Гидроэнергетика

Мировая гидроэнергетика: настоящее и будущее

Гидроэнергетика

http://www.eprussia.ru/epr/189/13648.htm

Газета “Энергетика и промышленность России” | № 01-02 (189-190) январь 2012 года

Но самый интересный прогноз касался развития гидроэнергетики. По мнению людей, живших сто лет назад, в каждой реке будет установлено специальное оборудование для производства электричества. Вдоль побережья морей и океанов появятся устройства, превращающие энергию волн в электрическую. Что ж, XX век действительно можно назвать веком гидроэнергетики. Однако что будет с ней в XXI веке?

Что сделано, что предстоит

Сейчас крупнейшими производителями гидроэнергии (включая гидроаккумулирующие станции) в абсолютных значениях являются Китай, Канада, Бразилия и США, замыкает пятерку лидеров Россия. Однако абсолютный лидер по выработке гидроэнергии на душу населения – Исландия. Кроме нее, этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке – 98 процентов), Канаде и Швеции. Однако в развитых странах уже освоена большая часть экономически целесообразного гидропотенциала, в частности в Европе это 75 процентов, в Северной Америке – около 70 процентов, и возможности для строительства крупных ГЭС практически исчерпаны. В то же время Африка (21 процент мировых гидроэнергетических ресурсов) и Азия (39 процентов) вносят в мировую выработку гидроэлектроэнергии лишь 5 и 18 процентов, соответственно. Южная Америка и Австралия вместе взятые, располагая примерно 15 процентами ресурсов, дают только 11 процентов производимой в мире гидроэлектроэнергии. Так что смело можно прогнозировать, что новые большие ГЭС будут строить в основном в Африке, Азии и Южной Америке, так как на других континентах, везде, где только можно построить большую ГЭС, они уже стоят. Эти выводы подтверждаются тем, что крупнейшие ГЭС мира находятся именно в этих регионах. Так, именно в Азии, в Китае, располагается крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы. Мощность этой станции составляет 22,4 ГВт (для сравнения – мощность крупнейшей гидроэлектростанции России Саяно-Шушенской ГЭС составляла до аварии 6,4 ГВт). Кроме того, в Китае ведется строительство крупнейшего по мощности каскада ГЭС. Вторая по величине гидроэлектростанция в мире называется «Итайпу» и стоит на реке Парана, на границе Бразилии и Парагвая. Ее мощность – 14 ГВт. Наконец, «тройку призеров» замыкает гидроэлектростанция имени Симона Боливара, или «Гури», в Венесуэле, на реке Карони. Ее мощность – 10,3 ГВт. Однако все эти достижения инженерной мысли меркнут перед ГЭС «Гранд Инга». Эта гидроэлектростанция, мощность которой составит 39 ГВт, планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир). У «Гранд Инга» будут пятьдесят две гидротурбины по 750 МВт каждая, плотина высотой 150 метров, будет использоваться часть потока скоростью 26 400 кубометров в секунду. В случае успеха проекта «Гранд Инга» вдвое превзойдет «Три ущелья». Стоимость сооружения составит около 80 миллиардов долларов США. Ожидается, что строительство начнется в 2014 году и может быть завершено около 2025 года.

Удел развивающихся стран?

Однако на фоне успехов гидроэнергетики не стоит забывать и о минусах, которые она несет окружающей среде. К тому же эти минусы приобретают все больший вес в глазах общественности и могут кардинальным образом сказаться на будущем отрасли. Поскольку строительство крупных ГЭС, как правило, сопряжено с существенными экологическими проблемами – затоплением больших территорий, изменением климата (например, в Красноярске из‑за ГЭС не замерзает Енисей, лед здесь не образуется на протяжении 80 километров вниз по течению от плотины гидростанции) в странах с высокими природоохранными стандартами это стало дополнительным барьером для развития крупной гидрогенерации. Кстати, недостаточно изучен вопрос, как нивелировать экологические последствия при выводе ГЭС из эксплуатации, так как ни одну из крупнейших гидроэлектростанций еще не выводили. Ясно одно: вывод ГЭС из эксплуатации потребует больших бюджетных затрат. В результате происходит отчетливая «миграция» гидроэнергетики в развивающиеся страны, где велик неосвоенный гидропотенциал, а экологические соображения играют меньшую роль (как в силу менее строгих экологических стандартов, так и по причине невысокой политизированности вопросов экологии). В результате, по оценкам Международного энергетического агентства, в предстоящие полтора-два десятилетия до 80 процентов прироста мощностей гидрогенерации придется на развивающиеся государства. Еще одним минусом гидроэнергетики можно назвать довольно низкий коэффициент использования установленной мощности. Этот общий показатель для энергетики у атомных станций составляет порядка 80‑85 процентов, самый высокий из всех видов генерации. А у ГЭС он лишь порядка 50 процентов. То есть один гигаваттный блок в лучшем случае выдает 500 мегаватт, что также сказывается на перспективах развития гидроэнергетики. Значит ли это, что времена расцвета гидроэнергетики в прошлом и ее ждет угасание? Конечно же, нет. Об этом можно судить по тому, какими темпами развивается малая гидроэнергетика, не требующая больших территорий, приближенная к потребителю и быстро окупающаяся. За последние десятилетия малая энергетика заняла устойчивое положение во многих странах мира. Мировой опыт показывает, что освоение гидропотенциала малых рек решает проблемы энергоснабжения мелких потребителей. Например, в Китае построено более 90 тысяч малых ГЭС, которые обеспечивают 30 процентов энергопотребления в сельских районах. В США разработана государственная программа развития малой гидроэнергетики: до 2020 года планируется ввести малые ГЭС суммарной мощностью 50 тысяч МВт, что обеспечит производство 200 миллиардов кВт-ч электроэнергии. При этом стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, выработанной на малой ГЭС, составляет 1,8‑2,4 цента (на больших ГЭС – 3,2‑5,5 цента, на АЭС – 2,8‑3,9 цента).

Альтернативы развития

Впрочем, помимо традиционной малой гидроэнергетики, в настоящее время активно продвигают и другие способы получения электроэнергии от воды. Основные направления развития альтернативной гидроэнергетики связаны с использованием механической энергии приливов, волн, течений и тепловой энергии океана.

