К вопросу водообеспечения Центрального Казахстана.

размер шрифта: Aa | Aa
01.10.2012 11:02

УДК 661.666:541.395

Камбаров М.Н., доктор техн. наук, Генеральный директор ТОО «EcoWatt», Алматы

Лауреат Мирового и Азиатского конкурсов инновационных Бизнес- Проектов

Камбаров Т.С. , магистрант, Калифорнийский Университет (США), Сан Франциско

Орталық Қазақстанды сумен жабдықтау мәселесін шешүіне қарай

Орталық Қазақстанды ауыз сумен жабдықтау мәселелерін жер астындағы жанғыртылатын су қоймаларын пайдалануға техника жолдары салыстырлып көрсетіледі

The Central Kazakhstan regions water supply providing.

Dr. Marat N Kambarov, Director General «EcoWatt»LLP, Almaty

Tilek S.Kambarov, magistrant of California State University ( San Francisco)

 

For this purpose their large underground renewable fresh water storages using are proposed and also their engineer implementation аnd another competitive decisions are discussed.

 Как известно Казахстан из-за его географического положения и, соответственно, климата относится к странам с рискованным земледелием в виду маловодности (аридности) его большинства территорий. Несколько лет назад вопросы водообеспечения государства на долгосрочную перспективу рассматривались на заседании Совета безопасности Республики Казахстан под председательством Президента страны . Было отмечено, что ситуация с обеспечением водой обостряется, и требует принятия кардинальных мер. Ограниченность водных ресурсов, территориальная и сезонная неравномерность их распределения является сдерживающим фактором освоения богатейших природных запасов и устойчивого развития страны. Соответствующим государственным органам поручено обеспечить реализацию долгосрочных мер комплексного характера, направленного на устранение негативных последствий ограниченности водных ресурсов, созданию условий для экономического роста, решения социальных и экологических проблем, урегулирования межгосударственных водных отношений.

Особенно остро такая проблема стоит в отношении территорий Центрального Казахстана (ЦК) с площадью около миллиона кв. км и населением порядка 10 миллионов человек. Как известно все многоводные реки Казахстана втекают на территорию республики из соседних стран, то есть они являются трансграничными, почему и ставится вопрос об: урегулировании межгосударственных водных отношений. Так р. Урал втекает в республику из России, реки Иртыш, Или - из Китая, Сырдаья, Чу - из республик Центральной Азии, что ставит республику в определенную политическую и экономическую зависимость от них. Причем указанные реки текут, в основном, по приграничным с указанными странами областями Казахстана.

Регионы ЦК не имеют крупных рек, что существенно ограничивает его экономическое развитие. В связи с этим, несколько десятилетий тому назад было осуществлено строительство дорогостоящего канала Иртыш-Караганда с каскадом, 12 мощных насосных станций для подъема вод канала, примерно на 150 м. выше отметки уреза воды реки Иртыш. Намечалось осуществить вторую очередь канала и довести его до Жезказгана. Однако воды р. Иртыш зарегулированы даже на территории Казахстана водохранилищами Бухтарминской, Усть-Каменогорсой и Шульбинской гидростанций. Намечается и Булакская ГЭС на этой реке. Помимо того, Китай, развивая свои западные регионы, может забрать на свои нужды до 50% стока реки Иртыш. В связи с этим различными политическими деятелями России реанимируется идея поворота части вод сибирских рек в сторону Аральского моря через ЦК.

Вместе с тем ЦК обладает крупными запасами подземных вод[1]. Их разведанные и, что самое главное, возобновляемые запасы, по данным института гидрогеологии РК,. составляют до тысячи кубических километров. (триллиона куб. метров), примерно до тридцати объемов оз. Балхаш. То есть под территорией Казахстана разбросаны несколько десятков разномасштабных линз с залежами подземных вод. Большая часть запасов этих вод является пресными или слабо засоленными. Надо особенно подчеркнуть , что возобновляемые ресурсы этих вод могут составить свыше 5% в год, что превышает три объема Капчагайского водохранилища, т.е. свыше 50 кубокилометров (миллиардов м3 /год). Глубина залегания этих вод, в том числе и многовековых запасов, колеблется от 50 до 100 метров.

