Гидроэнергетика. 3
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности
РЕФЕРАТ
На тему:
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА
ВЫПОЛНИЛА:
Студентка ФФБД,
1 курс, ДФУ-1
Проверила М.В. Михадюк
Минск 2012
Содержание
Введение ------------------------------
1. История развития гидроэнергетики ------------------------------
2. Гидроэнергетика в Беларуси ------------------------------
3. Основные схемы использования водной энергии ------------------------------
4. Принцип работы ГЭС ------------------------------
5. Преимущества и недостатки ГЭС ------------------------------
6. Крупнейшие ГЭС в мире ------------------------------
7. Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду ----------------------9-10
8. Мероприятия по охране природы ------------------------------
9. Заключение ------------------------------
10. Литература ------------------------------
Введение
Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.
1. История развития гидроэнергетики
Гидроэнергия используется очень давно. С течением столетий размеры и эффективность водяных колёс увеличились. В XI в. в Англии и Франции одна мельница приходилась на 250 человек. В это время сфера применения мельниц расширилась. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. В этом году русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский, эмигрировавший в Германию по причине «политической неблагонадёжности», должен был демонстрировать на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне изобретённый им двигатель переменного тока. Этот двигатель мощностью около 100 киловатт в эпоху господства постоянного электрического тока сам по себе должен был стать гвоздём выставки, но изобретатель решил для его питания построить ещё и совершенно неожиданное по тем временам сооружение - гидроэлектростанцию. В небольшом городке Лауффен Доливо-Добровольский установил генератор трёхфазного тока, который вращала небольшая водяная турбина. Электрическая энергия передавалась на территорию выставки по невероятно протяжённой для тех лет линий передачи длиной 175 километров (это сейчас линии передач длиной в тысячи километров никого не удивляют, тогда же подобное строительство было единодушно признано невозможным). Всего за несколько лет до этого события виднейший английский инженер и физик Осборн Рейнольдс в своих Канторовских лекциях неопровержимо, казалось бы доказал, что при передаче энергии по средствам трансмиссии, потери энергии составляют всего лишь 1,4% на милю, в то время как при передачи электрической энергии по проводам на такое же расстояние потери составят 6%. Опираясь на данные опытов, он сделал вывод о том, что при использовании электрического тока на другом конце линии передачи вряд ли удастся иметь более 15-20% начальной мощности. В то же время, считал он, можно быть уверенным в том, что при передаче энергии приводным тросом сохранится 90% мощности. Этот «неоспоримый» вывод был успешно опровергнут практикой работы первенца гидроэнергетики в Лауффене. [2]
Но эра гидроэнергетики тогда ещё не наступила. Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колёс мог бы оказать не малую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалось задачей куда более
сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за турбиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объём гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале ХХ века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Это было лишь началом. Освоение гидроэнергоресурсов осуществлялось быстрыми темпами, и в 30-е годы ХХ века была завершена реализация таких крупных проектов, как ГЭС Гувер в США мощностью 1,3 Гиговатт. [2]
В настоящее время использование энергии воды по-прежнему остается актуальным, а основным направлением является производство электроэнергии.
2. Гидроэнергетика в Беларуси
Территория Беларуси равнинная, поэтому здесь могут иметь распространение только низконапорные гидроэнергетические объекты. Экономический гидроэнергетический потенциал рек Беларуси оценивается 1.3 млрд. кВт в год. Это меньше чем в Литве - 1.5, Польше -7.0, Украине -19.0. [5]
В прошлом гидроэнергетические ресурсы Беларуси использовались только на водяных мельницах и лесопилках. В 1950 - 1960 годах построено более 170 небольших ГЭС общей мощностью около 20 тысяч кВт (наиболее крупная — Осиповичская ГЭС на реке Свислочь мощностью 2250 кВт). С развитием энергетической системы большинство малых ГЭС законсервировано.
Основные направления развития гидроэнергетики республики: восстановление старых МГЭС путем капитального ремонта и частичной замены оборудования; сооружение новых МГЭС на водохранилищах неэнергетического (комплексного) назначения, на промышленных водосбросах; строительство бесплотинных ГЭС, в которых используется кинетическая энергия движущейся массы воды (течение). [8] Такие станции, мощностью до 10...25 кВт, не требуют больших капитальных затрат на строительство, экологичны и удобны в использовании при энергоснабжении потребителей небольшой мощности, расположенных на берегах рек, при наличии перепадов высот на небольших ручьях (рукавные ГЭС) и др. При наличии водных потоков перспективно также применение водных таранов для целей водоснабжения, а также использование водяных колес и турбин небольшой мощности для привода компрессоров тепловых насосов.
