Преимущества гэс: Преимущества и недостатки волновых ГЭС

Преимущества и недостатки волновых ГЭС

Преимущества волновых ГЭС

• Волнение мирового океана — возобновляемый источник энергии.
• Преобразование энергии волн в электроэнергию не сопровождается выбросом угарного газа (СО), углекислоты (С02) и окислов азота и серы, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняет почву.
• Установка и эксплуатация волновой ГЭС относительно недороги, если разработка такой станции, предназначенной для того, чтобы противостоять штормам, не становится технически переусложненной.
• Большие волновые ГЭС могут производить огромное количество электричества.
• Волновые ГЭС незаметны. Даже при пристальном наблюдении они неплохо сливаются с пейзажем. С другой стороны, это может быть и недостатком (см. последний из недостатков в соответствующем перечне).
• Правильно разработанные волновые ГЭС не оказывают вредного воздействия на морскую флору и фауну.

Недостатки волновых ГЭС

• Когда поверхность океана спокойна или почти спокойна, волновая ГЭС не может производить полезную энергию.
• Места строительства волновых ГЭС нужно тщательно подбирать, для того чтобы минимизировать воздействие шума от них. При этом они должны располагаться именно в тех районах, где ветровые волны обладают достаточным потенциалом для выработки электроэнергии.
• «Шторм века» (Шторм века (hundred year storm) — совокупность штормовых показателей (постоянная скорость ветра, высота волны и т. д.), которая случается в данном районе раз в сто лет.) может разрушить волновую ГЭС, а чрезмерное техническое ее усложнение с тем, чтобы она могла противостоять такому шторму, приведет к тому, что затраты на ее сооружение не окупятся.
• Незаметность волновых ГЭС может представлять опасность для навигации, если они не обозначены на картах. При сооружении волновой ГЭС может потребоваться установка бакенов или других сигнальных индикаторов.

Вопрос

Есть ли другие типы устройств волновых ГЭС?

Ответ

Да. Одна из моделей предусматривает размещение на поверхности воды цепи плавучих платформ (паромов), связанных между собой шарнирными соединениями. Эта сборка волнообразно колеблется, и образующийся в результате в шарнирах крутящий момент может приводить в действие электрогенератор. Волновая ГЭС другого типа использует закрепленные на дне моря, недалеко от берега, в районе сильных донных противотечений водные турбины. Донное противотечение образуется, когда волна прибоя откатывается от берега по отлогому морскому дну. Другие модели могут использовать давление прибоя на волнолом или другое препятствие, расположенное у берега.

Главные достоинства и недостатки гидроэлектростанций

Подробности

Опубликовано 07.05.2014 23:20

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЭС:

Гибкость

Гидроэнергия является гибким источником электроэнергии, так как ГЭС может очень быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям энергии, увеличивая или уменьшая производство электроэнергии. Гидротурбина имеет время запуска порядка нескольких минут. От 60 до 90 секунд требуется, чтобы принести устройство от холодного пуска до полной нагрузки; это гораздо меньше, чем для газовых турбин или паровых установок. Производство электроэнергии может также быть быстро уменьшено, когда есть избыточная мощность.

     Электростанция Ffestiniog может развивать мощность 360 МВт в течении 60 секунд

Низкие затраты на электроэнергию

Основным преимуществом гидроэлектроэнергии является отсутствие стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти невосприимчива к увеличению стоимости ископаемого топлива, таких как нефть, природный газ или уголь, и никакой импорт не требуется. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции больше, чем 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час.

Гидроэлектростанции имеют долгий срок эксплуатации, некоторые ГЭС все еще дают электроэнергию после 50-100 лет работы.

Затраты на оперативное обслуживание небольшие, требуется немного людей для контроля работы ГЭС.

Плотина может использоваться сразу в нескольких целях: накапливать воду для ГЭС, защищать территории от наводнений, создавать водоем.

Пригодность для промышленного применения

В то время как многие гидроэлектростанции поставляют энергию в сети общего потребления электроэнергии, некоторые создаются для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Например, в Новой Зеландии электростанция была построена для снабжения электроэнергией алюминиевого завода в Тиваи Пойнт .

Снижение выбросов CO₂

Гидроэлектростанции не сжигают ископаемые виды топлива и непосредственно не производят углекислый газ. Хотя некоторый углекислый газ образуется в процессе производства и строительства проекта. Согласно исследованию Пауля Шеррера из Университета Штутгарта, гидроэнергетика производит меньше всего углекислого газа, среди прочих источников энергии. На втором месте был ветер, третьей стала ядерная энергия, энергия солнца оказалась на 4 месте.  

Другие виды использования водохранилища

Водохранилища ГЭС часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта, и сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах, аквакультура в водоемах является распространенным явлением. Вода из водоемов может идти на полив сельскохозяйственных культур, в ней можно разводить рыбу. Кроме того плотины помогают предотвратить наводнение.

НЕДОСТАТКИ ГЭС:

Повреждение экосистемы и потеря земли

Большие резервуары, необходимые для работы гидроэлектростанций приводят к затоплению обширных земель выше по течению от плотины, уничтожая долины лесов и болота. Потеря земли часто усугубляется уничтожением среды обитания окружающих территорий, занятое водохранилищем.  
ГЭС могут привести к уничтожению экосистем, так как вода, проходя через турбины очищается от естественных наносов. Особенно опасны ГЭС на крупных реках, которые ведут к серьезным изменениям среды обитания.

На фото изображен водоем, возникший в результате строительства плотины 

Заиление

Когда течет  вода, более тяжелые частицы сплывают вниз по течению.
Это оказывает негативное влияние на плотины и впоследствии их электростанций, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высокой степенью заиления. Ил может заполнить резервуар и уменьшить его способность контролировать наводнения, вызывая дополнительное горизонтальное давление на плотину. Уменьшение русла реки может привести к снижению вырабатываемой электроэнергии. К тому же даже жаркое лето или малое количество осадков может привести к уменьшению реки.
 
Выбросы метана (из водохранилищ)

Наибольшее воздействие оказывают ГЭС в тропических регионах, водоемы электростанций в тропических регионах производят значительные объемы метана . Это связано с наличием растительного материала в затопленных районах, распадающихся в анаэробной среде, и образующих метан и парниковый газ. Если верить докладу Всемирной комиссии по плотинам, в случаях, когда водохранилище большое по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и не была произведена очистка лесов в области водоема.  То выбросы парниковых газов в резервуаре могут быть выше, чем у обычной ТЭС.

Переселение

Другим недостатком гидроэлектростанций является необходимость переселения людей, живущих на территории будущих водохранилищ. В 2000 году Всемирная комиссия по плотинам посчитала,  что постройка плотин привела к переселению от 40 до 80 миллионов человек во всем мире.

• < Назад
• Вперёд >

Главные достоинства и недостатки гидроэлектростанций

Гидроэлектростанция является электрической станцией, применяющей энергию сброса воды как источник энергии. Их чаще всего возводят на имеющихся водоемах, конструируя искусственные плотины и резервуары для хранения необходимого объема воды.

Для действенного получения электроэнергии на подобного рода станции нужно соблюдать два главных требования: круглогодичное беспрерывное снабжение водой и наличие резких склонов рек.

Технология получения электроэнергии на гидроэлектростанции представляет собой преобразование механической энергии воды, за счет наличия разноуровневых высот благодаря использованию двигателей и генераторов.

Сегодня имеются следующие типы гидроэлектростанций, которые отличаются друг от друга способом подачи воды — плотинные, деривационные и гидроаккумулирующие станции.

Плотинные гидроэлектростанции являются самым популярным и мощнейшим видом станций. Создается водоем посредством возведения искусственных перегородок для удерживания течения реки. Спуск воды происходит по двум причинам – когда возникает необходимость в электроэнергии и для образования необходимого уровня в водоеме.

Деривационный вид отличается тем, что не применяет все течение реки, а с помощью труб и системы водоотведения происходит забор нужного объема воды, которая затем отправляется в турбину.

Гидроаккумулирующие станции являются установками, которые запасают электрическую энергию и возвращает ее в систему при необходимости, применяется для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки.

Также используются и морские станции, которые работают посредством энергии приливов и волн.

Преимущества гидроэлектростанции

Гибкость. Гидроэнергия признана гибким источником электроэнергии потому что гидроэлектростанция легко и максимально оперативно может приспосабливаться к меняющимся потребностям в энергии, повышая или замедляя выпуск электроэнергии. Имеющаяся турбина запускается в течение всего нескольких минут.

Невысокие расходы на электроэнергию. Главным достоинством гидроэлектростанции признано отсутствие расходов на топливо и полная независимость от ископаемых типов горючего. Все подобные станции обладают огромным сроком использования, даже сегодня работают такие гидроэлектростанции, которые были возведены около 100 лет назад, к тому же для их обслуживания не требуется много сотрудников.

Использование в промышленных целях. Гидроэлектростанция применяется как для обслуживания населения, так и для обеспечения электроэнергией определенных заводов.

Минимальные выбросы углекислого газа. Сами гидроэлектростанции не способны вырабатывать углекислый газ, который чаще всего может образовываться только в ходе реализации строительных работ станции. Немецкий ученый Пауль Шеррер, проведя исследования, пришел к выводу, что гидроэнергетика занимает первое место по минимальному производству углекислого газа, после нее стоят ветер, ядерная энергетика и солнечная энергия.

Польза от создания водохранилища. Построенные водохранилища часто являются отличным вариантом для занятий водными видами спорта, а некоторые даже считаются достопримечательностями для приезжих гостей. Также вода из них отлично подойдет для полива или для разведения в ней различных видов рыб. Плюс ко всему искусственные плотины способствуют предотвращению наводнений.

Недостатки гидроэлектростанций

Нанесение вреда экологии и потеря земли. Огромные резервуары, которые требуются для работы гидроэлектростанций, являются причинами затопления колоссальных площадей земли, расположенной выше по течению плотины, а значит, происходит уничтожение лесов, полей, болот и их обитателей.

Заиление. Поток воды приносит с собой различные частицы и остатки, которые наносят вред, как плотине, так и электростанции. Подобные отложения способны уменьшить размер резервуара и ухудшить способность предотвращать наводнения. А также уменьшить производство электроэнергии.

Выбросы метана. Гидроэлектростанции, расположенные в тропических регионах, из-за огромного количества разлагающегося растительного сырья производят большие объемы метана. Поэтому прежде чем возводить гидроэлектростанцию и плотину необходимо произвести очистку территории от лесов в области образования искусственного водоема.

Переселение. Многие исследователи к значительным минусам строительства гидроэлектростанций относят необходимость переселения населения, которое проживает в районе будущего водохранилища. В начале XXI века Всемирная комиссия по плотинам опубликовала свою статистику, данные которой показали, что из-за возведения плотин практически 80 миллионов человек во всем мире пришлось покинуть места своего проживания.

