Исследование перспективы развития малой гидроэнергетики в децентрализованной зоне Республики Саха (Якутия): на примере бассейна реки Индигирка

Автор: Ноговицын Д.Д., Никулин К.В., Сергеева Л.П.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Статья в выпуске: 3 т.25, 2025 года.

Бесплатный доступ

Энергетический потенциал малых северных рек Якутии до настоящего времени не используется и активно не изучается. Но в связи с постепенным нарастанием потребности в электроэнергии и ростом ежегодных затрат на обеспечение северного завоза в труднодоступные районы Якутии вопрос использования малых рек в качестве источника энергии приобрел актуальность. Простота малых ГЭС позволяет работать как автономно, так и интегрироваться в централизованную энергосистему. Такой подход особенно выгоден в северных районах республики, где сочетание малой гидроэнергетики летом и централизованной энергосистемы зимой позволит оптимизировать расходы на топливо. В настоящей работе рассматривается возможность использования потенциальных ресурсов гидроэнергии бассейна Индигирки. Оценка потенциальных гидроэнергетических ресурсов бассейна Индигирки выполнялась по горному участку, что можно объяснить его физикогеографическими и высотными условиями. Горная часть бассейна характеризуется наибольшими запасами гидроэнергетических ресурсов. Нижнее течение Индигирки демонстрирует крайне слабые энергетические показатели. Потенциальная мощность рек длиной 50 км и более определялась линейным методом. Энергия водотоков длиной менее 10 до 50 км в данной работе не определялись.

Еще

Бассейн реки Индигирка, гидроэнергетические ресурсы, северный энергорайон, децентрализованная зона, расход воды, речной сток

Короткий адрес: https://sciup.org/147252013

IDR: 147252013 | УДК: 532.5 | DOI: 10.14529/power250301

Текст научной статьи Исследование перспективы развития малой гидроэнергетики в децентрализованной зоне Республики Саха (Якутия): на примере бассейна реки Индигирка

Индигирка – река на севере-востоке Якутии. Длина 1726 км. Площадь бассейна 360,4 тыс. км2. По строению долины, русла реки и скорости течения Индигирка делится на два участка: верхний горный (640 км) и нижний равнинный (1086 км).

Бассейн реки Индигирки охватывает северные и арктические территории Республики Саха (Якутия), включая Оймяконский, Момский, Абыйский, Усть-Янский и Аллаиховский районы (рис. 1).

Энергоснабжение потребителей рассматриваемой территории обеспечивают электрические

Рис. 1. Карта-схема территории бассейна Индигирка

Fig. 1. Map-scheme of the territory of the Indigirka basin

Таблица 1

Технико-экономические показатели дизельных установок в бассейне реки Индигирка

Table 1

Technical and economic indicators of diesel installations in the Indigirka River basin

Районы Количество ДЭС Установленная мощность, кВт Выработка электроэнергии, кВт·ч Площадь территории, тыс. км2 Оймяконский 4 4 160 5 434 92,2 Момский 4 7 700 10 572 104,6 Абыйский 7 7 720 7 695 69,4 Аллаиховский 5 12 085 10 360 107,3 Усть-Янский 2 18 605 41 733 120,3 сети АО «Сахаэнерго». Большая часть установленной мощности приходится на дизельные электростанции (табл. 1).

Локальная энергетика в рассматриваемых районах характеризуется значительным износом оборудования ДЭС. В Абыйском, Аллаиховском районах оборудование изношено полностью. В Мом-ском районе износ агрегатов ДЭС составляет менее 100 %.

Значительное удорожание традиционного вида топлива и необходимость их доставки в отдаленные, труднодоступные районы Якутии послужили причиной интереса к использованию гидропотенциала малых рек бассейна Индигирки.

Цель исследования : предварительная оценка гидроэнергетического потенциала бассейна р. Индигирки.

Материалы и методы

Оценка потенциальных гидроэнергетических ресурсов бассейна Индигирки была проведена для горного района, охватывающего участки I и II.

