Мини ГЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Введение

Малая гидроэнергетика в мире в настоящее время переживает третий виток в истории своего развития. Строительство первых ГЭС началось еще в прошлом веке, когда они предназначались для энергоснабжения отдельных заводов и поселков. Затем темпы их строительства замедлились из-за конкуренции небольших тепловых электростанций. Второй этап массового строительства малых ГЭС пришелся на конец 40-х -- начало 50-х гг., когда тысячи малых гидростанций строились колхозами, совхозами, предприятиями и государством. В 80--70-х гг. сотни и тысячи малых ГЭС были выведены из эксплуатации либо законсервированы, либо ликвидированы?из-за быстрого развития большой энергетики на базе крупных?тепловых гидравлических и атомных станций. К объектам малой гидроэнергетики относятся мини-ГЭС - мощностью до 100 кВт, и микро-ГЭС - до 100 кВт. Внедрение данных энергосберегающих мероприятий позволит сократить на 25-80% потребление электроэнергии на существующих инженерных сооружениях и сетях жилищно-коммунального хозяйства и улучшить экологическую обстановку.

1. Что такое микро ГЭС?

Микро ГЭС относятся к технологиям, не приносящим вреда окружающей среде, с помощью которых можно производить электроэнергию с небольшими затратами любых изолированных населенных пунктах, где есть горы и небольшие реки. Двумя ключевыми компонентами любой микро ГЭС являются гидростатический напор (расстояние по вертикали между заборным устройством и турбиной) и расход (дебит) воды (объем воды, которая вращает турбину).

Рис.1 Простейшая мини ГЭС

А: заборное устройство B: подводящий канал \ водовод C: турбинный водовод D: силовая установка E: отводящий водовод F: линия электропередач G: трансформатор H: деревня \ дом.

2. Преимущества малой гидроэнергетики

Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. Малая гидроэнергетика идет в этом направлении еще дальше. Небольшие электростанции позволяют сохранять природный ландшафт, окружающую среду не только на этапе эксплуатации, но и в процессе строительства. При последующей эксплуатации отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, вода может использоваться для водоснабжения населения. В отличие от других экологически безопасных возобновляемых источников электроэнергии - таких, как солнце, ветер, - малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу дешевой электроэнергии потребителю. Еще одно преимущество малой энергетики - экономичность. В условиях, когда природные источники энергии - нефть, уголь, газ - истощаются, постоянно дорожают, использование дешевой, доступной, возобновляемой энергии рек, особенно малых, позволяет вырабатывать дешевую электроэнергию. К тому же сооружение объектов малой гидроэнергетики низкозатратно и быстро окупается. Так, при строительстве малой ГЭС установленной мощностью около 500 кВт стоимость строительно-монтажных работ составляет порядка 14,5-15,0 млн рублей. При совмещенном графике разработки проектной документации, изготовления оборудования, строительства и монтажа малая ГЭС вводится в эксплуатацию за 15-18 месяцев. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на подобной ГЭС, составляет не более 0,45-0,5 рублей за 1 кВтч, что в 1,5 раза ниже, чем стоимость электроэнергии, фактически реализуемой энергосистемой. Кстати, в ближайшие один-два года энергосистемы планируют ее увеличить в 2-2,2 раза.Таким образом, затраты на строительство окупятся за 3,5-5 лет. Реализация такого проекта с точки зрения экологии не нанесет ущерба окружающей среде.

Необходимо отметить, кроме этого, что реконструкция выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5- 2 раза дешевле.

3. Классификация МГЭС

Гидростанции малой энергетики по характеру исполнения подразделяются на:

* стационарные приплотинные, с совмещением плотины и здания ГЭС;

* стационарные безплотинные с трубопроводом напорной деривации;

* мобильные в контейнерном исполнении, с использованием в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов;

* переносные мощностью до 10 кВт, при использовании их, как путём сооружения небольшой плотины, так и с напорной деривацией;

* погружные безплотинные мощьностью до 5 кВт (при скорости течения воды в водотоке порядка 3 метров в секунду).

