Что такое гидроэнергетика


Энергия воды: простейшие приливные электростанции

Главный компонент простейшей приливной электростанции (ПЭС) бассейн, представляющий собой залив или устье реки, перекрытые плотиной, которая имеет водопропускные отверстия и турбины.


1055;риливные воды наполняют бассейн. Затворы водопроводных отверстий закрываются, как только станут одинаковыми уровни воды в бассейне и море. Воды отлива понижают уровень мор.

1072;ссейне, постепенно уходит.

ПЭС более экологичны, чем тепловые электростанции, использующие нефть и каменный уголь. Известна так называемая «Труба Горлова» – конструкция ПЭС без плотин (менее затратное строительство).


Энергия волн: волновые энергетические станции

В СССР идея получения электроэнергии от морских волн принадлежит К.Э. Циолковскому (высказана в 1935 году).

В основе работы современных волновых энергетических станций – воздействие волн на поплавки, маятники, лопасти, оболочки и другие рабочие органы.


1055;ри их перемещении механическая энергия (при участии электрогенераторов) преобразуется в электрическую. Стационарные микроэлектростанции напоминают ящик, установленный на специальных опорах на небольшой глубине. При этом волны проникают в ящик и там приводят в действие турбину.


Волноэнергетические установки применяются для энергопитания автономных буев, маяков, научных приборов. Патент на конструкцию волнового плота был запатентован в 1926 году, модел&#.


#1090;ь установки 150 кВт).

Энергия течений Наиболее мощные океанские течения – потенциально неисчерпаемый источник энергии.

Для океанской энергетики представляют особый интерес течения в проливах (Гибралтар, Ла-Манш, Курилы).


1054;днако океанские электростанции на энергии течений – энергетические установки больших размеров, создающие угрозу судоходству.

Источник: spravochnick.ru

Гидроэнергетика Гидроэнергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию.

Существование рек вызвано круговоротом воды в природе. Этапы круговорота: испарение воды в морях и океанах под действием энергии Солнца превращение водяных паров в верхних (более холодных) слоях атмосферы в капельки, облака — осадки — ручьи, реки. Кинетическая энергия движущейся воды является преобразованной энергией солнечной радиации. Ежегодно в круговорот вовлекается 1/2000 часть воды на планете.

Преобразование потенциальной энергии воды, накопленной в водоемах, в механическую энергию вращения с целью приведения в действие мельниц и других механизмов применялось со времен Римской империи. Известно, что в 200 г.н.э. у римлян был в распоряжении целый мукомольный комплекс, состоящий из 16 мельниц, приводимых в движение вертикальными черпаковыми колесами. Производительность комплекса составляла 28 тонн муки в сутки. В XIV веке в Европе насчитывались десятки тысяч водяных колес, снабжавших различные предприятия механической энергией.

Свое развитие гидроэнергетика получила в XIX веке, когда благодаря открытиям физики и техническому прогрессу стало возможным преобразование гидроэнергии в электрическую энергию. В 1820 году французский инженер Б.Фурнерон изобретает турбину, в 1847 году Дж. Френсис — реактивную турбину, в 1880 году сконструирована ковшовая гидротурбина (турбина Пелтона). В 1882 году эта турбина была соединена с электрогенератором. С помощью гидроэнергии стало возможным получать электричество. В 1901 году еще одно важнейшее событие: на Ниагарском водопаде Дж.Вестингаузем получен переменный ток. Еще полвека назад около 40% электроэнергии в мире вырабатывали гидростанции, сегодня их доля лишь 14%.


Гидроэлектростанции (ГЭС). Одним из элементов ГЭС является плотина, создающая водохранилище и перепад уровней воды. Водохранилище является своеобразным аккумулятором потенциальной энергии рек. Вода под напором, создаваемым плотиной, направляется в водовод, который заканчивается турбиной. Турбина преобразует механическую энергию движения потока в механическую энергию вращения вала, к которому присоединен ротор генератора. Генератор преобразует механическую энергию вращения вала в электрическую энергию. Для предотвращения водовода от засорения на его входе устанавливается защитная сетка.

Мощности гидротурбин достигают несколько сотен МВт, а частота вращения обычно не превышает 100 об/мин. Это определяет их большие размеры. Например, рабочее колесо турбин Волжской ГЭС имеет высоту около 10 м и массу 420 т. КПД гидротурбины достигает 95-96%.

