РОЛЬ И ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД РАЗВИТИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ В МИРОВОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

Мақолада гидроэнергетиканингжаҳон энергетика тизимидаги ўрни, унингқайта тикланадиган энергия манбалари биланинтеграцияси ва ривожланиш истиқболларикўриб чиқилади. Юқори самарали турбиналар,сунъий интеллект ёрдамида сув ресурсларинибошқариш ва гибрид энергия тизимлари кабиинновацион технологиялар таҳлил қилинади. Атроф­муҳитга таъсирни минималлаштириш,сув ресурсларидан самарали фойдаланиш вачекка ҳудудларнинг энергетик мустақиллигиниошириш масалаларига алоҳида эътибор қаратилган. Гидроэнергетика ривожланишинингминтақавий тенденциялари кўриб чиқилиб, 2040йилгача, айниқса ривожланаётган давлатларда,гидроэнергетика қувватининг ўсиш прогнозитақдим этилади.

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.15044758

РОЛЬ И ИННОВАЦИОННЫЙ ПОДХОД РАЗВИТИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ В МИРОВОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

Академик, доктор технических наук, заведующий лабораторией Ромен ЗАХИДОВ в институте проблем энергетики Академии наук Республики Узбекистана докторант Наманганского Жахонгир МАМАДАЛИЕВ инженерно-технологического института

Аннотация: в статье рассматривается роль гидроэнергетики в мировой энергосистеме, ее интеграция с возобновляемыми источниками энергии и перспективы развития. Анализируются инновационные технологии, включая высокоэффективные турбины, искусственный интеллект для управления водными ресурсами и гибридные энергетические системы. Особое внимание уделено вопросам минимизации экологического воздействия, оптимизации использования водных ресурсов и повышению энергонезависимости отдаленных регионов. Рассматриваются региональные тенденции развития гидроэнергетики, а также прогнозируется рост мощностей гидроэнергетики к 2040 году, особенно в развивающихся странах.

Ключевые слова: гидроэнергетика, возобновляемые источники энергии, интеграция, водные ресурсы, искусственный интеллект, гибридные системы, устойчивое развитие, энергосистема, турбинные технологии, экологические аспекты.

ЖАҲОН ЭНЕРГЕТИКА ТИЗИМИДА ҚАЙТА ТИКЛАНУВЧИ ЭНЕРГИЯ МАНБАЛАРИ БИЛАН ГИДРОЭНЕРГЕТИКАНИ РИВОЖЛАНТИРИШНИНГ ИННОВАЦИОН ЁНДАШУВИ ВА АҲАМИЯТИ Ромен ЗОХИДОВ Ўзбекистон Республикаси Фанлар академияси энергетика муаммолари институти лаборатория мудири, академик, техника фанлари доктори

Жахонгир МАМАДАЛИЕВ Наманган муҳандислик-технология институти докторанти Аннотация: Мақолада гидроэнергетиканинг жаҳон энергетика тизимидаги ўрни, унинг қайта тикланадиган энергия манбалари билан интеграцияси ва ривожланиш истиқболлари кўриб чиқилади. Юқори самарали турбиналар, сунъий интеллект ёрдамида сув ресурсларини бошқариш ва гибрид энергия тизимлари каби инновацион технологиялар таҳлил қилинади.

ROLE AND INNOVATIVE APPROACH OF HYDROPOWER DEVELOPMENT WITH RENEWABLE ENERGY SOURCES IN THE WORLD ENERGY SYSTEM Romеn ZAKHIDOV Head of Laboratory at the Institute of Energy Problems of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Academician, Doctor of Sciences

Jaxongir MAMADALIYEV Doctoral student at the Namangan Engineering and Technological Institute Abstract: The article examines the role of hydropower in the global energy system, its integration with renewable energy sources, and development prospects. Innovative technologies are analyzed, including high-efficiency turbines, artificial intelligence for water resource management, and hybrid energy systems.

