Экологические аспекты гидроэлектростанций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ  образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Камская государственная  инженерно-экономическая академия

Кафедра «Электротехника  и электроника»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Общая энергетика»

на тему «Экологические аспекты гидроэлектростанций»

Выполнил: студент  гр 4253-с

Проверил: к.т.н., доцент

Гумеров А.З.

Набережные  Челны

2012

Содержание

Введение………………………………………………………3

1.Роль воды в жизни человека……………………………....4

2.Экологические угрозы……………………………………..7

3.Возникающие  проблемы ………………………………...11

4.Экологический мониторинг гидроэнергетики………….14

Заключение………………………………………………….18

Список литературы…………………………………………19

Введение

      С 13 по 24 ноября в Гааге (Голландия) проходил Шестая конференция сторон Рамочной конвенции ООН по изменению климата, в ней принимают участие представители более 160 стран. На этой встрече должны быть окончательно разработаны механизмы внедрения международных документов, призванных предотвратить глобальное потепление на планете., в том числе было принято решение о развитии "чистых" технологий. Это отличная возможность для развивающихся стран действительно пойти по пути устойчивого развития, основанного на использовании энергоэффективных технологий и возобновляемых источниках энергии. Однако развитие таких технологий будет вряд ли возможно, если не будут существенно сокращены кредиты на строительство и эксплуатацию АЭС и крупных гидроэлектростанций, а также проектов, связанных с использованием традиционных источников энергии. Что касаемо гидроэлектростанций, то кроме того, что они маломощны, именно благодаря им и у экологов, и у спасателей появилась поговорка "где плотины - там смерть".

Вступив в ХХI век, мир столкнулся со многими проблемами и, прежде всего, с проблемой необходимости создания устойчивого образа жизни, который не будет угрожать будущим поколениям.\ Пресная вода является важным элементом жизни на нашей планете. Поэтому устойчивое развитие требует рационального использования ограниченных мировых ресурсов пресной воды.

     Проблема  обеспечения водой населения  и различных отраслей хозяйства  России  является одной из актуальнейших  для развития всей экономики  на ближайшие годы.

Роль водных ресурсов в развитии производительных сил нашего общества, в решении народнохозяйственных и социально-культурных задач с каждым годом возрастает.

Роль  воды в жизни человека

Водные ресурсы  предопределяют развитие отдельных  регионов, размещение промышленных объектов и населенных пунктов, играют первостепенную роль в формировании природно-технических комплексов, таких как водохозяйственные узлы, оросительные и осушительные системы, энергетические, агропромышленные и другие комплексы.

По высказываниям  различных ученых, в будущем возможны серьезные разногласия и противоречия между странами в использовании пресной воды, которые могут перерастать в военные конфликты.

С 1950 по 2003 год  население мира увеличилось с 2,5 млрд. до 6,1 млрд. человек и ожидается, что к 2005 году его количество достигло 8,5 млрд. человек.

В мире отмечено увеличение использования воды за 100 лет в 6 раз. К 2005 году ежегодное потребление  воды на душу населения упало 7,3 тыс. м3 (в 1995 г.) в год до 4,8 тыс. м3 в год.

Нельзя не отметить, что имеется тесная связь между гидрологическим, гидрохимическим показателями и качеством воды.

Более 1 млрд. людей  в мире не имеют доступа к постоянным источникам воды, а еще 2 млрд. человек  испытывают недостаток в чистой воде, поскольку живут в антисанитарных условиях.

Каждую минуту в мире от нехватки воды гибнут 6 детей.

Нет необходимости  обосновывать тот факт, что водный фактор, то есть водные ресурсы, является определяющим и основным для существования  любого государства, в том числе  и России

Вклад гидроэнергетики, которая обеспечивает получение энергии от текущей воды, в общее мировое использование энергии невелик, примерно 6%. Однако в ряде стран мира гидроэнергетика занимает ведущее место. На долю ГЭС в Норвегии приходится около 100% всего производства электроэнергии, в Бразилии, Канаде, Швеции - более 50%, в России около 20%. К положительным сторонам гидроэнергетики относится, в первую очередь отсутствие выбросов продуктов горения а атмосферный воздух, а также относительная дешевизна получаемой энергии. Однако развитие гидроэнергетики требует учета территориальных аспектов. Строительства гидроэлектростанций является целесообразным и экономически выгодным только для горных рек. В противном случае, при строительстве ГЭС на равнинных реках, возникает ряд негативных последствий, как экономических, так и экологических. Наиболее серьезными и общими является:

- затопление  земель, изъятие их из хозяйственного  оборота;

- снижение скорости  течения рек, замедление водообмена  и самоочищения;

- изменение  микроклимата окружающей территории;

- Подтопление берегов, заболачивание, развитие оползневых процессов.