В соответствии с целью исследования были использованы картографические материалы, данные полевых исследований, научные публикации и архивные данные гидрометеорологического мониторинга. В работе использован сравнительногеографический метод оценки гидроморфологиче-ских характеристик рек. Потенциальная мощность рек длиной 50 км и более определялась методом сплошного руслового подсчета или линейным методом. Энергия водотоков длиной до 50 км в данной работе не определялась. Используемая методика гидрологических расчетов соответствует требованиям СП 529.1325800.2023 [1].

Результаты исследования и их обсуждение

Индигирка – река в Якутии, протекает в условиях крайнего континентального климата, принадлежит бассейну Восточно-Сибирского моря Северного Ледовитого океана. Река формируется в результате слияния двух горных рек Хастах (Туора-Юрях) и Тарын-Юрях [2]. Русло реки занято каменистыми препятствиями-порогами, делающими ее непригодной даже для сплава, но благоприятной для использования в гидроэнергетических целях. Ниже порогов горный характер Индигирки сохра- няется, но скорость течения уменьшается, возрастают ширина и глубина русла.

Бассейн Индигирки отличается весьма слабой гидрологической изученностью. Основные гидрологические пункты наблюдений за водными объектами расположены на самой Индигирке и в верховьях на ее притоках.

Гидроэнергетический потенциал бассейна Индигирки был определен путем разделения его на физико-географические районы, которые заметно отличаются по своим энергетическим условиям. Ввиду сложной формы рельефа местности бассейн Индигирки был разделен на 4 участка (рис. 2).

Рис. 2. Физико-географическое районирование в бассейне р. Индигирка

Fig. 2. Physical and geographical zoning in the Indigirka river basin

Такая классификация представляет собой удобную основу для оценки гидроэнергетического потенциала малых речных систем. По расчётам гидроэнергетических ресурсов малых рек бассейна Индигирки, наиболее энергетически мощными участками являются верховья бассейна реки. Это участки I и II, расчеты произведены индивидуальным (линейным) методом. Нижнее течение Индигирки, охватывающее III и IV участки, демонстрирует крайне слабые энергетические показатели.

В данной работе используется технический потенциал гидроэнергии, соответствующий примерно принятой градации мощности малых ГЭС. Так, известно, что к малым гидростанциям в России по ДПМ ВИЭ (договор на предоставление мощности) относят гидроузлы с установленной мощностью от 1 до 50 МВт [3].

Согласно существующей методологии, проведение предварительной и количественной оценки возможных энергетических ресурсов, а также анализ природно-климатических и геоморфологических особенностей территории являются фундаментом для создания водного энергетического кадастра речных систем [4]. Основой для расчета потенциальной энергии использовалась следующая формула:

P = 9,81 - Q ■ H , (1) где Р – потенциальная мощность реки, кВт; 9,81 – ускорение свободного падения, м/с²; Q – среднемноголетний годовой расход воды в заданном створе, м³/с; Н – падение реки, м.

В данном расчете не учтены потери напора и расхода, коэффициент их полезного использования принимается равным единице.

Вычисление потенциальной мощности участка реки осуществляется по формуле

Р уч = 9,81 - Q ^H + Q ^K A H , кВт, (2) где Q н и Q к обозначают расход воды в начале и конце рассматриваемого участка реки, а Н – перепад высот реки на этом участке, выраженный в метрах.

Мощность водного потока представляет сумму мощностей всех его участков:

P = 9,81 ^ Q ¹ i + Q ^K i A H , кВт. (3)

Следует подчеркнуть, что формула (3) потенциальную мощность водотоков определяет с некоторым приближением. Поскольку точное выражение этой формулы имеет вид

P = 9,81 J QdH , кВт, (4) то очевидно, что чем на большее число расчетных участков разбит водоток, тем надежнее результаты расчетов [5].

Это утверждение подтверждается многочисленными исследованиями [6, 7], в которых установлено, что границы расчетных участков рационально назначать в местах резких изменений расходов и продольных профилей рек. Следователь- но, количество расчетных участков и их границы определяются преимущественно характером продольных профилей и графиками подъема расходов воды. Выявлено, что точность вычислений определяется не только точностью определения границ участков, но и, в меньшей степени, их числом.