Вода, поступающая на турбину под высоким напором, имеет большую потенциальную энергию, чем при малом напоре, и поэтому на высоконапорной электростанции требуется меньший расход воды для получения одинаковой мощности. Чем выше напор, тем меньше необходимые габариты турбины, что удешевляет стоимость всего сооружения.

Капитальные затраты на сооружение ГЭС в несколько раз больше, чем при строительстве ТЭС одинаковой мощности. Однако практическое отсутствие затрат на топливо и низкие эксплуатационные затраты обуславливают невысокую себестоимость электроэнергии.

Негативными сторонами ГЭС являются сильное влияние водохранилища на окружающую среду, ее флору и фауну. Затапливаются большие площади и тем самым исключаются из сложившейся хозяйственной деятельности.
В мире действуют более 70 гидроэлектростанций мощностью выше 1000 МВт. Самая большая ГЭС построена на реке Парана на границе Бразилии и Парагвая. Ее мощность 12600 МВт. Строительство началось в 1975 году, начала давать ток в 1984 году. Стоимость строительства — $11 млрд.

Первая в России ГЭС была построена близ Ессентуков в 1903 году. Мощность Красноярской ГЭС 6000 МВт; Братской ГЭС 4300 МВт. Еще более мощная ГЭС — Саяно-Шушенская ГЭС (7300 МВт). Самое крупное в мире искусственное водохранилище Братское на реке Ангаре (169 млрд.куб.м). Заполнялось в 1961-1967 годах. Самая высокая плотина в мире построена на реке Вахш (Таджикистан) — Рогунская ГЭС 355 м.

В начале нашего века большой известностью пользовалось предложение Г.Зергеля. Известно, через Гибралтарский пролив из Атлантического океана в Средиземное море каждую секунду перетекает 88000 м3 воды, восполняющих испарение в Средиземноморье. Поэтому, если уровень Средиземного моря искусственно понизить на 200 метров, то можно на электростанциях, устроенных в Гибралтарском проливе, вполне свободно получить Электроэнергию мощностью 120 миллионов киловатт. Для этого надо лишь перегородить Гибралтар плотиной.

Энергия волн. Первопричина появления волн — ветер. Он дает часть своей энергии воде, приводя в движение поверхностные слои. В качестве предложения по использованию энергии волн рассматривается следующее: в прибрежных районах океана сооружаются плавающие конструкции, которые при прохождении волн должны либо качаться друг относительно друга, либо иметь шарнирную конструкцию, позволяющую одной части подниматься и опускаться вслед за волной, а другой — оставаться неподвижной. Относительные смещения элементов конструкций используются для привода электрогенератора.

Приливные гидростанции. Приливы и отливы — периодические колебания уровня океана — обусловлены гравитационными воздействиями Луны и Солнца, а также центробежными силами, возникающими при вращении Земли. Влияние Луны, находящейся ближе, определяет основные черты приливов (высота солнечного прилива примерно в 2,2 раза меньше лунного). Луна притягивает к себе как воду, так и сушу. В силу большей текучести океанская вода смещается и как бы приподнимается с той стороны Земли, которая обращена к Луне. По мере вращения Земли эта область перемещается и доходит до границы раздела океан — суша. Обычно интервал между приливами и отливами равен 12 часов 25 минут.
Самые сильные приливы и отливы бывают в заливе Фанди (Канада). Средняя амплитуда приливов и отливов составляет 14,5 м. В 1953 году в канадском заливе Унгава были зарегистрированы приливы и отливы амплитудой 16,6 м. В России у берегов Охотского моря регистрируются приливные волны до 13 м.

Энергию приливов стали использовать еще в XI веке в приливных мельницах на побережьях Андалусии и Англии. Позднее механическая энергия приливов стала использоваться для получения электроэнергии на приливных электростанциях. Впервые такая попытка была сделана в 1935 году инженером Д.Купером. Работы по сооружению приливных электростанций были тогда приостановлены из-за ожидаемой высокой себестоимости получения электроэнергии.