Поэтому в перспективе  доля гидроэнергетики не будет сильно возрастать из-за ограниченности ресурсов и территориальной емкости энергоустановок. Энергетическая проблема тесно связана  с проблемой продовольственной, так, как с вопросами развития гидроэнергетики связаны потери плодородных пойменных земель в долинах равнинных рек. Например, полтора десятка гидроэлектростанций на реках европейской части России дают около 5% производимой в стране электроэнергии, а их водохранилища вместе с преобразованными землями занимают площадь более 5 млн. га, что с учетом ценности затопленных земель эквивалентно потери не менее 6% пашни.

Производство  энергетических установок, использующих возобновляемые источники, растет, а цены на них падают. Падают и затраты на производство «альтернативной» электроэнергии

Следует отметить, что по вопросу строительства  гидроэлектростанций в мире нет  единого мнения. За ограничение гидроэнергетического строительства выступает ряд  экологов Действительно, следует признать, что в советское время переориентация республики на крупные энергоемкие производства (пример: алюминиевый завод в межгорной Гиссарской равнине, потреблявший 50% электроэнергии, вырабатываемой в Таджикистане) стимулировала строительство крупных ГЭС. При этом в зоны затопления под водохранилища попадали десятки тысяч гектаров плодородных земель, а множество крестьянских семей насильственно перегонялись из горных ущелий в непривычные для них климатические условия, в основном в засушливые хлопкосеющие долины. Исходя из этого в настоящее время предлагается отказаться от строительства крупной Рогунской ГЭС (река Вахш) для завершения строительства которой требуется более 3 млрд. долларов США и сосредоточиться на завершении строительства средних ГЭС на Памире, Сангтудинской ГЭС на реке Вахш, на техническом переоснащении старых гидроэлектростанций, а также на развитии малой гидроэнергетики и весьма перспективных для Таджикистана - солнечной и ветровой энергии, что коне4но не решает всех проблем, а является наиболее экономически приемлемым для Таджикистана вариантом. При этом совершенно не учитывается его экологичность и дальнейшая их судьба, что приведет когда-то к  экологической катастрофе

Ускоренное  освоение природных ресурсов Сибири, начавшееся в 50-е годы, характеризовалось созданием территориально-промышленных комплексов, возведением крупных ГЭС. Строительство гидроэлектростанций сыграло свою роль в развитии народного хозяйства. Вместе с тем многие крупные реки — Обь, Енисей, Ангара и другие — были частично превращены в цепочки водохранилищ. Плотины-тромбы нарушили естественное течение рек, привели к развитию застойных процессов, снизили способность к «самоочищению», резко изменили качество воды и др.

Экологические угрозы

Перечень совершенных  ошибок при строительстве ГЭС  немал. Вот лишь несколько примеров, представляющих бедствия и экологические  угрозы:

·Новосибирская ГЭС отсекла  большую часть нерестилищ, резко  снизив промысловые уловы сибирского осетра; в 1999 г. он занесен в Красную книгу России;

·при строительстве Братской ГЭС в ложе водохранилища оставили строевую сосну, которая стала разлагаться, превратив водохранилище в мертвый  водоем;

·сооружение на Енисее Красноярской и Саяно-Шушенской ГЭС привело  к необратимым процессам: изменению микроклимата региона, нарушению водного и теплового баланса реки. Прогретые массы водохранилищ не позволяют реке полностью покрыться льдом. Во время ледохода создаются заторы, перегораживающие реку по всей ширине, бомбежка которых малоэффективна. Каждый ледоход приносит местным жителям большие беды;

·Иркутская ГЭС построена  в сейсмически активной зоне; катастрофическое разрушение плотины приведет к уничтожению  ряда городов вдоль Ангары;

·многие города Сибири —  Новосибирск, Красноярск, Иркутск и другие — находятся ниже водохранилищ с высокими плотинами. Природная катастрофа или диверсионный взрыв могут привести к уничтожающему наводнению.