Малая гидроэнергетика по странам

В Беларуси до создания единой Белорусской энергетической системы существовало 179 малых ГЭС, которые обеспечивали электроэнергией сельское хозяйство, после -- большинство из них было заброшено, а сейчас делаются попытки воссоздать их. Согласно Постановлению СМ РБ от 24 апреля 1997 № 400 «О развитии малой и нетрадиционной энергетики», малыми электростанциями считаются электростанции с установленной мощностью до 6 МВт. Концерн «Белэнерго» должен рассчитываться с малыми электростанциями за поставленную электроэнергию по удвоенным тарифам. На 2010 год в стране действует 36 МГЭС общей мощностью 13,5 МВт и выработкой свыше 33 млн кВт·ч в год.

Аналогичные льготы действуют и в Латвии, исходя с «Закона об энергетике» от 3 сентября 1998 г., государство гарантирует закупку электроэнергии от малых ГЭС по двойному тарифу в течение 8 лет после ввода в эксплуатацию.

В Швеции действует 1350 малых ГЭС, которые вырабатывают 10 % необходимой стране электроэнергии, в Китае действует около 83 тысяч малых ГЭС.

В России ОАО «РусГидро» считает малыми гидроэлектростанции мощностью менее 25 МВт. В стране действует около сотни ГЭС мощностью до 6 МВт, с суммарной мощностью 90 МВт и выработкой около 200 млн кВт·ч в год, большинство строящихся в стране малых станций находится на Северном Кавказе.

4. Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Необходимо отметить, что реконструкция выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5- 2 раза дешевле. Объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы, т.е. не требуют присутствия человека при эксплуатации. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т.е. вне электросети энергосистемы региона, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта).

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Значительным преимуществом также является отсутствие нарушения природного ландшафта и окружающей среды в процессе строительства и на этапе эксплуатации, а также практически полная независимость от погодных условий. Обеспечивается подача потребителю дешевой электроэнергии в любое время года. ??????????????? ????????????? ???????

Кроме того, турбины мини-ГЭС можно также использовать в качестве гасителей энергии на перепадах высот питьевых и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов.

Возможные проблемы, связанные с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее выражены, но о них также следует сказать.

Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей -- ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).

Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики -- разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.

Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования -- по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.

Источники энергии

Источниками энергии для малой гидроэнергетики являются:

* небольшие реки, ручьи,

* естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем,

* технологические водотоки (промышленные и канализационные сбросы),

* перепады высот питьевых трубопроводов, систем водоподготовки и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов.

5. Варианты исполнения

* Установка мини-ГЭС на реках и ручьях (горных) или в специально спроектированных системах отводов. Позволяет задействовать значительные энергоресурсы_малой_гидроэнергетики

* Установка мини-ГЭС в универсальных или ирригационных плотинах. Позволяет использовать водосброс для электрогенерации. В зависимости от напора выходная мощность может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт (в случае крупных плотин - несколько мегаватт)

* Установка мини- и микро-ГЭС на станциях водоочистки и водоподготовки. Позволяет проводить электрогенерацию на внутренних контурах станций. При этом вода не теряет своих свойств и может использоваться для коммунального водоснабжения

* Установка мини-ГЭС на линиях подачи промышленной воды. Позволяет получать электроэнергию, работая на трубопроводах подачи/циркуляции технической воды на промышленных предприятиях. Возможна также установка на неводные трубопроводы_с_неагрессивными_жидкими_средами

* Установка электрогенераторов в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха

Оборудование для МГЭС

Энергетическое оборудование для малой гидроэнергетики можно разделить:

1. По мощности:

* агрегаты для Микро ГЭС мощностью до 100 кВт включительно;

* агрегаты для Мини ГЭС мощностью до 1000 кВт включительно.

2. По условиям эксплуатации:

* работа параллельно с промышленной сетью;

* работа на изолированного потребителя.

Устанавливаемые мини-ГЭС могут работать как параллельно с сетью, так автономно, т.е. непосредственно питая потребителя. В первом случае используется асинхронный генератор, во втором - синхронный.

Для автономного использования в комплект оборудования обязательно входит блок балластной нагрузки, позволяющий рассеивать неиспользуемую потребителем на данный момент мощность, во избежание выхода из строя электрогенератора и систем контроля и управления.

