Гэс тэс: Энергия — наша работа!

Почему ГРЭС не ГЭС: в чем разница?

Коротко о главном

ГРЭС расшифровывается как государственная районная электростанция. Это исторически сложившийся термин: в советское время мощные электростанции проектировались для снабжения теплом и электроэнергией близлежащих районов. В современном понимании ГРЭС обозначает тепловую электростанцию (ТЭС). В качестве топлива используется уголь или газ. В составе Сибирской генерирующей компании работает пять угольных ГРЭС — Назаровская, Беловская, Рефтинская, Красноярская ГРЭС-2, Томь-Усинская. Их общая установленная мощность достигает 8 978,4 МВт. При максимальной нагрузке электростанций этой мощности хватит, чтобы одномоментно зажечь 41 миллион лампочек, или осветить 882 города.

Рефтинская ГРЭС – самая мощная в СГК, её установленная мощность 3800 МВт
Скачать

ГЭС — это гидроэлектростанция. В качестве источника энергии используется сила водного потока. Поэтому их строят на больших и малых реках. При помощи плотины создается перепад высот воды, также образуется водохранилище. Самая крупная по количеству вырабатываемой электроэнергии ГЭС в нашей стране — Саяно-Шушенская. Она находится на реке Енисей, на границе Красноярского края и Республики Хакасия, возле города Саяногорска. Кстати, на Енисее установлены ещё две гидроэлектростанции — Майнская и Красноярская.

Электрическая мощность Саяно-Шушенской ГЭС 6400 МВт
Скачать

И рев воды разрезал тишину…

Основные различия между ГРЭС и ГЭС содержатся в технологической цепочке производства электроэнергии.

Принцип работы ГЭС заключается во вращении лопастей турбины, происходящем под напором падающей с плотины воды. Напор приводит турбину в движение, в результате чего она вращает генераторы. Именно они и вырабатывают электроэнергию, которая по линиям высоковольтных передач поступает к потребителю.

Установленная мощность 12 гидроагрегатов Красноярской ГЭС 6000 МВт. Станция занимает второе место в России
Скачать

ГРЭС работает на топливе, но вода также необходима в производстве электроэнергии. В топочных котлах ГРЭС при сжигании топлива вода нагревается до состояния пара, его температура достигает более 500 градусов. Пар раскручивает лопатки турбины, потенциальная энергия сжатого и нагретого пара превращается в кинетическую. Вал турбины вращает связанный с ним ротор электрогенератора. Вращение ротора обеспечивает возбуждение обмотки статора, на которой и генерируется электрическая энергия. Оставшаяся после цикла производства горячая вода используется для отопления, либо сбрасывается в водоем. 

ГРЭС может вырабатывать тепловую и электрическую энергию, ГЭС — только электроэнергию.

Не похожий на меня, не похожий на тебя

Объемы электроэнергии, вырабатываемые ГЭС, зависят от качественных характеристик водоема, на котором она стоит, и от установленной мощности самой станции. Для эффективной выработки электроэнергии на ГЭС нужно круглогодичное гарантированное обеспечение водой. Поэтому в период низкой водности рек угольные ГРЭС берут на себя большую нагрузку, чтобы заместить выбывшие мощности гидроэлектростанций и произвести необходимый потребителям объем электроэнергии. 

Объемы электроэнергии, которые выдает ГРЭС, зависят также от установленной мощности, а еще от количества и качества используемого топлива. На ГРЭС СГК используется бурый и каменный уголь. Например, Красноярская ГРЭС-2 за последние три года сожгла в своих котлах порядка 10 млн тонн угля, в среднем сгорала 51 тонна в час.    

При этом ГРЭС, в отличие от ГЭС, круглогодично может вырабатывать приблизительно одинаковый объём электроэнергии и бесперебойно функционировать даже в самые сильные морозы.

ГРЭС выдаёт мегаватты при любых погодных условиях
Скачать

Несмотря на принципиальные различия в производственном процессе, и ГРЭС, и ГЭС имеют одну общую важную функцию — выработку электроэнергии, которая жизненно необходима во всех сферах человеческой деятельности.

Сложившийся в Сибири союз гидро- и тепловой генерации надежно обеспечивает страну доступной энергией. Когда в реках большая вода — ГЭС несут полную нагрузку, а тепловые станции находятся в резерве и экономят топливо. Как только вода снижается, оперативно включаются мощности ГРЭС и ТЭЦ, дополняя то, что по объективным причинам не могут дать гидроэлектростанции. Другими словами, ГЭС обеспечивает базовую потребность в электроэнергии, а тепловые станции чутко реагируют на изменения. Именно поэтому в Сибири сохраняется низкая цена на электрическую энергию. 

«ТГК-1» в Мурманской области | ТГК-1

Электрификация Заполярья

Первой крупной энергетической стройкой, которая, по замыслам авторов проекта, должна была дать толчок к освоению минерального сырья Кольского полуострова, стала Нивская ГЭС-2 (получившая свое название от реки Нива). Сюда летом 1930 г. прибыл первый отряд гидростроителей. Спустя четыре года в строй был введен первый гидроагрегат. 30 июня 1934 г. навсегда вошло в историю Кольского полуострова как день начала электрификации Заполярья. В последующие 20 лет здесь построены еще две станции. При этом одна из них была уникальной: Нива ГЭС-3 стала первой подземной станцией в Советском Союзе. Ее машинный зал находится на глубине 75 метров.

Второй станцией, построенной в 1937 г. по плану ГОЭЛРО, была Нижне-Туломская ГЭС. В 1940 г. обе ГЭС были соединены линией электропередач напряжением 110 кВ.

Послевоенное строительство

В послевоенные годы энергетика Северо-Запада активно развивалась. Строились новые станции в Ленинграде, Петрозаводске, Мурманске. В 1950-х — конце 1960-х годов были построены 5 гидроэлектростанций Пазского Каскада; возведена Апатитская ТЭЦ в г. Апатиты Мурманской области; завершилось формирование Каскада Туломских ГЭС.

В 1970-х — середине 1980-х годов осваивались гидроресурсы рек Воронья и Териберка, в строй вошли станции Серебрянского каскада.

Растущий Мурманск потребовал новых мощностей. В 1973 и 1982 годах были введены в строй самые мощные на Кольском полуострове Южная и Восточная котельные Мурманской ТЭЦ, к сетям которых подключили тысячи жилых зданий. 

«ТГК-1» в Мурманской области сегодня

Сегодня в состав филиала «Кольский» ПАО «ТГК-1» входят расположенные на территории Кольского полуострова 17 станций трех каскадов ГЭС, а также Апатитская ТЭЦ, одна из крупнейших теплоэлектроцентралей области. Гидроэнергетический потенциал региона освоен в бассейнах рек Нива, Тулома, Ковда, Воронья, Териберка и Паз.

В ноябре 2014 года завершена модернизация Иовской ГЭС Каскада Нивских ГЭС. Вместо турбин пропеллерного типа установлены более эффективные поворотно-лопастные. Модернизация дополнительно повысила КПД и надежность гидроагрегатов, а также расширила их рабочий диапазон, что позволяет более плавно и оперативно регулировать нагрузку в соответствии с потребностями энергосистемы региона.

