Гидроэнергия.

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. Преобразование гидроэнергии в электрическую энер­гию стало возможным в конце XIX в. благодаря открытиям физики и техническому прогрессу. Крупные гидроэлектростанции начали по­являться на рубеже XIX и XX вв.

Физические принципы процесса преобразования энергии падаю­щей воды в электроэнергию в действительности просты, однако тех­нические детали достаточно сложные. Вода под напором, создавае­мым плотиной, направляется в водовод, который заканчивается турбиной. Турбина вращает вал, к которому присоединен ротор ге­нератора, вращающийся в магнитном поле статора. Выработка элек­троэнергии зависит от потенциальной энергии воды, запасенной в водоеме, и КПД ее преобразования в электроэнергию.

Мощность гидроэлектростанций (ГЭС) зависит как от количества воды, так и от перепада между водной поверхностью водохранилища и уровнем установки гидроагрегата; этот перепад называется на­пором. 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. Но высокий напор не всегда удается создать; мощность ГЭС и количество вырабатываемой ею электроэнергии в основном зависят от топографических условий в районе размещения водохра­нилища и ГЭС.

Водохранилища, образованные плотинами, могут оказывать вред­ное воздействие на окружающую среду. Они могут приводить к унич­тожению уникальной флоры и фауны, сокращению стока реки, пре­кращению сезонных паводков (Асуанский гидроузел), нанесению ущерба ландшафту района расположения водохранилища. Кроме того, все водотоки несут с собой наносы, которые, оседая в водохра­нилищах, снижают их полезную емкость. Поэтому полезное исполь­зование водохранилищ продолжается всего от 50 до 200 лет. Многие гидроэлектростанции были построены в засушливых районах. Созда­ние в таких районах крупных водных поверхностей в долгосрочной перспективе должно вызывать климатические изменения, иногда же­лательные. И наконец, образование крупного водохранилища созда­ет очень большое давление на малый участок поверхности земли. Об­разующиеся в результате этого напряжения в породах, слагающих дно водохранилища, если их не снимать, могут создать потенциаль­ную угрозу землетрясения.

Поэтому целесообразно развитие ГЭС малой мощности, в основ­ном на уже существующих водохранилищах.

Вместе с тем существуют и другие возможности использования водной энергии — приливные гидростанции (ПЭС). В некоторых районах мирового океана наблюдается очень большая амплитуда приливной волны и разность между верхней и нижней отметками прилива достигает 10 м. 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. Еще лучше, если турбины могут быть сконструированы реверсивными; в этом случае они будут работать как при заполнении водохранилища, так и при его опорожнении. Совершенно очевидно, однако, что выработка элек­троэнергии на ПЭС возможна лишь в определенное время суток, и это затрудняет использование приливной энергии в крупной энерго­системе.

Значение суммарного энергетического потенциала приливов ми­рового океана по оценке составляет 13 ГВт, что очень немного по сравнению с гидроэнергетическим потенциалом речного стока. Ко­нечно, данная оценка может иметь серьезные погрешности, но мало­вероятно, чтобы их устранение внесло принципиальные изменения в вывод о том, что приливная энергия не может внести существенного вклада в покрытие энергетических потребностей человечества в бу­дущем. Вместе с тем следует отметить, что использование энергии приливов в целях выработки электроэнергии для местных нужд име­ет явные преимущества.

Энергия приливов не образует вредных отходов и не растрачива­ет невосполнимых минеральных ресурсов, наносимый ущерб эколо­гии и эстетике местности невелик. Представляется логичным осваи­вать энергию приливов там, где сочетание топографического и энергетического факторов делает это экономически целесообразным и технически возможным.