Использование гидроэлектростанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидроэлектроэнергия

Гидроэлектроэнергия - электричество вырабатываемое энергией воды, то есть, энергия произведённая за счет использования гравитационной силы воды. Это наиболее широко используемая форма возобновляемой энергии. Один построенный гидроэлектроэнергетический комплекс не производит никаких отходов, а также обладает более низким уровнем производства парникового газа - оксида углерода, чем при сжигании органического топлива при получение энергии на предприятиях. Во всем мире, гидроэлектроэнергетика произвела около 715,000 мегаватт электроэнергии к 2005. Это составило приблизительно 19% электричества во всем мире (в сравнении с 16% в 2003), и составляет более 63% электроэнергии из возобновляемых источников.

Производство электроэнергии

Большая часть гидроэлектроэнергии создается за счет потенциальной энергии запруженной воды, которая приводит в действие водяную турбину и генератор. В этом случае энергия полученная за счет использования воды зависит от объема и разницы в высоте между источником и водостоком. Это разница высоты называется напором. Количество потенциальной энергии воды пропорциональна напору. Для того чтобы получить очень большой напор, вода для гидравлической турбины может быть пущена через большую трубу называемую шлюзом.

Гидроаккумулирующие электростанции производят электроэнергию для того чтобы удовлетворить запросы пиков нагрузки, перемещая воду между резервуарами с различными подъемами. В моменты низкой потребности электропотребления, избыток энергии используется, чтобы закачать воду в более высокий резервуар. При максимальном потребление воды, она снова спускается в более низкий резервуар через турбину. Гидроаккумулирующие системы в настоящее время используются только для крупных промышленных, энергетических энергосистем , улучшая фактор суточной выработки электроэнергии. Гидроэлектрические станции у которых нет резервуаров для хранения воды называются русловыми ГЭС. Приливная электростанция использует ежедневное повышение и падение воды из-за приливов и отливов; такие источники - легко предсказуемы, и если условия позволяют сооружение водохранилищ, то они также могут быть использованы, чтобы генерировать электроэнергию высокого энергопотребления.

Менее распространенные типы гидросистем используют кинетическую энергию воды или незапруженные источники как, например, колесо мельницы.

Существует приблизительная формула, чтобы определять количество электроэнергии произведенное на гидростанции: P = hrgk, где P - мощность в киловаттах, h - напор в метрах, r - расход воды в кубических метрах в секунду, g - ускорение свободного падения 9,8 м/с², и k - коэффициент полезного действия, колеблющийся от 0 до 1. КПД зачастую высокое при использование крупных и более современных турбин.

Годовое производство электроэнергии зависит от имеющего количества водных ресурсов. В некоторых системах расход воды может изменяться в пропорции 10:1 в течение года.

Промышленные гидроэлектростанции

В то время как большое количество гидроэлектростанций обеспечивают электричеством муниципальные сети, некоторые обслуживают определенные промышленные предприятия. Специализированные гидроэлектростанции часто строятся, чтобы обеспечить достаточным количеством электричества необходимым для алюминиевых электролитических заводов. В Шотландских высокогорьях есть примеры в Кинлоклевен и Локабер, созданные в начале 20-ого столетия. The Grand Coulee Dam самая длинная в мире, во время Второй Мировой Войны снабжала электричеством «Alcoa alluminium» в Бэллингэме, Штат Вашингтон производивший Американские самолёты. В Суринами, водохранилище Brokopondo Reservoir было построено, чтобы обеспечить электричеством «Alcoa alluminium». Новозеландская электростанция Manapouri была сооружена, чтобы обеспечивать электричеством печь для расплавки алюминия в Тивай Поинт.

Небольшие гидроэлектростанции

Хотя большие гидроэлектростанции генерируют большую часть мировой гидроэлектроэнергии, в некоторых случаях требуются небольшие гидроэлектростанции. Такие станции действуют в Северной Америке и выдают до 10 или 30 мегаватт. Небольшая гидроэлектростанция может быть подключена к распределительной сети или может снабжать электричеством отдельные районы. Небольшие ГЭС обычно не требуют длительных экономических, технических и экологических исследований по сравнению с большими ГЭС, и часто могут быть построены на много быстрее. Работа небольшой ГЭС может быть применена в осуществление работы по контролю над наводнениями, для орошения или других целей, обеспечивая дополнительный доход для покрытия расходов. В местах, где раньше использовались водяные колёса для мельниц и других целей, зачастую могут быть реконструированы для производства электроэнергии, тем самым, исключая новое негативное влияние на окружающую среду. Небольшие ГЭС могут быть в дальнейшем разделены на миниГЭС, устройства мощностью около 1 МВт по величине, и микроГЭС , устройства мощностью от 100 кВт вплоть до нескольких кВт.