Принципы работы ГЭС, модификации и технические характеристики электростанций

Перспектива дефицита и дороговизна минеральных энергоресурсов заставляют уделять больше внимания возобновляемым источникам энергии. Самым эффективным из них на сегодняшний день является гидроэнергия. Современные ГЭС аккумулируют ее и превращают в электричество, обеспечивая низкую себестоимость киловатта и высокую мощность.

Принцип работы ГЭС – это использование силы падающей воды для вращения вала электрогенератора. Напор воды подается на лопасти турбины, которая раскручивает ротор. Электрический ток от генератора поступает на трансформаторы, выравнивается, передается на распределительные станции и оттуда – по линиям электропередач к конечному потребителю. Выработка энергии напрямую зависит от напора воды в ГЭС, количества и типа установленных турбин.

Классификация и конструктивные отличия

Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений. В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:

1. Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
2. Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
3. Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
4. Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
5. Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.

ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы. Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.

Особенности возведения и эксплуатации

Выбор определенной модификации ГЭС определяется особенностями местности и расчетной эффективностью речного потока. Общая схема всех видов в обязательном порядке включает сорозаборные решетки на входных отверстиях, центр управления и контроля, площадку для обслуживания электрооборудования и трансформаторы, преобразующие вырабатываемое электричество в 220 V или другой необходимый стандарт напряжения.

Для сооружения генератора ГЭС используют распространенные унифицированные элементы. Все оборудование износостойкое, обладает большим сроком эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию. Но в целом устройство каждой станции уникально. Конструкцию, привязанную к конкретному географическому району, нельзя повторить, как нельзя найти и две идентичные по условиям бассейна реки.

Разобравшись, как работает гидроэлектростанция, можно сформулировать ее преимущества относительно ТЭС и АЭС:

• вода — возобновляемый и чистый источник энергии;
• высокий КПД;
• отсутствие расходов на топливо;
• снижение затрат на обслуживание и персонал;
• низкий уровень риска аварий.

Причина, по которой выработка электроэнергии ГЭС составляет лишь около 20% от мирового производства электричества, заключается в необратимом влиянии на экосистему по всему руслу реки и ирригацию прилегающих территорий. Размеры всего гидроузла, включая водохранилище, достигают сотен тысяч га. До сих пор не существует надежных методов комплексной оценки масштабов такого влияния.

Технические нюансы

ГЭС выходят на проектную мощность быстрее, чем другие электростанции. Вследствие того, что природный напор воды непостоянен, сооружения без компенсаторных механизмов выдают разную производительность. В качестве основной характеристики для гидроэлектростанций принято брать установленную мощность всех ее генераторов. В зависимости от этого различают:

• установленная мощность свыше 1000 МВт;
• от 100 до 1000 МВт;
• от 10 до 100 МВт;
• до 10 МВт.

По высоте напорного потока ГЭС делятся на:

• высоконапорные — свыше 60 м;
• средненапорные — от 25 м;
• низконапорные — от 3 до 25 м.

От силы потока зависит выбор типа турбины. В высоконапорных ГЭС используют ковшевую, не погружаемую конструкцию. Вода в нее подается сильной струей из сопел и толкает ковши. При более низком напоре применяют радиально-осевые или поворотно-лопастные аппараты. Они полностью погружены в емкость с водой, имеют различный наклон оси, строение и количество лопастей, за счет своей конструкции раскручиваются при потоке небольшой силы. Камеры для турбин производят из стали или железобетона. Здание с электрооборудованием может располагаться непосредственно внутри плотины, рядом с ней или, в случае деривационного типа, далеко от источника воды. В состав сооружений ГЭС включают шлюзы для судов, рыбоходы, водосбросы, ирригационные отводы при условии, что такое дополнение необходимо для поддержания действующей транспортной, сельскохозяйственной или экосистемы в пойме реки.

‘;
blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2;
blockSettingArray[1] = [];
blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0;
blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘;
blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0;
blockSettingArray[3] = [];
blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000;
blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Преимущество и недостатки ветровых электростанций по сравнению с тепловыми (ТЭС)

Использование сил природы для извлечения собственной выгоды является показателем развитости человека. В частности это касается применения силы ветра для собственных нужд. Очень давно человек не имел ни малейшего представления о физике и о перемещении воздушных масс вдоль плоскости земной поверхности, но использовать силу ветра в виде тяговой силы для судоходства человек научился вместе с изобретением паруса. Далее закономерным продолжением развития ученой мысли стало появление ветряков или ветряных мельниц.

Следующий глобальный прорыв в процессе контроля воздуха и ветра наступил в конце 19 века, когда на свет появилась первая ветряная электростанция. Проблема, которая привела к поискам альтернативного источника энергии, заключается в желании сэкономить, поскольку каждый год наблюдалось повышение цен на прочие виды топливных ресурсов.

Использование ветрогенераторов сегодня является очень распространенным способом получения электрической энергии, а современный ветряк известен каждому школьнику. Лидерами в количестве применяемых ветряных электростанций являются Соединенные Штаты Америки и Китай, но другие страны также понимают, что преимущество ветровых электростанций заключается в возможности получения дешевой энергии и эта отрасль энергетики получает значительное развитие.

Установка ветряка стоит намного ниже, чем проведение ЛЭП или подключение к уже существующей. При этом невысокая стоимость энергии ветра и простота, позволяющая самостоятельно изготовить простейший ветряк, делает ветряные электростанции популярными среди простых обывателей.

Назначение ветряных электростанций

Для удовлетворения ежедневной потребности потребителя требуется эксплуатация оборудования, которое способно выдавать до 10 кВт электроэнергии. При этом идеально смонтированная ветряная система должна состоять из нескольких ветрогенераторов, которые аккумулируют энергию в общую батарею. Это позволяет корректировать выходную мощность аккумулятора, подключая дополнительные или отключая лишний ветряк.

Бесперебойного снабжения энергией можно добиться при монтировании автономного комплекса. Но тут всплывает проблема и основной недостаток современной ветряной электростанции в сравнении с ТЭС, которая заключается в стабильности потока ветра для вырабатывания энергии постоянной мощности. Во избежание проблем многие комплексы оснащаются дополнительными или резервными источниками питания в виде дизельных или бензиновых генераторов, которые могут автоматически отключаться или подключаться в зависимости от силы ветра.

Принцип действия и конструкция ветряных электростанций

Чтобы понять, какими преимуществами обладают ветровые электростанций, следует знать принцип их работы и конструктивные особенности. В основу работы подобного устройства положено использование силы ветра, посредством которой вращаются лопасти колеса, передающего движение на вал генератора при помощи сложной системы передаточных звеньев. В зависимости от конструктивных особенностей конкретной системы энергия ветра может передаваться на электрический генератор или питать водяной насос. Зная простейшие законы физики, можно сформулировать условие максимизации получаемой энергии.

Количество получаемой от генератора энергии находится в пропорциональной зависимости от диаметра колеса и лопастей ветряка. Иными словами, чем больший поток ветра, тем быстрее начинает крутиться вал генератора и большее количество энергии вырабатывается.

Но руководствоваться лишь одним размером при выборе ветряка было бы ошибочным, поскольку на разных высотах потоки воздуха ведут себя по-разному. Именно в силу этого, при проектировании ветряных электростанций особое внимание уделяется особенностям рельефа местности.

Проблемы эксплуатации ветряных электростанций заключаются в необходимости порой установки очень высоких мачт, поскольку на большей высоте наиболее потоки воздуха более стабильны, а ближе к поверхности земли их сила сокращается. Эксплуатация тепловой электростанции (ТЭС) лишена подобного ограничения, поскольку для ее нормальной работы требуется только наличие топлива.

Конструктивно все ветряные электростанции подразделяются на три типа: пропеллерные, барабанные и карусельные. Различие по типам заключается в расположении стабилизаторных лопастей и вращающегося вала относительно потока ветра. Наиболее экономичным типом является пропеллерный, где лопасти располагаются в горизонтальной плоскости по отношению к направлению ветра. В двух других случаях вал генератора располагается вертикально. Барабанные и карусельные ветряки обычно устанавливаются в местностях, где роза ветров не играет существенной роли.

Ветровые электростанции: преимущества и недостатки

При выборе альтернативного источника энергии в виде установки ветряной станции возникает вопрос: Какими преимуществами обладают ветровые электростанции по сравнению с тепловыми?

• Простота конструкции, что позволяет обслуживать и эксплуатировать подобные объекты людям, не имеющим специального образования;
• Неиссякаемость источника вырабатываемой энергии. Самое главное преимущество ветровых электростанции на тепловыми в том, что для их работы используется энергия ветра, который относится к возобновляемым источникам. Эксплуатация тепловых станции (ТЭЦ) требует постоянного использования топлива, а ветер есть всегда;
• Экономичность. Использование ветряной станции это уникальный случай получения максимальной выгоды при минимальных затратах. Один генератор способен выдавать от 10 до 1000 Вт;
• Экологичность. Для работы ветряка не требуется переработки топлива, а соответственно не загрязняется атмосфера.

Преимущества ветровых электростанций по сравнению с ТЭС также включают в себя компактность, автономность, доступность.

Но, несмотря на преимущества ветровых электростанций по сравнению с тепловыми, они обладают рядом недостатков.

Какими недостатками обладают современные ветровые электростанции?

1. Ветряная зависимость. Этот недостаток вытекает из преимущества, поскольку при отсутствии ветра выработка энергии полностью прекратится;
2. Создание помех для радиосвязи и телекоммуникации;
3. Изменение естественного ландшафта;
4. Большая площадь, требуемая для установки целого блока генераторов;

В любом случае, если провести тщательный анализ, то можно прийти к выводу, что применение ветряных электростанций обладает большим количество плюсов, нежели минусов и является на настоящий момент самым простым и эффективным способом получения электрической энергии.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.

В представленной статье детально описаны технологии изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что потребуется для устройства системы и подключения ее к потребителям. У нас вы узнаете о всех вариантах миниатюрных поставщиков энергии, собранных из подручных материалов.

Содержание статьи:

Гидроэлектростанции непромышленного назначения

Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. пока активно эксплуатируются только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль лишь делает первые робкие шаги.