Дочерними обществами ПАО «ТГК-1» в Мурманской области являются ПАО «Мурманская ТЭЦ» и АО «Хибинская тепловая компания».  

Проекты

Российская Федерация, г. Калининград

Строительство электростанции в составе четырех парогазовых энергоблоков общей мощностью 455,2 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Калининградская область, г. Гусев

Строительство электростанции в составе двух ГТУ общей мощностью 157,35 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Калининградская область, г. Советск

Строительство электростанции в составе двух ГТУ общей мощностью 159 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Красносулинский район, Ростовская область

Строительство ветряной электростанции мощностью 98,8 МВт

Ветропарк

Российская Федерация, Калининградская область, г. Светлый

Строительство электростанции в составе трех паросиловых энергоблоков общей мощностью 195 МВт

Кузнецкий каменный уголь

Российская Федерация, Республика Башкортостан

Завершение строительства электростанции на базе двух парогазовых энергоблоков суммарной мощностью 440 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Свердловская область

Строительство парогазового энергоблока № 12 ПГУ-420 Верхнетагильской ГРЭС

Природный газ

Российская Федерация, Пермский край

Строительство парогазового энергоблока № 4 мощностью 800 МВт Пермская ГРЭС

Природный газ

Афганистан

Реконструкция гидроагрегата №1 и капитальный ремонт гидроагрегата №3 мощностью 25 МВт каждый

Гидроэлектростанция

Бангладеш

Капитальный ремонт блока № 5 мощностью 210 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Челябинская область

Строительство электростанции в составе двух парогазовых энергоблоков общей мощностью 800 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Тульская область

Строительство пылеугольных энергоблоков № 8 и №9 мощностью 225 МВт каждый Черепетской ГРЭС

Кузнецкий уголь марки ДГ

Российская Федерация Ханты-Мансийский АО

Строительство блока №3,1 мощностью 400 МВт Нижневартовской ГРЭС

СОГ (сухой отбензиненный газ)

Российская Федерация, Краснодарский край

Строительство теплоэлетростанции мощностью 200,7 МВт

Природный газ

Бангладеш

Капитальный ремонт энергоблока мощностью 210 МВт

Природный газ

Российская Федерация, Республика Бурятия

Восстановление пылеугольного энергоблока № 4 мощностью 210 МВт Гусиноозерской ГРЭС

Бурый уголь марки ЗБР Переяславского разреза

Российская Федерация, Омская область

Строительство парогазового энергоблока мощностью 85 МВт Омской ТЭЦ-3

Природный газ

Российская Федерация, Томская область

Строительство энергоблока мощностью 15 МВт и котла-утилизатора Томской ТЭЦ-1

Природный газ

Российская Федерация, Ямало-Ненецкий АО

Строительство парогазового энергоблока мощностью 460 МВт Уренгойской ГРЭС

Природный газ

Российская Федерация, Забайкальский край

Строительство пылеугольного энергоблока № 3 мощностью 225 МВт Харанорской ГРЭС

Уголь

Российская Федерация, Ивановская область

Строительство парогазового энергоблока № 2 мощностью 325 МВт на промышленной площадке Ивановской ГРЭС

Природный газ

Российская Федерация, Калининградская область

Строительство парогазового энергоблока № 2 мощностью 450 МВт Калининградской ТЭЦ-2

Природный газ

Российская Федерация, Краснодарский край

Строительство парогазового энергоблока № 3 мощностью 80 МВт Сочинской ТЭС

Природный газ

Таджикистан

Строительство Сангтудинской ГЭС-1 мощностью 670 МВт

Гидроэлектростанция

Гидроэлектростанции — Ассоциация «Гидроэнергетика России»

Гидроэлектрическая станция
(гидроэлектростанция, ГЭС) это электростанция, преобразующая механическую энергию воды в электрическую энергию.

По установленной мощности и выработке гидроэлектростанции находятся на втором месте в мире после тепловых электростанций (более 1400 ГВт и около 4 200 ТВт ч соответственно на начало 2018 г.).

В настоящее время на территории России функционируют 185 гидроэлектростанций, в том числе: 15 ГЭС мощностью свыше 1000 МВт, 102 ГЭС мощностью свыше 10 МВт, две ГАЭС (Загорская ГАЭС и ГАЭС каскада Кубанских ГЭС) и Зеленчукская ГЭС-ГАЭС.

При низкой себестоимости вырабатываемой электроэнергии ГЭС и ГАЭС характеризуются высокими удельными капитальными затратами.

Мощность и выработка крупных ГЭС значительно превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и АЭС. Мощность крупнейшей в мире ГЭС «Три ущелья» (на р. Янцзы, Китай) 22,5 ГВт, а ее выработка составляет около 100 млрд кВт⋅ч в год. Крупнейшая ГЭС в России Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего мощностью 6,4 ГВт ежегодно вырабатывает более 22 млрд кВт⋅ч.

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая сосредоточенный перепад уровней (напор) и водохранилище, обеспечивающее перераспределение речного стока в течении определенного срока (периода регулирования), а также здание ГЭС, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование. В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа (водохранилища) в нижний бьеф, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую.

Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами, играют решающую роль в обеспечении надежности, устойчивости и живучести Единой энергетической системы России (ЕЭС России).

Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС.

Малые ГЭС (мощностью до 25 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС.

ГЭС—ГАЭС вырабатывает электроэнергию в период пика нагрузки за счет притока воды в верхний бьеф и за счет перекаченной из нижнего бьефа в верхний в период провалов нагрузки в энергосистеме. Реконструкция ГЭС в ГЭС—ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.

Основными препятствиями для создания новых гидроэлектростанций и, прежде всего, крупных ГЭС являются несовершенство законодательной и нормативной базы, необходимость в большинстве случаев вывода из оборота земель и переселения жителей, сложность проектирования (географические и геологические условия в каждом случае уникальны), масштабные риски проектных и строительных ошибок, длительные сроки строительства, необходимость безусловного учета на всех этапах (от проектирования до эксплуатации) современных требований, касающихся охраны окружающей среды. В то же время безусловным достоинством гидроэнергетики является улучшения экологической обстановки и значительное снижение (на 20-40 %) выбросов углекислого газа в атмосферу.

Литература:

Основы современной энергетики. Курс лекций для менеджеров энергетических компаний Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е. В. Аметистова, Издательство МЭИ, 2004

Hydropower status report 2018. Sector trends and insights. International Hydropower Association (IHA)

Ученые: крупные ГЭС слишком дороги и вредят экологии

6 ноября 2018

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Из-за строительства Оровиллской плотины в Калифорнии были переселены 10 тысяч человек

Власти Европы и США постепенно отказываются от использования крупных гидроэлектростанций, так как те наносят большой вред экологии и к тому же экономически невыгодны, утверждают американские ученые. В России тенденции к отказу от ГЭС эксперты пока не видят.

Каждый год в развитых странах демонтируются десятки ГЭС, но при этом развивающиеся страны продолжают активно строить дамбы на крупных реках.

Сегодня 71% возобновляемой электроэнергии в мире вырабатывается гидроэлектростанциями.