Теоретический (валовый) потенциал энергии реки, выраженный в киловатт-часах, рассчитывается по формуле

Э = 8760 - P , (5) где 8760 – число часов в году.

Классификация рек по величине водосборной площади на большие, средние и малые осуществляется в соответствии требованиями государственного стандарта ГОСТ 19179 [8].

Площади водосборов малых рек определены с использованием приближенного метода С.В. Григорьева [6]. Данный метод установил зависимость между протяженностью водотока и величиной площади его водосбора, которая представлена уравнением степенной функции

F = k - L x , (6) где F – полная площадь водосбора, км²; L – длина водотока по руслу, км; k и x – соответственно коэффициент и степень. Для рек Европейской части СССР Григорьевым рекомендована величина k = 1,59.

Обзор применения формулы (6) показывает, что значения k и x характеризуются большим разбросом. Причем оказалось, что формула (6) со степенным показателем k = 1,59, несмотря на отдельные ошибки, в общем удовлетворительно отражает зависимость площади от длины водотока.

Анализ соотношений различных значений позволил установить относительно тесную зависимость потенциальной мощности малых водотоков от их протяженности, которая выражается следующим уравнением:

P = L x . (7)

В этом случае показатель степени x отражает энергетические ресурсы определенной физикогеографической зоны. Для количественной оценки этого показателя на территории района были выбраны водотоки, расположенные по возможности равномерно по всей площади. Далее строится график зависимости потенциальной мощности рек от их протяжённости. При этом мощность каждой реки определяется с использование линейного метода по формуле (2).

Таким образом, между длиной водотока и его мощностью прослеживается нелинейная корреляционная связь, в уравнении которой степенной показатель х = 2,108 – для I гидроэнергетического района и х = 2,020 – для II района соответственно. Эта методика применялась сотрудниками лаборатории гидроэнергетики и водного хозяйства Института физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова (ныне Отдел проблем энерге- тики) для расчета гидроэнергетического потенциала малых рек Южной [5] и Северо-Восточной Якутии.

Средняя ошибка расчетов по всем рекам территории определялась по формуле

P - P

А Р = _х . л ■ 100 %,

Е Р

где ∑P – сумма потенциальных мощностей выбранных рек, вычисленных по формуле (8); ∑ P – то же, но вычисленных по методу линей- ного учета.

Для определения коэффициента корреляции полученной кривой была проведена предварительная её линеаризация через логарифмирование переменных y = lgN и x = lgL, т. е. уравнение N = Lx преобразуется в lgN = xlgL [9].

Результаты изложенной методики подсчета были проверены также по методу С.В. Клопова [7] с определением гидроэнергетического модуля и площадей водосборов.

Результаты расчета показателей потенциальной мощности рек бассейна р. Индигирка протяженностью от 50 до 100 км представлены в табл. 2. Расчет выполнен по приведенным выше формулам.

Таблица 2

Показатели потенциальной мощности рек бассейна р. Индигирка протяженностью от 50 до 100 км

Table 2

Indicators of the potential capacity of the rivers of the Indigirka River basin ranging from 50 to 100 km in length