Указанный объем возобновляемых вод можно круглогодично поднимать на поверхность с расходом примерно 1500 м3 /сек ( а это 4 среднегодовых расходов реки Или) без ущерба для этих запасов подземных вод и экологии, поскольку этот объем восстанавливается в течение года на большой территории ЦК естественным образом (подпитка от дождей, таяния снегов).

     Возможный путь решения задачи.

Задача подъема части этих возобновляемых объемов вод зависит от энергообеспечения комплекса насосных станций (КНС) располагаемых на мощных водяных скважинах. Однако крупные электрические станции (ЭС) Казахстана расположены на достаточно большом удалении от мест дислокации подземных вод. Доставка электроэнергии (э/э) к ним будет обходиться дорого, с большими потерями, а объем поставки э/э к КНС ограничивается малой пропускной способностью местных маломощных линий электропередач (ЛЭП) 35 – 10 кВ. К тому же свободных мощностей ЭС Казахстана не имеется.

Оценим объем потребной э/э для подъема подземных вод с максимальным суммарным дебетом Q=500 м3/с ( треть возможной добычи) при усредненной глубине залегания вод 75 метров.

 

                 Мощность электродвигателей насосных станций составит:

Р= 9,8* Q*H = 9,8*500*75= 367 500 кВт

                            или примерно 350 Мвт.

При работе по 18 часов в сутки (примерно 6500 часов в году) насосные станции потребят 2 275 млн. квт-ч электроэнергии.

Объем поднятых вод составит 500 м3/с*6500ч*3600с= 11,б7 млрд кубометров, немного меньше объема Капчагайского водохранилища(вдхр).

Таким образом для подъема вод в размере примерно одного Капчагайского вдхр потребуется порядка 2,3 млрд кВт-ч э/э.

Как поставить такое количество э/э на комплекс мощных насосных станций для подъема возобновляемых подземных вод, затем для транспортировки воды потребителям в города и потребителям с/х? При этом желательно не загрязнять атмосферу выбросами продуктов сгорания топлива. Доставка э/э должна быть надежной и практически без потерь.

Предлагается на поверхности земли над мощными подземными водными линзами  создать ряд энерго-водо комплексов в составе комплекса ветряных электростанций (КВЭС) с суммарной мощностью до 1000 МВт непосредственно над линзами подземных вод, а это сотни кв. км. Последние .находятся на значительных удалениях друг от друга на территории ЦК и прилегающим к ним регионах. Это решит проблему надежной доставки э/э на КНС практически без потерь, поскольку э/э производится на месте потребления, и ограничений объема поставок. Указанное снизит стоимость э/э для КНС, себестоимость единицы объема поднимаемых вод, повысит надежность их электроснабжения. Тем более, что совмещение карты ветров Казахстана с соответствующей картой подземных вод дают достаточно приемлемую корреляцию этих возобновляемых природных ресурсов.

По нашему мнению, это техническое предложение (ТП) по ряду соображений конкурентоспособно с другими проектами:

-переброски вод рек Сибири (они также будут втекать извне).

-строительства АЭС на Мангышлаке.

В последнем случае, помимо экологических проблем, имеется очень существенный недостаток - поставка э/э от АЭС за многие сотни км, в 3-х направлениях будет сопровождаться потерями э/э порядка 40% (включая потери по месту потребления в местных низковольтных сетях). Они лягут на стоимость э/э для конечных потребителей. Сама же АЭС потребит на собственные нужды свыше 15%. В конечном итоге конечный к.п.д АЭС будет менее 50%, а следовательно и инвестиции в нее, будут очень неэффективными. В нашем техническом предложении (ТП) потери э/э практически нулевые, а к.п.д. ВЭС хоть и ниже 40%, но энергоресурс используемый для выработки э/э -ветер, он даровый и бесконечный. При этом э/э с таким эффектом расходуется на жизненно важный для Казахстана продукт –дефицитную воду.

В настоящее время начаты прикидочные работы по данному «ноу –хау». Однако очевидно, что без серьезного ТЭО оно может так и остаться на уровне ТП.

                 Оценим стоимость электроснабжения проекта.

Ветры центрального Казахстана могут обеспечить до 3000 часов полной загрузки ветроустановок в году. Тогда мощность ветростанции будет:

Рвэс = 2300 млн квт-ч / 3000ч = 766 Мвт.

Но мировая стоимость ветроустановок для ВЭС неуклонно поднимается. Для избежания этого ВЭС должны оснащаться ветротурбинами (ВТ) казахстанского производства. Такие возможности есть [2]. При этом стоимость одного МВт ВЭС, оснащенных ветротурбинами (ВТ) производимым в республике составляет 0,8 млн долл. США- в два раза ниже уровня мировых цен Стоимость КВЭС в этом случае составит немногим более 600 млн. долл. США. С учетом необходимости строительства местных электросетей и подстанций, стоимость возрастет до 700 млн.долл.

Принимая стоимость насосных станций, буровых работ и прокладку транспортных трубопроводов порядка 1,3 млрд.долл., будем иметь конечные затраты в размере 0,16 долл/ м3 воды. При стоимости воды 1,8 цента/м 3, проект может окупиться за 5,33 лет или практически за 6 лет.

 

Сопоставление вариантов водообеспечения ЦК

 

No

 

Сопоставля

емые параметры

Варианты

водообеспечения ЦК

 

Примечания

Поворот части вод Сибирских рек

Комплекс ветряных и насосных станций

1.

Разница уровней вод Сибирских рек и ЦК , глубина водных линз , метры

200.

75 -100.

Географические карты.

2.

Дебет вод, м3

500

500

одинаков

3.

Потребность в электроэнергии

Канал потребует каскада из десятка насосных станций работающих круглогодично для подъема воды по ступеням канала на высоту 200м . К-во требуемой эл. энергии 7млрд. кВт-ч.

КВЭС   выработает . энергии 2,50 млрд. кВт-ч.

нужна э/э из электросети в размере до 1 млрд. кВт-ч на время затишья , т.е. отсутствия. ветра

4.

Число стадий строительства

Одна. Канал на полную пропускную способность независимо от текущей потребности

Ряд независимых комплексов ВЭС и КНС, в соответствии с текущими потребностями в воде

ВЭС и КНС могут начинаться

с малых мощностей с дальнейшим их расширением.

5.

Сроки получения первых объемов вод

7-9 лет, после строительства канала и ввода на полную мощность

Один -два года, для удовлетворения первичных запросов в воде с последующим расширением Проекта

ВЭС и КНЭС строятся быстро по типовым проектам

6.

Инвестиции,

млрд долл США

Их эффективность

Около 3 млрд. долл., и в неопределенные сроки

2 млрд долл.

в более короткие сроки.

Инвестиции в ВЭС и КНС ниже, суммы точнее, проекты гибче

7.

Возможные препятствия

Необходимость строительства множества мостов включая ж/д   , виадуков и акведуков

Зимняя доставка вод из-за шуговых явлений ограничена.

Подземная транспортировка потребителям в параллельных трубах

Зимнюю добычу вод можно накапливать в виде «ледяных гор».

8.

Координация с зарубежными институтами

треть канала пройдет по территории России , требуется координация

Нет необходимости , все сооружения на территории Казахстана. Проект независимый .

ВЭС могут быть построены вблизи КНС и подключены к эл. сетям единой энергосистемы РК.

9.

Хранение воды

Одно- два больших водохранилище

Ряд некрупных водохранилищ вблизи центров потребления вод

В зимнее время накапливается в «ледовых горках», тает летом

Инвестиции в ВЭС и КНС ниже, точнее, проекты гибче

10.

Плата за водообеспечение

Импорт воды ( товара), цена пока неопределенная , может расти в дальнейшем. Экономическая зависимость от монопольного поставщика вод. Плата за природопользование.

Регулируется внутри страны. Вода возобновляемая от многих залежей с практически неограниченным запасом.

Плата за природопользование считаем одинаковой. .

11.

Возможность расширения Проекта

Отсутствует, или нужно закладывать завышенное сечение канала

Имеется еще 2 кратный запас вод для расширения с расходом до 1000м3./с. Проект расширяется в соответствии с темпами роста водопотребления

Всего можно брать 1500м3./с. вод

12.

Кому пойдут инвестиции

В основном Российским организациям

( оборудование , монтаж, проектирование, строит-во)

В основном Казахстанским организациям

При изготовлении ветротурбин на заводах Казахстана.

13.

Темпы ввода

Первой очереди

Через 7-9 лет.

Через 1, 5 -2 года

С начала финансирования

 

Возможен и третий вариант электроснабжения комплексов насосных станций – строительством АЭС вблизи подземной линзы большого размера. Минимальная мощность блока АЭС составляет 640 МВт., выработка электроэнергии порядка 4,5 млрд.кВт-ч, что в 2 раза превышает требуемый объем электроэнергии для КНС. Однако стоимость только блока составляет порядка 2 млрд. долл. включая строительство большого водохранилища только для охлаждения АЭС, и не используемый для водообеспечения Центрального Казахстана. Сроки строительства их могут составить до 7 лет. То есть первые воды для нужд промышленности и с/х появятся только через 7-9 лет. Вода же востребована уже сейчас. Этот Проект также неделим и не гибок,как и канал , поскольку вводится один блок АЭС, и электроснабжение комплекса насосных станций по всей территории ЦК будет осуществляться только с одной ее площадки. Это имеет ряд инженерных неудобств. Главная из них - выход э/э в сеть как минимум 220 кВ с дальнейшей обратной трансформацией на более низкое напряжение, их тоже надо строить дополнительно.

В предлагаемом комплексе ВЭС и КНС будут использованы существующие ЛЭП 35 и 110 кВ, темпы ввода их мощностей могут быть синхронизированы с потребностями в воде, и в дальнейшем будут постепенно наращиваться по мере возрастания объемов водопотребления. Комплекс ВЭС и КНС могут быть разбиты на ряд подпроектов и расположены на удалениях друг от друга на большой территории ЦК, комплексы вводиться параллельно, независимо друг от друга, в любой требуемой последовательности.

Принимая во внимание ряд экологических проблем проекта с АЭС и необходимость согласования выбранной площадки с международными контролирующими организациями, утверждения ТЭО в многочисленных инстанциях, сроки строительства могут быть увеличены еще на несколько лет, таким образом реальный срок этого варианта водообеспечения может стать 9-10 лет. Центральный Казахстан нуждается в пресной воде уже сейчас, если не сказать уже вчера.

Слабозасоленные воды ( юго- восточная часть Актюбинской обл), непригодные для питьевых нужд населением могут быть использованы для подачи их в близлежащее Аральское море с расходом до 500 м3/с ( практически с расходом средней реки Казахстана, типа р. Или). То есть произойдет вливание в море недостающих ей малосольные воды. Как известно это море после процессов высыхания имеет повышенный уровень засоленности , по сравнению с бывшим уровнем, и его надо разбавить до его естественного уровня по содержании солей. Значит в Проекте могут быть использованы не только пресные воды Казахстана, но и малозасоленные воды , имеющим соизмеримый подземный объем с пресными водами. Такое же решение может быть применено для стабилизации уровня оз. Балхаш. То есть ареал использования подземных вод Казахстана значительно расширяется по площади их утилизации.

Таким образом водоснабжение территорий Центрального Казахстана может осуществляться с использованием двух видов неисчерпаемых возобновляемых ресурсов:  энергии ветров и залежей подземных вод. Те и другие даровые, экологически привлекательны, Казахстан обеспечен ими практически неограниченно.

 

 

 

Литература

1. Ахмедсафин У и др.// Подземные водные ресурсы Казахстана Издательства Гылым, 1986 г.

2.Камбаров М. Ветротурбина для линейных ветров // Журнал «Энергетика и топливные ресурсы Казахстана» Алматы, 2010. №2, с. 47 -53.

 

PDFБаспаға жіберуE-mail