Постройка на реке Волга  каскада гидроэлектростанций превратила ее в цепочку загнивающих озер и вовсе относится к разряду «экологического авантюризма»

Китай тоже решает проблемы связанные с гидроэлектростанциями. Планы китайского правительства  по продолжению их  строительства  на реках страны встретили публичные  возражения. Китайское Агентство  по охране окружающей среды и Китайская академия наук высказались против возведения плотин на реке Ну. Их позиция поддерживается китайскими общественными природоохранными организациями, которые ведут сбор подписей под письмами протеста против этого строительства.

Тем не менее Одной из главных задач электроэнергетики  Китая с начала 90-х годов является расширенное строительство гидроэлектростанций: во-первых, Китай обладает самыми крупными в мире запасами гидроэнергии, и, во-вторых, гидроэлектроэнергия является экологически чистым возобновляемым видом энергии, что особенно важно для Китая в условиях напряженной экологической обстановки. Мощность энергоблоков на ГЭС в 2000г. составила 70 млн. кВт

Похоже, дискуссия и борьба, развернувшаяся вокруг крупнейшего  в мире проекта строительства гидроэлектростанции «Три ущелья», оставила определенный след в китайском общественном мнении. Несмотря на протесты, правительство сейчас завершает реализацию этого крупнейшего в мире (по крайней мере, по затратам) проекта создания гидроэлектростанции. Он обойдется в 25 млрд. долларов, приведет к затоплению целых городов и переселению 3 млн. человек.

Строительство гидроэлектростанции  на реке Ну заставит переселиться всего  лишь 50 тысяч человек. Связанные  с затоплением экономические  потери будут минимальны, поскольку этот регион крайне беден. Доходы более половины местных жителей не превышают суммы, эквивалентной 80 долларов США в год. Администрация провинции Юннань считает, что строительство гидроэлектростанции принесет в регион экономический рост и повышение уровня жизни.

Основная проблема планов создания гидроэлектростанции на реке Ну - экологическая. Эта река, как  и несколько ее соседей, берет  начало на Тибетском плато. Затем  она прорезает каньон глубиной 2-3 км. Благодаря крайней труднодоступности территории, здесь сохранились малонарушенным леса, 7000 видов растений, 80 редких и исчезающих видов животных.

Река Ну протекает через  национальный парк Гаолингшань, который  является образцом наиболее хорошо сохранившихся  лесных экосистем умеренного пояса. Эта территория включена в Список объектов Всемирного наследия ЮНЕСКО. Здесь на небольшом участке в трех параллельных глубоких ущельях протекают три великих реки мира. Тибетская Ну в низовьях превращается в реку Сальвиен, отделяющую Бирму от Таиланда. Река Дзинша становится китайской Янцзы, а Ланканг - Меконгом.

Планы Китая по строительству  каскада плотин в верхнем течении  Меконга, названного «Тремя ущельями», по мощности запланированных здесь  гидроэлектростанций уже вызвали  обеспокоенность в соседних странах, расположенных ниже по течению.

Однако потребность бурно  развивающейся экономики Китая  в электроэнергии огромна. Страна сталкивается с регулярными массовыми отключеньями электроэнергии. Китаю также предстоит  решить проблему потребления каменного угля, сжигание которого вызывает сильнейшее локальное загрязнение воздуха, особенно мощное в многомиллионных китайских городах. В последние годы страна сталкивает также с нарастающей критикой на международном уровне. По выбросам углекислого газа, образующегося при сжигании угля, Китай вышел на второе место в мире. Власти провинции Юннань отмечают, что строительство гидроэлектростанции позволит снизить потребность в угле на 37 млн. т в год.

Тем не менее, китайскому правительству, похоже, придется учитывать и растущую оппозицию этому проекту со стороны природоохранных структур, науки, и природоохранной общественности. Дополнительным важным фактором станет то, что большая часть местных жителей - тибетцы и представители других малочисленных местных народностей. Многие из них не говорят на китайском языке. Если земли их традиционного проживания будут затоплены, им крайне сложно будет найти место в новой жизни.