№ п/п	Название реки	Длина, км	Падение, м	Площадь водосбора, км²	Потенциальная мощность		Средний расход воды, м³	Потенциальная энергия, 10⁶·кВт/ч·год
№ п/п	Название реки	Длина, км	Падение, м	Площадь водосбора, км²	Суммарная от истока, кВт	Удельная, кВт/км	Средний расход воды, м³	Потенциальная энергия, 10⁶·кВт/ч·год
I район – N = 1000 – 100 тыс. кВт
1	Заячий	50	605	535	8 505	170,1	15,9	74,5
2	Буркачан	82	672	1 120	19 886	242,5	17,8	174,2
3	Хастах	58	397	248	2 762	47,6	11,1	24,2
4	Юсь-Кюель	76	370	983	8 384	110,3	8,5	73,4
5	Ылбая	60	620	590	11 439	190,7	19,4	100,2
6	Куранах-Сала	53	753	556	5 698	107,5	10,2	49,9
7	Хатыннах	50	722	390	4 535	90,7	11,6	39,7
8	БН	53	753	556	5 698	107,5	10,2	49,9
9	Буруолабыт	56	590	540	5 510	98,4	10,2	48,3
10	Делькю-Куйдусунская	57	700	1 080	15 867	278,4	14,7	139,0
11	Таскан	50	720	433	10 267	205,3	23,7	89,9
12	Маннык-Юрях	94	1 020	1 870	36 527	388,6	19,5	319,98
13	Ан-Алас	66	431	697	4 636	70,2	6,7	40,6
14	Буор-Юрях	68	527	743	6 263	92,1	8,4	54,9
15	Угамыт	60	790	675	13 207	220,1	19,6	115,7
16	Оганья	57	1033	530	14 845	260,4	28,0	130,0
17	Кольтрикан	60	784	541	11 532	192,2	21,3	101,0
18	Луговая	64	840	1 107	19 965	311,95	18,0	174,9
19	Тирях-Юрях	64	754	864	13 854	216,5	16,0	121,4
20	Неймэчек	59	958	441	14 390	243,9	32,6	126,1
21	От-Хая	80	682	1 080	15 341	191,8	14,2	134,4
22	Конгор	85	694	829	24 633	289,8	29,7	215,8
23	Нюкола	53	525	416	7 106	134,1	17,1	62,2
24	Тонской	89	1 160	2 200	34 020	382,2	15,5	298,0
25	Ат-Юрях	72	1 135	737	22 833	317,1	30,98	202,6
26	Петрушка	82	1 180	1 200	30 650	373,8	25,5	268,5
27	Ейемю	54	440	410	3 775	69,9	9,2	33,1
28	Тойдах	51	510	530	5 006	98,2	9,4	43,9
29	Аяма	94	188	1 040	3 926	41,8	3,8	34,4
30	Тирехтях	95	642	992	14 952	157,4	15,1	130,98
31	Арангас	63	1 010	703	13 861	220,0	19,7	121,4
32	Артык-Юрях	60	410	654	2 003	33,4	3,1	17,5

Продолжение табл. 2

Table 2 (continued)