Галерея изображений

Фото из

Получение электроэнергии при извлечении потенциала воды — одно из перспективных направлений «зеленой» энергетики. Ее плюсы заключаются в использовании неисчерпаемых бесплатных ресурсов планеты с нанесением наименьшего ущерба природной обстановке

К объектам, задействованным в сфере малой гидроэнергетики, относятся мини гидроэлектростанции, вырабатывающие от 3-100 кВт до 25 МВт

Для получения электричества при использовании энергии воды необязательно наличие бурной горной реки или сооружение большой плотины. Достаточно сузить русло небольшой речки или ручья

Турбину небольшой гидроэлектростанции сможет заставить вращаться даже относительно небольшой по объему канал, в который вода поступает из близлежащего водоема или речки

Небольшие ГЭС, устроенные прямо в потоке воды просты, но не позволяют регулировать силу и объем стока. Возможность регулировки обеспечит миниатюрное водохранилище

Наиболее перспективными для организации мини ГЭС являются горные ручьи с характерной разницей высот в русле. Однако подобные условия можно создать и для речки, текущей по равнинной местности

Повысить производительность миниатюрной ГЭС помогут всевозможные водообороты и завихрения, которые можно соорудить искусственно, путем заливки бетонных конструкций

Для увеличения КПД разработчиками малых гидроэлектростанций усовершенствуются турбины. К примеру, обычное колесо с лопастями заменяется многовитковым шнеком

Использование воды для получения электроэнергии

Один из традиционных вариантов малой гидроэнергетики

Сужение канала для извлечения энергии

Устройство направленного на лопасти канала

Приплотинный вариант с небольшим водохранилищем

Разница высоты в русле ручья или речки

Искусственно сооруженное завихрение

Шнековый тип турбины с повышенным КПД

Небольшими частными гидроэлектростанциями могут быть плотины на больших реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен мегаватт или мини-ГЭС с максимальной мощностью в 100 кВт, которых вполне достаточно для нужд частного дома. Вот о последних и узнаем подробней.

Гирляндная станция с гидровинтами

Конструкция состоит из цепи роторов, закрепленных на гибком стальном тросе, перетянутом поперек реки. Сам трос исполняет роль вращательного вала, один конец которого фиксируется на опорном подшипнике, а второй – активирует вал генератора.

Каждый гидроротор «гирлянды» способен вырабатывать около 2 кВт энергии, правда, скорость водного потока для этого должна быть не менее 2,5 метров в секунду, а глубина водоема не превышать 1,5 м.

Принцип действия гирляндной ГЭС прост: напор воды раскручивает гидровинты, а те вращают трос и заставляют генератор вырабатывать энергию

Гирляндные станции с успехом использовались еще в середине прошлого века, но роль винтов тогда играли самодельные пропеллеры и даже консервные банки. Сегодня же производители предлагают несколько видов роторов для различных условий эксплуатации.

Они комплектуются лопастями разного размера, изготовленными из листового металла, и позволяют получить максимальный КПД от работы станции.

Но хотя в изготовлении этот гидрогенератор достаточно прост, его эксплуатация предполагает ряд специальных условий, не всегда осуществимых в реальной жизни. Такие сооружения перегораживают русло реки, и вряд ли соседи по берегу, не говоря уже о представителях экологических служб, разрешат использовать энергию потока для ваших целей.

Кроме того, в зимний период установку использовать можно только на незамерзающих водоемах, а в условиях сурового климата – консервировать или демонтировать. Поэтому гирляндные станции возводятся временно и преимущественно в безлюдной местности (например, около летних пастбищ).

Роторные станции мощностью от 1 до 15 кВт/час вырабатывают до 9,3 МВт за месяц и позволяют самостоятельно решить проблему с электрификацией в регионах, отдаленных от централизованных магистралей

Современный аналог гирляндной установки – погружные или наплывные рамные станции с поперечными роторами. В отличие от своей гирляндной предшественницы, эти конструкции не перегораживают всю реку, а задействуют только часть русла, причем установить их можно на понтоне/плоте или вовсе опустить на дно водоема.

Вертикальный ротор Дарье

Ротор Дарье – устройство турбины, которое получило название в честь своего изобретателя в 1931 г. Система состоит из нескольких аэродинамических лопастей, зафиксированных на радиальных балках, и работает за счет перепада давления по принципу «подъемного крыла», который широко задействован в кораблестроительстве и авиации.

Хотя такие установки больше используются для создания ветрогенераторов, они могут работать и с водой. Но в этом случае нужны точные расчеты, чтобы подобрать толщину и ширину лопастей в соответствии с силой водного потока.

Ротор Дарье напоминает «ветряк», только установленный под водой, причем работать он может вне зависимости от сезонных колебаний скорости потока

Для создания локальных гидростанций вертикальные роторы используется редко. Несмотря на неплохие показатели КПД и кажущуюся простоту конструкции, оборудование достаточно сложное в эксплуатации.

Перед началом работы систему нужно «раскрутить», зато и остановить запущенную станцию сможет только замерзание водоема. Поэтому используется ротор Дарье преимущественно на промышленных предприятиях.

Интересное решение в сфере проектирования малых ГЭС с вертикально работающей турбиной предложил австрийский изобретатель Франц Цотлётерер:

Галерея изображений

Фото из

Мини станция водоворотно-гравитационного действия

Сооружение отдельного канала с водоворотом

Турбина в центре вращения

Устройства для сбора вырабатываемой энергии

Веским плюсом водоворотных станций вполне обоснованно считается сохранение рыбных ресурсов. Работа вертикальной турбины не наносит вреда живым организмам реки. К тому же на стенках сооружений не задерживается тина из-за специфического движения потока воды.

Подводный винтовой пропеллер

По сути, это самый простой воздушный ветряк, только устанавливается он под водой. Размеры лопастей, чтобы обеспечить максимальную скорость вращения и минимум сопротивления, рассчитываются в зависимости от силы движения потока. Например, если скорость течения не превышает 2 м/сек, то ширина лопасти должна быть в пределах 2-3 см.

Подводный пропеллер несложно сделать своими руками, но он подходит только для глубоких и быстрых рек – на мелком водоеме вращающиеся лопасти могут нанести травмы рыбакам, купальщикам, водоплавающим птицам и животным

Такой ветряк устанавливается «навстречу» потоку, но его лопасти работают не за счет давления водного напора, а благодаря возникновению подъемной силы (по принципу самолетного крыла или винта корабля).

Водяное колесо с лопастями

Водяное колесо – один из простейших вариантов гидравлического двигателя, известный еще со времен Римской Империи. Эффективность его работы во многом зависит от типа источника, на котором его установили.

Подливное колесо может вращаться только благодаря скорости потока, а наливное – с помощью напора и веса воды, ниспадающей сверху на лопасти

В зависимости от глубины и русла водотока можно установить различные типы колес:

• Подливные (или нижнебойные) – подойдут для мелководных рек с быстрым течением.
• Среднебойные – располагаются в руслах с природными каскадами так, чтобы поток попадал приблизительно на середину вращающегося барабана.
• Наливные (или верхнебойные) – устанавливаются под плотиной, трубой или в нижней части естественного порога, чтобы ниспадающая вода продолжила путь через вершину колеса.

Но принцип работы у всех вариантов один и тот же: вода попадает на лопасти и приводит в действие колесо, которое заставляет вращаться генератор для миниэлектростанции.

Производители гидрооборудования предлагают готовые турбины, лопасти которых специально адаптированы под определенную скорость водного потока. Но домашние умельцы изготавливают барабанные конструкции по старинке – из подручных материалов.

Ознакомиться с шагами сооружения простейшего варианта мини ГЭС поможет следующая фото-подборка:

Галерея изображений

Фото из

Преимущества гидроэнергетики

Гидроэнергетика — это электричество, которое вырабатывается за счет движения воды. Для создания электричества источник энергии, такой как пар, ветер или проточная вода, вращает турбину. Турбина вращает большой магнит или множество больших магнитов внутри катушки из медной проволоки. Это создает механическую энергию, которая преобразуется в электрическую с помощью магнитов и медной проволоки. Это электричество затем сохраняется и отправляется по электрическим проводам в дома и на предприятия.

Большинство электростанций работают на ископаемом топливе. Ископаемое топливо сжигается, чтобы нагреть большие чаны с водой, которые производят пар. Этот пар вращает турбины. Это не возобновляемый источник энергии, и он создает значительные объемы загрязнения. Гидроэлектростанции использовали движение падающей воды для вращения турбин. В большинстве случаев плотина строится через большую реку, и вода направляется через турбины и выпускается с другой стороны. В некоторых случаях гидроэлектростанции используют приливные движения для выработки электроэнергии.Многие имеют многочисленные резервуары, которые могут увеличивать или уменьшать подачу электроэнергии в зависимости от спроса.

Преимущества гидроэнергетики

• Самым большим и самым важным преимуществом гидроэнергетики является то, что это возобновляемый источник энергии. Он использует естественную природу развития и водные пути для выработки электроэнергии.
• Еще одно огромное преимущество гидроэлектроэнергии заключается в том, что после постройки гидроэлектростанции не образуются прямые отходы, а уровень выбросов углекислого газа (CO2) значительно ниже.Углекислый газ вырабатывается только на этапе строительства, а фактически действующий завод не производит его.
• Гидроэлектростанции имеют очень низкие эксплуатационные расходы, так как нет необходимости покупать топливо. Это означает, что когда цены на ископаемое топливо стремительно растут, гидроэлектростанции не пострадают. Это также означает, что цена на электроэнергию для потребителей постоянна.
• Гидроэлектростанции служат намного дольше, чем станции, работающие на ископаемом топливе. Они просты в обслуживании и безопасны в эксплуатации.
• Гидроэлектростанции могут быть добавлены к существующим плотинам, что означает, что нет необходимости строить новую плотину и потенциально нанести больший ущерб речной системе.
• Гидроэлектроэнергия — это высоконадежный источник возобновляемой энергии, который может очень быстро выйти на полную мощность.
• Плотины гидроэлектростанций могут использоваться для занятий водными видами спорта и для орошения ферм. Эти дамбы можно использовать для предотвращения крупномасштабных наводнений.

Статьи по теме

Преимущества и недостатки ветроэнергетики

Преимущества угольной энергии

Hydroelectric Power — TheGreenAge

Что такое гидроэлектростанция?

Гидроэлектроэнергия — очень хорошо зарекомендовавшая себя форма обеспечения энергией.В последнее десятилетие 20% мировой электроэнергии вырабатывается гидроэлектростанциями (88% возобновляемой энергии). Этот баланс изменится, поскольку в настоящее время существуют конкурирующие источники возобновляемой энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра. Гидроэнергетика означает получение энергии от движущейся воды с помощью электрического генератора. В Великобритании общая мощность гидроэлектростанций составляет чуть менее 2%, что составляет менее одной пятой общей мощности по выработке возобновляемой энергии. Когда люди во всем мире думают о гидроэнергетике, они, вероятно, думают о плотине Гувера, которая расположена на реке Колорадо в США, между Аризоной и Невадой.Он был завершен в 1936 году и имел максимальную генерирующую мощность 1,3 ГВт.

Как работает гидроэлектростанция?

Энергия вырабатывается в результате вращения массивных турбин, вызванного протеканием по ним воды. Когда турбины вращают магниты в генераторе, это вызывает преобразование кинетической энергии в электрическую. Количество генерируемой энергии варьируется в зависимости от объема воды, проходящей через турбины, и разницы в высоте между источником воды и выходом воды (известной как напор).Существуют разные диапазоны гидроэлектростанций, разделенные по количеству энергии, которую они могут произвести. Электростанции делятся на следующие: большие (от нескольких сотен МВт до 10 ГВт), малые (до 10 МВт), микро (до 100 кВт) и пиковые (до 5 кВт).