Приливная электростанции (ПЭС). Залив отгораживается от моря плотиной. Если открыть шлюз в дамбе в то время, когда приливная волна набирает высоту, дать возможность заполниться водохранилищу и затем в высшей точке прилива шлюз закрыть, то накопленную воду можно во время отлива пропустить через турбины и таким образом выработать электроэнергию. Эффективность ПЭС можно повысить, если турбины сконструировать реверсивными; в этом случае они будут работать как при заполнении водохранилища, так и при опорожнении. Независимо от конструкции ПЭС теоретически возможно использовать лишь около 60 % полной энергии водного потока. Реально удается взять лишь 40%. Экономически целесообразно использовать энергию приливов при перепаде уровней прилив-отлив более 3 м.

Источник: yznaika.com

Что такое гидроэнергетикаГидроэнергетика

Гидроэнергетика уже давно верно служит человечеству, основным направлением ее деятельности, является преобразование естественного движения водных масс в электроэнергию (приливные движения водных масс, падение водных масс и.т.д.). Также ее подразделяют на естественную и искусственную, большую и малую гидроэнергетику.

При использовании малых гидроэлектростанций можно обеспечить электричеством небольшие районы и поселки, при этом достаточно небольшого водотока, такое преимущество позволяет обходиться без водохранилищ и платин.

В настоящее время ведется много разработок в области гидроэнергетики.

Схемы искусственных гидроэнергетических систем для (ГЭС)

1) Платинная схема – создается платина для напора водных масс;
2) Деривационная схема – создается канал, трубопровод или туннель для напора водных масс;
3) Плотинно-деревационная схема – создаются платины и деривации.

Достоинства и недостатки гидроэнергетики на основе водохранилищ (ГЭС)

Достоинства

1) Для поддержки работоспособности, не нуждается в доставке каких-либо расходных материалов.
2) Сокращается выброс вредных веществ.
3) Простата эксплуатации водных электростанций.
4) Водохранилище служит отстойником для мусора и других примесей переносимых естественными водотоками. 
5) Платина может создать надежный запас воды для населения и промышленности, а также предотвратить паводковые затопления.
6) Используемая вода в работе гидроэлектростанций вполне пригодна для развода рыб и сельскохозяйственных целей.

Недостатки

1) Для части стран мира ограниченность в водных ресурсах.
2) Затопление территорий для создания водохранилищ.
3) Изменение физико-химических характеристик воды, вследствие снижения скорости течения, по сравнению с бытовыми условиями реки (нарушение жизнь экосистемы реки, накопление вредных веществ на дне водоемов). 
4) Изменение микроклимата под влиянием водохранилищ (повышение влажности воздуха, изменение ветрового режим прибрежной зоны, изменение температурного и ледяного режима водотока).
5) Влияние на фауну при строительстве водохранилищ (миграция животных из зоны затопления, однако в ряде случаев способствуют обогащению фауны новыми видами рыб и водоплавающих птиц).

Гидроэнергетика в России

Протяжённость рек на территории России составляет около 3.5 млн. км, энергетический потенциал приблизительно равен 600 млрд. кВт•ч, мощность всех гидроэлектростанций в России на начало 21 века составила 44 000 МВт (вырабатывает 160 млрд. кВт•ч), поэтому перспектива развития гидроэнергетики в России довольно высока.

Крупные (ГЭС) преобладают на Волге и реках Сибири (Ангарская, Шушенская, Красноярская, Братская и др.).

Гидроэнергетика других стран

Гидроэнергетика более всего развита в Соединенных Штатах, затем в России, Украине, Канаде, Японии, Бразилии, КНР и Норвегии. В Африке, Азии и Южной Америке за счет неосвоенных гидроэнергетических ресурсов открываются широкие возможности для строительства новых ГЭС. Например, в Северной Америке, где в распоряжении находится около 13% мировых ресурсов гидроэнергетики, работают на полной мощности 35% (ГЭС), в Африке при 21% мировых гидроресурсов всего 5% (ГЭС), в Азии (39% гидроресурсов) работает 18% (ГЭС). В Европе при (21% гидроресурсов) задействованы 31% (ГЭС), а в Южной Америке и Австралии, которая располагает около 15% (мировых гидроресурсов) воспроизводят всего 11% гидроэлектроэнергии.