Пик строительства ГЭС в Европе и США пришелся на 1960-е годы, после чего начался спад. Сегодня в США на гидроэлектростанции приходится лишь около 6% выработки электроэнергии.

Как отмечают авторы исследования, опубликованного в научном журнале PNAS, раньше власти были заинтересованы в дешевой электроэнергии и не учитывали в полной мере экологических и социальных рисков.

Более 90% ГЭС, построенных с 1930-х годов, оказались более дорогими в эксплуатации, чем изначально предполагалось. Кроме того, они нанесли вред речной экологии, привели к переселению миллионов человек и способствовали изменению климата за счет парниковых газов с затопленных территорий.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Плотина на реке Элва в штате Вашингтон была демонтирована в 2011 году

«Описывая пользу ГЭС, нам обычно рисуют радужную картину выгод от их применения. Но эта картина обманчива, а о рисках предпочитают не говорить. Платить же по счетам ощущаются в обществе гораздо позднее», — отметил автор исследования, профессор Мичиганского университета Эмилио Моран в интервью корреспонденту Би-би-си по вопросам науки Мэтту Макграту.

В докладе в качестве примеров приводятся две дамбы на реке Мадейра в Бразилии, строительство которых завершилось всего пять лет назад и которые, по предварительным прогнозам, из-за изменения климата будут производить гораздо меньше энергии, чем ожидалось.

В развивающихся странах в процессе строительства сейчас находятся около 3700 крупных и средних ГЭС.

Энергия не для людей

Авторы доклада обеспокоены тем, что многие из этих проектов могут нанести непоправимый вред крупным рекам, на которых они строятся.

Электростанция «Гранд Инга» на реке Конго, как предполагается, должна будет вырабатывать более трети от всего нынешнего объема электричества в Африке.

Однако, по мнению ученых, проект стоимостью в 80 млрд долларов направлен в первую очередь на обеспечение индустриальных нужд.

«Более 90% электроэнергии от этой станции пойдет на добычу полезных ископаемых в Южную Африку, а люди в Конго не получат этой энергии», — говорит профессор Моран.

«В Бразилии линия электропередач проходит над головами людей и тянется на 4000 километров, но эта энергия не доходит до их домов», — сетует он.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Уровень воды у плотины Гувера на озере Мид в последние годы снижается

«Благие цели массовой электрификации полностью перекрываются интересами крупных игроков, которые и продвигают эти технологии. Власти поддаются на их уверения в том, что все так и нужно», — объясняет ученый.

В докладе отмечается, что огромные сооружения на этих реках уничтожают источники продовольствия. В частности, от них могут пострадать около 60 миллионов человек, живущих за счет рыболовства на реке Меконг: ущерб может составить до 2 млрд долларов.

Дамбы могут привести к вымиранию тысяч редких биологических видов.

Несколько источников

В Бразилии, где 67% электричества вырабатывается ГЭС, число дамб растет по мере уменьшения мощности рек.

С приходом к власти в стране нового президента Жаира Болсонару временный запрет на постройку новых гидроэлектростанций, как ожидается, будет снят. Власти уже планируют построить 60 новых дамб.

Авторы исследования считают, что с учетом развития возобновляемой энергетики следует совмещать мощности ГЭС с другими источниками энергии.

«У огромных ГЭС нет будущего, это наше однозначное заключение. Чтобы сохранить гидроэнергетику в XXI веке, нам нужно совмещать несколько источников возобновляемой энергии», — утверждает профессор Моран.

«Нужно больше инвестировать в солнечную, ветряную и в гидроэнергетику (там, где это необходимо) — но мы должны придерживаться четких стандартов, где были бы видны все риски и доходы», — заключает ученый.

Пиковые нагрузки

В России пока не наблюдается тенденции к отказу от крупных ГЭС, поскольку реальной альтернативы им пока нет, отмечает заместитель директора Института водных проблем РАН Михаил Болгов.

«В условиях совеременной экономики гидроэлектростанции производят весьма дешевую энергию и покрывают так называемые пиковые нагрузки: выработкой электроэнергии на ГЭС можно легко управлять и тем самым покрывать всплески потребления электричества», — пояснил Болгов Би-би-си.

Кроме того, дамбы используются для водоснабжения сельского хозяйства, в первую очередь для орошаемого земледелия, добавляет эксперт.

При этом, по его словам, энергетическая стратегия России на данный момент не предуматривает строительства новых крупных ГЭС, так как дефицита электроэнергии не наблюдается.

Сегодня в России гидроэлектростанции вырабатывают примерно 18-20% от всей потребляемой в стране электроэнергии.

Болгов подчеркивает, что влияние ГЭС на окружающую среду уже давно волнует экологов, но выполнение их требований, как правило, не выгодно владельцам турбин, так как ведет к уменьшению выработки электричества.

Однако демонтаж крупных дамб может принести еще более серьезный урон экологии, чем их использование.

«Если мы начнем спускать водохранилища, то миру откроется огромное количество загрязненных донных отложений, и возникнет еще одна колоссальная проблема: что с ними делать?» — задается вопросом эксперт.

Альтернативная траектория найдена — Энергетика и промышленность России — № 03-04 (359-360) февраль 2019 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 03-04 (359-360) февраль 2019 года

От того, как отрасль сможет ответить на них, зависит ее стратегическое будущее. При этом немедленный отказ от угольной генерации во всем мире, обусловленный экологическими соображениями, представляется малореалистичным сценарием, однако и долгосрочное сохранение status quo тоже невозможно.

Признанный лидер

К такому выводу пришли эксперты Московской школы управления Сколково — руководитель направления «Электроэнергетика» Центра энергетики Алексей Хохлов и старший аналитик по электроэнергетике Юрий Мельников, подготовившие исследование «Угольная генерация. Новые вызовы и возможности».

Аналитики отмечают: угольная генерация остается лидером в мировом производстве электроэнергии. По данным Международного энергетического агентства, в период 2000-2017 гг. ее доля в мировой структуре производства электроэнергии находилась в диапазоне 38-41%. В 2017-м угольные электростанции выработали свыше 9,7 тыс. ТВт-ч электроэнергии — в 1,6 раза больше, чем газовые электростанции, и почти столько же, сколько все остальные, взятые вместе, включая АЭС, ГЭС и новые ВИЭ.

Особенностью угольной генерации в мировом масштабе является высокая концентрация ее размещения. В 2017 г. 90% мирового объема электроэнергии из угля произвели 13 стран. Три из них — Китай, США и Индия – отвечают за 70% глобальной угольной генерации, а в четырех (Китае, Индии, Польше и ЮАР) более двух третей электроэнергии в 2017-м было получено из угля.

По вводам новых мощностей угольных ТЭС безусловным лидером является Китай, который обеспечивал от 50 до 90% глобальных вводов ежегодно в течение 2006-2018 гг. С 2006-го по июль 2018-го Китай и Индия обеспечили 85% вводов угольной генерации в мире, или более 870 ГВт. Ежегодные вводы мощностей в мире закрепились на отметке не менее 70 ГВт, хотя в 2015-м достигли 110 ГВт и с тех пор пока снижаются.