Одним из основных преимуществ гидроэнергетики является то, что ее можно использовать в течение нескольких секунд в зависимости от спроса, и, как таковой, это одно из немногих средств хранения большого количества электроэнергии для пиковых нагрузок. Это достигается за счет удержания большого количества воды в резервуаре за плотиной с гидроэлектростанцией внизу.Например, компания Dinorwig в Уэльсе может помочь обеспечить аварийное электроснабжение, чтобы заполнить пробелы в спросе в таком городе, как Ливерпуль. Большинство электростанций, включая электростанции, работающие на ископаемом топливе и атомные, должны оставаться включенными постоянно, поскольку им требуется время для разогрева для выработки энергии и охлаждения для обслуживания. В результате они используются для обслуживания базового спроса, затем гидроэлектроэнергия может обслуживать любые всплески спроса, а затем воду можно закачивать обратно в резервуары, когда потребность в ней меньше (в ночное время).

Виды гидроэнергетики

Хранилище плотины гидроэлектростанции

Это обычная гидроэлектростанция, на которую ссылается большинство людей, обсуждая гидроэнергетику.Он включает в себя строительство плотины через реку, которая задерживает воду, создавая за ней большое искусственное озеро или водохранилище. Для выработки электричества ворота открываются на дне плотины, и сила тяжести выталкивает воду через ворота и вниз по трубе, известной как напорный водовод, которая подает воду непосредственно к турбинам, встроенным в структуру плотины. Эта быстро текущая вода вращает турбины, а система генератора преобразует эту кинетическую энергию в электрическую. Примером плотины гидроэлектростанции является водохранилище Килдер-Уотер, расположенное в Нортумберленде, управляемое RWE Npower и являющееся крупнейшей системой в Англии.

ГЭС

Накачиваемая гидроаккумулирующая энергия, как описано в разделе «Накопление энергии», требует двух резервуаров, один на большой высоте, а другой на малой высоте. Когда вода выпускается из высокогорного резервуара, энергия создается за счет нисходящего потока, который направляется через валы высокого давления, связанные с турбинами. Это давление приводит в движение турбины, которые, в свою очередь, приводят в действие генераторы, вырабатывающие электричество. Когда высотный резервуар пуст, вода в него перекачивается из нижнего резервуара.Он соединен валом насоса с валом турбины с помощью двигателя для привода насоса.

В Великобритании на гидроэлектростанции Dinorwig используются насосные двигатели, которые питаются от электроэнергии из сети, когда электроэнергия становится дешевле за ночь, а спрос на нее самый низкий. Таким образом, генерация гидроаккумулирующих аккумуляторов представляет собой критически важное средство резервного копирования в периоды чрезмерного спроса и одновременно эффективно сохраняет энергию в периоды низкого спроса.

Русловая гидроэлектростанция

Некоторые гидроэнергетические системы используют естественный поток реки для выработки электроэнергии без необходимости строительства плотины.Эти типы гидроэлектростанций включают форсирование речного потока через водозаборники и турбины для выработки электричества, но сооружения, переброшенные через реку, намного меньше, чем те, что используются в хранилище плотины гидроэлектростанции, описанном выше.

В Бистоне, Ноттингемшир, гидроэлектростанция, управляемая United Utilities, является самой крупной русловой системой в Англии. Разница между плотиной и русловой системой заключается в том, что последняя использует свободно проточную воду и имеет минимальную емкость для хранения, что имеет свои преимущества и недостатки.Система требует объема воды, проходящего через нее, и без емкости для хранения может не хватать мощности скорости. И плотина, и речные системы могут быть примером схем отвода, в которых обе могут использовать воду, поступающую из реки или озера

Развитие гидроэнергетики

В Великобритании самая большая гидроэлектростанция находится в Динорвиг, которая способна вырабатывать 1,8 ГВт электроэнергии всего за 12 секунд. Однако, если смотреть по всему миру, это затмевает крупнейшая гидроэлектростанция, плотина Три ущелья, расположенная в Китае.Эта гидроэлектростанция имеет генерирующую мощность 20,3 ГВт, которая в то время, как ожидалось, будет обслуживать 10% потребностей Китая в электроэнергии, однако, поскольку в последнее время спрос на них резко вырос, в настоящее время она обслуживает только около 3%.

Гидроэлектростанции в Великобритании имеют право на получение сертификатов об обязательствах по возобновляемым источникам энергии (ROC) со станциями, введенными в эксплуатацию после 2002 года и имеющими выходную мощность 20 МВт, и для всех, которые ниже этого уровня. Согласно DECC, национальной стратегии развития гидроэнергетики в масштабах страны не существует, но правительство обязано сделать все, что в его силах, для поддержки девелоперов, общественных инициатив и мелких застройщиков, которые могут инвестировать и строить гидроэнергетические проекты.Кроме того, схемы до 50 кВт могут применяться только для FIT, тогда как для схем от 50 кВт до 5 МВт можно выбирать между FIT или ROC.

Энергетические ресурсы: Гидроэнергетика

Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Гидроэлектроэнергия — термин, относящийся к электроэнергии, вырабатываемой гидроэнергетикой; производство электроэнергии за счет гравитационной силы падающей или текущей воды. Это наиболее широко используемая форма возобновляемой энергии, на которую приходится 16 процентов мирового производства электроэнергии — 3 427 тераватт-часов электроэнергии в 2010 году, 90 263 [1] и, как ожидается, увеличится примерно на 3.1% ежегодно в течение следующих 25 лет.

Гидроэнергетика производится в 150 странах, при этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2010 году вырабатывается 32 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2010 году произведено 721 тераватт-час, что составляет около 17 процентов внутреннего потребления электроэнергии.

Стоимость гидроэлектроэнергии относительно невысока, что делает ее конкурентоспособным источником возобновляемой электроэнергии. Средняя стоимость электроэнергии от ГЭС мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 единиц.С. центов за киловатт-час. ^[1] Это также гибкий источник электроэнергии, поскольку количество, производимое станцией, можно очень быстро увеличивать или уменьшать для адаптации к изменяющимся потребностям в энергии. Однако строительство плотин прерывает течение рек и может нанести вред местным экосистемам, а строительство больших плотин и водохранилищ часто связано с перемещением людей и диких животных. ^[1] После строительства гидроэлектростанции проект не производит прямых отходов и имеет значительно более низкий уровень выбросов парникового газа углекислого газа (CO ₂ ), чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. ^[2]

История

Музейная ГЭС «Под городом» в Сербии, построенная в 1900 году. ^{[3] [4]}

Гидроэнергетика использовалась с древних времен для измельчения муки и выполнения других задач. В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест де Белидор опубликовал Architecture Hydraulique , в котором описывались гидравлические машины с вертикальной и горизонтальной осью. К концу 19 века был разработан электрический генератор, который теперь можно было соединить с гидравликой. ^[5] Растущий спрос на промышленную революцию также будет стимулировать развитие. ^[6] В 1878 году первая в мире гидроэлектростанция была разработана Уильямом Джорджем Армстронгом в Крагсайде в Нортумберленде, Англия. Он использовался для питания одной дуговой лампы в его художественной галерее. ^[7] Старая электростанция Шёлкопф № 1 возле Ниагарского водопада в США начала вырабатывать электроэнергию в 1881 году. Первая гидроэлектростанция Эдисона, завод на Вулкан-стрит, была введена в эксплуатацию 30 сентября 1882 года в Аплтоне, штат Висконсин. , с мощностью около 12.5 киловатт. ^[8] К 1886 году в США и Канаде насчитывалось 45 гидроэлектростанций. К 1889 году только в США их было 200. ^[5]

В начале 20 века многие небольшие гидроэлектростанции строились коммерческими компаниями в горах, недалеко от крупных городов. В Гренобле, Франция, прошла Международная выставка гидроэнергетики и туризма, которую посетили более миллиона человек. К 1920 году, когда 40% электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, приходилось на гидроэлектростанции, был принят Закон о федеральной энергетике.Закон создал Федеральную энергетическую комиссию для регулирования гидроэлектростанций на федеральных землях и воде. По мере того, как электростанции становились больше, связанные с ними плотины приобрели дополнительные цели, включая борьбу с наводнениями, орошение и навигацию. Для крупномасштабного развития стало необходимо федеральное финансирование, и были созданы федеральные корпорации, такие как Tennessee Valley Authority (1933) и Bonneville Power Administration (1937). ^[6] Кроме того, Бюро мелиорации начало серию западных проектов U.С. ирригационные проекты в начале 20-го века теперь строили крупные гидроэлектростанции, такие как плотина Гувера 1928 года. ^[9] Инженерный корпус армии США также участвовал в развитии гидроэлектростанции, завершив строительство плотины Бонневиль в 1937 году и признанный Законом о борьбе с наводнениями 1936 года в качестве главного федерального агентства по борьбе с наводнениями. ^[10]

Гидроэлектростанции продолжали расти на протяжении всего 20 века. Гидроэнергетика была обозначена как белый уголь за ее мощность и изобилие. ^[11] Первоначальная электростанция плотины Гувера мощностью 1345 МВт была крупнейшей гидроэлектростанцией в мире в 1936 году; в 1942 году ее затмила плотина Гранд-Кули мощностью 6809 МВт. ^[12] Плотина Итайпу открылась в 1984 году в Южной Америке как крупнейшая, производящая 14 000 МВт, но в 2008 году была превзойдена плотиной Три ущелья в Китае с мощностью 22 500 МВт. В конечном итоге гидроэлектроэнергия будет снабжать некоторые страны, включая Норвегию, Демократическую Республику Конго, Парагвай и Бразилию, более 85% их электроэнергии.В настоящее время в Соединенных Штатах насчитывается более 2000 гидроэлектростанций, которые обеспечивают 6,4% общей выработки электроэнергии, что составляет 49% возобновляемой электроэнергии. ^[6]

Методы генерации

Ряд турбин на электростанции Эль-Нихуил II в Мендосе, Аргентина

Поперечный разрез обычной плотины гидроэлектростанции.