Небольшие ГЭС особенно популярны в Китае, который обладает более 50% от общего количества небольших ГЭС в мире.

Небольшие ГЭС в диапазоне мощности от 1 МВт до 30 МВт часто доступны у многочисленных производителей использующих стандартные комплектации; один подрядчик может обеспечить все основное механическое и электрическое оборудование (турбина, генератор, элементы управления, коммутационная аппаратура) выбирая из нескольких стандартных планировок подходящих для данного места. МикроГЭС используют разнообразное оборудование, промышленные центробежные насосы могут быть использованы как турбины, со сравнительно низкой стоимостью по сравнению со специально сконструированными турбинами.

Производство энергии с помощью турбин

Вот краткий обзор того, как движение воды используется для производства электроэнергии. Перемещение воды используется для вращения лопасти турбин, а кинетическая энергия турбинных лопаток затем преобразуется в электричество генераторами, которые соединены с турбинами. Существует два основных типа турбин, используемых в производстве гидроэлектроэнергии. Один тип известен как активная турбина, в то время как другой тип называют напорноструйной турбиной.

Активные турбины при работе использует скорости движущейся воды, для вращения турбинных лопаток. Как таковая, она больше подходит для водных источников, находящихся при более высоких основаниях (т.е. имеют более высокую "вершину" или высоту стоячей воды), даже с объем воды ниже (т.е. низкий "поток"). Текущая вода (иногда в виде водоструйного распыления) попадает на лопасти активных турбин с большой скоростью, и выходит из турбины с уменьшенной скоростью и под отклоненным углом. Это подобно удару мяча о землю с высокой скоростью, и отскакивающего от земли с меньшей скоростью и под отклоненным углом. Лопасти активных турбин обычно имеют чашеобразную форму, для захвата воды, когда она проходит через турбины. В отличие от этого, напорноструйные турбины используют давление движущейся воды, для перемещения своих лопастей. Лопасти расположены в больших объемах движущейся воды (т.е. высокий "поток") и повернуты по всему объему течения воды, проходящей через лопатки. Поскольку внимание сосредоточенно не на скорости движения воды, напорноструйная турбина пригодна для водных источников, имеющие более низкие основания (т.е. имеют более низкие "вершины"). Лопатки напорноструйной турбины не изменяют свое вращение от удара движущейся воды так существенно, как лопатки активных турбин. Лопатки напорноструйных турбин попросту вращаются под воздействием движущейся воды, когда движение воды пробивает и проходит через них.

Преимущества гидроэлектростанций

Существует много преимуществ в использовании гидроэлектростанций. гидроэлектростанция турбина производство напор

Основным преимуществом гидроэлектроэнергии является отсутствие затрат на топливо. Затраты при эксплуатации ГЭС почти не увеличивают расходы на ископаемое топливо, такого как нефть, природный газ или каменный уголь, а также не требуется никакой доставки.

Гидроэлектростанции так же, как привило, обладают более длительным сроком службы по сравнению с генераторами, работающие при сжигании топлива, некоторые гидростанции, которые сейчас эксплуатируются, были построены от 50 до 100 лет тому назад. Расходы на операторов обычно находится на низком уровне, так как станции автоматизированы и имеют небольшое количество рабочего персонала в процессе нормальной работы.

В местах, где дамба служит для нескольких целей, гидроэлектростанция может быть сооружена со сравнительно низкими затратами на строительство, при условии, что доход будет компенсировать расходы на строительство дамбы. Было подсчитано, что продажа электроэнергии гидростанцией «Three Gorges Dam» покроет затраты на строительство за 5 - 8 лет работы.

Совместная деятельность

Водохранилища, созданные гидроэлектростанциями, часто предполагают, благоприятные условия для водных видов спорта и привлекают к себе туристов. Многоцелевые дамбы, установленные для орошения, обеспечивают сельское хозяйство сравнительно постоянным водоснабжением. Большие водяные плотины могут проводить контроль над наводнениями, которые в противном случае наносили бы урон людям, живущим ниже по течению.

Проблемы гидроэлектроэнергии

Несмотря на огромные преимущества, которые предполагает гидроэнергетика, она имеет свои недостатки.

Первое, выход электроэнергии гидроэлектростанций в значительной степени зависит от потока поступления воды в реках и климатических условий. Климатические условия, такие как засухи, могут привлечь за собой чрезвычайное уменьшение потока воды в реках, как таковое влечет за собой резкое сокращение выхода электроэнергии гидроэлектростанций. Может возникнуть дефицит электроэнергии в районах, который во многом зависит от гидроэнергетики. Чтобы решить эту проблему бесперебойного энергообеспечения городов, для которых использование гидроэлектроэнергии обеспечивает деятельность их предприятий, может потребоваться пару гидроэлектроэнергии с другими источниками возобновляемой энергии, таких как солнечная энергия или энергия ветра.