Вызовы и ответы на них

Эксперты полагают, что в эпоху «энергетического перехода» и бурного развития новых технологий в ТЭКе (имеются в виду ВИЭ, накопители электроэнергии, распределенные энергоресурсы, нетрадиционные методы добычи газа) угольной генерации следует приготовиться к новым вызовам. Среди них – ужесточение экологических требований к выбросам угольных электростанций, борьба с изменением климата путем снижения выбросов парниковых газов (в первую очередь, СО2), усиление межтопливной конкуренции с природным газом в условиях снижения его цены, диверсификации мест добычи и способов транспортировки. Сыграет свою роль рост вводов генерации на основе ВИЭ в результате реализации госпрограмм их поддержки и кратного снижения стоимости.

Юрий Мельников и Алексей Хохлов считают: поскольку большая часть вызовов связана с экологическими аспектами и наступлением «конкурентов» в части уменьшения сравнительных затрат – LCOE, базовым ответом должно стать радикальное повышение эффективности и экологичности угольных ТЭС. В мире этот технологический ответ известен под общими понятиями «Clean Coal» или «High Efficiency Low Emissions» (HELE). Он включает в себя технологические решения (большей частью полностью коммерциализированные во многих странах мира) в двух главных направлениях: решения по подавлению выбросов загрязнителей и очистке дымовых газов – от повышения качества сжигаемого угля до применения установок азото-, сероочистки и золоулавливающих фильтров на ТЭС; и решения по борьбе с изменением климата – от общего повышения эффективности угольной генерации до улавливания углекислого газа и совместного сжигания биомассы.

Два сценария

Институт энергетических исследований РАН и Центр энергетики Московской школы управления Сколково совместно разрабатывают и ежегодно обновляют прогноз развития энергетики мира и России до 2040 г. Как правило, аналитики предлагают два сценария: консервативный («все идет как идет») и инновационный. Суть второго – в ускоренном развитии новых технологий (как на стороне спроса на энергию, так и на стороне ее производства), их удешевлении, активной господдержке, снижении барьеров на пути их проникновения на глобальные рынки; в усилении международной кооперации и повышении конкуренции.

Исходя из консервативного сценария, в целом по миру объем угольной генерации немного растет, отставая от роста суммарной генерации – за счет этого доля угольной генерации снижается. При этом 14 стран обеспечат 90% объемов такой генерации по всему миру на горизонте до 2040 года, в половине из них выработка возрастет, в половине – снизится. Рост объемов угольной генерации ожидается в Китае, Индии, России, Южной Корее, Малайзии, Индонезии и Вьетнаме, а в США, Германии, Польше, Японии, Турции, ЮАР, Австралии ее доля будет уменьшаться.

В инновационном же сценарии, несмотря на ускоренное развитие и продвижение государствами новых технологий, сюрпризов не предвидится: падение доли угольной генерации ускорится за счет более интенсивного замещения ее ВИЭ и природным газом, но абсолютные объемы сохраняются на высоком уровне (95% от уровня 2018 г.).

К слову, в обоих сценариях ключевым отличием следующих 22 лет развития угольной генерации от предыдущих 20 лет является замедление темпов роста и постепенное снижение доли в общем балансе. Тренд на обновление, повышение эффективности и экологичности угольной генерации, который наметился в последние годы, позволит удерживать конкурентоспособные позиции с другими секторами энергетики.

Необходимо выбрать курс

Россия входит в топ-10 стран по объему выработки угольной генерации, замыкая этот список. Доля угольной генерации у нас росла в 1990-х гг. и достигла максимума в 2000-м, после чего последовательно снижалась, что обусловлено конкуренцией с газом. Между тем, установленная мощность угольных ТЭС в России составляет 22% – вдвое больше АЭС и чуть больше ГЭС – и уступает только мощности газовых ТЭС. Наиболее значительна доля мощности угольных ТЭС в Сибирском федеральном округе, а также в Дальневосточном и Уральском округах.

В России, полагают эксперты Сколково, возможны разные траектории развития угольной генерации: продолжение текущего курса, «зеленая» или «угольная» альтернатива. Если будет выбран первый вариант, объемы угольной генерации в стране, вероятно, стабилизируются, но ее доля будет медленно снижаться (с 14-16% до 13,5-12%).

Под «зеленой» альтернативой подразумевается, что энергетическая политика России будет в значительной степени дополнена климатической и экологической компонентой. В таком случае ужесточатся требования к чистоте воздуха, будет введен углеродный налог или система торговли выбросами. Это приведет к снижению конкурентоспособности угольной генерации на фоне газовой, в долгосрочной перспективе – и на фоне возобновляемой энергетики. Но возможна альтернатива: приоритетом должно стать создание экономических стимулов для повышения эффективности сектора, прежде всего, за счет когенерации и экологичности угольных ТЭС, развитие технологий «чистого угля».

Мнение

Алексей Хохлов:


– Будущее угольной генерации затрагивает жизни миллионов людей, и в процесс принятия соответствующих решений следует вовлечь все заинтересованные стороны – общество, энергокомпании, органы власти, регионы и экспертное сообщество. Тем более при всей простоте развилки зачастую высказываются полярные мнения относительно предпочтительного варианта. В любом случае жизнь заставит угольную генерацию в России искать ответы на растущие внешние вызовы.

Юрий Мельников:


– Серьезный накопленный физический износ и существенное технологическое отставание (в том числе по экологическим показателям) угольных ТЭС в России от среднемирового уровня создает вызов – сектор давно нуждается в серьезном обновлении, модернизации. Вместе с тем, имеющимися сейчас механизмами эти накопленные проблемы решить практически невозможно. Эффективность, экологичность, конкурентоспособность с другими источниками генерации, надежность обеспечения потребителей тепловой энергией, энергобезопасность и социальное развитие «угольных регионов» – все эти аспекты зависят от выбора стратегии на уровне регулятора.

ТЭЦ Красный Октябрь | Виртуальный музей истории энергетики Северо-Запада

Первая тепловая электростанция, построенная в СССР по плану ГОЭЛРО. 

В 1912 г. Общество районных электрических станций (дочернее предприятие немецкой компании Siemens, занимающееся строительством электростанций для земской управы) на глухой окраине Петрограда в местечке Уткина Заводь начало строить новую электростанцию с одноименным названием. 

Строительство остановилось на время Первой мировой войны. 

В 1920 г., когда был принят план электрификации России, строительство электростанции возобновилось. К 1922 г. станция «Уткина Заводь» была не только построена, но и оснащена оборудованием. 

2 октября 1922 г. строители станции отправили телеграмму по адресу: «Москва. Кремль. ЛЕНИНУ», в которой писали: «Работники Уткиной Заводи, знаменуя 8 октября открытием электростанции, выражают свою горячую радость по случаю Вашего выздоровления и просят Вас принять участие в торжестве нового завоевания на экономическом фронте Республики. Мы не мыслим настоящего торжества полным и завершенным без Вашего участия, как замечательного электрификатора России и вождя мирового пролетариата».

Строительство ТЭЦ-5 в Уткиной заводи

В 1927 г. началось строительство второй очереди станции, получившей к тому времени название ГЭС № 5 «Красный Октябрь». Первый турбогенератор мощностью 45,5 тыс. кВт был пущен в 1929 г. В следующем году мощность электростанции достигла 111 тыс. кВт, и она стала одной из крупнейших в стране по единичной мощности агрегатов и второй по мощности из торфяных после Шатурской ГРЭС.

