Ūdens

Ūdens enerģija

Mazā hidroenerģētika Latvijā

Hidroresursu (latviskāk – ūdens enerģijas) izmantošanas vēsture

Ūdens enerģiju cilvēce sāka izmantot jau 300 gadus p.m.ē. Grieķijā. Latvijas teritorijā tās sākumu datē ar 13.gs. Ūdensrati ir vieni no pirmajiem mehānismiem tehnikas attīstības vēsturē, kuru darbināšanai cilvēks izmantoja tikai un vienīgi dabas spēkus (ūdeni). Ūdensspēka izmantošana Latvijā attīstījās pakāpeniski, bet pēdējos divos – trijos gadsimtos straujāk – sākumā graudu malšanai dzirnavās, kokapstrādei, vilnas apstrādāšanai, papīra un kartona ražošanai u.c., vēlāk arī elektroenerģijas ražošanai. 19. un 20. gs. mijā Latvijas teritorijā bija vairāk kā 700 ūdensdzirnavu.

Kā ūdens enerģija darbojas elektrības ražošanai ?            

HES izmanto ūdens potenciālo enerģiju. Latvijā un valstīs ar līdzenām teritorijām upē izveido aizsprostu radot ūdens uzstādinājumu. Tādējādi upes kritumu koncentrē atsevišķā upes vietā, kurā ierīko ūdens enerģijas izmantošanas iekārtas – turbīnas (senāk – ūdensratus). Jaudu N (kW) ūdens straumei ar caurplūdumu Q (m3/s) un kritumu H (m) aprēķina šādi: N = 9,81 x Q x H. Straumes enerģiju jeb laikā paveikto darbu iegūst jaudu pareizinot ar laiku. Straumes gadā paveikto darbu jeb enerģiju (kWh) aprēķina pēc formulas E = 0,002725 x WT x H x ηa, kur WT ir ūdens tilpums (m3), kurš gada laikā izplūst caur turbīnām ražojot enerģiju, bet ηa ir hidroagregātu (turbīnas-pārvada-ģeneratora) kopējais lietderības koeficients (parasti 0,65...0,80).

Cik sen tiek izmantotas upes elektrības ražošanai Latvijā un cik daudz kādām vajadzībām enerģijas saražoja?

Elektroenerģiju pirmoreiz sāka ražot 1876.g. Amatas labajā krastā uzbūvētajā Billes tūka fabrikā mehānismu darbināšanai un apgaismošanai. 1901. gadā Firsts Pauls Līvens – Smiltenes muižas īpašnieks – uzcēla pirmo hidroelektrostaciju. Elektroenerģiju izmantoja muižas ēkās apgaismošanai. Mazajām hidroelektrostacijām bija galvenā loma Latvijas elektrifikācijas aizsākšanā un vietējo elektrotīklu izveidē. 1926. gadā beigās darbojās 26 mazas HES ar uzstādīto turbīnu kopjaudu 1,5 MW un ģeneratoru kopjaudu 1,26 MW. Elektroenerģiju tolaik izmantoja apgaismošanai. Laikā no 1925.g. līdz 1935.g. no vienkāršām lauku ūdensdzirnavām ar vienu 75 ZS turbīnu Aiviekstes HES kļuva par lielāko HES Latvijā HES ar apm. 1000 ZS hidroturbīnu un 500 ZS termiskās rezerves jaudu. Jāatzīmē, ka pēc 30 gadu pārtraukuma Aiviekstes HES 1994.g. (īpašnieks – Latvenergo) tika atsākta elektroenerģijas ražošana.


Enerģiska mazo hidroelektrostaciju attīstība norisinājās periodā pēc otrā pasaules kara, kad jaundibināmās kolektīvās saimniecības steidzami vajadzēja nodrošināt ar pašu spēkiem ražotu elektroenerģiju. 1949.gadā Latvijā darbojās 60 mazās HES ar kopējo uzstādīto turbīnu jaudu 5,4 MW un ģeneratoru kopjaudu 4,0 MW. Elektroenerģiju ražoja arī 209 ūdensdzirnavās. Periodā līdz 1960.gadam tika uzbūvētas 20 mazas lauku hidroelektrostacijas ar kopējo uzstādīto jaudu 5,84 MW. Turbīnas tajā laikā ražoja Rīgas Turbomehāniskajā rūpnīcā (agrāk – Ferdinand Meyer un Co, tad Waldispühl).