Гидроэнергетические сооружения являются дорогостоящие в постройке. Мало того, что для необходимы большие площади, но и предполагает строительство массивных конструкций, таких как дамбы или гигантских турбин, что потребует значительных ресурсов, практического опыта и затрат. По фактическим оценкам, в 20 веке, около $ 2 трлн было потрачено на строительство плотин.

Гидроэлектростанции объекты, типа плотин подразумевают под своей работой сдерживание большого объема воды за толстыми стенами плотины. Некачественное строительство или техническое обслуживание, землетрясения или другие непредвиденные явления могут привести к катастрофам для населения и живой природы.

Хотя применение плотин предлагает собой источник бесплатной, экологически чистой и возобновляемой энергии, когда идет их строительство, возникают некоторые спорные вопросы охраны окружающей среды связанные с использованием дамб. Некоторые экологи утверждают, что плотины оказывают сильное воздействие на экосистему.

Один из часто приводящихся примеров, является популяция Лосося. Строительство плотин помешало миграции рыбы вверх по течению рек, для достижения нерестилищ, тем самым влияя на популяцию вида и место его проживания. Решение этой проблемы, в настоящее время, нашли, рыбоподъемники обеспечивают путь через плотину вверх по течению. Рыбный трап представляет собой конструкцию, состоящая из ряда нескольких низких ступеней, которая позволяет рыбам перепрыгивать свой ??путь, постепенно, вверх по течению. В рыбопропускных сооружениях, скорость текущей воды по ступеням должна быть достаточно большая, чтобы привлечь рыбу, при этом не слишком большая, чтобы предотвратить плавание рыб по лестнице, и соблюсти прыгание их по ступенькам.

Еще одной экологической проблемой является то, что воды, выходящие из турбины, как правило, изменяют свои свойства, по сравнению с водами входящими в нее. Например, вода вниз по течению плотины, как правило, гораздо теплее, чем в водах вверх по течению. Это повышение температуры может поставить под угрозу животный мир и создать опасность для исчезающих видов, живущих в водах ниже по течению.

Сравнение с другими методами производства энергии

Гидроэлектроэнергия не производит газодымовые выбросы, образующиеся при сжигании горючего топлива, включающие в себя такие вещества как двуокись серы, окись азота, угарный газ, пыль, и ртуть в каменном угле. Гидроэлектроэнергия позволяет избежать опасность, связанную с добычей угля и косвенное воздействие на здоровье человека при угольных выделениях. По сравнению с ядерной энергией, гидроэлектроэнергия не генерирует радиоактивные отходы, не связана с опасной добычей урана и возможностью ядерных утечек. В отличие от урана, гидроэлектроэнергия является также возобновляемым источником энергии.

По сравнению с ветреными источниками энергии, ГЭС имеет более предсказуемую движущую силу. Если построено водохранилище, то возможно производить энергию, в том количестве в котором она необходима. ГЭС могут легко следить за изменениями спроса на электроэнергии.

В отличие от газовых турбин, сжигающих ископаемое топливо, строительство ГЭС требует долгосрочного периода для изучения строительной площадки, гидрологического исследования и оценки влияния на окружающую среду. Гидрологические данные для больших ГЭС определяют место и режим работы вплоть до 50 лет или более. В отличие от станций, работающих на топливе, таком как уголь или ядерное топливо, количество мест, где могут быть сконструированы ГЭС ограничено; в местах с наиболее экономической эффективностью они уже эксплуатируются. Новые места для построения ГЭС должны быть удалены от населенных пунктов и требуют дополнительных линий электропередач. Получение гидроэлектроэнергии зависит от количества осадков в водоразделе, и может быть значительно меньше в годы низкого количества осадков или таяния снега. Долгосрочное энергетическое производство, может быть, зависимо от перемен в климате. Первоначальная прибыль при эксплуатации гидроэлектростанций может быть вложена для сооружения дополнительных водохранилищ, гарантирующие достаточное количество выработки электроэнергии в годы с низким уровнем воды в реках.

В частях Канады (провинции Британская Колумбия, Манитоба, Онтарио, Квебек, Ньюфаундленд и Лабрадор) гидроэлектроэнергия используется так широко, что слово "гидро" часто используется, когда ссылаются на любую электроэнергию в энергосистеме общего пользования. Государственные энергосистемы в этих провинциях называются БК Гидро, Манитоба Гидро, Гидро Один (раньше “Онтарио Гидро”), Гидро-Квебек, Ньюфаундленд и Лабрадор Гидро соответственно. Hydro-Quеbec - самая большая в мире гидроэлектроэнергетическая компания, с установленной полной мощностью (2007) 35,647 МВт.

Размещено на Allbest.ru