Станция продолжала бесперебойно работать в течение нескольких десятков лет, в том числе и в годы блокады Ленинграда, с 1941 по 1943 г. снабжая город электроэнергией.

В период с 1960 по 1968 г. на станции проводилась поэтапная реконструкция и модернизация оборудования с увеличением теплофикационных мощностей и переводом котлов на сжигание газомазутного топлива вместо торфа. В конце 1970-х была построена отдельно стоящая водогрейная котельная, и ТЭЦ-5 превратилась в основной источник теплообеспечения и горячего водоснабжения для жителей юго-восточной части Ленинграда.

Закрытие ТЭЦ-5 «Красный Октябрь»

20 мая 2010 г. станция закончила свою работу. Первенец плана ГОЭЛРО стал первым проектом в России по выводу из эксплуатации не отдельного оборудования, но станции в целом. 

Мощности станции были заменены новой Правобережной ТЭЦ, пущенной в работу 20 мая 2006 г.

Гидроэлектроэнергия: как это работает

• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию.

Кредит: Управление долины Теннесси

Так как же нам получить электричество из воды? Фактически, гидроэлектростанции и угольные электростанции производят электроэнергию одинаково. В обоих случаях источник энергии используется для вращения пропеллероподобной части, называемой турбиной, которая затем вращает металлический вал в электрическом генераторе, который является двигателем, вырабатывающим электричество.На угольной электростанции пар вращает лопасти турбины; тогда как гидроэлектростанция использует падающую воду для вращения турбины. Результаты такие же.

Взгляните на эту схему (любезно предоставленную Управлением долины Теннесси) гидроэлектростанции, чтобы увидеть подробности:

Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде гидроэлектростанций не так много). Плотина хранит много воды за собой в резервуаре .У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного есть турбина пропеллер, который повернут на двигающейся воду. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта по отводу в реку мимо плотины. Кстати, играть в воде прямо под плотиной, когда выходит вода, — плохая идея!

Турбина и генератор вырабатывают электроэнергию

Схема гидроэлектрической турбины и генератора.

Источник: Инженерный корпус армии США

Что касается того, как работает этот генератор, Инженерный корпус объясняет это следующим образом:
«Гидравлическая турбина преобразует энергию текущей воды в механическую энергию. Гидроэлектрический генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Принцип работы генератора основан на На принципах, открытых Фарадеем, он обнаружил, что, когда магнит проходит мимо проводника, он заставляет течь электричество.В большом генераторе электромагниты создаются путем циркуляции постоянного тока через петли из проволоки, намотанные на стопки пластин из магнитной стали. Они называются полевыми полюсами и устанавливаются по периметру ротора. Ротор прикреплен к валу турбины и вращается с фиксированной скоростью. Когда ротор вращается, он заставляет полюса поля (электромагниты) перемещаться мимо проводников, установленных в статоре. Это, в свою очередь, вызывает прохождение электричества и повышение напряжения на выходных клеммах генератора. «

Гидроаккумулятор: повторное использование воды для пикового потребления электроэнергии

Спрос на электроэнергию не «плоский», а постоянный. Спрос повышается и понижается в течение дня, и в ночное время потребность в электричестве в домах, на предприятиях и других объектах снижается. Например, здесь, в Атланте, штат Джорджия, в 17:00 в жаркий августовский выходной день можно поспорить, что существует огромный спрос на электричество для работы миллионов кондиционеров! Но 12 часов спустя, в 5:00 … не так уж и много.Гидроэлектростанции более эффективны в обеспечении пиковой потребности в энергии в течение коротких периодов времени, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе и атомные электростанции, и один из способов сделать это — использовать «гидроаккумулятор», который повторно использует одну и ту же воду более одного раза.

Насосный накопитель — это метод сохранения воды в резерве на период пиковой нагрузки за счет перекачки воды, которая уже прошла через турбины, в резервный бассейн над электростанцией в то время, когда потребность потребителей в энергии низкая, например, во время полночь. Затем воде позволяют течь обратно через турбогенераторы в то время, когда потребность в ней высока и на систему ложится большая нагрузка.

Насосный накопитель: повторное использование воды для пикового спроса на электроэнергию

Резервуар действует как аккумулятор, накапливая энергию в виде воды, когда потребности в ней низкие, и вырабатывая максимальную мощность в периоды суточных и сезонных пиковых нагрузок. Преимущество гидроаккумулирующего оборудования заключается в том, что гидроагрегаты могут быстро запускаться и быстро регулировать производительность.Они работают эффективно при использовании в течение одного или нескольких часов. Поскольку гидроаккумулирующие резервуары относительно малы, затраты на строительство, как правило, низкие по сравнению с традиционными гидроэнергетическими сооружениями.

Гидроэнергетика Водопользование

• Школа гидрологии ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Плотина Чодьер отводит воду из реки Оттава, Канада.

Кредит: Викимедиа

На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.Несомненно, Пещерный человек Джек прикрепил к шесту несколько крепких листьев и бросил их в движущийся поток. Вода вращала шест, который дробил зерно, чтобы приготовить вкуснейшие обезжиренные доисторические кексы с отрубями. На протяжении многих веков энергия воды использовалась для работы мельниц, перемалывающих зерно в муку. На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.

Гидроэнергетика для нации

Хотя большая часть энергии в Соединенных Штатах производится на ископаемом топливе и атомными электростанциями, гидроэлектроэнергия по-прежнему важна для нации.В настоящее время огромных электрогенераторов размещены внутри плотин . Вода, протекающая через плотины, вращает лопатки турбин (сделанные из металла вместо листьев), которые соединены с генераторами. Электроэнергия производится и отправляется в дома и на предприятия.

Мировое распределение гидроэнергетики

• Гидроэнергетика — самый важный и широко используемый возобновляемый источник энергии.
• Гидроэнергетика составляет около 17% (Международное энергетическое агентство) от общего производства электроэнергии.
• Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии, за ним следуют Канада, Бразилия и США (Источник: Управление энергетической информации).
• Примерно две трети экономически обоснованного потенциала еще предстоит освоить. Неиспользованные гидроресурсы по-прежнему в изобилии в Латинской Америке, Центральной Африке, Индии и Китае.

Производство электроэнергии с использованием гидроэлектроэнергии имеет некоторые преимущества по сравнению с другими методами производства энергии . Сделаем быстрое сравнение:

Преимущества гидроэнергетики

• Топливо не сжигается, поэтому загрязнение минимально
• Вода для работы электростанции предоставляется бесплатно по своей природе
• Гидроэнергетика играет важную роль в сокращении выбросов парниковых газов
• Сравнительно низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
• Технология надежная и проверенная временем
• Возобновляемый — дождь обновляет воду в резервуаре , поэтому топливо почти всегда есть

Прочтите расширенный список преимуществ гидроэнергетики на конференции Top World Conference on Sustainable Development, Йоханнесбург, Южная Африка (2002)

Недостатки электростанций, использующих уголь, нефть и газовое топливо

• Они используют ценные и ограниченные природные ресурсы
• Они могут производить много загрязнений
• Компании должны выкопать землю или бурить скважины, чтобы добыть уголь, нефть и газ
• Для АЭС существуют проблемы с удалением отходов

Гидроэнергетика не идеальна и имеет некоторые недостатки

• Высокие инвестиционные затраты
• Зависит от гидрологии ( осадков, )
• В некоторых случаях затопление земель и мест обитания диких животных
• В некоторых случаях потеря или изменение местообитаний рыб
• Улов рыбы или ограничение прохода
• В отдельных случаях изменения в водохранилище и потоке Качество воды
• В отдельных случаях перемещение местного населения

Гидроэнергетика и окружающая среда

Гидроэнергетика не загрязняет окружающую среду, но оказывает воздействие на окружающую среду

Гидроэнергетика не загрязняет воду и воздух. Однако гидроэнергетические объекты могут иметь большое воздействие на окружающую среду, изменяя окружающую среду и влияя на землепользование, дома и естественную среду обитания в районе плотины.

Большинство гидроэлектростанций имеют плотину и водохранилище. Эти структуры могут препятствовать миграции рыб и влиять на их популяции. Эксплуатация гидроэлектростанции может также изменить температуру воды и сток реки. Эти изменения могут нанести вред местным растениям и животным в реке и на суше.Водохранилища могут покрывать дома людей, важные природные территории, сельскохозяйственные угодья и места археологических раскопок. Таким образом, строительство плотин может потребовать переселения людей. Метан, сильный парниковый газ, также может образовываться в некоторых резервуарах и выбрасываться в атмосферу . (Источник: EPA Energy Kids)

Строительство водохранилища в США «высыхает»

Гоша, гидроэлектроэнергия звучит здорово — так почему бы нам не использовать ее для производства всей нашей энергии? В основном потому, что вам нужно много воды и много земли, где вы можете построить плотину и водохранилища , что требует ОЧЕНЬ много денег, времени и строительства. Фактически, большинство хороших мест для размещения гидроэлектростанций уже занято. В начале века гидроэлектростанции обеспечивали чуть меньше половины всей электроэнергии страны, но сегодня это число снизилось примерно до 10 процентов. Тенденцией на будущее, вероятно, будет строительство малых гидроэлектростанций, которые могут вырабатывать электроэнергию для одного сообщества.

Как видно из этой диаграммы, строительство поверхностных водохранилищ в последние годы значительно замедлилось. В середине 20 века, когда урбанизация происходила быстрыми темпами, было построено множество водохранилищ, чтобы удовлетворить растущий спрос людей на воду и электроэнергию.Примерно с 1980 года темпы строительства водохранилищ значительно замедлились.

Типовая гидроэлектростанция

Гидроэнергия производится за счет падающей воды. Способность производить эту энергию зависит как от имеющегося потока, так и от высоты, с которой он падает. Накапливаясь за высокой плотиной, вода аккумулирует потенциальную энергию. Это преобразуется в механическую энергию, когда вода устремляется вниз по шлюзу и ударяется о вращающиеся лопасти турбины.Вращение турбины вращает электромагниты, которые генерируют ток в неподвижных катушках проволоки. Наконец, ток пропускается через трансформатор, где напряжение увеличивается для передачи на большие расстояния по линиям электропередачи. (Источник:

)

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию. Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций).Плотина хранит много воды позади себя в водохранилище. У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного есть турбина пропеллер, который повернут на двигающейся воду. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта через отводной канал в реку мимо плотины.

Производство гидроэлектроэнергии в США и мире

На этой диаграмме показано производство гидроэлектроэнергии в 2012 году для ведущих гидроэнергетических стран мира. В последнее десятилетие Китай построил крупные гидроэлектростанции и теперь занимает лидирующие позиции в мире по использованию гидроэлектроэнергии. Но с севера на юг и с востока на запад страны всего мира используют гидроэлектроэнергию — главные составляющие — это большая река и перепад высот (конечно, вместе с деньгами).

Типы гидроэнергетики

Возобновляемая гидроэнергетика — это чистый, надежный, универсальный и недорогой источник производства электроэнергии и ответственного управления водными ресурсами.

Рисунок 1: Гидроэнергетический объект и основные компоненты

Гидроэнергетические системы

Существует четыре основных типа гидроэнергетических проектов. Эти технологии часто могут пересекаться. Например, проекты по хранению часто могут включать в себя элемент перекачивания для пополнения воды, которая естественным образом поступает в водохранилище, а проекты с использованием русловых вод могут обеспечить некоторую емкость для хранения.

• Русловая гидроэлектростанция: сооружение, которое направляет текущую воду из реки через канал или напорный водовод для вращения турбины. Обычно в русловых проектах мало или совсем нет хранилищ. Русло реки обеспечивает непрерывное снабжение электроэнергией (базовая нагрузка) с некоторой гибкостью работы для суточных колебаний спроса за счет расхода воды, который регулируется объектом.
• Накопительная гидроэнергетика: обычно представляет собой большую систему, в которой для хранения воды в резервуаре используется плотина.Электроэнергия производится путем выпуска воды из резервуара через турбину, которая приводит в действие генератор. Накопительная гидроэнергетика обеспечивает базовую нагрузку, а также возможность отключения и пуска в короткие сроки в соответствии с требованиями системы (пиковая нагрузка). Он может предложить достаточную емкость для хранения, чтобы работать независимо от гидрологического притока в течение многих недель или даже месяцев.
• Гидроэлектростанция с гидроаккумулятором: обеспечивает подачу пиковой нагрузки, используя воду, которая циркулирует между нижним и верхним резервуаром с помощью насосов, которые используют избыточную энергию из системы в периоды низкого спроса.Когда потребность в электроэнергии высока, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбины для производства электроэнергии. Узнать больше.
• Морская гидроэнергетика: менее устоявшаяся, но растущая группа технологий, использующих приливные течения или силу волн для выработки электроэнергии из морской воды.

Рис. 2: Накопительная гидроаккумулирующая энергия

Как работает гидроэнергетика | Компания по улучшению долины Висконсин

Гидроэлектростанции улавливают энергию падающей воды для производства электроэнергии. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую. Затем генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую.

Гидравлические установки различаются по размеру от «микрогидро», которые питают только несколько домов, до гигантских плотин, таких как плотина Гувера, которые обеспечивают электричеством миллионы людей.

На фотографии справа показана Александровская гидроэлектростанция на реке Висконсин, электростанция среднего размера, которая производит достаточно электроэнергии, чтобы обслуживать около 8000 человек.

Части гидроэлектростанции

Большинство обычных гидроэлектростанций состоит из четырех основных компонентов (см. Рисунок ниже):

1. Плотина. Повышает уровень воды в реке для создания падающей воды. Также контролирует поток воды. Образующийся резервуар — это, по сути, запасенная энергия.
2. Турбина. Сила падающей воды, толкающей лопасти турбины, заставляет турбину вращаться.Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия вырабатывается падающей водой, а не ветром. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую.
3. Генератор. Соединен с турбиной валами и, возможно, шестернями, поэтому, когда турбина вращается, она заставляет вращаться и генератор. Преобразует механическую энергию турбины в электрическую. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как генераторы на других типах электростанций.
4. Линии передачи . Проведите электричество от гидроэлектростанции до домов и предприятий.