Самые большие ГЭС в мире находятся в Китае (мощностью 13 млн. кВт), в Бразилии (ГЭС «Итайпу» мощностью 12,6 млн. кВт) на реке Парана, в Венесуэле («ГУРИ» мощностью 10 млн. кВт, которая соответствует 10 средним АЭС).

Краткая историческая справка по Гидроэнергетике

История применения энергии водного потока насчитывает уже более 2 тыс. лет. С давних времен, люди строили водяные колёса, для движения мельничных жерновов. Энергию воды, до изобретения паровой машины, использовали, как основную движущую силу в приводах станков, в молотах и т. п. С течением времени эффективность и размеры водяных колёс увеличились. В Англии и Франции в XI в. на 250 человек приходилась одна мельница. Применение мельниц расширялось, их использовали в распилке леса, сукновальном производстве, для работы откачивающих насосов, при варке пива. 

В 1891 году эмигрировавший в Германию российский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский должен был продемонстрировать во Франкфурте-на-Майне на электротехнической выставке изобретённый им двигатель переменного тока. Этот год можно считать началом развития современной гидроэнергетики, поскольку двигатель, который он представил, был мощностью около 100 киловатт, но главной неожиданностью того времени оказалось построенное им сооружение питавшее этот двигатель – гидроэлектростанция. В небольшом городке был установлен генератор трёхфазного тока, вращение которого осуществлялось за счет небольшой водяной турбины, энергия на территорию выставки подавалась по проводам, протяженностью 175 километров.

В начале ХХ века построили всего несколько гидроэлектростанций, по причине сложности их возведения. Для такого сооружения требуется большое количество материалов, однако освоение гидроресурсов осуществлялось быстрыми темпами, примером может служить реализация такого крупного проекта, как ГЭС Гувер (мощностью 1,3 Гигаватт) в США.

В настоящее время гидроэнергетика все более становится актуальной, а основным направлением является преобразование электроэнергии.

 

 

Источник: oao-ges.ru

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА
использование энергии естественного движения, т.е. течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. До середины 19 в. для этого применялись водяные колеса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала. Позднее появились более быстроходные и эффективные гидравлические турбины. До конца 19 в. энергия вращающегося вала использовалась непосредственно, например для размола зерна или для приведения в действие кузнечных мехов и молота. В наши дни практически вся механическая энергия, создаваемая гидравлическими турбинами, преобразуется в электроэнергию.
См. также ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ. Почти вся гидравлическая энергия представляет собой одну из форм солнечной энергии и поэтому относится к возобновляемым природным энергоресурсам. Под лучами солнца испаряется вода из озер, рек и морей. Образуются облака, идет дождь, и вода в конце концов возвращается в водные бассейны, т.е. туда, откуда испарилась. С таким круговоротом воды в природе связаны колоссальные количества энергии. Географическая область умеренного климата высотой над уровнем моря около 2500 м и количеством осадков порядка 1000 мм/год теоретически могла бы непрерывно давать более 750 кВт с каждого квадратного километра площади. На самом деле можно использовать лишь малую долю всего количества осадков и лишь ничтожную долю высоты, с которой они стекают. Кроме того, обычно КПД современных гидротурбин и генераторов не превышает 86%. Тем не менее производительность гидроэлектростанций (ГЭС) в США составляет около 75 000 МВт, и по крайней мере еще 50 000 МВт можно получить дополнительно.
См. также ДОЖДЬ.
Гидроэнергетические ресурсы. Уровень развития гидроэнергетики в разных странах и на разных континентах неодинаков. Больше всего гидроэлектроэнергии производят Соединенные Штаты, за ними идут Россия, Украина, Канада, Япония, Бразилия, КНР и Норвегия. Неосвоенные гидроэнергетические ресурсы Африки, Азии и Южной Америки открывают широкие возможности строительства новых ГЭС. На Северную Америку, в распоряжении которой находится всего около 13% мировых ресурсов гидроэнергетики, приходится около 35% полной мощности действующих ГЭС. В то же время Африка (21% мировых гидроэнергетических ресурсов) и Азия (39%) вносят лишь 5 и 18% соответственно в мировую выработку гидроэлектроэнергии. Из остальных континентов Европа (21% ресурсов) дает 31% выработки, а Южная Америка и Австралия, вместе взятые, располагая примерно 15% ресурсов, дают только 11% производимой в мире гидроэлектроэнергии.