Гидроагрегат малой ГЭС (МГЭС) состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. Для работы устройств, потребляющих небольшое количество электроэнергии (до 3 kW) можно использовать автомобильный генератор переменного тока. При условии установки дополнительного конвертационного оборудования, можно производить постоянный и переменный ток. Для работы устройств, потребляющих большое количество энергии (от 10 до 30 kW) используются индукционные или синхронные генераторы.

Существуют 2 основных разновидности турбин:

1. реактивные турбины, которые включают в себя пропеллерные и диагональные турбины

2. активные, которые включают в себя ковшовые турбины (турбины Пелтона), гидротурбины с наклонной осью и турбины поперечного потока. Для вращения лопастей во всех них используется давление воды. В свою очередь, лопасти вращают генератор, который и производит электроэнергию.

Реактивные турбины используются при низком давлении, активные турбины - при

высоком.

В настоящее время для малых ГЭС используются следующие виды турбин:

Пропеллерная

Поворотно-лопастная (Kaplan)

Радиально-осевая (Francis)

ковшовая (Pelton)

Вместе с турбиной вращается находящийся на том же валу генератор, который производит постоянный ток. Здесь может быть использован автомобильный генератор переменного тока. По проводам электричество идет к батареям. Затем, от батарейного ящика турбинного генератора к месту использования. Вода, проходя через турбину, падает в дренажную канаву, по которой и возвращается в реку. Поскольку такая микро ГЭС заряжает батареи безостановочно, то к вечеру, когда для освещения домов и потребляющих постоянный ток приборов необходимо наибольшее количество энергии, батареи будут полностью заряжены. Таким образом вырабатывается постоянный ток.

Переменный ток можно получать двумя способами. Первый - с помощью генератора получать постоянный ток, который затем с помощью стандартного электронного модуля конвертируется в переменный ток, напряжением и частотой соответствующий нагрузке. Другой метод - для более крупных систем. Он заключается в использовании стандартного асинхронного (индукционного) двигателя переменного тока. Получаемый переменный ток частотой и напряжением также соответствует нагрузке.

Заключение

Малая гидроэнергетика (МГЭС) является одним из направлений развития возобновляемых источников. МГЭС уже сегодня могут конкурировать с дизельными генераторами, являются привлекательными для малого и среднего бизнеса источником энергии, создают стимулы для регионального развития. Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии в нашей стране.

МикроГЭС (мощностью до 100 кВт) можно установить практически в любом месте. Гидроагрегат состоит из энергоблока, водозаборного устройства и устройства автоматического регулирования. Используются микроГЭС как источники электроэнергии для дачных поселков, фермерских хозяйств, хуторов, а также для небольших производств в труднодоступных районах - там, где прокладывать сети невыгодно.

Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. Небольшие ГЭС позволяют сохранить природный ландшафт, окружающую среду не только на этапе эксплуатации, но и в процессе строительства. При эксплуатации малых ГЭС отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она не теряет первоначальных природных свойств и может использоваться для водоснабжения населения. В реках сохраняется рыба. В отличие от других экологически безопасных альтернативных источников электроэнергии (таких, как солнце, ветер) малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу дешевой электроэнергии потребителю в любое время года.

Перечень потенциальных источников энергии для малой гидроэнергетики необычайно широк. Это небольшие реки, ручьи, естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем. Установка небольших гидроэнергоагрегатов возможна на технологических водотоках, таких как промышленные и канализационные сбросы.

Таким образом, малая гидроэнергетика является одним из наиболее эффективных направлений развития альтернативной энергетики.

Список использованной литературы

1)http://www.solarhome.ru/ru/hydro/index.htm - Источники энергии для малой гидроэнергетики

2)http://miniges.com/variant - Преимущества и недостатки мини ГЭС

3)http://www.inset.ru/r/predm.htm - Оборудование для мини ГЭС

4)Березовский Н.И. и др. Технология энергосбережения - Что такое мини ГЭС

5)Самойлов М.В. Основы энергосбережения - Классификация мини ГЭС

Размещено на Allbest.ru