Полностью остановить строительство  гидроэлектростанции на реке вряд ли удастся. Однако можно надеяться, что при подготовке ее проекта, власти будут вынуждены уделить гораздо большее внимание решению экологических и социальных вопросов.

Рассмотрим некоторые  наиболее острые экологические проблемы, связанные с гидроэлектростанциями  в Украине, которые затрагивают или могут затронуть население

Водохранилища. В последнее  время в средствах массовой информации появилось достаточно много публикаций, касающихся состояния гидротехнических сооружений на Днепре и возможных  последствий их прорыва.

Так, руководитель независимой международной группы ученых по прогнозированию последствий катастроф Василий Кредо назвал Киевское водохранилище наиболее опасным объектом не только в Украине, но и на всем земном шаре.

«Именно из-за Киевского  моря столицу Украины вполне может ожидать судьба Помпеи, а Украину — канувшей в небытие Атлантиды», — сказал руководитель группы ученых. Мотивируя свой прогноз, Василий Кредо сообщил, что при его личном участии в Совете Европы неоднократно поднимался вопрос о полной ликвидации тридцатикилометровой зоны, включая и Киевское море.

С научной точки зрения, Днепровский каскад — «наклонный крутоперепадный объект». Если вследствие даже не очень сильного землетрясения  пострадает Киевская ГРЭС, то земляная плотина, аварийность которой сейчас составляет 93 проц., будет уничтожена, и на столичные районы Оболонь, Троещина, а в итоге и на всю Украину «хлынет радиоактивное цунами из воды Киевского моря».

По данным группы, в случае прорыва киевской плотины, 27 украинских городов, а также Запорожская  АЭС будут уничтожены. Погибнет от 14-ти до 15 млн. человек. Именно 93 проц. аварийности Киевской плотины дают основания ученым считать Киевское море, скопившее за 14 лет после Чернобыльской катастрофы порядка 500 млн. тонн высокорадиоактивных илистых наслоений, наиболее опасным объектом всего земного шара, так как территория, по которой пройдет ил, не подлежит реабилитации как минимум тысячу лет.

Однако опасность исходит не только от Киевского водохранилища. На Днепре в настоящее время расположены шесть гидроэлектростанций с водохранилищами: Киевская, Каневская, Кременчугская, Днепродзержинская, Каховская ГЭС; Днепрогэс. И все они находятся в той или иной степени в неудовлетворительном состоянии.

Возникающие проблемы

Строительство плотин и водохранилищ гидроэлектростанций  создают такие серьезные проблемы:

1. Плотины препятствуют  миграции рыб, движения транспорта, задерживают естественный сток  и сток биогенов (азота и фосфора), меняют берега, снижают паводки.

2. Создание водохранилищ  вызывает значительное перемещение  населения, вырубку лесов, проведение  компенсационных работ, безвозвратное  изъятие стока для наполнения  водоема. 

3. Происходит  изменение климата в прибрежной полосе (в засушливом климате наблюдается повышение влажности, пик дождливого периода сдвигается с осени на лето и т.д.).

4. Ухудшается  качество воды вследствие уменьшения  проточности, дефициту кислорода,  увеличение азота и фосфора,  появления сине-зеленых водорослей, повторного загрязнения.

В связи с  этой проблемой при сооружении водохранилищ следует учитывать формирование и развитие высшей водной растительности. Как правило, при создании водохранилищ и повышении уровня воды наблюдается  затопление значительных площадей, увеличение (особенно в первые годы создания) водоемов, выноса питательных веществ из почвы.

Эти обстоятельства вызывают образование застойных  зон на некоторых площадях под  поверхностью воды, способствующих чрезмерному  развитию водорослей, особенно сине-зеленых - так называемом «цветению воды». Меняется вкус и цвет воды, поскольку в воду из водорослей попадает большое количество выделений и ухудшается кислородный режим, забиваются фильтры водозаборных сооружений.

Наблюдаются значительные биологические последствия - распространение инфекционных заболеваний, возбудителей болезней, особенно в странах с жарким климатом (малярии, шистоматозу и др.).