Только один приливно-отливный цикл Мирового океана энергетически эквивалентен 8 триллионам кВт-ч. По экспертным оценкам, технически возможно использование примерно 2 процентов этого потенциала. Наибольшими запасами приливной энергии обладают Атлантический и, в меньшей мере, Тихий океаны. Одним из наиболее существенных факторов, влияющих на возможность использования энергии приливов, являются особенности береговой линии, а также прибрежного и придонного рельефа. В длинных узких заливах с пологим дном приливы имеют максимальную высоту, иногда превышающую 10 метров, что существенно повышает эффективность энергетического использования приливно-отливного цикла. Есть мнение, что работа приливных электростанций тормозит вращение Земли, что может привести к негативным экологическим последствиям, однако, с точки зрения большинства экспертов, ввиду колоссальной массы Земли влияние приливных электростанций незаметно. Первые экспериментальные приливные электростанции (ПЭС) появились в начале XX века, однако серьезный интерес к приливной энергетике возродился опять‑таки во времена энергетического кризиса, в середине 1970‑х годов. Преимущества ПЭС – экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатки – высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность, из‑за чего ПЭС может работать только в составе энергосистемы, располагающей достаточной мощностью электростанций других типов. В 1984 году в Канаде была построена ПЭС «Аннаполис» мощностью 20 МВт. Активно развивают направление ПЭС США и Франция. Энергетический потенциал ПЭС в США оценивается в 350 миллиардов кВт-ч в год. Перспективные возможности сооружения ПЭС во Франции оцениваются в 40 миллиардов кВт-ч в год. Постепенно к развитию ПЭС присоединяются и другие страны. Так, в прошлом году в Южной Корее была запущена крупнейшая в мире приливная электростанция Shihwa. В начале августа 2011 года запустили шесть из десяти ее генераторов. После полного запуска в эксплуатацию мощность сеульской электростанции составит 254 МВт. Электроэнергии, которую она будет вырабатывать, будет достаточно для обеспечения города с населением в 500 тысяч человек. Как считают южнокорейские специалисты, с помощью приливной электростанции Южная Корея будет экономить каждый год более 860 тысяч баррелей нефти и тем самым сможет снизить выбросы углекислого газа на 3,2 миллиона тонн в год. Однако быть крупнейшей ПЭС ей осталось недолго: в 2012 году во французской Бретани завершится строительство приливной электростанции, которая, согласно утверждению французов, станет самым крупным подобным объектом в мире. Проект стоимостью 55 миллионов долларов США был разработан в 2004 году. Строительство электростанции началось в 2008‑м, и вот теперь компании заявляют, что ее запуск будет осуществлен в начале следующего года. Компания OpenHydro поставила для проекта четыре двухмегаваттные турбины, которые в настоящее время устанавливаются на глубине 115 метров у побережья.

Еще одно направление развития альтернативной гидроэнергетики – волноприбойная энергетика. Технический потенциал энергии волн оценивается примерно в 3 миллиарда кВт-ч в год, однако реальные возможности его использования по целому ряду причин (в том числе из‑за непостоянства ветров и волн) существенно ниже.

Экспериментальные волноприбойные электростанции (ВПЭС) в основном строятся по поплавковым схемам: в электричество преобразуется работа волн по поднятию расположенных на водной поверхности систем поплавков.

Еще одним перспективным техническим вариантом ВПЭС считается «поршневая» схема, в которой волновые колебания уровня воды в вертикальных колодцах используются в качестве «поршней», прогоняющих через турбины воздух, находящийся над водой в этих колодцах.

Пока эксплуатация опытных ВПЭС ведется только в Великобритании и Японии. Однако разработками в этом направлении активно занимаются в США, Канаде, Австралии и других странах.

Почти фантастика. Пока

Если же взглянуть в будущее гидроэнергетики чуть дальше, то человечеству стоит задуматься об энергетическом потенциале океанских и морских течений, который составляет сотни миллиардов киловатт-часов в год. Так, Гольфстрим, основная часть которого проходит между Флоридой и Багамскими островами, имеет эквивалентную энергетическую мощность в 50 миллионов кВт, и эксперты в США считают, что реально использовать примерно 10 процентов этой мощности. Возможная технология – погружение систем низкооборотных турбин (скорость течения – менее 1 м/с) в поток. Однако воплощение таких проектов – дело будущего. Еще одним направлением может стать использование тепловой энергии океана. Его перспективы основаны на том, что между водой на поверхности и водой на глубинах уже в первые сотни метров существует очень значительная разница температур. Поскольку такое явление наблюдается повсеместно в низких широтах, теоретический потенциал данного типа энергетики очень велик. Программы «Преобразование термальной энергии океана» уже осуществляются в США, Японии, Франции. Построены опытные моретермальные электростанции у Гавайских островов, острова Науру, у побережья Кот-д’Ивуара. МТЭС работают с применением испарительно-конденсационного цикла теплоагента, на принципе испарения жидкого аммиака, фреона или другого теплоносителя за счет отбора тепла глубинной холодной водой. Испаренный теплоноситель используется в турбинах низкого давления либо в поршневых системах для выработки электроэнергии. Впрочем, пока их мощность не превышает первых сотен киловатт, коэффициент преобразования энергии 10‑15 процентов, а себестоимость энергии неконкурентоспособна с большинством других традиционных и нетрадиционных энерготехнологий. Основные перспективы развития МТЭС связывают с технологиями сооружения крупных плавающих станций погружного или полупогружного типа большой мощности; расчеты показывают, что при этом коэффициент преобразования энергии можно поднять более чем вдвое. Однако для МТЭС с такими технологиями пока не вполне решены проблемы накопления и передачи выработанной энергии к потребителям на материке. И все же рано или поздно эти технологические проблемы будут решены. И кто знает, может быть, в будущем большую часть энергии человечество будет получать от воды. А значит, гидроэнергетика не утратит своего значения ни в XXI, ни даже в XXII веке.
Справка
ВИЭ – возобновляемые источники энергии, ресурсы которых постоянно восполняются естественным путем. В России ВИЭ представлены крупными гидроэлектростанциями, обеспечивающими около 21 процента производства электроэнергии в стране. Другие виды ВИЭ в нашей стране пока заметны слабо, хотя в некоторых регионах, например на Камчатке и Курильских островах, они имеют существенное значение в местных энергосистемах. Суммарная мощность малых гидроэлектростанций порядка 250 МВт, геотермальных электростанций – около 80 МВт. Ветроэнергетика позиционируется несколькими пилотными проектами общей мощностью менее 13 МВт. Приливная энергетика ограничена возможностями экспериментальной Кислогубской ПЭС в Мурманской области. Солнечная энергетика существует в виде небольших установок автономного энергоснабжения, но сообщалось о строительстве первой промышленной солнечной электростанции в Белгородской области. Гидроэнергоресурсы – возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу и сохранять запасы углеводородного топлива. Именно ГЭС – наиболее маневренные станции и способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот показатель измеряется часами, а для атомных – сутками. Само по себе создание ЕЭС России стало возможным именно благодаря вводу в эксплуатацию мощных ГЭС Волжско-Камского каскада в 1950-е годы.

