На испарение воды и подъем пара в атмосферу ежегодно расходуется 3,5-1017 квт-ч энергии солнца. Из этого количества энергии человек может использовать только энергию воды, падающей в виде осадков и стекающей в моря и океаны. Общий объем этой воды оценивается в 39 тыс. км3 и в ней заключено 2,6 -1016 квт-ч энергии.
Однако использовать всю эту энергию нельзя, так как ее основная часть в виде тепла выделяется в атмосферу при конденсации паров. Кроме того, развивающаяся при падении осадков кинетическая энергия также превращается в теплоту. А количество кинетической энергии довольно велико. По вычислениям американского почвоведа Осборна, при образовании 50-миллиметрового слоя дождевой воды на 1 га суммарная мощность, развиваемая падающими каплями, равна 625 л. с. в час. Совершаемая при этом работа составляет 170 квт-ч.
Только потенциальная энергия, соответствующая разности между уровнем мест выпадения осадков и уровнем океана, может в какой-то степени использоваться в виде гидроэнергии. Использование гидроэнергии рек для перевозок людей и грузов восходит к глубокой древности. Свыше трех тысяч лет назад в Китае, Индии и Египте применялись водяные колеса для подъема воды в оросительные каналы и для вращения жерновов водяных мельниц. Об употреблении водяных колес в России упоминается в летописях XIII в.; по-видимому, гидросиловые установки появились на Руси много раньше.
Общие гидроэнергетические ресурсы мира, включая энергию всех рек и потоков, оцениваются в 5,6 млрд квт, что соответствует 20—28 * 1012 квт-ч/год. По данным ООН, годовые мировые запасы гидроэнергии, которые могут быть практически реализованы, составляют 4,7 * 1012 квт-ч. По расчетам, проведенным в СССР, средние многолетние запасы гидроэнергии мира достигают
3,6-1013 квт-ч/год. Это значительно больше всей использованной в мире энергии в 1952 г. В 1957 г. все гидроэнергостанции мира выработали 530 млрд квт-ч. Доля гидроэнергии в общем балансе электроэнергии в 1961 г. составила (в %): в Италии—79,7; в Японии—51,7; в СССР — 18,0; в ФРГ—10,4; в Англии — 2,6.
В СССР имеется 1500 крупных и средних и 113 000 малых рек, энергия которых в той или иной степени может быть использована. В среднем за год реки СССР несут 4350 км3 воды, что составляет 12% годового стока рек всего мира. Потенциальная мощность всех рек оценивается в 300 млн квт, а технически пригодные к использованию гидроэнергоресурсы определяются в 197 млн квт. ГЭС, которые возможно построить на крупных реках СССР, могут вырабатывать электроэнергию в количестве 1200 млрд квт-ч/год. По ресурсам гидроэнергии СССР занимает второе место в мире после Китая. Гидроэнергоресурсы СССР близки к 15% мировых.
Первая в мире гидроэлектростанция была сооружена под руководством русского инженера М. О. Доливо-Добровольского в Германии, близ Франкфурта-на-Майне. В России первая гидроэлектрическая установка построена в 1896 г. на реке Охте в Петербурге. В 1913 г. в царской России было выработано 40 млн квт-ч гидроэлектроэнергии. К 1917 г. у нас имелось всего три гидроэлектрические станции общей мощностью 4900 квт. В 1919 г. Ленин дал указание построить Волховскую гидроэлектростанцию. По плану электрификации (ГОЭЛРО) было развернуто строительство мощных районных гидроэлектростанций. К настоящему времени в СССР имеется более 100 гидроэлектростаний большой и средней мощности. В 1961 г. на всех ГЭС выработано 59 млрд квт-ч электроэнергии, это было равно 18% мировой выработки электроэнергии.
Для более полного использования гидроэнергоресурсов, а также для лучшего регулирования стоков на каждой большой реке строятся каскады электростанций. Строительство каскадов завершено или завершается на реках Свири, Волге, Каме, Днепре, Чирчике, Раздане, начато на Ангаре, Енисее, Иртыше, Оби, Вакше, Сулане, Куре, Рионе, Тереке, Белой, намечено на Лене, Амуре с притоками и др. Из 11 ГЭС Волжско-Камского каскада пять электростанций уже работают, две строятся, четыре намечены к строительству. По завершении строительства всех ГЭС этого каскада они будут вырабатывать 40 млрд квт-ч электроэнергии в год, а после соединения Камы с Печорой и Вычегдой Волжско-Камский каскад будет давать ежегодно 60 млрд квт-ч. Из Днепровского каскада уже работают Днепропетровская, Каховская и Кременчугская ГЭС, возводятся Днепродзержинская, Киевская и Каневская; мощность этого каскада достигнет 3,5 млн квт.
Особенно велики гидроэнергоресурсы рек Сибири. Общий годовой сток сибирских рек составляет 1870 км3, или 50% общего стока рек СССР. Уже развернуто строительство каскадов электростанций на Енисее с Ангарой и на Оби с Иртышом. Построена Братская ГЭС на Ангаре мощностью 4,5 млн квт и строится другая — Усть-Илимская. Завершается строительство на Енисее Красноярской ГЭС мощностью 5 млн квт, будут построены Саяно-Шушенская, Енисейская и Осиновская ГЭС мощностью более 4 млн квт каждая. В сумме все эти гидроэнергостанции будут давать ежегодно 100 млрд квт-ч. Только на участке от Верхней до Подкаменной Тунгуски можно построить 23 мощных ГЭС. На Оби уже действуют Новосибирская и Усть-Каменогорская ГЭС, а на Иртыше — Бухтарминская; будет построена Нижнеобская ГЭС мощностью 6 млн квт. Имеется проект создания на Лене семи ГЭС. Одна из них — Нижнеленская — будет вырабатывать 100 млрд квт-ч/год энергии; это равно всей нашей выработке электроэнергии в 1951 г.