Сколько электроэнергии может производить гидроэлектростанция?

Количество электроэнергии, производимой гидроэлектростанцией, зависит от двух факторов:

1. Как далеко падает вода. Чем дальше падает вода, тем больше у нее силы. Как правило, расстояние, на которое падает вода, зависит от размера плотины.Чем выше плотина, тем дальше падает вода и тем больше у нее мощности. Ученые сказали бы, что сила падающей воды «прямо пропорциональна» расстоянию, на которое она падает. Другими словами, вода, падающая вдвое дальше, имеет в два раза больше энергии.
2. Количество падающей воды. Чем больше воды проходит через турбину, тем больше мощность. Количество доступной воды зависит от количества воды, текущей по реке. В более крупных реках больше проточной воды, и они могут производить больше энергии.Мощность также «прямо пропорциональна» расходу реки. Река с вдвое большим объемом проточной воды, чем другая река, может производить вдвое больше энергии.

Могу ли я определить, сколько энергии может производить плотина в моем районе?

Конечно. Это не так уж сложно.

Допустим, в вашем районе есть небольшая плотина, которая не используется для производства электроэнергии. Может быть, плотина используется для подачи воды для орошения сельскохозяйственных угодий, а может быть, она была построена для создания озера для отдыха.Как мы объясняли выше, вам нужно знать две вещи:

1. Как далеко падает вода. Из разговора с человеком, который управляет плотиной, мы узнаем, что высота плотины 10 футов, поэтому вода падает на 10 футов.
2. Количество воды, протекающей в реке. Мы связываемся с Геологической службой США, агентством в США, которое измеряет речной сток, и узнаем, что средний объем воды, протекающей в нашей реке, составляет 500 кубических футов в секунду.

Теперь все, что нам нужно сделать, это немного математики. Инженеры обнаружили, что мощность плотины можно рассчитать по следующей формуле:

Мощность = (высота плотины) x (сток реки) x (эффективность) / 11,8

Мощность	Электрическая мощность в киловаттах (один киловатт равен 1000 ватт).
Высота плотины	Расстояние, на которое падает вода, в футах.
Речной сток	Количество воды, текущей в реке, измеряется в кубических футах в секунду.
КПД	Насколько хорошо турбина и генератор преобразуют энергию падающей воды в электроэнергию. Для старых, плохо обслуживаемых гидростанций этот показатель может составлять 60% (0,60), в то время как для более новых, хорошо эксплуатируемых заводов он может достигать 90% (0,90).
11.8	Преобразует футы и секунды в киловатты.

Допустим, для плотины в нашем районе мы покупаем турбину и генератор с КПД 80%.

Тогда мощность нашей плотины будет:

Мощность = (10 футов) x (500 кубических футов в секунду) x (0,80) / 11,8 = 339 киловатт

Чтобы понять, что означает 339 киловатт, давайте посмотрим, сколько электроэнергии мы можем произвести за год.

Поскольку электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах, мы умножаем мощность нашей плотины на количество часов в году.

Электроэнергия = (339 киловатт) x (24 часа в сутки) x (365 дней в году) = 2 969 000 киловатт-часов.

Среднее годовое потребление энергии в жилищах в США составляет около 3000 киловатт-часов на каждого человека. Таким образом, мы можем вычислить, сколько людей могла бы обслуживать наша плотина, разделив годовое производство энергии на 3000.

Обслужено человек = 2 969 000 киловатт-часов / 3 000 киловатт-часов на человека) = 990 человек.

Таким образом, наша местная ирригационная или рекреационная плотина могла бы обеспечить достаточно возобновляемой энергии для удовлетворения жилищных потребностей 990 человек, если бы мы добавили турбину и генератор.

Примечание. Прежде чем вы решите добавить гидроэнергетику к плотине, попросите инженера-гидроэнергетика проверить ваши расчеты и проконсультироваться с местными агентствами ресурсов, чтобы убедиться, что вы можете получить любые необходимые разрешения.

Гидроэлектростанция — обзор

Разработка конкретных технологий, связанных с гидроэнергетикой

Гидроэлектростанции являются сложными техническими сооружениями (см. « Current Hydropower Technologies section section»), их появление было основано на определенных изобретениях и технологических разработках 19-го века. и 20 век. Открытие технических применений электричества (освещение, механические работы), конечно, было важной предпосылкой, и, в свою очередь, децентрализованное расположение многих гидроэнергетических объектов способствовало появлению и распространению электрических сетей (Hughes, 1983).Прогресс в речном строительстве, прокладке туннелей, геодезии и гидрологическом мониторинге был важен для развития гидроэнергетики, как и некоторые строительные машины и материалы. Не в последнюю очередь, технология турбин и плотин была фундаментальной для современных гидроэлектростанций.

Подобно водяному колесу, которое можно рассматривать как его предшественник, водяная турбина является первичным двигателем, преобразующим энергию жидкости в механическую энергию вращения, которую можно использовать для различных целей (например, для производства электроэнергии). Первоначально основным отличием турбины была особая конфигурация оси, лопастей и корпуса турбины, обеспечивающая более высокую скорость вращения и, следовательно, меньший размер для обработки определенного количества воды. Еще одно преимущество — установка под водой (полное использование имеющейся головки и лучшая защита от льда и мусора). Первую работоспособную турбину обычно приписывают французскому инженеру Фурнейрону, который спроектировал ее в 1820-х годах на основе предыдущих экспериментальных разработок и научных исследований по технологии мельниц (см.« От мельниц к современным технологиям секция»). Следующими важными вехами являются турбины, разработанные Фрэнсисом (1849 г.), Пелтоном (патент 1880 г.) и Капланом (патент 1913 г.), каждая из которых адаптирована к конкретным условиям напора и потока (см. Раздел « Classification Approaches ») (Giesecke et al. др., 2009; Рейнольдс, 1983).

Тип плотины гидроэлектростанции также тесно связан с гидрологическими факторами и типом станции. Препятствия для управления водным потоком существовали тысячелетия в разных частях мира.До появления гидроэнергетики они в основном использовались для орошения, водоснабжения, защиты от наводнений и речного транспорта (первое во всем мире по-прежнему остается их самой важной целью). Международная комиссия по большим плотинам (ICOLD) называет римскую гравитационную плотину, расположенную в Испании, датируемой 130 годом нашей эры, как самую старую «большую» из существующих плотин. Доиндустриальные плотины строились из земли, камня, дерева и камня; с конца 19 века новые строительные материалы (бетон, сталь) и оптимизированные формы (арочная плотина, арочно-гравитационная плотина) позволили плотинам значительно увеличиваться в размерах — ср.например, плотина Гувера (США), 221 м, построена в 1936 г .; Гранд Диксенс (Швейцария), 285 м, завершено в 1964 г .; Цзиньпин 1 (Китай), 305 м, завершен в 2013 г. (Blackbourn, 2006; ICOLD, без даты).

Как работает гидроэлектростанция? Краткая история и основы механики

Современная гидроэлектростанция — это удивительное новшество, основанное на тысячелетней человеческой изобретательности. В этой статье, первой из серии из трех частей, исследуется история этой технологии и основные принципы работы гидроэлектростанции.