Кабельная арматура, АЭС, Генерация, Гидроэнергетика , Малая энергетика, Мощность, Турбины, ТЭС , Электричество, Электроэнергия, Энергия, Электростанция

Кабельная арматура, Сети, Энергия, Энергосбережение, Электротехника

Источник: https://www.eprussia.ru/epr/189/13648.htm

Использование гидроэнергетики: что будет дальше крах или рассвет?

Гидроэнергетика

Значение гидроэнергетики сложно переоценить. Наличие доступной энергии является обязательным условием обеспечения комфортной жизни человека. Цивилизация и история развития энергетики, изучение новых методов ее преобразования, изобретение новых источников неразрывно связаны.

В структуре современной энергетики после тепловых электростанций, на которые приходится 62%, второе место занимают турбины, использующие силу водного потока в качестве источника энергии.

Гидроэнергетика – это возможность получать энергию, используя возобновляемые ресурсы: природная мощность рек, геотермальные воды, энергия приливов.

Использование энергии возобновляемых водных ресурсов имеет ряд преимуществ: возможность управления паводками, сохранение подземных вод, укрепление русел рек, возможность обеспечения засушливых регионов необходимым количеством воды.

Однако проблемой использования таких источников энергии является их ограниченность. Реки, расположенные вдали от промышленных центров, как правило, уже исчерпали свой ресурс, их мощности практически использованы. Поэтому количество энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, значительно сократилось во всех странах мира.

Строительство гидроэлектростанций имеет ряд преимуществ:

1. Безопасность для человека и окружающей среды. ГЭС при работе не выделяют опасный угарный газ, серу и окислы азоты. Также они не загрязняют пылью и другими вредными отходами почву. Работающие турбины нагреваются, их тепло передается воде, однако его количество не влияет на окружающую среду.

2. Высокий потенциал гидроэнергетики обеспечивает природный круговорот воды, поскольку они является возобновляемым источником энергии.

3. Регулируя скорость, объемы подаваемого водного потока, сокращая или увеличивая его при подаче к турбинам, легко обеспечить контроль показателя производительности работы ГЭС.

4. Сооружаемые водохранилища могут использоваться в качестве зон для отдыха.

5. Сберегаемая в водохранилищах чистая вода может использоваться для бытовых целей, полива хозяйственных угодий.

Проблемы гидроэнергетики

Сегодня развитие этой отрасли является обязательной составляющей развития базовых отраслей промышленности, их прогресса. Отмечается настоящий «бум» строительства гидроэлектростанций. Первенство по количеству новых ГЭС занимают Китай, Пакистан, Индия, Эфиопия.

В Поднебесной сегодня открыта одна из крупнейших электростанций, источником энергии для которой служат потоки воды. Мощность станции «Три ущелья», строительство которой было окончено в 2003 году, составляет 22,5 ГВт.

В Китае сегодня построено более 30 электростанций, мощность каждой – 1 ГВт.

Несмотря на стремительное развитие гидроэнергетики, эта отрасль сталкивается с рядом проблем. Во многих развитых странах подобный вид энергетики практически исчерпал себя. Как показывают данные исследований, сегодня в странах Западной Европы потенциал гидроэнергетики исчерпан на 70 процентов.

По расчетам специалистов потенциал гидроэнергетики в России составляет более 1600 млрд. киловатт-час, что в 1,5 раз превышает потребляемые объемы электроэнергии. На сегодня степень использования мощностей построенных ГЭС не превышает 10,5 процентов. Основная часть гидропотенциала страны расположена в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке.

В европейской части России значительная часть ресурсов расположена на Европейском Севере.

Многие реки в зимний период покрываются льдом, промерзая до самого дна. Поэтому строительство и эксплуатация ГЭС в таких регионах не имеет перспектив.

Еще одной проблемой гидроэнергетики является то, что ГЭС часто возводятся в отдаленных регионах. Чтобы обеспечить доставку, потребителям электроэнергии необходимо возводить линии электропередач, что связано с высокими финансовыми затратами.

проводов, поддержание их в рабочем состоянии, замена при физическом износе также требуют средств.

Одной из проблем энергетики является ее негативное влияние на окружающую среду и человека. Работа ГЭС связана с большим количеством выбросов газов в атмосферу, большие объемы потребления воды, создание водохранилищ. Негативно работа электростанций отражается на состоянии литосферы: изменяется природный ландшафт, увеличивается загрязненность токсическими веществами.

Строительство гидроэлектростанций имеет ряд недостатков:

1. Строительство искусственных водохранилищ приводит к затоплению большого количества плодородных земель, которые могли бы использоваться для развития сельского хозяйства. Целые города становятся заложниками строительства ГЭС. Их население вынуждено менять место жительства, миграция создает ряд экономических проблем.

2. Авария плотины, ее разрушение неминуемо вызовет наводнение.

3. Строительство гидроэлектростанций неэффективно на равнине.

4. Засуха может негативно отразиться на эффективности работы ГЭС, снижая количество вырабатываемой энергии.

5. Работа ГЭС существенно снижает количество кислорода в воде, что приводит к экологической катастрофе, гибели представителей животного и растительного мира не только в водохранилище, но и вокруг него.

Гидроэнергетика: перспективы

Сегодня на гидроэлектростанции возложен ряд функций, в числе которых:

· выработка электрической энергии в количестве, необходимом для работы промышленности, бытовых потребностей;

· обеспечение стабильности энергосистемы;

· сохранение энергии водных ресурсов до момента, когда она будет преобразована в электрическую.

Создание искусственных водохранилищ при строительстве гидроэлектростанций позволяет вырабатывать энергию, накапливать ее в необходимом количестве. Перспективыразвития гидроэнергетики зависят от того, насколько эффективно внедряются достижения технического прогресса, насколько принятые решения успешны. Постоянный рост КПД гидроэлектростанции обеспечивают инновационные решения.

Перспективы гидроэнергетики в России

Сегодня российскими учеными проводятся исследования, от результатов которых зависит, будет ли дальнейшее развитие гидроэнергетики в стране перспективным и эффективным.

Перспективным направлением развития гидроэнергетикивРоссии является внедрение программы развития малой гидроэнергетики. В ее основе лежит реализация мер, направленных на строительство ГЭС мощностью не менее 25 МВт.

Данному виду производства электроэнергии экономическую привлекательность обеспечивают установленные на государственном уровне доплаты к цене на вырабатываемую малыми станциями энергию, компенсационные выплаты, покрывающие затраты, понесенные при присоединении объектов малой гидроэнергетики к общим сетям.