Флора и фауна (ихтиофауна) испытывают значительное влияние, что приводит порой к  полной перестройке.

Регулирование стока сопровождается снижением  уровня грунтовых вод и опустошением пойменных земель; у деривационных  сооружений наблюдается подтопление  и заболачивание территорий, прилегающих  к деривации.

Возникает нарушение  устойчивости склонов: появление сдвигов, абразия берегов, иногда эти явления приобретают характер катастроф, как, например, катастрофа в Италии 1963 г., когда в водоем рухнул скальный массив объемом 240 000 000 т, в результате чего погибло 3 000 человек, причиненный огромный материальный ущерб.

Наблюдается сейсмичность. Это явление впервые наблюдалось  в 60-х годах после землетрясений  в Индии (1967 г.) и Греции (1968г.). В 1976 г. зарегистрировано 20 случаев четко  установленной связи между повышением сейсмической активности и начальным наполнением водохранилищ.

Любое гидротехническое строительство связано, как правило, с вырубкой лесов, уничтожением растительного  покрова, сбросом неочищеных сточных  вод, остатков горючих и смазочных  материалов; при применении гидромеханизации увеличивается помутнение водоемов, создается шум и другие препятствия.

Большие трудности  при гидротехническом строительстве  вызывает вопросы сохранения рыбных запасов.

Гидротехническое  строительство на реках без создания специальных сооружений привело к резкому сокращению, а в некоторых местах до полной потери многих популяций проходных и полупроходные рыб (например, лососевых, сельдевых и др.) которую нашей стране, так и за рубежом, поскольку спуск мальков через турбины без рыбопропускных сооружений невозможен и ведет к значительному травматизму и гибели рыбы.

Необходимо  сказать еще об одном негативном последствии создания водохранилищ. За последние 40 лет люди искусственно заполнили водоемы ориентировочно на 10 трлн. т воды. Например, плотина  Братской ГЭС образует крупнейший в мире водоем, вмещающий 169 000 000 000 м3 воды. Это более трех годовых стоков Днепра. Нурекской гидроузел на р. Вахш имеет плотину высотой с стоэтажный небоскреб. Мощная плотина Красноярской ГЭС преградила р. Енисей и создала водохранилище объемом 100 000 000 000 м3 воды.

В результате перемещения  воды из океанов на континенты масса  Земли вокруг экватора уменьшилась, а в Северном полушарии, где больше водоемов, увеличилось. Такое смещение массы, как полагают ученые, ускорило вращение Земли, поскольку вода оказалась более близко к оси вращения. Более быстрое вращение сокращает день. В результате этого эффекта день, за последние 40 лет, сократился примерно на 8,6 с.

Поскольку искусственные  водоемы расположены на земном шаре несимметрично, запасы воды в них «сдвинули» земную ось от Северного полюса в сторону западной части Канады. Таким образом, создание искусственных водоемов влечет достаточно большие по масштабам (глобальные) последствия, и еще не все из них мы имеем возможность оценить.

Как видим, гидроэнергетика  на современном этапе не отвечает тем экологическим требованиям, предъявляемым к ней, поэтому  ее дальнейшее развитие и совершенствование  должно быть связано с разработкой  новой концепции или (на крайний  случай), пересмотру существующих принципов использования энергии воды.

Особым направлением гидроенергостроительства становится создание мини-ГЭС мощностью до З0 кВт на небольших водостоках. Сооружение таких мини-ГЭС позволит экономить  топливо и получать электроэнергию без нанесения существенного ущерба окружающей среде, как при строительстве крупных ГЭС. Ранее небольшие, так называемые районные, колхозные гидроэлектростанции местного значения на небольших реках были основным источником энергообеспечения сел.

Горные и  предгорные районы настолько богаты гидроресурсами, что при их разумном использовании могли бы полностью обеспечить электроэнергией не только себя, но и другие регионы.

Экологический мониторинг объектов гидроэнергетики

Охрана водных ресурсов рек должна быть главенствующим звеном при их энергетическом освоении.

В основе решения  об использовании тех или иных водотоков обычно лежат результаты многолетних наблюдений (мониторинга) за состоянием окружающей среды в  данном районе. При этом очень важно, чтобы получаемая в процессе мониторинга информация включала все параметры, необходимые для разработки конкретной энергетической системы. Частично такую информацию содержат результаты метеорологических наблюдений.

