереглася в багатьох країнах до нашого часу майже в первозданному вигляді. До винаходу парової машини водна енергія була основною рушійною силою на виробництві. У міру вдосконалення водяних коліс збільшувалася потужність гідравлічних установок, що приводять в рух верстати і т.д. У 1-й половині XIX століття була винайдена гідротурбіна, що відкрила нові можливості з використання гідроенергоресурсов. З винаходом електричної машини і способу передачі електроенергії на значні відстані почалося освоєння водної енергії шляхом перетворення її в електричну енергію на гідроелектростанціях (ГЕС).
Гідроенергоресурси - це запаси енергії поточної води річкових потоків і водоймищ, розташованих вище рівня моря (а також енергії морських припливів).
Істотну особливість в оцінку гідроенергоресурсов вносить та обставина, що поверхневі води - найважливіша складова частина екологічного балансу планети. Якщо всі інші види первинних енергоресурсів використовуються переважно для вироблення енергії, то гідравлічні ресурси повинні оцінюватися і з точки зору можливостей здійснення промислового і громадського водопостачання, розвитку рибного господарства, іригації, судноплавства і т.д.
Характерна для гідроенергоресурсов і та особливість, що перетворення механічної енергії води в електричну відбувається на ГЕС без проміжного виробництва тепла.
Енергія річок поновлювані, причому циклічність її відтворення повністю залежить від річкового стоку, тому гідроенергоресурси нерівномірно розподіляються протягом року, крім того їх величина змінюється з року в рік. В узагальненому вигляді гідроенергоресурси характеризуються среднемноголетней величиною (як і водні ресурси).
У природних умовах енергія річок витрачається на розмив дна і берегів русла, перенесення і переробку твердого матеріалу, вилуговування і перенесення солей. Ця ерозійна діяльність може призводити і до шкідливих наслідків (порушення стійкості берегів, повені та ін.), І мати корисний ефект як, наприклад, при винесенні з гірської породи руди і мінеральних речовин, формування, винос і накопичення різних будматеріалів (галечник, пісок) . Тому використання гідроресурсів для вироблення електроенергії завдає шкоди формуванню інших важливих ресурсів.
У ряді країн з високим ступенем використання гідроенергоресурсов спостерігається зниження питомої ваги гідроенергії в електробалансі. Так, за останні 40 років питома вага гідроенергії знизився в Австрії з 80 до 70%, у Франції з 53 до дуже малої величини (за рахунок збільшення виробництва електроенергії на АЕС), в Італії з 94 до 50% (це пояснюється тим, що найбільш придатні до експлуатації гідроенергоресурси в цих країнах вже майже вичерпано). Одне з найбільших знижень відбулося в США, де вироблення електроенергії на ГЕС в 1938 р становила 34%, а вже в 1965 р - тільки 17%. У той же час в енергетиці Норвегії ця частка становить 99,6%, Швейцарії і Бразилії - 90%, Канади - 66%.
Гідроенергетичний потенціал і його розподіл по континентах і країнах
Незважаючи на значний розвиток гідроенергетики в світі в обліку світових гідроенергоресурсов досі немає повного однаковості і відсутні матеріали, що дають яку можна порівняти оцінку гідроенергоресурсов світу. Кадастрові підрахунки запасів гідроенергії різних країн і окремих фахівців відрізняються один від одного низкою показників: повнотою охоплення річкової системи окремої країни і окремих видатків, методологією визначення потужності; в одних країнах враховуються потенційні гідроенергоресурси, в інших вводяться різні поправочні коефіцієнти і т.д.
Спроба впорядкувати облік і оцінку світових гідроенергоресуров була зроблена на Світових енергетичних конференціях (МІРЕК).
де Q - витрата водотоку, м3 / с; H - падіння, м.
Потужність визначається для трьох характерних витрат: Q = 95% - витрата, забезпеченістю 95% часу; Q = 50% - забезпеченістю 50% часу; Qср - середньоарифметичний.
Істотним недоліком цих пропозицій було те, що вони передбачали облік гідроенергоресурсов не по всьому водотоку, а тільки по тих його ділянок, які представляють енергетичний інтерес. Відбір же цих ділянок не міг бути твердо регламентований, що на практиці призводило до внесення в підрахунки елементи суб'єктивізму. У табл. 1 наводяться підраховані для шостої сесії МІРЕК дані по гідроенергоресурсамі окремих країн.
Питанню упорядкування обліку гідроенергоресурсов було приділено велику увагу в роботі Комітету з електроенергії Європейської економічної комісії ООН, яка встановила певні рекомендації з даного питання. Цими рекомендаціями встановлювалася наступна класифікація у визначенні потенціалу:
Теоретичний валової (брутто) потенціал гідроенергетичний потенціал (або загальні гідроенергетичні ресурси):
1. поверхневий, що враховує енергію стікають вод на території цілого району або окремо взятого річкового басейну;
2. річковий, що враховує енергію водотоку.
Експлуатаційний чистий (або нетто) гідроенергетичний потенціал:
1. технічний (або технічні гідроенергоресурси) - частина теоретичного валового річкового потенціалу, яка технічно може бути використана або вже використовується (світовий технічний потенціал оцінюється приблизно в 12300 млрд. Квт-ч);
2. економічний (або економічні гідроенергоресурси) - частина технічного потенціалу, використання якої в існуючих реальних умовах економічно виправдане (тобто економічно вигідно для використання); економічні гідроенергоресурси в окремих країнах наведені в табл.4.
Відповідно до цього повна величина світових потенційних гідроенергоресурсів річкового стоку приведена в табл.2.