Малая Гидроэнергетика Россииперспективное направление, основным задачами которого являются:

· устранение дефицита электроэнергии в регионах, еще не охваченных системами централизованной поставки энергии потребителям;

· использование энергии возобновляемых источников позволяет существенно сократить затраты на доставку топлива для объектов генерации;

· безопасное производство экологически чистой энергии;

· строительство гидроэлектростанций в рамках реализации программы МГЭС позволяет создать дополнительные места для трудоустройства.

К 2020 году, по оценкам экспертов, доля МГЭС составит 25 процентов в общем объеме производимой электроэнергии. Площадкой для развития этого перспективного направления гидроэнергетики были выбраны Сибирь, Северный Кавказ, регионы Центральной части страны.

На первом этапе были разработаны проекты, позволившие исследовать потенциал сибирских рек, изучить показатели экономической эффективности, оценить, насколько их реализация будет целесообразной.

На втором этапе планируется оказание государственной поддержки МГЭС в виде надбавок на стоимость электроэнергии, компенсации части затрат на присоединение к общим электрическим сетям.

Реализация программы МГЭС предполагает отказ при строительстве от возведения плотин, сооружения искусственных водохранилищ, оказывающих негативное влияние на природу.

Использование инновационной технологии, обеспечивающей естественный перепад высот между устройством, принимающим воду и машинным залом, где установлены турбины, позволяет минимизировать негативное действие гидроэлектростанций на природу, сохранить экосистему рек.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c2794c1753ad200a98be9c8/5c899145efadc400b227d343

Гидроэнергетика в России: отечественные гидростанции их типы и характеристики

Гидроэнергетика

Развитие гидроэнергетики в России началось только после Великой Октябрьской социалистической революции. По утвержденному в 1920 г. государственному плану электрификации (ГОЭЛРО), составленному по инициативе В.

И. Ленина, в течение 10—15 лет надлежало построить 30 электростанций общей мощностью 1 750 000 кет, в том числе 10 гидроэлектростанций мощностью 640 000 кет (Волховскую, Нижне- и Верхне-Свирские, Днепровскую и др.).

Первая крупная гидроэлектростанция — Волховская мощностью 66 000 кВт была введена в эксплуатацию з 1926 г., в 1932 г. начала работать Днепровская ГЭС имени В. И. Ленина мощностью 650 000 /сет, а к 1937 г. общая мощность гидроэлектростанций страны составляла уже 1 400 000 Квт.

Особенно быстро гидроэнергетика начала развиваться в послевоенные годы, и в настоящее время мощность гидроэлектростанций России составляет свыше 30 млн. квт с выработкой электроэнергии до 120 млрд. квт — ч.

Преимущества и развитие гидроэнергетики

Гидроэлектростанции, используя непрерывно возобновляющиеся энергетические ресурсы рек, являются высокорентабельным и долговечным источником электроснабжения народного хозяйства. Они отличаются надежностью в работе и низкой стоимостью вырабатываемой электроэнергии.

Высокая маневренность гидроэлектростанций и готовность их немедленно принимать нагрузку имеют особенно важное значение при работе гидроэлектростанции в энергосистеме для покрытия пиков электропотребления и .выравнивания графикоз нагрузки системы.

В связи с этим, а также учитывая достаточные запасы гидроэнергетических ресурсов, в ближайшие годы намечается продолжение роста общей мощности гидроэлектростанций.

Такое развитие отечественной гидроэнергетики может быть обеспечено только строительством в основном крупных многоагрегатных гидроэлектростанций с установкой на них мощных уникальных гидроагрегатов.

Отечественное гидроэнергомашиностроение за послевоенный период достигло значительных успехов в конструировании и изготовлении основного технологического оборудования для строящихся гидроэлектростанций.

В связи со все увеличивающейся потребностью народного хозяйства страны в электроэнергии основной тенденцией развития современного гидроэнергомашиностроения является повышение единичной мощности гидроагрегатов, так как это дает возможность получения больших мощностей на одной гидроэлектростанции при уменьшении удельной металлоемкости и стоимости гидротурбин и генераторов. Так, агрегаты с поворотнолопастными турбинами Волжских ГЭС имени В. И. Ленина и XXII съезда КПСС, имеющие рабочие колеса диаметром 9,3 м мощностью 115 тыс. квт, и Саратовской ГЭС с рабочим колесом диаметром 10,3 м мощностью 60 тыс.квт по размерам и мощности значительно превосходят зарубежные агрегаты аналогичного типа. На Братской гидроэлектростанции имени 50-летия Великого Октября работают агрегаты мощностью по 250 тыс. квт. Для Нурекской ГЭС изготовляются агрегаты по 300 тыс. квт, уникальные гидроагрегаты Красноярской ГЭС имеют мощность 500 тыс. квт, а для Саянской ГЭС создаются гидроагрегаты мощностью по 640 тыс. квт с радиально-осевыми турбинами диаметром рабочего колеса 7,5 м.

Состав энерго гидроагрегатов

Энергетический агрегат гидроэлектростанции состоит из гидротурбины, непосредственно соединенного с ней гидрогенератора и вспомогательного оборудования, необходимого для обеспечения нормальной работы агрегата.

Гидротурбины и гидрогенераторы разрабатываются и изготовляются различными заводами, однако конструируются они как части единого гидроагрегата.

Только общая компоновка применительно к зданию ГЭС и наиболее целесообразное сочетание конструктивных и технологических решений, принятых совместно для турбины и генератора, дают возможность создать надежный энергетический агрегат с высокими энергетическими, эксплуатационными и экономическими показателями.

На средних и крупных современных гидроэлектростанциях устанавливаются, в основном вертикальные гидроагрегаты. Горизонтальные агрегаты ранее широко применялись для оборудования небольших преимущественно сельских гидроэлектростанций. Однако в последние годы горизонтальные гидроагрегаты начали устанавливаться и на более мощных гидроэлектростанциях.

В европейской части России преобладают средне- и низконапорные гидроэлектростанции с напорами до 40 м и вертикальными агрегатами, состоящими из генератора и поворотнолопастной турбины.

На Дальнем Востоке и в Сибири сооружаются в основном мощные средне- и высоконапорные гидроэлектростанции с напорами до 200 м, а на Кавказе и в Средней Азии — высоконапорные гидроэлектростанции с напорами до 500 м.

Развитие гидроэнергетики этих районов потребовало создания крупных гидроагрегатов с радиально-осевыми турбинами.

Крупнейший в мире гидроагрегат Красноярской ГЭС с радиально-осевой турбиной диаметром рабочего колеса 7,5 м мощностью 500 тыс. квт.

В связи с ростом потребности укрупненных энергосистем в пиковой энергии все большее значение начинают приобретать и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) как основное средство для выравнивания нагрузок.