HES uz lielajām un mazajām upēm. Kādas uzskata par mazajām HES ?

Lielā upe ir Daugava, uz tās darbojas trīs Latvijā lielākās hidroelektrostacijas: Ķegums (1939, paplašināts 1979), Pļaviņu HES (1965) un Rīgas HES (1974). Tikai uz divām no Latvijas vidējām upēm: Lielupes, Ventas, Aiviekstes, Gaujas, Mūsas, Mēmeles un Salacas pašreiz darbojas hidroelektrostacijas: uz Aiviekstes ir divas (viena – Spridzēnu HES – jaunā vietā), bet Gaujas augšgalā – deviņas (septiņas no tām – agrāko ūdensdzirnavu vai HES vietās). Nosacīti Latvijā par mazu HES dēvē ar uzstādīto jaudu līdz 2 MW, pēc ES normatīviem – 10 MW.

Pretrunīgie viedokļi HES izmantošanā no vides viedokļiem

HES ierīkošanas galvenie aspekti, kas nosaka ietekmi uz zivju resursiem: lašu, taimiņu, vimbu un nēģu dabiskā nārsta upēs aizsprosts rada būtiskus zaudējumus šo zivju resursiem. Aizsprosti un HES ekspluatācija ar mainīgu caurplūduma/līmeņu režīmu uz šīm upēm ir zivsaimniecībai kaitīga. Turbīnas darbība rada biežas ūdens līmeņa un caurplūduma svārstības mazūdens periodos, kad caurplūdums upē pirms HES ir mazāks par turbīnas mazāko darba caurplūdumu. Kaplāna tipa turbīnām, kuru darbību vada automatizētā vadības sistēma sekojot līmenim ūdenskrātuvē, caurplūdums mainās pakāpeniski un tādējādi piemērojas upes dabīgajai pietecei, lejasbjefā nenorisinās caurplūdumu un līmeņu svārstības. No šī viedokļa par videi draudzīgākām ir jāuzskata automatizētu, dubultregulējamu turbīnu izmantošana turpmāk.

Ūdens objekta ekspluatācijas noteikumos noteiktais ekoloģiskais caurplūdums ir viens no zivsaimnieciski svarīgākajiem parametriem. LZRA (Latvijas zivju resursu aģentūra) ekoloģisko caurplūdumu nosaka kā pusi no vasaras mazūdens divu mēnešu (jūnija un jūlija) daudzgadu vidējā caurplūduma, kas upē aiz HES vai novadbūves jāsaglabā vienmēr, ja faktiskā pietece ir lielāka un HES darbība nav pieļaujama, ja upē caurplūdums mazāks par ekoloģisko caurplūdumu.

Ekonomiskie aspekti (t.sk. enerģijas konkurētspēja bez valsts atbalsta).

Tādas mazās HES, kurās varēja atjaunot un uzsākt darbību bez Valsts atbalsta, periodā no 1993. līdz 2002.gadam bija nedaudz. Pie tādām var pieskaitīt ūdensdzirnavas un bijušās HES, kurās bija saglabājušās galvenās hidrotehniskās būves – aizsprosts, novadbūve, piebraucams ceļš, dzirnavu vai HES ēka, dažviet – ar vecajām turbīnām. Atlika restaurēt turbīnas un pārvadus, uzstādīt ģeneratorus, veikt būvju remontu un pievienoties energotīklam. Tomēr vairumam bijušo ūdensdzirnavu un HES nācās ieguldīt prāvus līdzekļus elektroenerģijas ražošanas uzsākšanai. Tāpat – jaunās vietās uzbūvētajām HES (Latvijā kopskaitā 14) un rēķināties ar to, ka līdzekļiem jāatmaksājas astoņu gadu laikā – periodā, kamēr saražoto elektroenerģiju iepērk par divkāršu tarifu.