Плотины. Вода, вращающая гидравлические турбины, обычно берется из искусственных водохранилищ, созданных путем перекрытия реки плотиной. Плотина повышает напор воды, поступающей на турбины, и тем самым увеличивает мощность электростанции. Расход воды из водохранилища через турбины можно регулировать. Водохранилище, кроме того, служит отстойником для песка, ила и мусора, приносимых естественными водотоками. Построив плотину с водохранилищем, можно предотвратить паводковые затопления, а также создать надежный запас воды для водоснабжения населения и промышленности.
См. также ПЛОТИНА.
Гидравлические турбины. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. (Паровые и газовые турбины — со многими венцами лопаток.) К лопастям первого венца относятся профилированные колонны статора и лопатки направляющего аппарата, причем последние обычно позволяют регулировать расход воды через турбину. Второй венец образуют лопасти рабочего колеса турбины. Два последовательных лопастных венца (статора и колеса) составляют ступень турбины. Таким образом, в гидротурбинах имеется только одна ступень.
См. также ТУРБИНА. Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. В гидроагрегатах приливной ГЭС, построенной в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада), ротор генератора закреплен на периферии рабочего колеса, охватывая его. Такая конструкция генератора требует меньше железа и меди. Но чаще турбину располагают вертикально и выводят ее вал из пологого S-образного водяного канала через уплотнение к внешнему гидрогенератору. Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Расчетный диапазон напора для горизонтальных осевых турбин составляет 3-15 м. Вертикальные осевые турбины используются при напорах от 5 до 30 м. Конструкцию поворотно-лопастных турбин предложил в 1910 австрийский инженер В.Каплан. Лопатки их направляющего аппарата поворачиваются на осях, параллельных валу, и турбина снабжена подводящей камерой, к которой подходит водовод.

При повышенных напорах (от 12 до 300 м) более предпочтительны радиально-осевые турбины, в которых вода, входя по радиусу, выходит в осевом направлении. Такие турбины существенно усовершенствовал американский инженер Дж.Френсис, начавший эксперименты с ними в каналах под Лоуэллом (шт. Массачусетс, США) в 1851. Радиально-осевые турбины обычно отличаются лопатками большого диаметра, жестко закрепленными на рабочем колесе, но направляющий аппарат в них такого же вида, как и в поворотно-лопастных турбинах. Турбины для напоров, превышающих 300 м, совершенно иные, нежели описанные выше. В них имеются от одного до шести сопел кругового сечения, создающих водяные струи, которые падают на лопасти рабочего колеса. Расход воды регулируется перекрытием проходного сечения сопел. Рабочее колесо работает не под водой, как в осевой и радиально-осевой турбинах, а в воздухе. Высокоскоростная свободная водяная струя бьет в лопасть рабочего колеса, которая имеет форму двойного ковша. Конструкция ковшовой гидротурбины была предложена в 1878 и запатентована в 1880 американским инженером А.Пелтоном. Ковшовая гидротурбина называется активной (свободноструйной), поскольку в соплах напор падает до нуля и сила, действующая на лопасти, создается ударом струи. Осевая же и радиально-осевая турбины относятся к реактивным (напороструйным), так как поток продолжает ускоряться в проходах между лопастями рабочего колеса и крутящий момент частично создается реакцией, ответственной за ускорение.
Гидрогенераторы. Гидрогенераторы для ГЭС специально проектируются соответственно частоте вращения и мощностью гидротурбин, для которых они предназначаются. Гидрогенераторы на большую единичную мощность обычно устанавливают вертикально на подпятниках с соответствующими направляющими подшипниками. Они, как правило, трехфазные и рассчитаны на стандартную частоту. Система воздушного охлаждения — замкнутая, с теплообменниками воздух — вода. Предусматривается возбудитель.
См. также ЭЛЕКТРОМАШИННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ.
Коэффициент нагрузки. Немногие ГЭС все время работают на полной мощности. Иногда это невозможно из-за нехватки воды, а иногда лишено смысла из-за отсутствия нагрузки. Коэффициент нагрузки электростанции — это отношение средней потребляемой мощности за данный период к пиковой мощности в этот же период. При использовании накопительного водохранилища, в котором вода аккумулируется в часы пониженных нагрузок, ГЭС на водотоке, который годен для выработки лишь 10 МВт, может обслуживать нагрузку в 15-20 МВт, если коэффициент нагрузки лежит в пределах от 0,50 до 0,67. Это относится к отдельной ГЭС, самостоятельно обслуживающей свою нагрузку. Если же она включена в энергетическую систему, в которую входят и другие электростанции, то может быть переведена в режим с пиковой мощностью, значительно превышающей 20 МВт, но при меньшем коэффициенте нагрузки.