Обычные (плотины)

Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается за счет потенциальной энергии плотины, приводящей в движение водяную турбину и генератор.Мощность, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды. Эта разница в высоте называется головой. Большая труба («затвор») подает воду из резервуара к турбине. ^[13]

ГАЗ

Основная статья: Накопительная гидроэлектроэнергия

Этот метод вырабатывает электроэнергию для удовлетворения высоких пиковых нагрузок за счет перемещения воды между резервуарами на разной высоте. Во времена низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для закачки воды в более высокий резервуар.Когда потребность становится больше, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. В настоящее время схемы гидроаккумулирования являются наиболее коммерчески важными средствами крупномасштабного хранения энергии в сети и улучшают суточный коэффициент мощности системы генерации. Накачка не является источником энергии и отображается в списках как отрицательное число. ^[14]

Русло реки

Основная статья: Русловая гидроэлектростанция

Русловые гидроэлектростанции — это гидроэлектростанции с небольшой емкостью водохранилища или без них, так что в этот момент для выработки доступна только вода, поступающая из верхнего течения, и любое избыточное предложение должно оставаться неиспользованным.Постоянная подача воды из озера или существующего водохранилища выше по течению является значительным преимуществом при выборе участков для русла реки. В Соединенных Штатах речная гидроэлектроэнергия потенциально может обеспечить 60 000 мегаватт (80 000 000 л.с.) (около 13,7% от общего потребления в 2011 г., если оно будет постоянно доступно). ^[15]

Прилив

Приливная электростанция использует ежедневный подъем и опускание океанской воды из-за приливов; такие источники очень предсказуемы, и, если условия позволяют строительство резервуаров, также могут быть диспетчеризованы для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса.Менее распространенные типы гидроэлектростанций используют кинетическую энергию воды или неповрежденные источники, такие как подводные водяные колеса. Приливная энергия жизнеспособна в относительно небольшом количестве мест по всему миру. В Великобритании есть восемь объектов, которые могут быть разработаны, на которых будет производиться 20% электроэнергии, потребляемой в 2012 году. ^[16]

Размеры, типы и мощности гидроузлов

Крупные объекты

Крупные гидроэлектростанции чаще рассматриваются как крупнейшие в мире объекты по производству электроэнергии, при этом некоторые гидроэлектростанции способны вырабатывать более чем в два раза установленную мощность по сравнению с нынешними крупнейшими атомными электростанциями.

Хотя официального определения диапазона мощностей крупных гидроэлектростанций не существует, объекты мощностью более нескольких сотен мегаватт обычно считаются крупными гидроэлектростанциями.

В настоящее время во всем мире в эксплуатации находятся всего четыре объекта мощностью более 10 ГВт (10 000 МВт), см. Таблицу ниже. ^[1]

Малый

Основная статья: Малая гидроэлектростанция

Малая гидроэлектростанция — это развитие гидроэнергетики в масштабах небольшого поселения или промышленного предприятия.Определение проекта малых гидроэлектростанций варьируется, но генерирующая мощность до 10 мегаватт (МВт) обычно принимается в качестве верхнего предела того, что можно назвать малой гидроэлектростанцией. Это может быть увеличено до 25 МВт и 30 МВт в Канаде и США. Производство малой гидроэлектроэнергии выросло на 28% в 2008 году по сравнению с 2005 годом, в результате чего общая мировая мощность малых гидроэлектростанций выросла до 85 ГВт. Более 70% из них пришлось на Китай (65 ГВт), за которым следуют Япония (3,5 ГВт), США (3 ГВт) и Индия (2 ГВт). ^[18]

Малые гидроэлектростанции могут быть подключены к обычным электрическим распределительным сетям в качестве источника недорогой возобновляемой энергии.В качестве альтернативы, небольшие гидроэлектростанции могут быть построены в изолированных районах, которые было бы нерентабельно обслуживать из сети, или в районах, где нет национальной распределительной сети. Поскольку небольшие гидроэлектростанции обычно имеют минимальное количество резервуаров и строительных работ, они считаются оказывающими относительно низкое воздействие на окружающую среду по сравнению с крупными гидроэлектростанциями. Это уменьшенное воздействие на окружающую среду сильно зависит от баланса между потоком ручья и производством энергии.

Микро

Основная статья: Микро-гидро

Микрогидро — это термин, используемый для гидроэнергетических установок, которые обычно производят до 100 кВт энергии.Эти установки могут обеспечивать электроэнергией изолированный дом или небольшой поселок, а иногда и подключены к электрическим сетям. Есть много таких установок по всему миру, особенно в развивающихся странах, поскольку они могут обеспечить экономичный источник энергии без покупки топлива. ^[19] Микрогидросистемы дополняют фотоэлектрические солнечные энергетические системы, потому что во многих областях поток воды и, следовательно, доступная гидроэнергия максимальны зимой, когда солнечная энергия минимальна.

Пико

Pico hydro — это термин, используемый для выработки гидроэлектроэнергии мощностью менее 5 кВт. Это полезно в небольших удаленных общинах, где требуется лишь небольшое количество электроэнергии. Например, для питания одной или двух люминесцентных лампочек и телевизора или радио в нескольких домах. ^[20] Даже небольшие турбины мощностью 200–300 Вт могут привести в действие один дом в развивающейся стране с перепадом высоты всего 1 м (3 фута). Пикогидроустановка, как правило, является русловой, что означает, что плотины не используются, а, скорее, трубы отводят часть потока, опускают его вниз по градиенту и через турбину перед возвращением в поток.

Подземный

Основная статья: Подземная электростанция

Подземная электростанция обычно используется на крупных объектах и ​​использует большую естественную разницу высот между двумя водотоками, такими как водопад или горное озеро. Подземный туннель построен для забора воды из высокого резервуара в генерирующий зал, построенный в подземной пещере рядом с самой нижней точкой водного туннеля, и горизонтальный отвод воды, отводящий воду в нижний выпускной канал.

Расчет доступной мощности

Простая формула для аппроксимации производства электроэнергии на гидроэлектростанции:, где

Годовое производство электроэнергии зависит от доступного водоснабжения. В некоторых установках расход воды может изменяться в 10: 1 в течение года.

Преимущества и недостатки

Преимущества

Гибкость

Гидроэнергетика — это гибкий источник электроэнергии, поскольку станции можно очень быстро наращивать и уменьшать, чтобы адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии. ^[1] Гидротурбины имеют время пуска порядка нескольких минут. ^[21] Для перевода блока из холодного пуска в режим полной нагрузки требуется от 60 до 90 секунд; это намного короче, чем для газовых турбин или паровых установок. ^[22] Выработка электроэнергии также может быть быстро снижена при выработке избыточной энергии. ^[23] Следовательно, ограниченная мощность гидроагрегатов обычно не используется для выработки базовой энергии, кроме как для освобождения паводкового бассейна или удовлетворения потребностей ниже по течению. ^[24] Вместо этого он служит резервным для негидрогенераторов. ^[23]

Низкие затраты на электроэнергию

Основным преимуществом гидроэнергетики является снижение стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти не зависит от увеличения стоимости ископаемого топлива, такого как нефть, природный газ или уголь, и импорт не требуется. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час. ^[1]

Гидроэлектростанции имеют долгий экономический срок службы, при этом некоторые станции все еще эксплуатируются через 50–100 лет. ^[25] Операционные расходы на рабочую силу также обычно невысоки, так как предприятия автоматизированы и при нормальной работе на стройплощадке мало персонала.

Если плотина служит нескольким целям, можно добавить гидроэлектростанцию ​​с относительно низкими затратами на строительство, что обеспечит полезный поток доходов для компенсации затрат на эксплуатацию плотины. Было подсчитано, что продажа электроэнергии с плотины «Три ущелья» покроет расходы на строительство через 5-8 лет полной выработки. ^[26] Кроме того, некоторые данные показывают, что в большинстве стран крупные плотины гидроэлектростанций будут слишком дорогостоящими, и их строительство займет слишком много времени для получения положительной прибыли с поправкой на риск, если не будут приняты соответствующие меры по управлению рисками. ^[27]

Пригодность для промышленного применения

Хотя многие гидроэлектростанции обеспечивают питание общественных сетей электроснабжения, некоторые из них созданы для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Специальные проекты гидроэлектростанций часто строятся для обеспечения значительного количества электроэнергии, необходимой, например, для алюминиевых электролизеров. Плотина Гранд-Кули перешла на поддержку алюминия Alcoa в Беллингхэме, штат Вашингтон, США, для американских самолетов времен Второй мировой войны, прежде чем ей было разрешено обеспечивать ирригацию и электричество для граждан (в дополнение к алюминиевой энергии) после войны.В Суринаме водохранилище Брокопондо было построено для обеспечения электроэнергией алюминиевой промышленности Алкоа. Новозеландская электростанция в Манапури была построена для электроснабжения алюминиевого завода в Тиваи-Пойнт.

Снижение выбросов CO ₂ выбросы

Поскольку плотины гидроэлектростанций не сжигают ископаемое топливо, они не производят непосредственно углекислый газ. Хотя во время производства и строительства проекта образуется некоторое количество углекислого газа, это лишь малая часть эксплуатационных выбросов от выработки электроэнергии на эквивалентном ископаемом топливе.Одно измерение, связанное с парниковыми газами, и сравнение других внешних эффектов между источниками энергии можно найти в проекте ExternE Института Пауля Шеррера и Штутгартского университета, который финансировался Европейской комиссией. ^[28] Согласно этому исследованию, гидроэлектроэнергия производит наименьшее количество парниковых газов и внешних воздействий по сравнению с любым источником энергии. ^[29] На втором месте был ветер, на третьем — ядерная энергия, а на четвертом — солнечная фотоэлектрическая энергия. ^[29] Гидроэлектроэнергия оказывает низкое воздействие на парниковые газы, особенно в умеренном климате.Вышеупомянутое исследование проводилось для местной энергетики в Европе; предположительно аналогичные условия преобладают в Северной Америке и Северной Азии, где наблюдается регулярный естественный цикл замораживания / оттаивания (с сопутствующим сезонным гниением и отрастанием растений). Более сильное воздействие выбросов парниковых газов наблюдается в тропических регионах, поскольку резервуары электростанций в тропических регионах производят большее количество метана, чем резервуары в районах с умеренным климатом. ^[30]

Резервуар для других целей

Водохранилища, созданные гидроэлектростанциями, часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта и сами становятся достопримечательностями.В некоторых странах широко распространена аквакультура в водоемах. Многофункциональные плотины, установленные для орошения, поддерживают сельское хозяйство с относительно постоянным водоснабжением. Крупные гидроэлектростанции могут контролировать наводнения, которые в противном случае повлияли бы на людей, живущих ниже по течению от проекта. ^[31]

Недостатки

Ущерб экосистеме и потеря земель

Большие водохранилища, связанные с традиционными гидроэлектростанциями, приводят к затоплению обширных территорий вверх по течению от плотин, иногда уничтожая биологически богатые и продуктивные леса низменностей и речных долин, болота и луга.Утрата земель часто усугубляется фрагментацией среды обитания прилегающих территорий, вызванной водохранилищем. ^[32]

Гидроэнергетические проекты могут нанести ущерб окружающим водным экосистемам как выше, так и ниже по течению от территории завода. Производство гидроэлектроэнергии меняет окружающую среду в нижнем течении реки. Вода, выходящая из турбины, обычно содержит очень мало взвешенных отложений, что может привести к размыву русел рек и потере берегов. ^[33] Поскольку турбинные ворота часто открываются с перерывами, наблюдаются быстрые или даже суточные колебания речного стока.