Эти станции требуют применения специальных видов гидроэнергетического оборудования: обратимых машин (турбина — насос) и обратимых двигателей — генераторов. В настоящее время такие первые агрегаты и установлены на Киевской ГАЭС.

Дальнейшее совершенствование компоновок и конструкций вертикальных гидроагрегатов характеризуется стремлением к максимальному конструктивному и технологическому объединению деталей и узлов турбины и генератора.

Так, подпятники зонтичных генераторов опираются теперь обычно на крышку турбины, что дало возможность отказаться от нижней крестовины генератора. В некоторых конструкциях крупных гидроагрегатов генератор не имеет вала и втулка его ротора крепится непосредственно к верхнему концу вала турбины.

Конструктивные и компоновочные изменения гидроагрегатов за последние 25 лет не только привели к существенному повышению энергетических параметров, но и значительно уменьшили осевые габариты их при одинаковом диаметре рабочего колеса.

Особенности современного строительства гидроагрегатов

Характерной особенностью современного крупного гидроэнергомашиностроения является то, что турбины и генераторы из-за своих габаритов и весов, а также отсутствия на заводах необходимых энергетических ресурсов и невозможности создания специальных стендов не могуг быть полностью собраны, обкатаны и испытаны на заводах-изготовителях, и поэтому их вынуждены поставлять на гидроэлектростанции в.виде отдельных механизмов, узлов и деталей, иногда даже без заводской общей и поузловой контрольной сборки. Гидроагрегаты полностью собирают, испытывают и -пускают в работу впервые только на месте установки. Поэтому монтаж гидроэнергетического оборудования является по существу заключительным этапом в общем цикле создания гидроагрега-та, в процессе которого приходится выполнять не только монтажные операции по сборке, установке, выверке и креплению деталей и узлов гидроагрегата, но и производить чисто заводские технологические операции по контрольной сборке узлов и механизмов с доводкой и подгонкой деталей.

Одновременно монтаж гидроагрегатов — технологического оборудования гидроэлектростанции — является и составной частью единого, связанного организационно и технологически процесса строительно-монтажных работ по сооружению гидроэлектростанции.

Эти две особенности изготовления и установки крупных гидроагрегатов, требующие- сочетания и обеспечения их высококачественного монтажа и своевременного ввода гидроэлектростанции в эксплуатацию, обусловливают необходимость четких инженерно-технических методов организации и технологии монтажных работ.

Гидравлические двигатели, применявшиеся в промышленности России и за рубежом до XIX в., представляли собой различного типа водяные колеса, вращающиеся под действием только веса воды или скоростной энергии потока.

Водяные колеса как двигатели имели ряд существенных недостатков: громоздкость, малую скорость вращения и низкий к. п. д., а главное — с их помощью невозможно было получить большие мощности. Так, водяное колесо диаметром 9,15 м при напоре 5,2 м, работавшее на Кренгольмской мануфактуре в г.

Нарве до 1874 г., развивало мощность всего 330 квт при скорости вращения 4—4,5 об/мин.

В начале XIX в. была создана гидравлическая турбина, которая стала быстро вытеснять водяные колеса, особенно в промышленности, где требовались более значительные мощности.

Гидравлическая турбина по сравнению с водяным колесом дала возможность получать большие мощности в одном агрегате при сравнительно высоких скоростях вращения и достаточно простой связи турбины с потребляющей ее энергию машиной.

Особенно важное значение получило гидротурбостроение в конце XIX и начале XX вв. в связи с широким развитием электротехнической промышленности и появлением возможности получения больших количеств электроэнергии на создаваемых для этой цели гидроэлектростанциях и ‘передачи ее на значительные расстояния.

Использование гидравлической энергии в дореволюционной России находилось на чрезвычайно низком уровне, а гидротурбостроение по существу отсутствовало.

Типы ГЭС:

Ещё одно интересное видео о работе Сибирских ГЭС и влиянии на них меняющейся экологической обстановки:

Источник: https://pue8.ru/gidroenergetika/33-gidroenergetika.html

Гидроэнергетика – это… что такое гидроэнергетика?

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.

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (схема). Плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.
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.

РАДИАЛЬНО-ОСЕВАЯ ГИДРОТУРБИНА С ГИДРОГЕНЕРАТОРОМ. Напор воды преобразуется в механическую энергию вращающегося вала, а затем в электроэнергию. 1 – верхняя платформа; 2 – верхняя ферма статора; 3 – статор генератора; 4 – коллектор водяного охлаждения обмоток статора; 5 – ротор; 6 – обод ротора; 7 – полюсы с обмоткой возбуждения; 8 – контактные кольца; 9 – подпятник с направляющим подшипником; 10 – нижняя ферма статора; 11 – домкраты ротора; 12 – тормоза; 13 – воздухоохладители; 14 – вал и муфта; 15 – направляющий подшипник; 16 – корпус подшипника; 17 – исполнительный механизм затвора; 18 – нижняя платформа; 19 – рабочее колесо; 20 – лопатки направляющего аппарата; 21 – колонны статора турбины; 22 – спиральная камера турбины; 23 – отводная камера; 24 – отводная труба.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.

ПЛОТИНА ГЭС и водохранилище на р. Тахо (Испания). 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: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colier/6703/%D0%93%D0%98%D0%94%D0%A0%D0%9E%D0%AD%D0%9D%D0%95%D0%A0%D0%93%D0%95%D0%A2%D0%98%D0%9A%D0%90

Гидроэнергетика

Гидроэнергетика

С самых древних времен пользование энергией рек было важным фактором, который определял темпы развития цивилизации. Все это время, а это свыше трех тысяч лет, ученые работали над совершенствованием водяного двигателя.

Началось все с самых обычных водяных колес, которые использовали в древнем мире для подачи воды на оросительные нужды, водоснабжение, для работы водяных мельниц. Позже появились водяные двигатели, обеспечивавших во времена промышленной революции увеличивающиеся потребности в механической энергии на заводах и рудниках.

Быстрые темпы развития и успехи электроэнергетики в конце XIX века стали причиной формирования совершенно нового этапа использования гидроэнергетических ресурсов путем преобразования энергии воды в электроэнергию на ГЭС.

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.
В 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.

Наибольшее 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: http://mining-prom.ru/toplivodob/energy/gidroenergetika/

ГИДРОЭНЕРГЕ́ТИКА

Гидроэнергетика

Авторы: Г. Г. Лапин, В. И. Лелеков

ГИДРОЭНЕРГЕ́ТИКА, раз­дел энер­ге­ти­ки, свя­зан­ный с ис­поль­зо­ва­ни­ем энер­гии во­ды, гл. обр. для про­из­вод­ст­ва элек­трич. энер­гии на гид­ро­элек­тро­стан­ци­ях. Гид­ро­энер­ге­тич.