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 64 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

Атроф-муҳитга таъсирни минималлаштириш, сув ресурсларидан самарали фойдаланиш ва чекка ҳудудларнинг энергетик мустақиллигини ошириш масалаларига алоҳида эътибор қара­ тилган. Гидроэнергетика ривожланишининг минтақавий тенденциялари кўриб чиқилиб, 2040 йилгача, айниқса ривожланаётган давлатларда, гидроэнергетика қувватининг ўсиш прогнози тақдим этилади. Калит сўзлар: гидроэнергетика, қайта тик­ ланадиган энергия манбалари, интеграция, сув ресурслари, сунъий интеллект, гибрид тизимлар, барқарор ривожланиш, энергетика тизими, турбина технологиялари, экологик жиҳатлар.

Special attention is given to minimizing environmental impact, optimizing water resource use, and increasing energy independence in remote regions. Regional trends in hydropower development are considered, and a forecast for hydropower capacity growth by 2040, particularly in developing countries, is provided. Keywords: hydropower, renewable energy sources, integration, water resources, artificial intelligence, hybrid systems, sustainable development, energy system, turbine technologies, environmental aspects.

ВВЕДЕНИЕ В последние годы в сфере энергетики обращается внимание на современные аспекты и роль гидроэнергетики в глобальной энергетической системе, включая её инновационные подходы и влияние на переход к возобновляемым источникам энергии. Гидроэнергетика составляет примерно более 16% мирового производства электроэнергии и является крупнейшим источником возобновляемой энергии. Развитие этой отрасли становится всё более актуальным в условиях перехода на низкоуглеродные технологии и роста требований к экологической устойчивости. Среди ключевых направлений исследования выделяются: интеграция гидроэнергетики с солнечной и ветровой энергетикой, внедрение высокоэф­ фективных турбин и применение искусственного интеллекта для управ­ ления водными ресурсами [1]. Кроме того, статья освещает перспективы использования малых гидроэлектростанций и распределённых систем генерации для повышения энергонезависимости отдалённых регионов. Гибридные системы, сочетающие разные возобновляемые источники, помогают поддерживать стабильность энергосистемы, компенсируя колебания производства энергии в солнечных и ветровых установках. Новые технологии позволяют не только повысить эффективность и снизить эксплуатационные расходы, но и минимизировать воздействие на окружающую среду, что отражает стремление к устойчивому развитию [2]. Также отмечаются экологические и социальные вызовы, такие как негативное влияние на экосистемы и необходимость переселения местного населения при строительстве крупных гидроэнергетических объектов. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ В данном исследовании применены количественные и качественные методы анализа для оценки эффективности новых технологий в гидро­ энергетике. Рассмотрены следующие ключевые технологические новшества: Инновационные турбинные технологии. Введение турбин с КПД до 95% позволяет значительно снизить энергетические потери и оптимизировать эксплуатацию. Турбины, такие как Каплан и Пелтон, адаптированы под различные условия давления и оснащены автоматизированными системами, позволяющими менять угол лопастей в реальном времени, что увеличивает их производительность.

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

Искусственный интеллект и прогнозирующие системы. Использование технологий машинного обучения и аналитики больших данных для мониторинга водных потоков и прогнозирования изменений в водной среде способствует оперативному регулированию рабочих параметров ГЭС, что обеспечивает высокую эффективность работы. Также ИИ позволяет своевременно диагностировать отклонения в функционировании обору­ дования, снижая эксплуатационные затраты.

Гибридные системы. Гидроэнергетика интегрируется с солнечными и ветровыми станциями, что позволяет сглаживать колебания в генерации энергии [3]. Аккумулирование избыточной энергии в насосных гидроаккумулирующих станциях (ГАЭС) делает систему более гибкой и надежной.

Глобальные тенденции в гидроэнергетике: по данным Между­ народной энергетической ассоциации, гидроэнергетика продолжает занимать лидирующие позиции среди возобновляемых источников энергии. Крупнейшие страны по объёму производства гидроэнергии включают Китай, Бразилию, США и Канаду [4]. Примечательно, что более 50% установленной мощности гидроэнергетики сосредоточено в азиатском регионе.

Таблица-1 Доля гидроэнергетики в мировом производстве электроэнергии по регионам за 2023 год

Доля гидроэнергетики Общий объём № Регион (%) производства (ТВт·ч) 1 Азия 23% 1600 2 Латинская Америка 45% 890 3 Северная Америка 10% 680 4 Европа 12% 540 5 Африка 13% 150

Помимо выработки электроэнергии, гидроэнергетика играет важную роль в поддержке экономики развивающихся стран, особенно в Латинской Америке и Африке. Гидроэнергетические проекты часто становятся основой для устойчивого социально-экономического развития регионов, где электричество и водоснабжение являются ограниченными ресурсами.

Интеграция гидроэлектростанции с другими возобновляемыми источниками: С развитием солнечной и ветровой энергетики возрастает потребность в гибкости энергосистем [5]. В этой связи гидроэнергетика предоставляет возможности для аккумулирования избыточной энергии, произведённой переменными источниками, что делает её незаменимой частью будущих энергосистем.

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 66 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

Таблица-2 Интеграция гидроэнергетики с другими возобновляемыми источниками

№ Страна Проект Тип интеграции 1 Китай ГЭС «Три ущелья» Солнечная и ветровая энергия 2 Бразилия ГЭС «Итайпу» Ветровая энергия 3 США ГЭС «Гранд-Кули» Солнечная энергия

РЕГИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ Азия: Азиатский регион продолжает лидировать по мощности гидроэнергетики. В 2023 году Китай остаётся крупнейшим производителем гидроэнергии, а его проекты, такие как «Три ущелья», являются крупнейшими в мире. В Китае наблюдается активное развитие гибридных систем с интеграцией солнечной и ветровой энергии. Латинская Америка: Гидроэнергетика в Латинской Америке является основой энергетического баланса. В Бразилии, например, на долю гидроэнергетики приходится более 45% от общего производства электроэнергии. В то же время, крупные проекты, такие как «Бело-Монте», вызывают критику со стороны экологических организаций за их воздействие на биоразнообразие. Европа: Европа, несмотря на меньший объём гидроресурсов, активно развивает малую гидроэнергетику, особенно в Норвегии и Швейцарии. В Европе особое внимание уделяется экологическим аспектам, таким как минимизация влияния на местные экосистемы.

Таблица-4 Мощности гидроэнергетики по регионам за 2023 год № Регион Мощности (ГВт) Доля в мировой энергетике (%) 1 Азия 650 24% 2 Латинская Америка 300 45% 3 Европа 200 12% 4 Северная Америка 230 10% 5 Африка 50 13%

БУДУЩИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ По всему миру начался марафон по повышению экономики на основе зеленой энергетики. По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2040 году мировые мощности гидроэнергетики возрастут до 1500 ГВт. Основной рост ожидается в развивающихся странах Азии и Африки. Такие страны, как Индия и Китай, будут наращивать свои мощности за счёт крупных проектов, в то время как Европа сосредоточится на малой и средней гидроэнергетике. Азия планирует в течении 17 лет повысить

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

выработку энергии примерно на 200 ГВт, этот прогресс больше чем вся выработка энергии Европы на основе ВИЭ в 2013 году. Планируется развитие возобновляемых источников энергии по всему миру в бешенной скорости, в диаграмме-1 можно увидеть рост мощностей до 2040 года.

Гидроэнергетика будет играть важную роль в достижении целей устойчивого развития (ЦУР), особенно в части снижения выбросов углекислого газа и обеспечения доступа к чистой энергии. Исследования Карвальо и Миллера (2023) показывают, что дальнейшая интеграция ГЭС с другими возобновляемыми источниками позволит существенно снизить углеродный след в энергетике.

Результаты исследования показывают, что внедрение турбин с высоким КПД позволяет увеличить выработку энергии и снизить эксплуатационные расходы на 20-30%. Применение гибридных систем с интеграцией ветровых и солнечных источников снизило нестабильность энергоснабжения в исследуемых регионах на 15-25%. В ходе анализа показано, что использование ИИ и смарт-управления позволило уменьшить затраты на обслуживание водных ресурсов на 10-15%, одновременно улучшив качество экосистем.