Табл.2 Гідроенергетичні ресурси (повний гідроенергетичний річковий потенціал) окремих континентів
% Від підсумку по земній кулі
питома величина гідроенергоресурсів, квт / кв.км
Разом по земній кулі
Наведені розрахунки свого часу внесли суттєві зміни в старі уявлення про розподіл гідроенергоресурсов по континентах. Особливо великі зміни були отримані по Африці та Азії. Ці дані показують, що на Азіатському континенті зосереджено майже 36% світових запасів гідроенергії, в той час як в Африці, яка вважалася найбільш багатою гідроенергоресурсамі, зосереджено близько 19%. У табл. 3 наводиться зіставлення даних, що характеризують розподіл гідроенергоресурсов по континентах, отриманих за різними підрахунками. Табл.3 Насиченість гідроенергоресурсамі території континентів, тис. Квт-ч на 1 кв. км
Табл.4 Зіставлення даних про розподіл потенційних гідроенергетичних ресурсів по континентах (% від підсумку по земній кулі)
за даними Геологічної служби США
за даними Оксфордського атласу
за даними югославського делегата на IV МІРЕК
за підрахунком, зробленому в СРСР
Якщо навіть врахувати те, що колишні уявлення про розподіл гідроенергоресурсов грунтувалися на даних, підрахованих по стоку 95% -й забезпеченості, то все ж не можна не звернути увагу на виняткову завищеною в колишніх уявленнях потенційних ресурсів Африки, що виходили з перебільшених уявлень про стік річок цього континенту . Якщо річний стік басейну річки Конго перш оцінювався в 500-570 мм шару, то в даний час він оцінюється всього в 370 мм. Для річки Нігер приймався шар стоку 567 мм, а фактично він становить близько 300 мм. Те ж виходить з даними про середній величині шару стоку, які є хорошими показниками гідроенергетичного потенціалу окремих континентів (див. Табл. 7). З цієї таблиці видно, що за висотою континенту і величиною стоку, тобто за основними енергетичними показниками, Африка стоїть далеко позаду Азії і майже на одному рівні з Північною Америкою.
Середня висота континенту, м
висота шару стоку, см
площа континенту, млн. км2
головою стік, км3
Т.ч. розподіл гідроресурсів пов'язано більшою мірою з географічними особливостями найбільших річок та їх басейнів. Приблизно 50% світового водостоку припадає на 50 найбільших річок, басейни яких охоплюють близько 40% суші. П'ятнадцять річок з цього числа мають стік в обсязі 10 тис. Км3 / с або більше. Дев'ять з них знаходяться в Азії, три - в Південній і дві - в Північній Америці, одна - в Африці.
У гідроенергоресурсах світу велика частина (близько 60%) припадає на східне півкуля, яке перевершує західне і за питомою (на одиницю площі) показником Гідроресурсний забезпеченості (відповідно 17 і 15 кВт / км2.
Завдяки високому рівню промислового розвитку, країни Західної Європи і Північної Америки протягом тривалого часу випереджали всі інші країни за ступенем освоєння гідроенергоресурсов. Уже в середині 20-х років гідропотенціал був освоєний в Західній Європі приблизно на 6%, а в Північній Америці, що мала в цей період найбільшими гідроенергетичні потужностями, - на 4%. Через півстоліття відповідні показники становили для Західної Європи близько 60%, а для Північної Америки - приблизно 35%. Уже в середині 70-х років абсолютні потужності ГЕС Західної Європи перевершували такі в будь-якому іншому регіоні світу.
У країнах, що розвиваються відносно високі темпи використання гідроенергії значною мірою обумовлені вкрай низьким вихідним рівнем. При більш ніж 50-кратному збільшення за півстоліття встановлених гідроенергетичних можностей країни, що розвиваються в середині 70-х років більш ніж в 4,5 рази відставали від розвинених країн і по потужності електростанцій, і з вироблення на них електроенергії. І якщо в розвинених країнах гідропотенціал в середині 70-х використовувався приблизно на 45%, то в країнах, що розвиваються - тільки на 5%. Для всього світу цей показник в цілому складає 18%. Таким чином поки що для світу характерне використання лише невеликої частини гідроенергетичного потенціалу.
У зв'язку з вичерпанням в ряді країн економічних гідроенергоресурсов в цих країнах значно підвищився інтерес до спорудження гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). В Європі почали споруджувати спеціальні ГАЕС ще в 20-30-х роках, але великий розвиток вони отримали починаючи з середини 50-х років. В даний час більше половини ГАЕС світу перебувають в країнах ЄС. У США і Канаді гідроакумулюючі установки в минулому одержали менше поширення, ніж в Європі, тому що ці країни мали у своєму розпорядженні великі запаси економічних гідроенергоресурсов. Однак за останні роки в США і Канаді також підвищився інтерес до ГАЕС. Також великий інтерес у світі останнім часом представляє використання енергії морських припливів для отримання електроенергії, це перспективний напрямок в гідроенергетиці, тому що енергія морських припливів поновлювані і практично невичерпна - це величезне джерело енергії. У багатьох країнах вже діють приливні електростанції (ПЕС). Далі за всіх в цьому напрямку поки просунулася Франція.
Екологічний аспект у використанні гідроенергоресурсов
Бабурін В.Н. "Гідроенергетика та комплексне використання водних ресурсів", М: Наука, 1986.
Велика Радянська Енциклопедія, М: Сов. Енциклопедія, 1971. - том 6.
Гідроенергетичні ресурси СРСР, М: Наука, 1967.Краткая географічна енциклопедія, М: Сов. Енциклопедія, 1959. - том 2.
Обрізків В.І. "Гідроенергетика", підручник для ВНЗ, М: 1989.
Паливно-енергетичні ресурси капіталістичних і країн, що розвиваються, М: Наука, 1978.