Получение энергии на ГЭС

Электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции (ГЭС) обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Гидроресурсы — возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного топлива для будущих поколений.

Для эффективного производства электричества на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции (ГЭС) располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля за работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

· мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;

· средние — до 25 МВт;

· малые гидроэлектростанции (ГЭС) — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции (ГЭС).

Гидроэлектростанции (ГЭС) также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

· высоконапорные — более 60 м;

· средненапорные — от 25 м;

· низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях (ГЭС) применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

Русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции (ГЭС) строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

Плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

Деривационные гидроэлектростанции (ГЭС). Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида безнапорные, или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный газопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.

Преимущества гидроэлектростанций:

• ГЭС являются ключевым элементом обеспечения системной надежности единой энергетической системы страны.

• Отсутствие топливной составляющей в производстве электроэнергии ГЭС способствует снижению зависимости стоимости электроэнергии от изменения стоимости органического топлива.

• Для производства электроэнергии ГЭС используют возобновляемые источники энергии, что способствует глобальным усилиям в борьбе за сокращение выбросов парниковых газов.

На 2005 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновимой и до 19 % всей электричества в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.

Лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций (ГЭС) мира.

«Золотой век» отечественной гидроэнергетики пришелся на период с 1930 по 1990 гг. До этого времени в России и СССР работало лишь небольшое число гидростанций. Общая установленная мощность гидроагрегатов в СССР к 1930 г. не превышала 600 тыс. кВт. Спустя 60 лет наша страна вышла на второе место в мире по установленной мощности ГЭС (65 млн. кВт.), уступая только США, а по производству электроэнергии на ГЭС (233 млрд кВт·ч/год) на третье место после США и Канады.

В настоящее время на территории России работают 102 гидростанции мощностью свыше 100 МВт. Общая установленная мощность гидроагрегатов на ГЭС в России составляет примерно 45 млн кВт (5 место в мире), а выработка порядка 165 млрд кВт·ч/год (также 5 место) — в общем объеме производства электроэнергии в России доля ГЭС не превышает 21 %. При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место в мире (порядка 852 млрд кВт·ч, после Китая), однако, по степени их освоения — 20 % — уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Так, во Франции и Швейцарии этот показатель превышает 90 %, Канаде и Норвегии — 70 %, США и Бразилии — 50%.

Государственная политика в сфере использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на период до 2030 года предусматривает принятие мер по поддержке данного направления и созданию благоприятных условий для привлечения инвестиций. Объявлен плановый показатель производства электроэнергии на базе ВИЭ к 2030 году не менее 80–100 млрд кВт*ч в год

Проблемы

За прошедшие годы возникли серьезные опасения по поводу влияния гидроэлектростанций на экологию. Гидроэлектростанции изменяют поток реки до и после дамбы. Это подрывает экосистему реки. Дамба препятствует миграции рыб, двигающихся вверх по течению. Турбины уничтожают часть рыбы, мигрирующей вниз по течению. Так как меняется скорость течения, падает уровень кислорода в воде. Это вредит флоре и фауне в самой реке и на ее берегах. Уровень воды повышается и понижается в зависимости от потребления энергии, заставляя водные виды жить в условиях частых изменений уровня.

Создатели гидроэлектростанций предусмотрели шаги

для решения этих проблем. На некоторых электростанциях есть так называемые лестницы для рыб: серия неглубоких ступеней, между которыми могут переплывать рыбы или специальные лифты, помогающие рыбе мигрировать вверх по течению для нереста. В некоторых дамбах предусмотрены специальные разделительные каналы, направляющие рыб, мигрирующих вниз, на других уменьшается скорость вращения тубин в пик миграции. На многих станциях с помощью различных методик в воду добавляется кислород, чтобы улучшить ее качество для жизни флоры и фауны.

Масштабность некоторых новых проектов вызывает обеспокоенность у людей, живущих в этих регионах. В ходе реализации огромного проекта "Три ущелья" был переселен 1 миллион человек. Исторические города и постройки погружаются в воду по мере наполнения водохранилища. Дамбы находятся в зоне землетрясений, разрушение дамбы повлечет катастрофические последствия.

Данные последних исследований показывают, что гидроэлектростанции в тропических регионах могут вырабатывать столько же метана (парникового газа), что и станции, работающие на ископаемом топливе. Причина: разложение растительных веществ. Часть растений уничтожается изначально при заполнении водохранилища. Позже растения растут и разлагаются по мере того как уровень воды увеличивается и уменьшается. Этот вопрос в настоящий момент изучается.

По течению

В развивающихся странах строятся небольшие гидроэлектростанции для удовлетворения локальных нужд. В таких странах как США и Канада есть множество маленьких гидроэлектростаций, которые уже не работают. Теоретически их можно обновить и вернуть в эксплуатацию. Однако экологи предпочитают разрушать неиспользуемые дамбы и высвобождать реки. Старые дамбы чаще убирают, а не восстанавливают.

Технологии, используемые на гидроэлектростанциях, продолжают улучшаться. К примеру, сейчас появились более эффективные турбины.