На начало 2004 года установленная мощность ГЭС, входящих в концерн «Белэнерго», составила 10,9 МВт, а их годовая выработка электроэнергии - около 29 млн. кВт∙ч, что позволяет заместить около 8 тыс. тонн условного топлива. В то же время потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступная - 520 МВт, а экономически целесообразная - 250 МВт. В последние годы идет активное восстановление гидроэлектростанций. На той же Гродненщине, например, в 2005 году начала работать мини-ГЭС «Немново» на Августовском канале. Мощность станции - 250 кВт, и этого достаточно, чтобы обеспечить светлом и теплом местный поселок Сапоцкино. Окупится установка уже через 11 лет, а служить будет как минимум целый век. А всего до 2010 года в Беларуси насчитывается около 30 мини-ГЭС. Предусматривается до 2020 г.: строительство каскада ГЭС на Западной Двине, строительство станций на Днепре и Немане (суммарная мощность около 200 МВт). [8]
Гидроэнергетический потенциал республики освоен лишь на 3 %. [5]
Если на Днепре и в бассейне Припяти возможности строительства гидроэлектростанций ограничены из-за огромных площадей затапливаемых земель при создании водохранилищ, то на притоках Днепра, а также в бассейнах Западной Двины и Немана имеются условия для создания достаточно экономичных и экологически безопасных гидроэлектростанций.
В настоящее время в стадии проектирования находится Полоцкая ГЭС на Западной Двине.
В перспективе гидроэнергетика в Беларуси может развиваться по линии строительства гидроузлов комплексного использования — создания водохранилищ для регулирования стока при одновременном использовании их в целях энергетики, водообеспечения, водного транспорта, мелиорации и охраны вод.
3. Основные схемы использования водной энергии
Имеются три основные схемы создания сосредоточенного напора ГЭС:
1. плотинная схема, когда напор создается платиной;
2. деривационная схема, когда напор создается посредствам деривации, осуществляемой виде канала, туннеля или трубопровода;
3. плотинно-деривационная схема, когда напор создается и плотиной, и деривацией Плотины имеются во всех трех схемах. [1]
Плотинная схема осуществляется преимущественно при больших расходах воды в реке и малых уклонах ее свободной поверхности. В плотинной схеме в зависимости от напора ГЭС может быть русловой или приплотинной. Русловой называется такая ГЭС, у которой здание ГЭС наряду с плотиной входит в состав сооружений, создающих напор. Русловая ГЭС может быть построена при сравнительно небольшом напоре.
При деривационной схеме высота плотины может быть не большой. Плотина создает небольшой подпор. Из подпертого бьефа вода по деривационному каналу поступает в напорный бассейн, откуда она подается по трубопроводам к турбинам ГЭС. От турбин вода по отводящему каналу направляется в реку или в деривацию следующей ГЭС или же в ирригационный оросительный канал.
При пересеченном или горном рельефе местности, деривацию можно выполнить в виде туннеля, прорезывающего горный массив или в виде трубопровода, уложенного по поверхности земли.
В плотинно-деривационной схеме используются выгодные свойства обеих предыдущих схем, т. е. может быть создано водохранилище и использовано падение реки ниже плотины.
4. Принцип работы ГЭС
Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов:
1) гидравлические электростанции (ГЭС);
2) приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов;
3) гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливающие и использующие энергию водоемов и озер. [7]
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
- мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
- средние — до 25 МВт;
- малые гидроэлектростанции — до 5 МВт. [3]
Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
- высоконапорные — более 60 м;
- средненапорные — от 25 м;
- низконапорные — от 3 до 25 м. [3]
В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.
Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.
5. Преимущества и недостатки ГЭС
Преимущества
использование возобновляемой энергии
очень дешевая электроэнергия
работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу
быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции. [4]
Недостатки
затопление пахотных земель
строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды
на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов
сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны. [4]
6. Крупнейшие ГЭС в мире
Лидерами по выработке гидроэнергии в абсолютных значениях являются Китай, Канада, Бразилия, на душу населения — Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало XXI века ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии — в этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 000 МВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).
1. "Три ущелья" (Китай)
Проектная мощность 22,5 ГВт, годы постройки 1993-2009-й, стоимость 27,19 млрд долларов.
Расположена в провинции Хубэй на реке Янцзы. Высота плотины 185 м, ширина 2309 м, емкость водохранилища 39,3 млрд куб. м. Имеет 26 гидроагрегатов, к 2012 году планируется построить еще 6. При строительстве переселено 1,27 млн человек из 12 городов и 114 деревень, перенесено 1632 промышленных и добывающих предприятия. [9]
2. "Итайпу" (Бразилия и Парагвай)
Проектная мощность 14 ГВт, годы постройки 1974-1991 (модернизирована в 2007-м), стоимость проекта: 20 млрд долларов.
Расположена на реке Парана на границе Бразилии и Парагвая. Используется обеими странами на основе двустороннего договора, управляется совместной компанией. Высота плотины 196 м, длина 7919 м, емкость водохранилища 29 млрд куб. м, 20 гидроагрегатов. С затопляемых территорий переселили около 10 тыс. семей. [9]
3. "Силоду" (Китай)
Проектная мощность 12,6ГВт, годы постройки 2005-2015-й, стоимость проекта 6-7 млрд долларов.