№ п/п	Название реки	Длина, км	Падение, м	Площадь водосбора, км²	Потенциальная мощность		Средний расход воды, м³	Потенциальная энергия, 10⁶·кВт/ч·год
№ п/п	Название реки	Длина, км	Падение, м	Площадь водосбора, км²	Суммарная от истока, кВт	Удельная, кВт/км	Средний расход воды, м³	Потенциальная энергия, 10⁶·кВт/ч·год
33	Мал. Селери-кан	58	672	1 250	15 817	272,7	12,7	138,6
34	Сергей	58	550	500	3 078	53,1	6,2	26,96
35	Таклаун	53	865	523	6 287	118,6	12,0	55,1
				∑ F 150 931	∑ N 2 324 152		∑ 858,98	∑ 20 362,02
II район – N = 1000 – 100 тыс. кВт
1	Мухалкан	50	440	540	3 843	76,9	7,1	33,7
2	Одонкан	61	685	620	8 723	143,0	14,1	76,4
3	Буркагы	64	342	990	10 928	170,8	11,0	95,7
4	Оемю	81	1 010	1 918	46 715	576,7	24,4	409,2
5	Сорома	62	230	978	3 688	59,5	3,8	32,3
6	Хара-Юрях	53	740	470	8 613	162,5	18,3	75,4
7	Тирехтях	86	780	1 860	24 569	285,7	13,2	215,2
8	Бурустах	75	780	965	12 117	161,6	12,6	106,1
9	Ылэн	54	860	600	8 978	166,3	14,96	78,6
10	Мекчерге	52	1 110	460	8 238	158,4	17,9	72,2
11	Омук-Кюрелях	51	1 340	400	10 236	200,7	25,6	89,7
12	Силяп	51	1 182	940	25 256	495,2	26,9	221,2
13	Ытабыт-Юрях	68	1 455	810	27 574	405,5	241,5	34,0
14	Тобанда-Сээнэ	57	310	530	6 904	121,1	60,5	13,0
15	Оньоло	63	1 054	930	23 932	379,9	25,7	209,6
16	Уорбого	54	1 370	770	31 951	591,7	41,5	279,9
17	Улахан- Юрынья	60	1 630	500	14 275	237,9	125,0	28,6
18	Тихон-Юрях	99	1 028	882	20 155	203,6	22,9	176,6
19	Илинь-Юрях	54	1 090	639	24 412	452,1	38,2	213,8
20	Гырбынья	65	790	414	12 278	188,9	29,66	107,6
21	Куранах	55	1 200	294	14 902	270,9	50,69	130,5
22	Мэльтэх-Юрюс	56	560	457	8 303	148,3	18,2	72,7
23	Арга-Тарыннах	72	320	780	4 202	58,4	36,8	5,4
24	Тарын-Юрях	88	960	1580	38 852	441,5	24,6	340,3
25	Кынгырайдах	50	1570	580	24 617	492,3	42,4	215,6
26	Дэлыгда	59	720	500	9 380	159,0	18,8	82,2
27	Эйемю	64	1 065	1 010	23 469	366,7	23,2	205,6
28	Быгыттах	54	990	410	9 887	183,1	24,1	86,6
29	Матага-Эселях	57	1 400	350	16 195	284,1	46,3	141,9
30	Бегара-Барыллылах	53	1 230	257	10 649	200,9	41,4	93,3
31	Кенгкели	61	890	470	10 741	176,1	22,9	94,1
32	Арга-Юрях	70	795	1 140	16 829	240,4	14,8	147,4
33	Тас-Юрях	62	1 488	804	47 297	762,9	58,8	414,3
34	Хаирдах	87	1 639	755	48 727	560,1	64,5	426,8
35	Ыстаннах	82	1 302	440	20 988	256,0	47,7	183,9
36	Хасан-Тирехтях	66	1 304	630	29 419	445,7	46,7	257,7
37	Арга-Тирехтях	58	1 235	562	18 766	323,6	33,4	164,4
38	Мечта	54	1 305	160	3 439	63,7	21,5	30,1
39	Тарын	51	1 235	230	6 224	122,0	27,1	54,5
40	Кынырындах	53	686	480	7 247	136,7	15,1	63,5

Окончание табл. 2

Table 2 (end)

№ п/п	Название реки	Длина, км	Падение, м	Площадь водосбора, км²	Потенциальная мощность		Средний расход воды, м³	Потенциальная энергия, 10⁶·кВт/ч·год
№ п/п	Название реки	Длина, км	Падение, м	Площадь водосбора, км²	Суммарная от истока, кВт	Удельная, кВт/км	Средний расход воды, м³	Потенциальная энергия, 10⁶·кВт/ч·год
41	Буор-Юрях	76	1 426	440	8 425	110,9	19,1	73,8
42	Кес-Юрях	52	430	330	1 314	25,3	3,98	11,5
43	БН	56	347	256	2 745	49,0	10,7	24,0
44	Чемалга	66	1 779	650	26 703	404,6	41,1	233,9
45	Умба	82	1 405	882	34 882	425,4	39,5	305,6
46	Ючюгяй-Юрях	76	1 450	630	16 654	219,1	26,4	145,9
47	Барыллылах	77	1 422	1 090	26 788	347,9	24,6	234,7
48	БН	77	318	350	3 214	41,7	9,2	28,2
49	Буор-Юрях	52	1 053	170	4 729	90,9	27,8	41,4
50	Куранах-Сала	73	1 345	620	29 284	401,2	47,2	256,5
51	Чалбанья	54	393	168	1 875	34,7	11,2	16,4
52	Юнкюр	77	361	329	1 914	24,9	5,8	16,8
53	Кебергене	91	290	505	2 717	29,9	5,4	23,8
54	Оняча	58	1 334	600	17 892	308,5	29,8	156,7
				∑ F 168 605	∑ N 3 519 688		∑ 1 864,6	∑ 30 832,27