объ­ек­ты име­ют ком­плекс­ное на­зна­че­ние, и кро­ме про­из-ва элек­тро­энер­гии, пред­на­зна­ча­ют­ся для раз­ви­тия вод­но­го транс­пор­та, ир­ри­га­ции, пром. и ком­му­наль­но-бы­то­во­го во­до­снаб­же­ния, за­щи­ты тер­ри­то­рий от за­то­п­ле­ния в пе­ри­од па­вод­ков, рек­реа­ции. Г.

яв­ля­ет­ся ин­фра­струк­ту­рой для дея­тель­но­сти и раз­ви­тия це­ло­го ря­да важ­ней­ших от­рас­лей эко­но­ми­ки и стра­ны в це­лом.

Че­ло­век ещё в глу­бо­кой древ­но­сти об­ра­тил вни­ма­ние на ре­ки как на дос­туп­ный ис­точ­ник энер­гии. Во­да бы­ла пер­вым ис­точ­ни­ком энер­гии, и, ве­ро­ят­но, пер­вой ма­ши­ной, в ко­то­рой че­ло­век ис­поль­зо­вал энер­гию во­ды, бы­ла при­ми­тив­ная во­дя­ная тур­би­на. Св.

2000 лет на­зад гор­цы на Ближ­нем Вос­то­ке уже поль­зо­ва­лись во­дя­ным ко­ле­сом в ви­де ва­ла с ло­пат­ка­ми. Об ис­поль­зо­ва­нии вод­ной энер­гии сви­де­тель­ст­ву­ют ма­те­риа­лы ар­хео­ло­гич. ис­сле­до­ва­ний, в ча­ст­но­сти, про­ве­дён­ных на тер­ри­то­рии Ар­ме­нии и в бас­сей­нах р. Аму­да­рья (см.

так­же в ст. Гид­ро­тех­ни­ка).

В 17 в. во­дя­ные ко­лё­са бы­ли в Рос­сии един­ст­вен­ной энер­ге­тич. ба­зой раз­ви­вав­ше­го­ся ма­ну­фак­тур­но­го про­из-ва. Зна­чит. ус­пе­хи в строи­тель­ст­ве гид­ро­си­ло­вых ус­та­но­вок в Рос­сии дос­тиг­ну­ты в 18 в. в гор­но­руд­ной пром-сти на Ура­ле и Ал­тае.

Гид­ро­си­ло­вые ус­та­нов­ки ста­ли не­отъ­ем­ле­мой ча­стью ме­тал­лур­гич., ле­со­пиль­но­го, бу­маж­но­го, ткац­ко­го и др. про­из­водств. В 1765 К. Д. Фро­лов со­ору­дил на р. Кор­бо­ли­ха (Ал­тай) гид­ро­си­ло­вую ус­та­нов­ку, в ко­то­рой во­да под­во­ди­лась по спец.

ка­на­лу к ра­бо­че­му ко­ле­су, при­во­див­ше­му в дви­же­ние груп­пы ма­шин, в т. ч. пред­ло­жен­ный К. Д. Дья­ко­вым внут­ри­за­вод­ской транс­порт в ви­де сис­те­мы ва­го­не­ток. Са­мые мощ­ные во­дя­ные ко­лё­са (диа­мет­ром 9,5 м, ши­ри­ной 7,5 м) бы­ли ус­та­нов­ле­ны в кон. 18 в. в Рос­сии на р.

 На­ро­ва для Крен­гольм­ской ма­ну­фак­ту­ры. При на­по­ре 5 м они раз­ви­ва­ли мощ­ность до 368 кВт. В 1-й пол. 19 в. бы­ла изо­бре­те­на гид­ро­тур­би­на, от­крыв­шая но­вые воз­мож­но­сти пе­ред Г. С изо­бре­те­ни­ем элек­трич. ма­ши­ны и спо­со­ба пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии на зна­чит. рас­стоя­ния Г.

при­об­ре­ла но­вое зна­че­ние – как на­прав­ле­ние элек­тро­энер­ге­ти­ки; на­ча­лось ос­вое­ние вод­ной энер­гии пу­тём пре­об­ра­зо­ва­ния её в элек­три­че­скую на гид­ро­элек­три­че­ских стан­ци­ях (ГЭС).

К 1917 мощ­ность ГЭС Рос­сии со­ста­ви­ла 16 МВт, в то вре­мя как сум­мар­ная мощ­ность ГЭС в ми­ре в 1920 дос­тиг­ла 17 тыс. МВт, при­чём бы­ли по­строе­ны та­кие круп­ные элек­тро­стан­ции, как, напр., ГЭС «Adams» на Ниа­гар­ском во­до­па­де (США) мощ­но­стью 37 МВт.

Для уст­ра­не­ния ост­ро­го де­фи­ци­та элек­тро­энер­гии в по­сле­ре­во­лю­ци­он­ной Рос­сии по­тре­бо­ва­лась раз­ра­бот­ка спец. про­грам­мы её элек­три­фи­ка­ции, что бы­ло реа­ли­зо­ва­но в ГОЭЛРО пла­не (1920), ко­то­рый пре­ду­смат­ри­вал со­ору­же­ние за 15 лет де­ся­ти ГЭС об­щей ус­та­нов­лен­ной мощ­но­стью 640 МВт.

В 1928–32 вве­де­ны в дей­ст­вие ГЭС сум­мар­ной мощ­но­стью 377 МВт, по­строе­ны 12 ГЭС в разл. рай­онах стра­ны, на­ча­то со­ору­же­ние Ниж­не­свир­ской, Ка­на­кер­ской, Ивань­ков­ской ГЭС и др. В 1932 по­строе­на Днеп­ро­гэс им. В. И. Ле­ни­на про­ект­ной мощ­но­стью 560 МВт – в то вре­мя са­мая круп­ная в Ев­ро­пе.

В 1933–37 бы­ла на­ме­че­на про­грам­ма пла­но­мер­но­го ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­тех­нич. ре­сур­сов стра­ны; на­ча­то со­ору­же­ние Волж­ско­го кас­ка­да ГЭС, про­дол­же­ны ра­бо­ты по со­ору­же­нию кас­ка­дов ГЭС в рес­пуб­ли­ках Ср. Азии и За­кав­ка­зья. К 1940 мощ­ность всех ГЭС СССР дос­тиг­ла 1,6 тыс. МВт, а вы­ра­бот­ка элек­тро­энер­гии – 5,1 млрд. кВт·ч.

До­ля гид­ро­энер­ге­ти­ки в элек­тро­энер­ге­тич. ба­лан­се стра­ны дос­тиг­ла 10,6%.