Расположена на стыке провинций Юньнань и Сычуань на реке Цзиньшацзян (верховья Янцзы). Высота плотины 278-285 м, емкость водохранилища 12,67 млрд куб. м. Запланировано переселение 61 тыс. человек. Строительство сопровождается проблемами: в 2005 году работы приостанавливали из-за отсутствия экологической документации, в 2009 году выявлен перерасход средств. [9]
5. Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду
Гидроэнергетические объекты оказывают существенное влияние на окружающую природную среду. Это влияние является локальным. При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации.
Первый период сравнительно кратковременный - несколько лет. В это время в районе строительства нарушается естественный ландшафт. В связи с прокладкой дорог, постройкой промышленной базы и посёлка резко повышается уровень шума. Вода, используемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими примесями - частицами песка, глины и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного посёлка. Подъём уровня воды в верхнем бьефе начинается обычно в период строительства. В результате производного при этом наполнении водохранилища изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе.
В период эксплуатации происходит разносторонне влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду. Наиболее существенное влияние на природу оказывают водохранилища.
Также на окружающую среду влияют гидротехнические сооружения. Возведение плотин гидроузлов приводит к подъёму уровней воды в верхнем бьефе и образованию водохранилищ. Плотины, перегораживающие реки затрудняют проход рыб к местам естественных нерестилищ в верховьях рек. [6]
8. Мероприятия по охране природы
Производство работ по возведению гидроэнергетических объектов следует проектировать с минимальным ущербом природе. При разработке стройгенпланов необходимо рационально выбирать карьеры, месторасположение дорог и т. п. К моменту завершения строительства должны быть проведены необходимые работы по рекультивации нарушения земель и озеленении территории. По водохранилищу наиболее эффективным природоохранным мероприятием является инженерная защита. Например, строительство дамб обвалования уменьшает площадь затопления и сохраняет для хозяйственного использования земли, месторождения полезных ископаемых, уменьшает площадь мелководий и улучшает санитарные условия водохранилища, сохраняет природные естественные комплексы. Если постройка дамб экономически не оправдана, то мелководья могут быть использованы для разведения птиц и для других хозяйственных нужд. [8] При поддержании необходимых уровней воды мелководья могут быть использованы для рыбного хозяйства, как нерестилище и кормовая база.
Для предотвращения или уменьшения переработки берегов производят берегоукрепления. Предприятия, железные дороги, жилые и комунально-бытовые постройки, памятники старины выносятся из зоны затопления. [8]
Для обеспечения высокого качества воды необходима санитарная очистка ложа водохранилища до его затопления водой. С этой целью производят агротехнические мероприятия для уменьшения загрязненного поверхностного стока и строятся очистные сооружения.
В случаях необходимости организуются заповедники, заказники, отлов и перемещение животных, производятся лесопосадки. В целях рыборазведения создают искусственные нерестилища, нерестно-выростные хозяйства, строятся рыбопропускные сооружения для прохода рыбы на нерест из нижнего бьефа в верхний. Большие работы по инженерной защите проводятся в нижнем бьефе.
9. Заключение
Анализируя вышеизложенный материал и информацию, получаемую из средств массовой информации можно сделать следующие выводы.
На фоне событий в странах ближнего и дальнего зарубежья нам просто необходимо осваивать новые виды энергоресурсов, которые в дальнейшем могли бы обеспечить республику более дешевыми энергоносителями. Так как нашу республику называют краем рек и озер развитие гидроэнергетики в нашей республике можно считать перспективным и вполне рентабельным.
10. Литература
1. Основы Энергосбережения учебно-методический комплекс для студентов экономических специальностей. Минск Изд-во МИУ, 2009.
2. Основы энергосбережения: Учебно-метод. комплекс / В.М. Беляев, В.В.
Ивашин. – Минск, 2004.
3. Поспелова Т.Г. Основы энергосбережения – Мн.: УП "Технопринт". 2002.
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/
5. Журнал «Экономика Беларуси» - №3(4) 2005г.
6. Андрижиевский А.А., Володин В.И. «Энергосбережение и энергетический менеджмент». – Мн: 2005г.
7. Герасимов В.В. Основные направления развития энергетики Республики Беларусь // Нестор-вестник НВ.
8. Черноусов С.В. Энергетика Беларуси смотрит в будущее. – Мн.: Энергоэффективность, 2006.
9. http://ru.wikipedia.org/wiki/
11
- Гидроэнергетика в Беларуси
- Гидроэнергетика Украины
- Гидроэнергетические ресурсы России
- Гидроэнергетические ресурсы России их оценка и особенности размещения
- Гидроэнергетическй потенциал малых рек
- Гильдия адвокатов
- Гиляровский В.А. – журналист-расследователь
- Гидроэлектростанции и гидросооружения
- Гидроэлектростанции и связанные с ними экологические проблемы
- Гидроэлектро станция
- Гидроэнергетика
- Гидроэнергетика
- Гидроэнергетика
- Гидроэнергетика