Заиление и дефицит стока

Когда вода течет, она может переносить частицы тяжелее, чем она сама. Это отрицательно сказывается на плотинах и, соответственно, их электростанциях, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высоким уровнем заиления. Заиление может заполнить водохранилище и снизить его способность контролировать наводнения, а также вызвать дополнительное горизонтальное давление на верхнюю часть плотины. В конце концов, некоторые водохранилища могут заполниться отложениями и стать бесполезными во время наводнения или выйти из строя. ^{[34] [35]}

Изменения в речном потоке будут коррелировать с количеством энергии, производимой плотиной. Более низкие речные потоки уменьшат количество живого запаса в водохранилище, тем самым уменьшив количество воды, которая может быть использована для гидроэлектроэнергии. Результатом уменьшения речного стока может быть нехватка электроэнергии в районах, которые сильно зависят от гидроэнергетики. Риск нехватки стока может увеличиться в результате изменения климата. ^[36] Одно исследование, проведенное на реке Колорадо в Соединенных Штатах, показывает, что умеренные изменения климата, такие как повышение температуры на 2 градуса Цельсия, приводящее к снижению количества осадков на 10%, могут сократить речной сток на 40%. %. ^[36] Бразилия, в частности, уязвима из-за своей сильной зависимости от гидроэлектроэнергии, поскольку повышение температуры, снижение расхода воды и изменение режима осадков могут сократить общее производство энергии на 7% ежегодно к концу века. ^[36]

Выбросы метана (из водохранилищ)

Более низкие положительные воздействия наблюдаются в тропических регионах, поскольку было отмечено, что резервуары электростанций в тропических регионах производят значительные количества метана.Это происходит из-за того, что растительный материал в затопленных районах разлагается в анаэробной среде и образует парниковый газ — метан. Согласно отчету Всемирной комиссии по плотинам, ^[37] , где водохранилище велико по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности), и до захоронения не проводилась вырубка лесов на этой территории Из резервуара выбросы парниковых газов из резервуара могут быть выше, чем у обычной тепловой электростанции, работающей на жидком топливе. ^[38]

Однако в бореальных водохранилищах Канады и Северной Европы выбросы парниковых газов обычно составляют всего от 2% до 8% от любого вида традиционной тепловой генерации на ископаемом топливе. Новый класс подводных рубок леса, нацеленный на затонувшие леса, может смягчить эффект разрушения лесов. ^[39]

Переезд

Еще одним недостатком плотин гидроэлектростанций является необходимость переселения людей, живущих там, где запланированы водохранилища. В 2000 году Всемирная комиссия по плотинам подсчитала, что плотины физически переместили 40-80 миллионов человек во всем мире. ^[40]

Риски отказа

Поскольку крупные традиционные сооружения с плотинами удерживают большие объемы воды, отказ из-за плохого строительства, стихийных бедствий или саботажа может иметь катастрофические последствия для населенных пунктов и инфраструктуры ниже по течению. Прорывы плотин были одними из самых крупных антропогенных катастроф в истории.

Прорыв плотины Баньцяо в Южном Китае непосредственно привел к гибели 26 000 человек и еще 145 000 от эпидемий. Миллионы остались без крова.Кроме того, создание плотины в геологически неподходящем месте может вызвать бедствия, такие как катастрофа 1963 года на дамбе Ваджонт в Италии, где погибло почти 2000 человек. ^[41]

Обрушение плотины Мальпассет во Фрежюсе на Французской Ривьере (Лазурный берег) на юге Франции обрушилось 2 декабря 1959 года, в результате чего в результате наводнения погибло 423 человека. ^[42]

Меньшие плотины и микрогидроустановки создают меньший риск, но могут создавать постоянные опасности даже после вывода из эксплуатации.Например, небольшая плотина Келли Барнс обрушилась в 1967 году, в результате чего в результате наводнения Токкоа погибло 39 человек, через десять лет после того, как ее электростанция была выведена из эксплуатации, плотина земляной насыпи разрушилась. ^[43]

Сравнение с другими методами производства электроэнергии

Гидроэлектроэнергия устраняет выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива, включая такие загрязнители, как диоксид серы, оксид азота, оксид углерода, пыль и ртуть в угле. Гидроэнергетика также позволяет избежать опасностей, связанных с добычей угля, и косвенного воздействия угольных выбросов на здоровье.По сравнению с ядерной энергетикой, строительство гидроэлектростанций требует изменения больших территорий окружающей среды, в то время как атомная электростанция занимает мало места, а отказы гидроэлектростанций унесли жизни на десятки тысяч больше людей, чем отказ любой атомной станции. ^{[32] [41] [43]} Создание плотины Гарнизон, например, потребовало захвата земель коренных американцев для создания озера Сакакавеа, береговая линия которого составляет 1320 миль, и заставило жителей потерять 94% их пахотных земель. ^[44]

По сравнению с ветряными электростанциями, гидроэлектростанции имеют более предсказуемый коэффициент загрузки. Если в проекте есть резервуар для хранения, он может вырабатывать электроэнергию при необходимости. Гидроэлектростанции можно легко регулировать в соответствии с изменениями спроса на электроэнергию.

Мировая мощность гидроэлектростанций

Доля возобновляемых источников энергии в мире (2008 г.)

Тенденции в пятерке ведущих стран-производителей гидроэлектроэнергии

Рейтинг гидроэнергетических мощностей определяется либо по фактическому годовому производству энергии, либо по установленной мощности.На долю гидроэнергетики приходилось 16 процентов мирового потребления электроэнергии и 3 427 тераватт-часов выработки электроэнергии в 2010 году, что продолжает стремительный рост, наблюдавшийся в период с 2003 по 2009 год. ^[1]

Гидроэнергетика производится в 150 странах, при этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2010 году выработано 32 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2010 году было произведено 721 тераватт-час, что составляет около 17 процентов внутреннего потребления электроэнергии.Бразилия, Канада, Новая Зеландия, Норвегия, Парагвай, Австрия, Швейцария и Венесуэла производят большую часть внутренней электроэнергии за счет гидроэлектроэнергии. Парагвай производит 100% своей электроэнергии за счет плотин гидроэлектростанций и экспортирует 90% своей продукции в Бразилию и Аргентину. Норвегия производит 98–99% электроэнергии из гидроэнергетических источников. ^[45]

Гидроэлектростанция редко работает на полную мощность в течение всего года; Соотношение между среднегодовой мощностью и установленной мощностью является коэффициентом мощности.Установленная мощность — это сумма всех номинальных мощностей генератора, указанных на паспортной табличке. ^[46]

Основные строящиеся объекты

См. Также

PPT — Гидроэлектростанция PowerPoint Presentation, скачать бесплатно

определение гидроэлектростанции и синонимы гидроэлектростанции (на английском языке)

Из Википедии, свободной энциклопедии

(перенаправлено с

)

Гидроэлектроэнергия — электроэнергия, вырабатываемая гидроэнергетикой, т.е.е., производство электроэнергии за счет использования силы тяжести падающей или текущей воды. Это наиболее широко используемый вид возобновляемой энергии. После строительства гидроэлектростанции проект не производит прямых отходов и имеет значительно более низкий уровень выбросов парникового газа углекислого газа (CO ₂ ), чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. Во всем мире установленная мощность 777 ГВт в 2006 году поставила 2998 ТВтч гидроэлектроэнергии. ^[1] Это было примерно 20% мировой электроэнергии, на которую приходилось около 88% электроэнергии из возобновляемых источников. ^[2]

История

Производство электроэнергии

Плотина гидроэлектростанции в разрезе

Основная статья: Производство электроэнергии

Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается за счет потенциальной энергии плотины, приводящей в движение водяную турбину и генератор. В этом случае энергия, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды. Эта разница в высоте называется головой. Количество потенциальной энергии в воде пропорционально голове.Чтобы получить очень высокий напор, воду для гидравлической турбины можно пропускать через большую трубу, называемую затвором. ^[3]

Насосная гидроаккумулирующая гидроэлектроэнергия вырабатывает электроэнергию для удовлетворения высоких пиковых нагрузок за счет перемещения воды между резервуарами на разной высоте. Во времена низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для закачки воды в более высокий резервуар. При повышенном спросе вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. В настоящее время схемы гидроаккумулирования являются единственными коммерчески важными средствами крупномасштабного хранения энергии в сети и улучшают суточный коэффициент мощности системы генерации.Гидроэлектростанции без резервуаров называются русловыми, поскольку в этом случае невозможно хранить воду. Приливная электростанция использует ежедневный подъем и опускание воды из-за приливов; такие источники очень предсказуемы, и, если условия позволяют строительство резервуаров, также могут быть диспетчеризованы для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса. Менее распространенные типы гидроэлектростанций используют кинетическую энергию воды или неповрежденные источники, такие как подводные водяные колеса.

Расчет количества доступной мощности

Простая формула для аппроксимации производства электроэнергии на гидроэлектростанции:, где мощность в ваттах, это плотность воды (~ 1000 кг / м ³ ), высота в метров, — расход в кубических метрах в секунду, — это ускорение свободного падения 9.8 м / с ² и представляет собой коэффициент полезного действия в диапазоне от 0 до 1. Эффективность часто выше (то есть ближе к 1) с более крупными и современными турбинами.

Годовое производство электроэнергии зависит от доступного водоснабжения. В некоторых установках расход воды может изменяться в 10: 1 в течение года.

Промышленные гидроэлектростанции

Хотя многие гидроэлектростанции обеспечивают питание общественных сетей электроснабжения, некоторые созданы для обслуживания конкретных промышленных предприятий.Специальные проекты гидроэлектростанций часто строятся для обеспечения значительного количества электроэнергии, необходимой, например, для алюминиевых электролизеров. В Шотландском нагорье Соединенного Королевства есть примеры в Кинлохлевене и Лочабере, построенные в первые годы 20-го века. Плотина Гранд-Кули, долгое время являвшаяся крупнейшей в мире, перешла на поддержку алюминия Alcoa в Беллингеме, штат Вашингтон, США, для американских самолетов времен Второй мировой войны, прежде чем ей было разрешено обеспечивать ирригацию и электричество для граждан (в дополнение к алюминиевой энергии) после войны.В Суринаме водохранилище Брокопондо было построено для обеспечения электроэнергией алюминиевой промышленности Алкоа. Новозеландская электростанция в Манапури была построена для электроснабжения алюминиевого завода в Тиваи-Пойнт. По состоянию на 2007 год проект гидроэлектростанции Караньюкар в Исландии остается спорным. ^[4]

Крупнейшие гидроэлектростанции

Основная статья: Список крупнейших гидроэлектростанций

Река Янцзы в провинции Хубэй, Китай с изображением плотины «Три ущелья» (слева) и плотины Гэчжоу (справа).