В энергетические системы, как правило, входят не только ГЭС. Если в системе имеются и тепловые электростанции (ТЭС), то ГЭС может работать по своему графику нагрузки, отличному от общего. От нее требуется, чтобы она приносила наибольшую пользу всей системе. Для этого ГЭС может, например, работать на максимально возможной мощности при имеющемся запасе воды, чтобы экономилось топливо, или же работать только в часы пиковой нагрузки системы, чтобы снизить требуемую мощность ТЭС и, следовательно, необходимые инвестиции на их сооружение и эксплуатацию.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). В часы малых нагрузок гидроагрегаты ГАЭС перекачивают воду из низового водоема в верховой, а в часы повышенных — используют запасенную воду для выработки пиковой энергии. Работа в турбинном и насосном режимах обеспечивается обратимыми гидроагрегатами, состоящими из синхронной электрической машины и гидравлической насос-турбины. На перекачку воды в верхний водоем из нижнего затрачивается иногда в полтора раза больше электроэнергии, чем затем из нее вырабатывается. Но это оправдано с точки зрения экономики энергетической системы. Дело в том, что энергию, затрачиваемую на перекачку, вырабатывают ТЭС энергетической системы в часы пониженной нагрузки, когда ее стоимость понижается. Таким образом дешевая «ночная» электроэнергия превращается в ценную «пиковую», что повышает экономическую эффективность системы в целом. Преимущества ГАЭС состоят в том, что у них может быть повышенный напор, для них проще выбрать место сооружения и они требуют меньше воды (поскольку вода циркулирует между верхним и нижним водоемами). Благодаря повышенному напору можно использовать более крупные и эффективные гидрогенераторы. Но существуют и ГЭС смешанного типа (ГЭС — ГАЭС), на которых часть гидроагрегатов работает как в турбинном, так и в насосном режиме, а остальные — только в турбинном (за счет приточности к верхнему водоему). Такие электростанции часто позволяют накапливать больше воды и, следовательно, вырабатывать больше электроэнергии в более длительные периоды пиковой нагрузки, обеспечивая повышенную гибкость в работе.
Приливные электростанции (ПЭС). Для создания экономичной приливной электростанции необходимо сочетание необычайно большого перепада уровней при приливе и отливе (6 м и более) с особенностями береговой линии, позволяющими создать плотину и водный бассейн соответствующих размеров. На Земле не так много мест, где выполняются эти условия: побережья штата Мэн (США) и провинции Нью-Брансуик (Канада), некоторые заливы Желтого моря, Персидский залив, Аляска, некоторые места Аргентины, юг Англии, север Франции, север европейской России и ряд заливов Австралии. Но даже в таких подходящих местах, как залив Пассамакуодди на границе штата Мэн и провинции Нью-Брансуик, ПЭС в настоящее время вряд ли могли бы по стоимости вырабатываемой электроэнергии конкурировать с современными ТЭС. В проектах ПЭС обычно предусматривается создание двух бассейнов — верхового и низового — с водопропускными отверстиями и затворами. Верховой бассейн наполняется во время прилива, а затем опорожняется в низовой, опорожнившийся при отливе.
См. также ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ.
ЛИТЕРАТУРА
Непорожний П.С., Обрезков В.И. Введение в специальность: гидроэлектроэнергетика. М., 1982 Малинин Н.К. Теоретические основы гидроэнергетики. М., 1985 Аршеневский Н.Н. и др. Гидроэлектрические станции. М., 1987