Valsts atbalsts mazajai hidroenerģētikai pirmoreiz Latvijā tika noteikts MK Noteikumos Nr. 54 (14.03.95) garantējot elektroenerģijas pārpalikuma iepirkšanu no mazajām HES par divkāršu realizācijas tarifu 8 gadus pēc HES nodošanas ekspluatācijā. Pēc tam šo normu nostiprināja Enerģētikas likumā (03.09.98). MK Noteikumi Nr. 503 (2007.g. 24.07.) no atjaunojamiem energo­resursiem, arī no mazajām HES, saražoto elektroenerģiju obligātā iepirkuma ietvaros aprēķina, izmantojot īpašu formulu, kurā noteicošais lielums ir regulatora apstiprinātais dabasgāzes tirdzniecības gala tarifs.

Vai HES var konkurēt ar citiem energoresursiem bez atbalsta?

Ar citiem AER ražotājiem maza HES var konkurēt bez atbalsta tikai tad, ja HES izveidota uz bijušās HES vai ūdensdzirnavu bāzes ar nelielu sākotnējo finansu ieguldījumu un šīs HES darbība ir automatizēta, nav nepieciešams dežūrpersonāls, HES darbību uzrauga tās īpašnieks un tādējādi ekspluatācijas izdevumi ir minimāli.

Kas veido vislielākās izmaksas ?

Jaunā vietā uzbūvētai HES ar aizsprostu, novadbūvi, ēku, turbīnām, ģeneratoriem, automatizētu vadības sistēmu, transformatoru, pievienojumam ar tīklam, parasti vislielākās izmaksas veido hidrotehniskās būves, tad – hidroagregāti (turbīna, ģenerators) un elektroiekārtas. Bijušajām ūdensdzirnavām ar saglabājušos aizsprostu un  dzirnavu ēku, remontējamu novadbūvi vislielākās izmaksas veido jauns hidroagregāts (viens vai vairāki).
Labākie piemēri Latvijā

Videi draudzīga ir Spridzēnu HES uz Aiviekstes (vidējā upe), bez aizsprosta, bet ar migrējošām zivīm pārvaramu akmeņu bēruma slieksni. Spridzēnu HES (ar divām dubultregulējamām turbīnām, kuru darba rata diametrs ir 2,0m un diviem 600 kW jaudas ģeneratoriem) ir Latvijā lielākā mazo HES kategorijā no uzstādītās jaudas un gada elektroenerģijas izstrādes viedokļa: 2007.g. tā saražoja 5,64 GWh. Vācijas Tautsaimniecības balvu Latvijā 2005 kategorijā Atjaunojamie energoresursi piešķīra SIA „Mazā Jugla Hidro” piederošajai  Dobelnieku HES. Tā atjaunota uz vecās hidroelektrostacijas bāzes ar derivācijas kanālu no Mazās Juglas, nodrošina iespējas migrēt zivīm, lieto modernas tehnoloģijas (vienu dubultregulējamu Kaplāna turbīnu) un rada minimālu ietekmi uz apkārtējo vidi. 2007.g. tā saražoja 1,44 GWh.
Salīdzinājumam arī būtiskākie  dati par situāciju Lietuvā un Igaunijā
Lietuvā darbojas 83 mazās HES ar 28 MW uzstādīto jaudu un gada izstrādi 96 GWh, bet Igaunijā, kur upju maz, darbojas 27 mazās HES ar uzstādīto jaudu 4,0 MW un gada izstrādi 24 GWh.

Kāpēc HES nevar nodrošināt bāzes jaudu?