Комплекс «Три ущелья» на реке Янцзы в провинции Хубэй, Китай, обладает крупнейшей в мире производственной мощностью и производит больше всего электроэнергии в мире. В его состав входят 2 электростанции. Это плотина «Три ущелья» (22 500 МВт после завершения) и плотина Гечжоу (3115 МВт). По состоянию на 2009 год ^{[обновление]} , общая генерирующая мощность этого комплекса составляет 21 515 МВт. Весь проект планируется завершить в 2011 году, когда общая генерирующая мощность составит 25 615 МВт. В 2008 году этот комплекс произвел 97 единиц.9 ТВтч электроэнергии.

Электростанция Итайпу на реке Парана на границе Бразилии и Парагвая в настоящее время вырабатывает вторую по величине гидроэлектроэнергию в мире. В 2008 году электростанция Итайпу с 20 генераторными установками и установленной мощностью 14 000 МВт достигла нового исторического рекорда по производству электроэнергии, выработав 94,68 тераватт-часов (340 800 ТДж).

Малые гидроэлектростанции

Основная статья: Малая гидроэлектростанция

Хотя крупные гидроэлектростанции вырабатывают большую часть мировой гидроэлектроэнергии, в некоторых ситуациях требуются небольшие гидроэлектростанции.Они определяются как заводы мощностью до 10 мегаватт или проекты мощностью до 30 мегаватт в Северной Америке. Небольшая гидроэлектростанция может быть подключена к распределительной сети или может обеспечивать электроэнергией только изолированное сообщество или отдельный дом. Малые гидроэнергетические проекты, как правило, не требуют длительных экономических, инженерных и экологических исследований, связанных с крупными проектами, и часто могут быть завершены гораздо быстрее. Небольшая гидроэлектростанция может быть установлена ​​вместе с проектом для борьбы с наводнениями, ирригации или других целей, обеспечивая дополнительный доход для затрат по проекту.В районах, где раньше использовались водяные колеса для фрезерования и других целей, часто можно перестроить участок для производства электроэнергии, что, возможно, устранило бы новое воздействие на окружающую среду в результате любой операции по сносу. Малые гидроэлектростанции можно далее разделить на мини-гидроузлы мощностью около 1 МВт и микрогидроагрегаты мощностью от 100 кВт до нескольких кВт. ^[2]

Малые гидроэлектростанции особенно популярны в Китае, на долю которого приходится более 50% мировых мощностей малых гидроэлектростанций. ^[2]

Небольшие гидроагрегаты в диапазоне от 1 МВт до примерно 30 МВт часто доступны от нескольких производителей, использующих стандартизированные блоки «вода-провод»; один подрядчик может предоставить все основное механическое и электрическое оборудование (турбину, генератор, средства управления, распределительное устройство), выбрав из нескольких стандартных конструкций, соответствующих условиям на объекте. Проекты микрогидроэнергетики используют разнообразное оборудование; в меньших размерах промышленные центробежные насосы могут использоваться в качестве турбин при сравнительно низкой стоимости покупки по сравнению с турбинами специального назначения.

Преимущества

Экономика

Основным преимуществом гидроэнергетики является устранение стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти не зависит от увеличения стоимости ископаемого топлива, такого как нефть, природный газ или уголь, и импорт не требуется.

Гидроэлектростанции также имеют более длительный экономический срок службы, чем генерация, работающая на топливе, при этом в настоящее время в эксплуатации находятся некоторые станции, которые были построены 50–100 лет назад. ^[5] Затраты на рабочую силу также обычно невысоки, так как предприятия автоматизированы и в нормальном режиме работы на стройплощадке мало персонала.

Там, где плотина служит нескольким целям, можно добавить гидроэлектростанцию ​​с относительно низкими затратами на строительство, обеспечивая полезный поток доходов для компенсации затрат на эксплуатацию плотины. Было подсчитано, что продажа электроэнергии с плотины «Три ущелья» покроет расходы на строительство через 5-8 лет полной выработки. ^[6]

Выбросы парниковых газов

Поскольку плотины гидроэлектростанций не сжигают ископаемое топливо, они не производят непосредственно двуокись углерода (парниковый газ).Хотя во время производства и строительства проекта образуется некоторое количество углекислого газа, это лишь малая часть эксплуатационных выбросов от выработки электроэнергии на эквивалентном ископаемом топливе. Одно измерение, связанное с парниковыми газами, и сравнение других внешних эффектов между источниками энергии можно найти в проекте ExternE Института Пауля Шеррера и Штутгартского университета, который финансировался Европейской комиссией. ^[7] Согласно этому проекту, гидроэлектроэнергия производит наименьшее количество парниковых газов и внешних воздействий по сравнению с любым источником энергии ^[8] .На втором месте был ветер, на третьем — ядерная энергия, а на четвертом — солнечная фотоэлектрическая энергия ^[8] . Чрезвычайно положительное воздействие гидроэлектроэнергии на парниковые газы особенно заметно в умеренном климате. Вышеупомянутое исследование проводилось для местной энергетики в Европе; предположительно аналогичные условия преобладают в Северной Америке и Северной Азии, где наблюдается регулярный естественный цикл замораживания / оттаивания (с сопутствующим сезонным гниением и отрастанием растений).

Сопутствующие виды деятельности

Водохранилища, создаваемые гидроэлектростанциями, часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта и сами по себе становятся достопримечательностями.В некоторых странах широко распространена аквакультура в водоемах. Многофункциональные плотины, установленные для орошения, поддерживают сельское хозяйство с относительно постоянным водоснабжением. Крупные гидроэлектростанции могут контролировать наводнения, которые в противном случае повлияли бы на людей, живущих ниже по течению от проекта.

Недостатки

Файл: Hydro Warning.JPG Рекреационные пользователи должны проявлять особую осторожность при приближении к плотинам гидроэлектростанций, водозаборам электростанций и водосбросам. ^[9]

Опасность разрушения

Прорывы плотины были одними из крупнейших антропогенных катастроф в истории.Кроме того, хороший дизайн и конструкция не являются достаточной гарантией безопасности. Дамбы являются заманчивыми промышленными целями для нападений во время войны, саботажа и терроризма.

Например, обрушение плотины Баньцяо в Южном Китае привело к гибели 171 000 человек и миллионам людей без крова. Кроме того, создание плотины в геологически неподходящем месте может вызвать бедствия, такие как катастрофа на плотине Ваджонт в Италии, где в 1963 году погибло почти 2000 человек. , но могут создавать постоянную опасность даже после вывода из эксплуатации.Например, небольшая плотина Келли Барнс обрушилась в 1967 году, в результате чего в результате наводнения Токкоа погибло 39 человек, через десять лет после того, как ее электростанция была выведена из эксплуатации в 1957 году. в то время как в целом надежные устройства могут иметь катастрофические повреждения самой плотины или подключений и подстанций, что приводит к чрезвычайно большим и внезапным потерям мощности, что может привести к отключению всей сети на часы или даже месяцы в зависимости от повреждения.Следовательно, хотя они считаются «твердыми» или «отправляемыми» источниками, в действительности необходимо обеспечить дублирование или резервное копирование. Примеры:

Это очень большие потери мощности; для сравнения, средняя потребляемая мощность в Великобритании составляет около 37 ГВт.

Ограниченный срок службы

Почти все реки переносят ил. Плотины на этих реках будут удерживать ил в своих водосборах, потому что из-за замедления потока воды и уменьшения турбулентности ил будет падать на дно. Сильтрация уменьшает запас воды в плотине, так что воду из сезона дождей нельзя хранить для использования в сухой сезон.Часто в этот момент или чуть позже плотина становится неэкономичной. Ближе к концу заиливания бассейны плотин заполняются до верха самого низкого водосброса и могут вызвать обрушение плотины в любое время года. Некоторые особенно плохие дамбы могут разрушиться из-за заиливания всего за 20 лет. ^[12] Более крупные плотины не защищены. Например, плотина «Три ущелья» в Китае рассчитана на срок службы всего 70 лет. ^[13]

Срок полезного использования плотин можно продлить за счет обхода наносов, использования специальных плотин и проектов по лесонасаждению для уменьшения илового образования водораздела, но в какой-то момент эксплуатация большинства плотин становится нерентабельной. ^[14]

Ущерб окружающей среде

Большие водохранилища, необходимые для работы гидроэлектростанций, приводят к затоплению обширных территорий вверх по течению от плотин, разрушая биологически богатые и продуктивные леса низменностей и речных долин, болота и луга. Утрата земель часто усугубляется тем фактом, что водоемы вызывают фрагментацию среды обитания на прилегающих территориях.

Гидроэнергетические проекты могут нанести ущерб окружающим водным экосистемам как выше, так и ниже по течению от территории станции.Например, исследования показали, что плотины на атлантическом и тихоокеанском побережьях Северной Америки сократили популяцию лосося за счет предотвращения доступа к нерестилищам вверх по течению, хотя на большинстве плотин в местах обитания лосося установлены лестницы для рыбы. Икра лосося также страдает от миграции в море, когда им приходится проходить через турбины. Это привело к тому, что некоторые районы вывозят смолт вниз по течению на баржах в определенные периоды года. В некоторых случаях плотины были снесены (например, плотина Marmot Dam снесена в 2007 году) ^[15] из-за воздействия на рыбу.Конструкции турбин и электростанций, упрощающие жизнь водной флоры и фауны, являются активной областью исследований. Меры по смягчению, такие как рыболовные лестницы, могут потребоваться в новых проектах или как условие повторного лицензирования существующих проектов.

Производство гидроэлектроэнергии изменяет окружающую среду в нижнем течении реки. Вода, выходящая из турбины, обычно содержит очень мало взвешенных отложений, что может привести к размыву русел рек и потере берегов. ^[16] Поскольку турбинные затворы часто открываются с перерывами, наблюдаются быстрые или даже суточные колебания речного стока.Например, в Гранд-Каньоне было обнаружено, что суточные циклические колебания потока, вызванные плотиной Глен-Каньон, способствуют эрозии песчаных отмелей. Содержание растворенного кислорода в воде может отличаться от условий, предшествующих строительству. В зависимости от местоположения вода, выходящая из турбин, обычно намного теплее, чем вода перед плотиной, что может изменить популяции водной фауны, включая исчезающие виды, и предотвратить естественные процессы замерзания. Некоторые гидроэлектростанции также используют каналы для отвода реки с меньшим уклоном, чтобы увеличить напор схемы.В некоторых случаях может быть отведена вся река, оставляя русло высохшего. Примеры включают реки Текапо и Пукаки в Новой Зеландии.