В по­сле­во­ен­ные го­ды про­дол­жа­лось ин­тен­сив­ное строи­тель­ст­во гид­ро­элек­тро­стан­ций: на Вол­ге – Ни­же­го­род­ской, Куй­бы­шев­ской, Вол­го­град­ской ГЭС, за­тем Са­ра­тов­ской и Че­бок­сар­ской ГЭС; на Дне­пре – Ка­хов­ской, Днеп­ро­пет­ров­ской, Кре­мен­чуг­ской, Днеп­ро­дзер­жин­ской, Ка­нев­ской и Ки­ев­ской ГЭС; на Ка­ме – Кам­ской, Вот­кин­ской, а за­тем Ниж­не­кам­ской ГЭС; ря­да круп­ных кас­ка­дов ГЭС в рес­пуб­ли­ках За­кав­ка­зья и Ср. Азии. В 1960 мощ­ность ГЭС СССР дос­тиг­ла 14,8 тыс. МВт, вы­ра­бот­ка ими элек­тро­энер­гии – 51 млрд. кВт·ч, что со­ста­ви­ло 17% от об­щей вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии в стра­не. Даль­ней­шее ис­поль­зо­ва­ние гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов свя­за­но со строи­тель­ст­вом круп­ных ГЭС в Си­би­ри. За 1917–70 Сов. Со­юз стал од­ной из ве­ду­щих стран в об­лас­ти Г., ус­ту­пая по ус­та­нов­лен­ной мощ­но­сти ГЭС толь­ко США и Ка­на­де (табл. 1).

Таблица 1. Освоение гидроэнергетических ресурсов в некоторых странах  (на начало 1970-х гг.)
СтранаЭкономический потенциал гидроэнергоресурсов, млрд. кВт·чВыработка электроэнергии на ГЭС, млрд. кВт·чСтепень использования экономического потенциала гидроэнергоресурсов, %
СССР1095115,210,5
США685253,337,0
Канада218151,069,3
Япония13279,860,5
Франция7052,975,5
Италия7041,759,5
Швейцария3227,385,5

Вы­де­ля­ют три ка­те­го­рии по­тен­циа­ла гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов во­до­то­ка. Тео­ре­тич. (ва­ло­вой) по­тен­ци­ал – со­во­куп­ность пол­ной мощ­но­сти всех отд. уча­ст­ков во­до­то­ка не­за­ви­си­мо от тех­нич. воз­мож­но­сти и эко­но­мич.

це­ле­со­об­раз­но­сти его ис­поль­зо­ва­ния. Тех­нич. по­тен­ци­ал – часть ва­ло­во­го по­тен­циа­ла во­до­то­ка, ко­то­рая мо­жет быть ис­поль­зо­ва­на. Эко­но­мич. по­тен­ци­ал – часть тех­нич.

по­тен­циа­ла, ис­поль­зо­ва­ние ко­то­ро­го эко­но­ми­че­ски оп­рав­да­но в су­ще­ст­вую­щих ус­ло­ви­ях.

В 1990 сум­мар­ная мощ­ность ГЭС в СССР дос­тиг­ла 65 тыс. МВт (ус­ту­пая толь­ко США) при про­из-ве элек­тро­энер­гии 233 млрд. кВт·ч/год, до­ля в элек­тро­энер­ге­ти­ке ок.

20%; 3-е ме­сто по­сле США и Ка­на­ды. ГЭС, рас­по­ло­жен­ные на тер­ри­то­рии Рос­сии, име­ли в этот пе­ри­од сум­мар­ную ус­та­нов­лен­ную мощ­ность 43,2 тыс.

МВт и вы­ра­баты­ва­ли элек­тро­энер­гии ок. 170 млрд. кВт·ч.

Рас­пре­де­ле­ние ве­ли­чи­ны ми­ро­вых по­тен­ци­аль­ных гид­ро­энер­го­ре­сур­сов реч­но­го сто­ка на 2000 при­ве­де­ны в табл. 2.

Таблица 2. Гидроэнергетический потенциал мира и его использование
Континент, часть светаГидроэнергетический потенциал, млрд. кВт·чВыработка электроэнергии на ГЭС в 2000, млрд. кВт·чСтепень освоения экономического потенциала, %
теоретическийтехническийэкономический
Европа3220122577556773,2
Азия194006800360075420,9
Африка400017501000767,6
Северная и Центральная Америка63101660100070270,2
Южная Америка67662665160051232,0
Австралия и Океания6002701074239,2
Всего в мире40296143708082265332,8

В 2005 сум­мар­ная мощ­ность ГЭС Рос­сии (тыс. МВт) со­ста­ви­ла 45,9, в т. ч. в Ев­роп. час­ти стра­ны 18,6, в Си­би­ри 23,3, на Даль­нем Вос­то­ке 3,9. Сум­мар­ная вы­ра­бот­ка элек­тро­энер­гии все­ми ГЭС Рос­сии рав­на 174,4 млрд. кВт·ч, до­ля в элек­тро­энер­ге­ти­ке ок. 18,7%. Тео­ре­тич.

по­тен­ци­ал вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии реч­но­го сто­ка Рос­сии оп­ре­де­лён в 2900 млрд. кВт·ч/год. По­тен­ци­ал круп­ных и сред­них рек со­став­ля­ет 2400 млрд. кВт·ч, ма­лых рек – 500 млрд. кВт·ч. Тех­ни­че­ски дос­ти­жи­мый уро­вень ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­энер­ге­тич.

ре­сур­сов круп­ных и ма­лых рек Рос­сии оце­ни­ва­ет­ся в 1670 млрд. кВт·ч.

По имею­ще­му­ся гид­ро­по­тен­циа­лу РФ за­ни­ма­ет 2-е ме­сто в ми­ре (по­сле Ки­тая), од­на­ко по сте­пе­ни его ос­вое­ния (18,7%) она ус­ту­па­ет раз­ви­тым стра­нам. Так, во Фран­ции и Швей­ца­рии этот по­ка­за­тель пре­вы­ша­ет 90%, Ка­на­де и Нор­ве­гии – 70%, США и Бра­зи­лии – 50%.

Наи­боль­ший ин­те­рес пред­став­ля­ет эко­но­ми­че­ски эф­фек­тив­ная для прак­тич. ис­поль­зо­ва­ния часть гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­циа­ла. Сум­мар­ный эко­но­мич. по­тен­ци­ал сто­ка рек Рос­сии оп­ре­де­лён в 852 млрд.

кВт6 ч го­до­вой вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии. Ре­гио­наль­ное рас­пре­де­ле­ние это­го по­тен­циа­ла и по­тен­ци­ал наи­бо­лее круп­ных рек Рос­сии, а так­же уро­вень его прак­тич.