Hidroelektrostacijas darbība tiešā veidā atkarīga no caurplūduma upē un tā, cik no šī caurplūduma iespējams caurvadīt caur turbīnām ražojot elektroenerģiju. Caurplūdums gada griezumā ir ļoti mainīgs un palu un plūdu periodi mijas ar mazūdens periodiem. Palu un plūdu laikā caurplūdums upē var vairākkārt pārsniegt uzstādīto turbīnu kopējo darba caurplūdumu. Mainīgās pieteces dēļ HES nevar nodrošināt bāzes jaudas. Izņēmums ir tad, ja uzstādīta turbīna, kuras darbināšanai ūdens pietiek arī mazūdens periodos, kā arī tad, ja upē ir izteikti liels avotu barojums nepārtraukti visu gadu. Pasaulē visbiežāk HES efektīvi izmanto „pīķu” nosegšanai patēriņa slodžu grafikos izmantojot ūdenskrātuvēs uzkrāto ūdeni.


Cik lielai jābūt HES kapacitātei, lai būtu izdevīgi ražot elektroenerģiju?

Uzņēmēji sliecas uzskatīt, ka, lai būtu izdevīgi ražot elektroenerģiju, gadā realizētai elektroenerģijai būtu jābūt vismaz 0,5...1,0 GWh, ja HES ar aizsprostu uzbūvē jaunā vietā un 0,25...0,5 GWh, ja tiek atjaunota agrākā HES vai ūdensdzirnavas vietā ar esošām hidrotehniskām būvēm.

Hidroenerģijas attīstības iespējas – ekonomiskie, vides aspekti, juridiskie aspekti, šķēršļi

Elektroenerģijas ražošanas izdevīgumu pašreizējā periodā nosaka rinda faktoru, no kuriem galvenie: elektroenerģijas iepirkuma cena, ieņēmumi par saražoto un pārdoto, laiks, kādā atmaksāsies ieguldītie līdzekļi elektroenerģijas ražošanas uzsākšanai, kādi būs HES ekspluatācijas un uzturēšanas izdevumi un kāda būs tīrā peļņa turpmāk. Galvenais – ieguldīto līdzekļu iespējami ātrāka atmaksāšanās. Tad, ja īpašnieks ražo elektroenerģiju tikai pašu patēriņam, situācija ir citāda. Vides aspektu kopums nav mazs: izveidojot ūdenskrātuvi: neappludināt biotopus, nodrošināt ekoloģisko caurplūdumu. Uzstādīt videi draudzīgas propellera vai Kaplāna turbīnas, nodrošināt migrējošo zivju pārlaišanu no lejasbjefa augšbjefā. Pie juridiskiem var pieskaitīt aspektus par ūdenskrātuvju pierobežnieku saskaņojumu panākšanu, pašvaldības piekrišanu HES būvniecībai, būvniecības sabiedrisko apspriešanu, nepieciešamās dokumentācijas sarūpēšanu, ietekmes uz vidi procedūras veikšana atjaunojot vai no jauna uzbūvējot HES.

Kāds atbalsts būtu nepieciešams, lai Latvijas upju hidropotenciālu izmantotu efektīvāk ?

Lai hidroenerģiju no Latvijas upēm izmantotu efektīvāk: daudzviet esošās vecās Frensisa un vertikālās propellera turbīnas jānomaina ar modernām dubultregulējamām Kaplāna turbīnām; agrāk uzstādītās propellera turbīnas jāmodernizē tā, lai to darbība iespēju robežās būtu pieskaņota caurplūdumam upē un vasaras mazūdens periodā nebūtu caurplūdumu/līmeņu svārstību upē aiz HES. Šeit lieti noderētu ES atbalsts. Nomainot esošu vecu (restaurētu) Frensisa turbīnu ar jaunu, modernu Kaplāna turbīnu, pieaug iekārtas kopējais lietderības koeficients (vidēji no 0,65 un 0,80), var teikt, ka ar vienādu ūdens daudzumu elektroenerģijas izstrāde pieaugs par 15...20 %. Bez tam mazūdens periodā upē aiz HES nebūs caurplūduma/līmeņu svārstību. Upju hidroenerģētiskā potenciāla turpmākai izmantošanai jāpārskata MK Noteikumi Nr 27 (no 15.01.2002.), kuri nosaka upes (upju posmus), uz kurām zivju aizsardzības nolūkā aizliegts būvēt un atjaunot hidroelektrostaciju aizsprostus.