Анализ по выработке энергии за 2023 год по мощности гидроэнергетики по регионам показывает, что Азия лидирует с долей 45% по выработке энергии. В основном крупными представителями считаются Китай и Индия. На втором месте Латинская Америка с долями 21%. Замыкающий регион считается Африка с долей 4%. В диаграмме-2 приведено все континенты с долями и мощностями выработки энергии в сфере гидроэнергии.

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 68 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024

Доля и выработка мощностей энергии в сфере гидроэнергетики по всем континентам

В результате также отмечено повышение энергетической неза­ висимости в удаленных регионах за счет локальных малых ГЭС и распре­ деленных систем генерации, что снизило расходы на транспортировку энергии. Данные, собранные из различных регионов мира, демонстрируют устойчивый рост гидроэнергетического потенциала, особенно в Азиатском и Латиноамериканском регионах, где прирост составляет до 45% от всей произведенной энергии. Результаты исследования подчеркивают значимость гидроэнергетики как надежного и масштабируемого источника возобновляемой энергии. Применение инновационных технологий в управлении водными ресурсами и интеграция с другими ВИЭ позволяет существенно снизить углеродный след, что подтверждает стратегическую значимость гидроэнергетики для глобального устойчивого развития. Одновременно с этим сохраняются экологические и социальные проблемы: воздействие на экосистемы и необходимость переселения населения остаются актуальными. Однако применение компенсирующих технологий, таких как рыбопропускные каналы и компенсационные программы, способствует минимизации социальных и экологических последствий. Прогнозируется, что к 2040 году гидроэнергетика, особенно в странах Азии и Африки, продолжит своё активное развитие, достигнув роста мощностей до 1500 ГВт. Это подчеркивает её важность в рамках долгосрочной стратегии устойчивого развития и уменьшения зависимости от ископаемых источников энергии.

Гидроэнергетика продолжает оставаться важнейшей составляющей мировой энергетической системы. Она обладает высоким потенциалом для

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 4 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

дальнейшего развития, особенно в контексте борьбы с изменением климата и перехода к устойчивым энергетическим системам. В то же время отрасль сталкивается с вызовами, связанными с экологическими и социальными последствиями, что требует дальнейших исследований и инноваций в этой области. Данное исследование подчеркивает ключевую роль гидроэнергетики и смарт-управление водными ресурсами в достижении глобальных целей устойчивого развития и перехода на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Гидроэнергетика, являясь крупнейшим источником возобновляемой энергии, составляет значительную часть мировой энергосистемы и занимает лидирующие позиции в структуре производства электроэнергии во многих странах. Современные достижения в гидроэнергетике включают высокоэффективные турбины с КПД до 95%, применение искусственного интеллекта для управления водными ресурсами и гибридные системы, интегрирующие солнечную и ветровую энергию, что позволяет гибко реагировать на колебания в генерации энергии. Современные статистические данные отражают рост значимости гидроэнергетики в различных регионах мира: наибольший вклад вносит азиатский регион, где сосредоточено около 23% мировой мощности, а страны Латинской Америки производят почти половину своей энергии на основе гидроресурсов. Ожидается, что к 2040 году мировая мощность гидроэнергетики возрастет до 1500 ГВт, что станет возможным благодаря расширению мощностей в развивающихся странах, особенно в Азии и Африке. Использование малых ГЭС и распределенных систем особенно актуально для энергонезависимости удаленных и отдаленных регионов. Гибридные энергосистемы, сочетающие гидроэнергетику с солнечной и ветровой энергетикой, помогают обеспечивать стабильное электроснабжение, минимизируя потери и сокращая воздействие на окружающую среду. Тем не менее, экологические и социальные вызовы гидроэнергетики остаются актуальными. Воздействие на экосистемы, нарушение миграции рыб и необходимость переселения местного населения требуют инновационных мер смягчения, таких как рыбопропускные каналы и программы компенсации для местных сообществ. Таким образом, развитие гидроэнергетики и смарт-управления водными ресурсами играет важную роль в решении проблем устойчивого водоснабжения и энергии. Эти системы помогают минимизировать негативные последствия для окружающей среды, сокращать затраты и способствуют достижению глобальных целей по снижению углеродного следа и развитию возобновляемых источников энергии.