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

Источник: dic.academic.ru

История гидроэнергетики

На рубеже XIX и XX веков уже были разработаны эффективные гидравлические турбины, электрогенераторы переменного тока, а также осуществлялась передача электроэнергии на большие расстояния. Колоссальный вклад в развитие гидроэнергетики внес русский инженер М.О. Доливо-Добровольский. Именно он руководил строительством в 1891 году первой промышленной ГЭС мощностью 220 кВт, оснащенной генератором трехфазного тока. Строительство велось в небольшом городке Лауфен на р. Неккар в Германии. От этой гидроэлектростанции передали первый раз электроэнергию переменным током с напряжением 8,5 кВ на расстояние 170 км во Франкфурт-на-Майне. На территории Германии в Рейнфельде в 1898 г. Возвели довольно крупную для того времени ГЭС, которая имела мощность 16,8 тыс. кВт с напором 3,2 м.
Развитие гидроэнергетикиВ России в 1892 г. под управлением инженера Кокшарова возвели гидроэлектрическую установку, имевшую мощность 150 кВт на реке Березовка в Алтайском крае. Она обеспечивала электричеством шахтный водоотлив на Зыряновском руднике. Стоит отметить, что в это время строились исключительно небольшие ГЭС, несмотря на то, что предлагались и проекты крупных ГЭС. К примеру, в 1892 г. инженер Н.Н. Бенардос составил проект для ГЭС мощностью до 15 МВт на р. Неве у Ивановских порогов, для обеспечения энергией Санкт-Петербурга. Предложено было еще много аналогичных проектов, но они так и не были реализованы.
На начало ХХ в. суммарный уровень мощности всех ГЭС составлял около 1000 МВт. К сожалению, первые ГЭС отличались низким качеством гидросилового оборудования, невысоким КПД гидротурбин (0,80–0,84).
Путем постепенного совершенствования конструкций, гидротехнических сооружений и технологического оборудования, рос уровень эффективности новых ГЭС. Главной причиной для возведения новых станций стало использование возобновляемых природой гидроэнергоресурсов, отсутствие загрязнения природы и легкость обслуживания.

Использование гидроэнергетики

Более активно началось внедрение проектов на территории США и стран Европы по окончанию первой мировой войны, когда требовалось мощное восстановление экономики.
Отдельного внимания стоит строительство крупных гидроузлов с ГЭС и плотинами различного характера. Примечательно, что каменно-земляная плотина Matheews в 1918 году имела высоту 80 м, бетонно гравитационные плотины Long Lake в 1916 году – 70 м. После этого в 1936 г начала работать наиболее крупная в мире ГЭС – Hoover, которая имела мощность 1344 МВт. Ее арочно-гравитационная плотина имела высоту 222,5 м, а в водохранилище находилось 35,2 км3 воды.
Первые крупные ГЭС в Европе:

  • Франция — Le Chambon (1934 г.) с высотой плотины 136 м и Le Sautet (1934 г.) с высотой плотины 126 м
  • Швейцария — Schr ä h (1924 г.), имевшая высоту плотины 111 м, а также Spitallamm (1932 г.) с высотой плотины 114 м.

В 1927 году приступили к возведению наибольшей на тот в мире Днепровской ГЭС, которая имела мощность 560 МВт. Расположена она около острова Хортица. В плотине впервые был размещен большой судоходный шлюз.
На сегодняшний день абсолютным лидером по производству гидроэнергии на душу населения признана Исландия. На втором месте находится Норвегия (часть ГЭС в суммарной выработке — 98 %). Следом за ними расположились Канада и Швеция. А вот Парагвай все 100 % производимой энергии получает от гидроэлектростанций.
Наиболее активно объекты гидроэнергетики возводятся в Китае, где гидроэнергетика страны является наиболее доступной. Здесь находятся около 50% из всех малых гидроэлектростанций мира, а также самая большая на сегодняшний день ГЭС мира — «Три ущелья» на реке Янцзы.

Малая гидроэнергетика

Малую гидроэнергетику справедливо считают одним из экологически чистых направлений энергетики. Российские и иностранные специалисты рассматривают потенциал этого сектора на уровне 3750 — 8250 ГВт часов ежегодно, что можно сравнить с энергообеспечением целого региона. Помимо генерации энергии развитие малой гидроэнергетики в местах заброшенных МГЭС приведет к значительному оздоровлению экологии, даст толчок экономике, а также поспособствует энергетической децентрализации.
Такой вид гидроэнергетики активно применяется в 148 государствах. По информации Международного центра малой гидроэнергетики (МЦМГ), общий уровень мощности данного сектора уже перевалил за 75 ГВт, что можно сравнить с 43% ее потенциала (до 173 ГВт). Проблемы гидроэнергетики связанны не только с природными условиями, но и с уровнем распространения возобновляемой энергетики. Власти Северной Америки, Европы и Китая сумели максимально использовать возможности этого направления возобновляемой энергетики. К примеру, Северная Америка реализовала потенциал малых ГЭС (МГЭС) на 86% (7,84 ГВт из 9 прогнозируемых ГВт), Северная Европа — около 95% (3,64 ГВт из 3,84 прогнозируемых ГВт), Западная Европа — около 85% (5,8 ГВт из прогнозируемых 6,64 ГВт). Испанские МГЭС производят 2,8% от суммарного баланса, шведские — 3%, в швейцарские — 8,3%, а австрийские — 10%. Стоит отметить, что на территории итальянского Южного Тироля функционируют свыше 1 тыс. МГЭС.
Малая гидроэнергетикаНаибольшее количество МГЭС сосредоточено на территории Китая. Их здесь свыше 80 тыс.. Гидроэнергетика вырабатывает 17% всей необходимой энергии для Китая, а также 85% возобновляемой электроэнергии государства. Чаще всего МГЭС устанавливают на малых реках и водотоках.

Плюсы и минусы малой гидроэнергетики

К плюсам использования малых и мини-ГЭС можно отнести:

  • повышение энергетической безопасности региона
  • гарантия независимости от поставщиков топлива, которые располагаются в других регионах
  • экономия дефицитного органического топлива
  • не нужны крупные инвестиции, энергоемкие строительные материалы
  • быстрая окупаемость
  • возможность снизить себестоимость строительства путем унификации и сертификации оборудования
  • не образуются парниковые газы в процессе работы
  • не загрязняется окружающая среда продуктами горения и токсичными отходами.

Из минусов стоит отметить:

  • уязвимость с точки зрения поломки, вследствие чего потребители могут остаться без энергоснабжения. Решить эту проблему можно при помощи создания совместных или резервных генерирующих мощностей — ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, или фотоэлектрической установки
  • возможность разрушения плотины и гидроагрегатов вследствие перелива через гребень плотины или от неожиданного подъема уровня воды
  • МГЭС могут иногда заиливать водохранилища и оказывать отрицательное влияние на руслоформирующие процессы
  • снижение выработки электроэнергии в зимний и летний период. Это приводит к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика превращается в резервную (дублирующую).

Гидроэнергетика России

Из числа всех действующих видов электростанций именно ГЭС можно назвать самыми маневренными. Они могут в случае необходимости быстро и существенно нарастить объемы выработки, покрыв пиковые нагрузки.
Российская Федерация характеризуется большим гидроэнергетическим потенциалом, что подразумевает колоссальные возможности развития российской гидроэнергетики. На территории России расположено примерно 9 % мировых запасов гидроресурсов. По объему обеспечения гидроэнергетическими ресурсами Россия находится на втором месте в мире, оставив позади США, Бразилию, Канаду.
К сожалению, сегодня освоено только 20 % имеющегося потенциала. Главным препятствием для более бурного развития гидроэнергетики можно назвать труднодоступность основного потенциала, который сконцентрирован в центральной и восточной Сибири, а также на Дальнем Востоке. Большое расстояние до основных потребителей, на сегодняшний день, главная проблема.
Производство электрической энергии российскими ГЭС позволяет экономить 50 млн тонн условного топлива каждый год. Однако, потенциал экономии достигает 250 млн тонн. Помимо своей непосредственной задачи — производства электроэнергии, применение возобновляемых ресурсов помогает решить еще целый перечень приоритетных целей:

  • формирование систем питьевого и промышленного водоснабжения
  • развитие судоходства
  • формирование ирригационных систем для сельского хозяйства
  • рыборазведение
  • управление стоками рек, благодаря чему удается бороться с паводками и наводнениями, тем самым гарантируя безопасность для населения.

На сегодняшний день, в России действуют 102 гидроэлектростанции мощностью более 100 МВт. Суммарная номинальная мощность гидроагрегатов на ГЭС в России достигает 46 ГВт (5 место в мире).
Перспективы развития гидроэнергетики в Российской Федерации заключаются в освоении потенциала рек Северного Кавказа.

Источник: mining-prom.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.