ис­поль­зо­ва­ния вме­сте со строя­щи­ми­ся стан­ция­ми при­ве­де­ны в табл. 3.

Таблица 3. Распределение и степень освоения экономического гидроэнергетического потенциала рек России
Регионы, рекиЭкономический гидроэнергетический потенциал, млрд. кВт·ч/годОсвоенный потенциал на действующих ГЭС, млрд. кВт·ч/годСтепень освоения потенциала, %
Всего по регионам852199,923,5
   Европейская часть13160,045,8
   Сибирь427117,727,6
   Дальний Восток29422,27,5
По рекам
   Волга5639,770,9
   Терек71,724,3
   Сулак84,961,3
   Кубань81,923,7
   Обь942,32,4
   Енисей288115,140,0
   Лена2354,31,8
   Колыма275,921,8
   Амур5812,020,7

Сте­пень ос­вое­ния гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­циа­ла реч­но­го сто­ка в Рос­сии по­ка не­ве­ли­ка и зна­чи­тель­но от­ста­ёт от уров­ня его ис­поль­зо­ва­ния в др. стра­нах. Во мно­гих стра­нах, в т. ч. ев­ро­пей­ских, США, Ка­на­де, Япо­нии, стра­нах Азии и Юж.

Аме­ри­ки уро­вень ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­циа­ла зна­чи­тель­но вы­ше 50%, а в ря­де стран он пре­вы­сил 90%. Наи­бо­лее ин­тен­сив­но гид­ро­энер­ге­тич. по­тен­ци­ал ос­ваи­ва­ет­ся в КНР, где уже в те­че­ние мн.

лет од­но­вре­мен­но один за дру­гим стро­ят­ся бо­лее 50 круп­ных гид­ро­энер­ге­тич. объ­ек­тов.

Ма­лая гид­ро­энер­ге­ти­ка за по­след­ние 20 лет за­ня­ла ус­той­чи­вое по­ло­же­ние в элек­тро­энер­гии мн. стран. Соз­да­ние но­вых гид­ро­аг­ре­га­тов по­зво­ли­ло ма­лым ГЭС за­нять ус­той­чи­вое по­ло­же­ние в элек­тро­снаб­же­нии КНР, США, Ка­на­ды, Гер­ма­нии, Шве­ции, Ис­па­нии.

Ли­ди­рую­щая роль при­над­ле­жит КНР, где сум­мар­ная ус­та­нов­лен­ная мощ­ность ма­лых ГЭС пре­вы­ша­ет 14 тыс. МВт. В ми­ре с по­мощью ма­лой гид­ро­энер­ге­ти­ки в 2010 пла­ни­ру­ет­ся по­лу­чить элек­трич. энер­гии 220 ТВт·ч/год, а ус­та­нов­лен­ная мощ­ность дос­тиг­нет 55 тыс. МВт.

В РФ чис­ло ма­лых рек пре­вы­ша­ет 2,5 млн., их сум­мар­ный сток бо­лее 1000 км3/год, что по­зво­лит про­из­во­дить 500 млрд. кВт·ч/год элек­тро­энер­гии.

В Рос­сии на пред­стоя­щие 15–20 лет на­ме­ча­ет­ся про­грам­ма даль­ней­ше­го ис­поль­зо­ва­ния гид­ро­энер­ге­тич. ре­сур­сов. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся про­ек­ты строи­тель­ст­ва ма­лых, сред­них и круп­ных ГЭС во всех ре­гио­нах Рос­сии. Осу­ще­ст­в­ле­ние этой про­грам­мы по­зво­лит к 2025–30 уд­во­ить су­ще­ст­вую­щие в на­стоя­щее вре­мя мощ­но­сти гид­ро­элек­тро­стан­ций.

Г. – од­на из важ­ней­ших под­от­рас­лей то­п­лив­но-энер­ге­тич. ком­плек­са стра­ны. Ис­поль­зуя во­зоб­нов­ляе­мые энер­ге­тич. ре­сур­сы, Г.

умень­ша­ет по­треб­но­сти в то­п­ли­ве для вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии, улуч­ша­ет струк­ту­ру то­п­лив­но-энер­ге­тич. ба­лан­са, по­вы­ша­ет на­дёж­ность и ка­чест­во элек­тро­снаб­же­ния, сни­жа­ет се­бе­стои­мость про­из-ва элек­тро­энер­гии.

В 2005 при вы­ра­бот­ке элек­тро­энер­гии 175 млрд. кВт·ч со­кра­ще­на го­до­вая по­треб­ность в то­п­ли­ве бо­лее чем на 50 млн. т ус­лов­но­го то­п­ли­ва. При этом пре­дот­вра­щён вы­брос в ат­мо­сфе­ру ок. 1,3 млн. т зо­лы, ок­си­дов се­ры и азо­та и ок. 180 млн.

т ди­ок­си­да уг­ле­ро­да. Стои­мость про­из-ва элек­тро­энер­гии на ГЭС в 5–7 раз ни­же, чем на те­п­ло­вых и атом­ных элек­тро­стан­ци­ях.

Соз­да­ние круп­ных гид­ро­уз­лов и элек­тро­стан­ций ока­зы­ва­ет зна­чит. и мно­го­об­раз­ное влия­ние на при­род­ные и хо­зяйств. ус­ло­вия в рай­оне строи­тель­ст­ва.

Воз­ни­ка­ет не­об­хо­ди­мость пе­ре­се­ле­ния на­се­ле­ния из зон за­то­п­ле­ния и не­га­тив­но­го влия­ния во­до­хра­ни­лищ, вы­нос из этих зон хо­зяйств. объ­ек­тов и объ­ек­тов ин­фра­струк­ту­ры. Так, за весь пе­ри­од гид­ро­энер­ге­тич.

строи­тель­ст­ва на тер­ри­то­рии Рос­сии в зо­не во­до­хра­ни­лищ и под­то­п­ле­ния ока­за­лось 45 тыс. км2 зе­мель, в т. ч. 16 тыс. км2 с.-х. уго­дий и 21 тыс. км2 лес­ных пло­ща­дей. За этот пе­ри­од из зон за­то­п­ле­ния пе­ре­се­ле­но 840 тыс. чел.

Ущерб, на­но­си­мый соз­да­ни­ем гид­ро­уз­лов эко­ло­гич. сре­де и со­ци­аль­но-эко­но­мич. сфе­ре в пе­ри­од их строи­тель­ст­ва, пол­но­стью или час­тич­но ком­пен­си­ро­ван.

Источник: https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/2359597

Vse-referaty
Добавить комментарий