Problēmas un to risinājumi (Latvijas un ES kontekstā)

Galvenā problēma-sabalansēt Latvijas mazo un vidējo upju hidroenerģētiskā potenciāla izmantošanu ar vides un zivsaimniecības prasībām.

Paredzamais potenciāls tuvākajā nākotnē un ilgtermiņā

Tuvākajā nākotnē: 2010. g. mazo HES gada elektroenerģijas izstrādei būtu jāsasniedz 78 GWh, to skaitam - 158. Ilgtermiņā jāsasniedz 250...300 GWh, mazo HES skaitam jātuvinās 500.
Jaunākās tehnoloģijas, pētījumi, tendences (Latvijā un pasaulē).

Jaunākās tehnoloģijas – dubultregulējamas Kaplāna turbīnas ar datorizētu vadības sistēmu Latvijas mazajās HES pakāpeniski jau tiek uzstādītas. Galvenā tendence Latvijā: kā esošajā HES panākt lielāku elektroenerģijas izstrādi (turbīnu nomaiņa, divu vai vairāk caurplūdumu darba  režīmu realizācija Frensisa turbīnām). Pasaulē tendences – mazu – pikohidro un mikrohidro izplatība. Šīs HES minimāli iespaido vidi un daudzos gadījumos uz upes vai strauta nav aizsprosta ar ūdenskrātuvi.

Uzstādītā jauda pasaulē/Eiropā

Pasaules kopējā uzstādītā hidroelektrostaciju jauda ir 46000 MW. Visā pasaulē hidroenerģija nodrošina 19...21% elektroenerģijas saražošanu. Eiropas savienībā 17400 mazajās HES kopējā uzstādītā jauda ir 10300 MW. Hidroenerģija pašreiz ir visnozīmīgākā elektroenerģijas ražošanā izmantojot atjaunojamos energoresursus. Mazās hidroenerģijas devums pasaules elektroenerģijas jaudas nodrošināšanā ir tikpat liels, kā citi atjaunojamie energoresursi (1-2% no kopējās jaudas (arī Latvijā)).
Līdervalstis HES enerģijas izmantošanā
Eiropā – Norvēģija (99,6 %), Šveicē 90 %
Līdervalsts tehnoloģiju ražošanā
Zviedrija, Čehija, Francija.

Fakti (kas varētu rosināt iztēli un sapratni)

  • Hidroenerģētikai ir vērā ņemami aspekti:
  • ūdens ir bez maksas; netiek tērēts tāds vērtīgs energoresurss kā kurināmais;
  • atmosfēru nepiesārņo izmeši, to dēvē arī par vienu no zaļās enerģijas veidiem, mazās hidroelektrostacijas neietekmē globālās klimata pārmaiņas;
  • zemas saražotās enerģijas izmaksas; enerģijas izmaksas nav atkarīgas no kurināmā cenu izmaiņām;
  • hidroelektrostacija savā mūžā atmaksājas vidēji 30...50 kārtīgi, HES var kalpot pat 100 gadus; hidroelektrostacijas ir izkliedētas – tuvāk patērētājam, tādēļ ir mazi energopārvades zudumi;
  • hidroturbīnas ūdens enerģiju pārvērš mehāniskajā ar ļoti augstu lietderības koeficientu, augsti lietderības koeficienti ir arī elektroģeneratoriem;
  • ļoti labas jaudas manevrēšanas spējas apstākļos, ja ir pietiekami liela tilpuma ūdenskrātuve; spēj nosegt „pīķa” slodzes; ūdenskrātuve – pasaulē plaši izmantots ūdens enerģijas akumulators;
  • ikviena HES attīra upi no sanešiem; jaunās tehnoloģijas un uzlabotās metodes mazo HES darbināšanā (turbīna darbojas pieteces režīmā un tādējādi nemaina dabīgo tecējumu upē aiz HES) nepārtraukti samazina ietekmi uz vidi, galvenokārt uz upju vidi un zivju resursiem.

Hidroelektrostacijas Latvijā - bilžu galerija 

Atbalsta: