Ресурсы гидроэнергетики

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Гидроэнергетика в мире

Гидроэнергетика -- область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию.

На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.

Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке -- 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.

Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).

На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны:

Страна - Потребление гидроэнергии в ТВт·ч

1. Китай - 585

2. Канада - 369

3. Бразилия - 364

4. США - 251

5. Россия - 167

6. Норвегия - 140

7. Индия - 116

8. Венесуэла - 87

9. Япония - 69

10. Швеция - 66

11. Франция - 63

2. Принцип работы

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

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

Основной принцип работы гидроэлектростанций (ГЭС) заключается в преобразовании механической энергии воды, обусловленной разностью высот, в электрическую энергию посредством турбины и генераторов. Существуют несколько разновидностей гидроэлектростанций: плотинные, деривационные и гидроаккумулирующие станции.

Плотинные ГЭС наиболее распространенный и мощный тип станций. Здесь используется плотина для перегораживания русла рек и создание водоема. Спуск воды производится либо для поддержания уровня в водоеме, либо когда возникает спрос на электроэнергию.

Деривационный тип не использует весь поток реки как плотинные ГЭС, а посредством каналов и водоотводов забирает только часть воды из реки для подачи на турбину. Соответственно для таких станций строительство плотины не требуется.

Гидроаккумулирующие станции перекачивают воду из более низкого резервуара в более высокий когда спрос и цена на электроэнергию не высоки, и когда спрос меняется сбрасывает воду и вырабатывает электричество.

Существуют еще, так называемые морские станции, работающие за счет энергии приливов и волн.

Потенциал гидроэнергетики в Казахстане оценен в 30 млрд.кВтч в год.

Что обеспечивают ГЭС?

Электроэнергию для

Центральных электросетей;

Изолированных электросетей;

Удаленных источников энергии.

…а также…

Надежность;

Очень низкие эксплуатационные затраты;

Уменьшение зависимости от изменения цен на электроэнергию.

Принцип работы

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 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 -- 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.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использованиянапора воды:

Высоконапорные -- более 60 м;

Средненапорные -- от 25 м;

Низконапорные -- от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях 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 принципаиспользования 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 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. 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 трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины;

В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Гидроэнергетика в мире

На 2005 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновимой и до 19 % всей электроэнергии 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 мира.

3. Гидроэнергетика в Казахстане

Малые ГЭС Казахстана -- малые гидроэлектростанции мощностью менее 25 МВт, расположенные на территории республики Казахстан.

Казахстан, в связи с наличием горного рельефа в южной и восточной части страны, обладает существенным гидроэнергетическим потенциалом. Реки региона принадлежат к бассейну реки Иртыш в восточной и северной части страны, реки Урал в западной части страны, реки Сырдарья и рек бассейна озера Балхаш в южной части страны. Гидроэнергетический потенциал используется несколькими крупными и средними ГЭС -- Бухтарминская ГЭС, Усть-Каменогорская ГЭС и Шульбинская ГЭС на Иртыше, Капчагайская ГЭС на реке Или, Чардаринская ГЭС на Сырдарье,Мойнакская ГЭС на реке Чарын.

Алматинский каскад

Расположен в Алматинской области, на реках Большая и Малая Алматинка. Состоит из 11 малых ГЭС общей мощностью 49,15 МВт, введённых в период 1944--1954 года. Собственник каскада -- государственное АО «Алматинские электрические станции». Возможно развитие каскада за счёт создания двух малых ГЭС общей мощностью 5 МВт.

Лениногорский каскад

Расположен в Восточно-Казахстанской области, на реках Громотуха и Тихая. Состоит из двух действующих ГЭС общей мощностью 11,78 МВт и нескольких ныне не функционирующих ГЭС, введённых в 1928--1949 годах. Собственник каскада -- ТОО «Риддер ГЭС»

Каратальская ГЭС

Строительство ГЭС началось в 1950 году, пущена в 1953 году, строительство завершено в 1954 году. Мощность ГЭС -- 10,08 МВт, среднегодовая выработка 50 млн.кВт.ч. В состав сооружений ГЭС входят водосбросная плотина, водоприёмник, деривационный канал, двухкамерный отстойник, деривационный трубопровод, уравнительный резервуар, три напорных водовода, здание ГЭС, отводящий канал. В здании ГЭС установлено 3 вертикальных гидроагрегата с радиально-осевыми турбинами, работающими при расчётном напоре 46,2 м. Турбины приводят в действие гидрогенераторы мощностью по 3,36 МВт. Производитель гидроагрегатов -- венгерская фирма Ganz,. Собственник ГЭС -- АО «Казцинк»

Каратальская ГЭС-2

Начало строительства ГЭС -- 31 апреля 2007 года, окончание строительства -- 19 сентября 2008 года. ГЭС деривационного типа, расположена ниже Каратальской ГЭС (осуществляет водозабор из её отводящего канала). Состав сооружений ГЭС:

железобетонный водозаборный узел, с тремя металлическими затворами;

железобетонный деривационный канал сечением 6Ч3 м, протяженностью 1331 м;

железобетонный напорный бассейн с аванкамерой, шугосбросом и затворами;

два железобетонных турбинных водовода сечением 2Ч2,2 м и длиной 86 м каждый;

здание ГЭС;

ОРУ 35 кВ;

железобетонный отводящий канал сечением 6Ч3 м, длиной 228 м;

холостой водосброс длиной 220 м с водобойным колодцем;

делитель с затворами;

земляной сбросной канал сечением 6Ч3 м и длиной 150 м.

Мощность ГЭС -- 4 МВт, среднегодовая выработка -- 19,5 млнкВт.ч. В здании ГЭС учтановлено два гидроагрегата мощностью по 2 МВт, работающих на расчетном напоре 19,8 м при общем расходе воды 25 мі/сек. Поставщик оборудования -- французская фирма SA „Mecamidi“. ОРУ 35 кВоднотрансформаторное. Проект ГЭС разработан ТОО „Казгидро“. Собственник станции -- ТОО „Каскад Каратальских ГЭС“.

Каратальская ГЭС-3

Начало строительства ГЭС -- февраль 2009 года, окончание строительства -- 22 декабря 2009 года. Расположена ниже Каратальской ГЭС-2 и осуществляет водозабор из её отводящего канала. ГЭС деривационного типа. Состав сооружений ГЭС:

водоприемник;

деривационный канал длиной 1 255 м;

напорный бассейн;

турбинные водоводы;

здание ГЭС;

отводящий канал;

делитель сбросной;

холостой сброс;

ОРУ 35 кВт.

Мощность ГЭС -- 4,4 МВт, в здании ГЭС установлены три гидроагрегата. Поставщик оборудования -- китайская фирма „Шанли. Проект ГЭС разработан ТОО „Казгидро“. Собственник станции -- ТОО „Каскад Каратальских ГЭС“.

Список гидроэлектростанций Казахстана

гидроэлектростанция гидроэнергетика водный электрический

Достоинства гидроэнергетики

использование возобновляемой энергии.

очень дешевая электроэнергия.

работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки гидроэнергетики

затопление пахотных земель

строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды

на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов

сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

Размещено на Allbest.ru