Водные ресурсы Средней Азии оцениваются в 260 км3. Потенциальные энергоресурсы только стремительных горных рек Таджикистана составляют 61 млн квт. Начато комплексное освоение рек Вакша, Аму-Дарья, Чир-чик, Нарын, Иртыш, Или; здесь главным потребителем энергии будет сельское хозяйство. На реке Вакша, например, будет построено пять ГЭС общей мощностью 7 млн квт. Мощность уже строящейся Нурекской ГЭС составит 2,7, а Рангунской — 3,2 млн квт.
Не так еще давно самой мощной в мире ГЭС была Грэнд-Кули в США—1,97 млн квт. Волжская, Волгоградская и Ангарская ГЭС мощностью соответственно 2,3; 2,5 и 4,5 млн квт далеко позади оставили Гренд-Кули и строящиеся Джон-Дэй (2,7 млн квт, США) и Портей-дж-маунтен (2,5 млн квт, Канада). ГЭС на Ниле, строящаяся с помощью СССР в Объединенной Арабской Республике, будет иметь мощность 2,1 млн квт. По энергетическим возможностям самой мощной рекой в мире считается Конго в Африке.
Имеется проект построить на этой реке ГЭС мощностью 35 млн квт и с годовой выработкой энергии — 240 млрд квт-ч.
Помимо речной, большие перспективы открывает и морская гидроэнергетика. На земном шаре есть местности, где можно организовать производство очень больших количеств энергии путем создания перепада уровня воды в отдельных водоемах. Первое из имеющихся предложений такого рода относится к Средиземному морю. Ежегодно из этого моря испаряется 4144 км3 воды. На 66,6% испарение компенсируется поступлением воды из Атлантического океана и на 3,7% — из Черного моря; остальная часть испарившейся воды пополняется дождями, выпадающими в районе Средиземного моря и впадающих в него рек. Если построить плотины в сравнительно узких Гибралтарском и Дарданельском проливах, то Средиземное море окажется изолированным от основных источников пополняющей его воды и начнет усыхать. Подсчитано, что уже через десять лет разница в уровне воды в Атлантическом океане и Средиземном море составит 11 м. Такой разницы вполне достаточно для работы мощных турбин. Пропуская через них 2914 км3 воды в год, можно поддерживать в Средиземном море постоянный уровень. Разницу в уровне моря и океана можно сделать гораздо большей, например через 100 лет она будет равна 100 м, через 200 лет—200 м. В последнем случае ежегодно можно будет вырабатывать около триллиона квт-ч в год (при условии постройки дополнительных плотин между Италией и Сицилией и между Сицилией и Тунисом). Кроме того, при столь большом снижении уровня воды в Средиземном море освободится более 40 млн га поверхности земли, и ее с успехом можно использовать для сельскохозяйственного производства.
В рассмотренном предложении нет ничего фантастичного, но сейчас, конечно, трудно предугадать его положительные и отрицательные стороны. Трудно, например, сказать, какое влияние окажет усыхание Средиземного моря на климат граничащих с ним стран, насколько глубоко затронет оно экономические интересы этих стран.
Пожалуй, более реальной представляется постройка плотины в Баб-Эль-Мандебском проливе. Уровень воды в Красном море уже через пять лет может понизиться настолько, что за счет перетока воды из Индийского океана в Красное море можно будет получать 240 млн квт-ч электроэнергии в год. При снижении уровня воды в Красном море на 30 м освободится около 500 тыс. га земли, что было бы очень важно для Йемена. Кроме того, высокая концентрация солей в Красном море еще увеличится, а это весьма благоприятствовало бы развитию в этом районе химической промышленности. Слабой стороной этого проекта является то же обстоятельство; неясно, как изменится климат в результате работы плотины. В этом отношении более разработан проект перепуска воды из Средиземного моря в Каттарскую впадину, расположенную на Африканском побережье, в 320 км к западу от Суэцкого канала. Площадь впадины равна 20 тыс. км2. Самая низменная часть ее лежит на 134 м, а остальные 13,5 тыс. км2 на 50 м ниже уровня океана. Впадина — одно из самых жарких мест на земле. Там почти не бывает дождей и нет ни одной реки. Расстояние между впадиной и Средиземным морем равно 64 км, а высота разделяющих холмов 60 м. По каналу, проложенному между морем и впадиной, вода пошла бы самотеком и, падая по меньшей мере с высоты 30 м, двигала бы мощные турбины. Ожидать ухудшения климата при обводнении столь засушливой местности уже никак не приходится. То же самое можно сказать и о проекте перепуска воды из Средиземного в Мертвое море. Дно Мертвого моря ниже уровня океана на 790 м, а впадина, по которой протекает река Иордан, расположена ниже уровня океана более чем на 200 м. Согласно проекту, около города Хайхо (восточный берег Средиземного моря) на высоте 76 м следует построить водохранилище и поднимать в него воду из Средиземного моря. Из водохранилища вода будет падать в турбины ГЭС во впадине Иордана с высоты 298 м. Затем, пройдя по впадине до берега Мертвого моря, вода будет попадать в турбины второй ГЭС с высоты 180 м. Воды Иордана можно отвести из его русла и полностью использовать для орошения. Расчеты показывают, что обе ГЭС могут вырабатывать ежегодно около 2 млрд квт-ч энергии. Стоит ли говорить о том, какое важное значение имело бы все это для экономики Израиля и Иордании.