Экологический мониторинг объектов энергетики необходимо тесно связать с комплексом природоохранных мер еще на стадии проектирования.

Экологическая экспертиза объектов гидроэнергетики  заключается в следующем: проведение сбора и изучение данных следующих  гидрометеорологических характеристик:

1. уровня воды  в водотоке;

2. притока в  водоем и стока из него;

3. скорости ветра;

4. схем общей  циркуляции вод при различных  гидрометеорологических условиях;

5. схем распределения  областей преобладающего воздействия  ветровых волн и течений в  пределах бассейна водотока;

6. схем распределения грунтов в водоеме, а также интенсивности и направленность литодинамических процессов;

7. степени хозяйственной  деятельности в пределах акватории  (трассы и интенсивность судоходства,  работы, связанные с изменением  рельефа дня и т.д.);

8. схем распределения рекреационных зон (заповедников, санитарных зон).

Оценка экологического состояния среды дается по интенсивности  антропогенного освоения территории и  степени ее нарушения по данным натурных наблюдений (состояние почвенного покрова  и растительных ассоциаций, изменение химического состава почв, донных отложений и воды под воздействием антропогенных нагрузок).

Несомненно, от качества воды в водотоке (химический состав, концентрация взвешенных частиц и т.д.) зависит надежная работа основных объектов и узлов гидроэлектростанции. Заиление бетонных конструкций, скопление микроорганизмов на частях энергоустановки непосредственно находящихся под водой, коррозия металлических конструкций - вот неполный перечень неизбежных процессов, возникающих при эксплуатации составных частей гидроэлектростанции, - и все это без влияния антропогенного фактора. Поэтому, химический анализ состава загрязнении малых водотоков должен включать в себя, по крайней мере, следующие компоненты:

- содержание  биогенных элементов, хлоридов, тяжелых металлов, нефтепродуктов в воде водотока и водохранилища;

- бактериологическое  загрязнение (влияние животноводческих  ферм, смыв с сельскохозяйственных  угодий органических удобрений  и т.д.);

- концентрация  нитратов, минерального фосфора  и азота, содержание главных ионов в воде;

- цветность  воды, реакция среды рН, кислотность,  кислородный режим, общая минерализация  и другие гидрохимические параметры.

Весь комплекс проводимых вышеперечисленных мер  должен выявить и разработать  план природоохранных мероприятий, выбор которых по экологическому обустройству (реконструкции) отдельных участков бассейна малого водотока должен производиться на основе имеющейся информации о гидрологическом, гидрохимическом, гидробиологическом режимах, а также хозяйственной деятельности в пределах акватории и на прилегающих участках.

Приведенная ниже характеристика экосистемы гидроэлектростанции  также помогает скоординировать  природоохранные мероприятия. Итак, характеристика экосистемы состоит  в следующем:

1. интенсивность  водообмена и его пространственно-временная изменчивость;

2. гидрологическая  структура водного объекта и  ее сезонные изменения;

3. результаты  гидрологических наблюдений и  расчетов, раскрывающих природный  механизм термодинамической регуляции  теплового состояния экосистемы;

4. значения отметок  характерных уровней, определяющих  полезный и противопаводковый  объем водохранилищ;

5. режим изменения  запаса воды в пределах полезного  объема в соответствии с типом  водного баланса;

6. гидрометрические  и ландшафтные условия формирования стока на водосборе водохранилища в сезоны различной водности;

7. морфологические  особенности ложа водохранилищ;

8. гидроэкологическое  зондирование мелководий;

9. проблема формирования  длинных волн на водохранилищах;

10. результаты  взаимодействия ветровых волн с берегами ложа водоемов;

11. проблема "цветения" водохранилищ;

12. кормовые  ресурсы ихтиофауны и биопродуктивность  прибрежных зон;

13. трансформация  химического состава воды в  водоемах;

14. биологические  процессы самоочищения поверхностных вод.

Разработка  проектов экологического оздоровления и благоустройства территорий и  водоемов сооружений гидроэлектростанции  должны выполняться на основе: комплексного натурного обследования, оценки природного потенциала, оценки уровня загрязнения  и деградации объектов и т.д.