Люди уже давно используют энергию воды для работы машин. По сей день гидроэнергетика остается важным источником электроэнергии во всем мире. Для обеспечения безопасности и эффективности современные гидроэлектростанции полагаются на набор измерительных приборов для контроля уровня, расхода, давления и температуры на протяжении всех процессов.

На протяжении тысяч лет вода была основным источником энергии для работы систем измельчения зерна, орошения полей и обработки древесины.В конце 1800-х годов люди начали использовать гидроэнергию для производства электроэнергии. Первая коммерческая гидроэлектростанция в США была построена в Ниагарском водопаде в 1879 году. Постоянные усовершенствования сделали гидроэлектростанции более безопасными и эффективными, чем когда-либо.

Плотина «Три ущелья» на реке Янцзы в центрально-восточном Китае — крупнейшая в мире электростанция.

Сегодня гидроэнергетика является основным и надежным источником электроэнергии. Более того, он чистый и возобновляемый. Поскольку они не зависят от погодных условий (кроме засухи), гидроэлектростанции могут обеспечить более надежное обслуживание, чем солнечные или ветряные электростанции.Кроме того, возможность управления потоком позволяет каждому предприятию адаптировать свою производительность в соответствии с требованиями рынка. Неудивительно, что 9 из 10 крупнейших электроэнергетических предприятий мира работают на энергии воды. (Касивадзаки-Карива в Японии, шестая по величине, является атомной электростанцией.)

Как работает гидроэлектростанция

Схема плотины гидроэлектростанции

По сути, современная гидроэлектростанция состоит из водохранилища, плотина, водозаборники, турбины и генераторы.Резервуар хранит «топливо» и позволяет операторам контролировать количество воды, подаваемой в турбины. Он также служит в качестве декантера: большая часть грязи и мусора в воде оседает на его дне, вдали от зоны забора.

Вода из водохранилища подается на турбины через водозабор (затворы плотины) и напорный трубопровод . Система фильтрации на входе дополнительно очищает воду, чтобы гарантировать, что в ней относительно нет взвешенных твердых частиц, которые могут повредить лопасти турбины. Гидравлические системы — регулятор, тормоза, органы управления заслонками и т. Д. — работают вместе, открывая и закрывая отверстия, которые позволяют воде течь вниз по потоку от резервуара.

Гидравлическое колесо прошлого превратилось в современную турбину . Три основных типа, различающиеся в основном формой и конфигурацией лопастей, — это турбина Фрэнсиса, турбина Каплана и турбина Пелтона, названные в честь своих изобретателей. Независимо от конструкции турбина преобразует кинетическую энергию движущейся или падающей воды в механическую.Турбина соединена валом с ротором генератора , который преобразует механическую энергию в электричество. Для максимальной эффективности турбины изготавливаются индивидуально для каждой гидроэлектростанции.

В то время как концепции гидроэнергетики просты и понятны, операции совсем не такие. Каждая современная гидроэлектростанция опирается на множество сложных систем, которые отслеживают, контролируют и улучшают условия для обеспечения надлежащей работы. Подшипники и системы смазки сводят к минимуму трение и износ движущихся частей.Фильтры задерживают частицы, которые могут истирать лопатки турбины. Мощные гидравлические системы открывания и закрывания ворот усиленных трубопроводов. Системы охлаждения поддерживают контроль температуры, чтобы предотвратить перегрев и возгорание трансформаторов, кабелей, распределительных устройств и других электрических и механических механизмов.

Не пропустите следующую статью: Как контролировать и поддерживать гидроэлектростанцию ​​для обеспечения оптимальной эффективности.

Знаете ли вы, для чего нужны гидроаккумуляторы?

СМОТРЕТЬ ИНФОРМАЦИЮ: Эксплуатация гидроаккумулирующей гидроэлектростанции [PDF]

Электростанция этого типа опирается на двух резервуаров на разных высотах, которые позволяют хранить воду при низком спросе и затем использовать для выработки энергии во время пикового потребления. умножить на , чтобы удовлетворить общий спрос на электроэнергию.

В непиковые часы, обычно по ночам в будние и выходные дни, используется избыточная генерирующая мощность, которая также имеет более низкую рыночную стоимость, для перекачки воды из резервуара нижнего уровня (1) в резервуар верхнего уровня с помощью гидравлического насоса, продвигает воду через затвор (2) и конструкцию кондуктивного туннеля. Таким образом, верхний резервуар (3) действует как хранилище.

В часы пик, то есть в светлое время суток, насосная станция работает как обычная гидроэлектростанция: воды, накопленной в верхнем резервуаре, закрытом плотиной (4), направляется в нижний резервуар через кондуктивный туннель (5). На этом этапе вода проходит через затвор, где она приобретает кинетическую энергию, которая преобразуется в механическую энергию вращения в гидравлической турбине (6). Затем он превращается в электричество среднего напряжения и высокой интенсивности в генераторе (7). В некоторых случаях устанавливается расширительный бак (8) для регулирования давления воды между приемным и разгрузочным туннелями.

На следующем этапе трансформаторы (9) передают электроэнергию, произведенную на заводе, для потребления в домах и предприятиях, которые образуют часть сети (10), по высоковольтным линиям электропередачи.

После выработки электричества вода через дренажный канал (11) попадает в нижний резервуар, где снова накапливается.

Насосные гидроэлектростанции, таким образом, обеспечивают эффективное хранение энергии, предлагают долгосрочное решение и способствуют интеграции возобновляемых источников энергии в систему и обеспечивают высокую отдачу.

ВЕЛИКИЕ ПРИМЕРЫ НАКАЧИВАНИЯ ГИДРОЭНЕРГИИ

La Muela II — крупнейшая гидроаккумулирующая электростанция в Европе, расположенная на водохранилище Кортес-де-Паллас на правом берегу реки Хукар. Его годовая выработка составляет около 800 гигаватт-часов (ГВт-ч), что достаточно для обеспечения потребления электроэнергии почти 200 000 домохозяйств, что в два раза больше, чем в комплексе Cortes-La Muela, чтобы достичь 1,625 ГВт-ч — годовой потребности почти 400 000 семей. На заводе есть зал с четырьмя группами реверсивных турбин, что позволяет использовать разницу высот в 500 метров между искусственной плотиной Ла-Муэла и водохранилищем Кортес-де-Паллас для производства электроэнергии.

Еще одна крупная инициатива испанской группы по перекачке насосов — гидроэлектростанция Tâmega, которая будет включать строительство трех новых электростанций на реке с тем же названием, притоке Дуэро, расположенной в северной Португалии, недалеко от Порту.Общая установленная мощность трех электростанций составит 1158 МВт, что на 6% больше общей установленной электрической мощности в стране. Комплекс будет способен производить 1766 ГВтч в год, что достаточно для удовлетворения энергетических потребностей соседних городов и городов Брага и Гимарайнш (440 000 домов). Таким же образом, он внесет почти 900 МВт насосной мощности в электрическую систему Португалии, что подразумевает увеличение на 40% по сравнению с насосными мегаваттами, которые в настоящее время обеспечивает страна.