Выбросы парниковых газов

Файл: Bonnington hydroelectic power station.JPG

Более низкие положительные воздействия наблюдаются в тропических регионах, поскольку было отмечено, что резервуары электростанций в тропических регионах могут производить значительные количества метана и углекислого газа. Это происходит из-за того, что растительный материал в затопленных районах разлагается в анаэробной среде и образует метан, очень сильный парниковый газ.Согласно отчету ^[17] Всемирной комиссии по плотинам, водохранилище велико по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и до захоронения не проводилась вырубка лесов на этой территории. Из резервуара выбросы парниковых газов из резервуара могут быть выше, чем у традиционной тепловой электростанции, работающей на жидком топливе. ^[18] Хотя эти выбросы представляют собой углерод, уже находящийся в биосфере, а не ископаемые отложения, которые были изолированы от углеродного цикла, существует большее количество метана из-за анаэробного распада, вызывающего больший ущерб, чем в противном случае, если бы лес разложился естественно.

Файл: Bonnington Hydroelectric power station pipe.JPG Трубы, по которым вода идет от реки Клайд до Боннингтонской гидроэлектростанции, Шотландия.

Однако в бореальных водохранилищах Канады и Северной Европы выбросы парниковых газов обычно составляют всего от 2% до 8% от любого вида традиционной тепловой генерации на ископаемом топливе. Новый класс подводных рубок леса, нацеленный на затонувшие леса, может смягчить эффект разрушения лесов. ^[19]

В 2007 году International Rivers обвинила гидроэнергетические компании в мошенничестве с использованием фальшивых квот на выбросы углерода в рамках Механизма чистого развития (МЧР) для проектов гидроэнергетики, которые уже завершены или строятся на момент подачи заявки на присоединение к МЧР.Эти углеродные кредиты — от гидроэнергетических проектов в рамках МЧР в развивающихся странах — могут быть проданы компаниям и правительствам в богатых странах, чтобы соответствовать Киотскому протоколу. ^[20]

Переселение населения

Еще одним недостатком плотин гидроэлектростанций является необходимость переселения людей, живущих там, где запланированы водохранилища. В феврале 2008 года было подсчитано, что 40-80 миллионов человек во всем мире были физически перемещены в результате строительства плотины. ^[21] Во многих случаях никакая компенсация не может заменить родовую и культурную привязанность к местам, имеющим духовную ценность для перемещенного населения. Кроме того, исторически и культурно важные объекты могут быть затоплены и потеряны. Такие проблемы возникли при строительстве плотины «Три ущелья» в Китае, плотины Клайд в Новой Зеландии и плотины Илису на юго-востоке Турции.

Пострадал из-за нехватки стока

Изменения в объеме речного стока будут коррелировать с количеством энергии, производимой плотиной.Нижнее течение реки из-за засухи, изменения климата или плотин и водозаборов вверх по течению приведет к уменьшению количества живых запасов в водохранилище, следовательно, уменьшению количества воды, которая может быть использована для гидроэлектроэнергии. Результатом уменьшения речного стока может быть нехватка электроэнергии в районах, которые сильно зависят от гидроэнергетики.

Сравнение с другими методами производства электроэнергии

Гидроэлектростанция Асуанской плотины, Египет Гидроэлектростанция в Виандене, Люксембург

Гидроэлектроэнергия исключает выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива, включая такие загрязнители, как диоксид серы, оксид азота, оксид углерода, пыль и ртуть в угле.Гидроэнергетика также позволяет избежать опасностей, связанных с добычей угля, и косвенного воздействия выбросов угля на здоровье. По сравнению с ядерной энергетикой, гидроэлектроэнергия не производит ядерных отходов, не имеет никаких опасностей, связанных с добычей урана, или утечек ядерных материалов. В отличие от урана, гидроэлектроэнергия также является возобновляемым источником энергии.

По сравнению с ветряными электростанциями, гидроэлектростанции имеют более предсказуемый коэффициент нагрузки. Если в проекте есть резервуар для хранения, его можно направить для выработки электроэнергии при необходимости.Гидроэлектростанции можно легко регулировать в соответствии с изменениями спроса на электроэнергию.

В отличие от турбин внутреннего сгорания, работающих на ископаемом топливе, строительство гидроэлектростанции требует длительного времени для изучения участка, гидрологических исследований и оценки воздействия на окружающую среду. Гидрологические данные за период до 50 и более лет обычно требуются для определения наилучших участков и режимов работы большой гидроэлектростанции. В отличие от электростанций, работающих на топливе, например, на ископаемом топливе или атомной энергии, количество площадок, которые можно экономически развивать для производства гидроэлектроэнергии, ограничено; во многих областях уже используются наиболее рентабельные сайты.Новые гидроузлы расположены далеко от населенных пунктов и требуют протяженных линий электропередачи. Производство гидроэлектроэнергии зависит от количества осадков в водоразделе и может значительно сократиться в годы с малым количеством осадков или таянием снега. Изменение климата может повлиять на долгосрочную выработку энергии. Коммунальные предприятия, которые в основном используют гидроэлектроэнергию, могут потратить дополнительный капитал на создание дополнительных мощностей, чтобы обеспечить наличие достаточной мощности в маловодные годы.

В некоторых частях Канады (провинции Британская Колумбия, Манитоба, Онтарио, Квебек, Ньюфаундленд и Лабрадор) гидроэлектроэнергия используется настолько широко, что слово «гидро» часто используется для обозначения любой электроэнергии, поставляемой энергетическим предприятием. ^[22] Управляемые государством электроэнергетические компании в этих провинциях называются BC Hydro, Manitoba Hydro, Hydro One (ранее «Ontario Hydro»), Hydro-Québec и Newfoundland и Labrador Hydro соответственно. Hydro-Québec — крупнейшая в мире гидроэнергетическая компания с общей установленной мощностью (2007 г.) 35 647 МВт, включая 33 305 МВт гидроэнергетики ^[23] .

Страны с наибольшей гидроэлектрической мощностью

Рейтинг гидроэнергетических мощностей определяется либо по фактическому годовому производству энергии, либо по номинальной мощности установленной мощности.Гидроэлектростанция редко работает на полной мощности в течение полного года; Соотношение между среднегодовой мощностью и установленной мощностью является коэффициентом мощности. Установленная мощность — это сумма всех номинальных мощностей генератора, указанных на паспортной табличке. Источники взяты из BP Statistical Review — Полный отчет 2009 ^[24]

Шесть крупнейших плотин в порядке убывания их годовой выработки электроэнергии: плотина Три ущелья в Китае, плотина Итайпу на границе с Парагваем. и Бразилия, плотина Гури в Венесуэле, плотина Тукуруи в Бразилии, Саяно-Шушенская плотина в России и Красноярская ГЭС также в России (см. Список крупнейших гидроэлектростанций).

Бразилия, Канада, Норвегия, Швейцария и Венесуэла — единственные страны в мире, где большая часть внутреннего производства электроэнергии приходится на гидроэлектростанции, в то время как Парагвай не только производит 100% электроэнергии из плотин гидроэлектростанций, но и экспортирует 90% электроэнергии. его производство в Бразилию и Аргентину. Норвегия производит 98–99% электроэнергии из гидроэнергетических источников. ^[25]

США

Старая гидроэнергетика -электростанции

Австралия

• Малая гидроэлектростанция мощностью 650 кВт открылась в Варатах, Тасмания, в 1885 году.
• Дак Рич, Лонсестон, Тасмания. Завершено 1895 г.Первая государственная гидроэлектростанция в Южном полушарии. Поставка электроэнергии в город Лонсестон для уличного освещения.
• Схема Снежных гор имеет турбины по всему туннелю, так что в некоторых перспективах это еще одна гидроэлектростанция. Однако он работает только в часы пик днем ​​и в основном вечером и ранней ночью. Он поставляет электроэнергию во все регионы Нового Южного Уэльса.

Канада

• Самый старый в Канаде гидрогенератор непрерывного действия находится в г.Стивен, Нью-Брансуик. Этот тросовый генератор, являющийся частью строительства хлопковой фабрики Миллтаун, первоначально питал электрическое освещение фабрики, когда она открылась в 1882 году, а в 1888 году начал обеспечивать электроэнергией дома в городе. NB Power теперь владеет и управляет им как частью гидроэлектростанции Milltown Dam.

Чили

• Чивилинго была первой гидроэлектростанцией в Чили и второй в Южной Америке. С первой мощностью, произведенной в 1897 году, он имеет две турбины с колесом Пелтона, каждая из которых вращает генератор мощностью 215 кВт.Он был установлен для обеспечения энергоснабжения шахт и города Лота в Чили. ^[27]

Украина

США

• Ниагарский водопад, Нью-Йорк. Операция началась в 1895 году, и в 1896 году электроэнергия была передана в Буффало, штат Нью-Йорк.

• Клаверак-Крик в Стоттвилле, штат Нью-Йорк, считается старейшей гидроэлектростанцией в Соединенных Штатах. Турбина Morgan Smith была построена в 1869 году и установлена ​​двумя годами позже. Это одна из первых установок с водяным колесом в Соединенных Штатах для выработки электроэнергии.Сегодня он принадлежит Edison Hydro. ^{[ необходима ссылка ]}

• Самая старая коммерческая гидроэлектростанция непрерывного действия в Соединенных Штатах построена на реке Гудзон в Механиквилле, Нью-Йорк. Семь блоков мощностью 750 кВт на этой станции первоначально обеспечивали мощность с частотой 38 Гц, но позже их скорость была увеличена до 40 Гц. Он был введен в коммерческую эксплуатацию 22 июля 1898 года. Сейчас он восстанавливается до своего первоначального состояния и продолжает коммерческую эксплуатацию. ^[29]

Основные схемы в стадии строительства

Перечислены только проекты с генерирующей мощностью более или равной 2 000 МВт.

из-за отсутствия исследований воздействия на окружающую среду.

3000 МВт

Предлагаемые крупные гидроэлектрические проекты

Только перечислены проекты с генерирующей мощностью более или равной 2000 МВт.

Стоимость

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах необходимо провести исследование перед строительством гидроэлектростанции. http: // www. Грессер, Джозеф (20 августа 2008 г.). Группа рассматривает потенциал малой гидроэнергетики . Хроника.

Ссылки

Внешние ссылки

• Международная гидроэнергетическая ассоциация
• Гидроэнергетика в проекте Open Directory
• Экскурсия по гидроэлектростанции Механиквилль на YouTube
• Национальная гидроэнергетическая ассоциация, США
• Коалиция за реформу гидроэнергетики, США
• Интерактивный сайт, демонстрирующий воздействие плотин на реки
• Центр экспертизы воздействия гидроэнергетики на рыбу и среду обитания рыб, Канада
• Hydro-Québec
• Цифровые архивы CBC — Гидроэлектроэнергия: The Power of Water
• Библиотеки Вашингтонского университета — Собрание источников энергии и водоснабжения Сиэтла
• International Rivers
• Федеральная комиссия по регулированию энергетики США (FERC)
• Европейская ассоциация малой гидроэнергетики
• Power at Niagara Falls Публичная библиотека Niagara Falls (Ont.