Традиционная гидроэнергетика, перспективы малой гидроэнергетики, схемы установок, характеристики

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский  государственный университет

Миасский  машиностроительный факультет

РЕФЕРАТ

по НиВИЭ

на тему: «  Традиционная гидроэнергетика, перспективы малой гидроэнергетики, схемы установок, характеристики.»

Выполнил: Янушкевич И. А

Проверил:Зезин  Б.Г

Миасс 2011

Содержание

• Традиционная гидроэнергетика России ………………………………3
• Достоинства и недостатки МГЭ……………………...............................4
• Гидропотенциал России и его использование………………………....5
• Место малой гидроэнергетики среди других В.И.З...............................7
• Возможности восстановления  разрушенных МГЭС………………....8
• Перспективы МГЭС……………………………………………………..10
• МГЭС…………………………………………………………………….13
• Список литературы………………………………………………….......19

1. ывав 
   

Традиционная гидроэнергетика России

Под гидроэнергетикой понимают производство электроэнергии при помощи гидротурбин  разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках (чаще всего —  в руслах рек). Как правило, создание гидроэлектростанции требует возведения плотины, в которой устанавливаются  гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.

Мы  рассмотрим возможности производства энергии при помощи малых ГЭС  и микро-ГЭС (МГЭС). В российской практике под микро-ГЭС подразумевают станции  мощностью до 100 кВт, а под малыми — общей установленной мощностью  до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром  рабочего колеса гидротурбины до 3 м.

Как считают эксперты, подобная классификация  затрудняет расчет валового энергетического  потенциала малой гидроэнергетики, поскольку не позволяет определить технические параметры гидроэлектростанции. При этом под валовым потенциалом  ВИЗ понимается его средний годовой  объем, содержащийся в данном ресурсе, при полном его превращении в  полезную энергию. На эту проблему следует  обратить внимание, поскольку все  расчеты потенциала возобновляемых энергоресурсов базируются на моделях  и методиках, определяющих точность конечного результата, а значит и  эффективность применения конкретного  энергоресурса в конкретных условиях.

В наиболее полной работе по оценке гидроэнергетических  ресурсов СССР, опубликованной в 1967 г., к категории МГЭС относились все  гидроэлектростанции, создаваемые  на равнинных реках, имеющие валовой  потенциал до 2.0 МВт и горных —  до 1.7 МВт. Эти классификационные  признаки считаются оптимальными, поскольку  не относятся к техническим параметрам будущих ГЭС.

В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых  реках и водотоках. Хотя малые  реки являются одним из наиболее распространенных типов водных объектов, единого подхода  к их определению в настоящее  время нет. Применяются различные  критерии при определении понятия  малая река (малый водоток).

Прежде  всего используют количественные критерии. В соответствии с ГОСТ 17.1.1.02-77,; у  малой реки площадь водосбора  не превышает 2000 км2, а средний многолетний  сток в период низкой межени (минимальный  уровень I воды) не превышает 5 м3/с. В  то же время, согласно другой систематике, площадь водосбоpa малой реки не должна превышать 200 км2, а ее длина должна быть не более 100 км. Также есть примеры  того, как при классификации учитывается  возможность хозяйственного использования  малых рек. Но единого, общепринятого  подхода к определению понятия  «малая река» в России нет.

Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых  и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Среди экономических, экологических  и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно  назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков  топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического  объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Кроме  того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования.

В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов  и не загрязняет окружающую среду  продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям  Киотского протокола. Подобные объекты  не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при  естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Возможные проблемы, связанные  с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее  выражены, но о них также следует  сказать.

Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики  уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители  остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей  — ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной  на биотопливе, фотоэлектрической установки  и т.д.).

Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики  — разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень  плотины при неожиданном подъеме  уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях  МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в  некоторых регионах малая гидроэнергетика  рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.

Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики  в России, большинство экспертов  называют неполную информированность  потенциальных пользователей о  преимуществах применения небольших  гидроэнергетических объектов; недостаточную  изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования — по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.

Гидропотенциал России, его  использование

Согласно сделанным в  начале 60-х годов XX века оценкам, СССР располагал 11.4% мировых гидроэнергетических  ресурсов. Средняя годовая мощность гидроресурсов бывшего СССР оценивалась  в 434 млн. кВт (3.800 млрд. кВт • ч  отдачи энергии в год). Расчеты  показывали, что технически возможно и экономически целесообразно получать около 1.700 млрд. кВ • ч электроэнергии, что более чем в 5 раз превышало  выработку всех электростанций страны в тот период.

Основная часть этого  гидропотенциала (74%) располагалась  на территории Российской Федерации. Средняя  годовая потенциальная мощность гидроресурсов России оценивалась  в 320 млн. кВт (производство — 2.800 млрд. кВт • ч в год), из которых  выработка более 1.340 млрд. кВт •  ч в то время была технически возможна.

Согласно современным  оценкам, опубликованным специалистами  НИИ энергетических сооружений, технически достижимый потенциал МГЭС России позволяет  производить 357 млрд. кВт • ч в  год.

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими  объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего  на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива  и соответствующим увеличением  его стоимости, представляется необходимым  обеспечить максимально возможное  развитие гидроэнергетики, являющейся экологически чистым возобновляемым источником электроэнергии.

При оптимистическом и  благоприятном вариантах развития выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях может возрасти до 180 млрд. кВт •  ч в 2010 г. и до 215 млрд. кВт •  • ч в 2020 г. с дальнейшим увеличением  до 350 млрд. кВт • ч за счет сооружения новых гидроэлектростанций. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно  будет развиваться в Сибири и  на Дальнем Востоке. В европейских  районах строительство МГЭС получит  развитие на Северном Кавказе.

Место малой гидроэнергетики  среди других ВИЗ

В производстве электроэнергии малая гидроэнергетика России делит  первенство с тепловыми электростанциями на биотопливе. Согласно имеющимся  данным за 2002 и 2003 гг., на МГЭС и био-ТЭС  было произведено примерно равное количество электроэнергии — по 2.4 млрд. кВт  • ч (2002 г.) и по 2.5- 2.6 млрд. кВт •  ч (2003 г.). То есть вклад каждого из этих ресурсов в выработку электроэнергии в России составлял менее 0.3%.

Общая установленная мощность 59 МГЭС, сведениями о которых мы располагаем, составляла 610 МВт в 2001 г. Согласно экспертным оценкам, в настоящее время этот показатель выше. При этом средние  значения КИУМ для действующих МГЭС составляли 38-53%, а столь важный для  расчета эффективности энергоустановки  показатель, как расход электроэнергии на собственные нужды, не превышал 1.5%.

Принятая в 1997 г. Федеральная  целевая программа «Топливо и  энергетика» предусматривала ускорение  создания МГЭС, но слабое бюджетное  финансирование не позволило выполнить  ее в полном объеме.

Несмотря на финансовые проблемы, производится строительство новых  и восстановление действовавших  прежде, но остановленных и частично разрушенных МГЭС. В большинстве  случаев их строительство и ввод в эксплуатацию производится без  участия средств федерального бюджета. Для этого привлекаются средства из местных бюджетов, средства спонсоров  и инвесторов.

В новом строительстве  преобладают микро-ГЭС с единичной  мощностью агрегатов от 10 до 50 кВт, объединенные в системы по 2-5 единиц. Строятся малые ГЭС с единичной  мощностью агрегатов от 200 до 550 кВт, объединенных в системы по 2-7 единиц.

Как правило, МГЭС создаются  в удаленных районах, где существует проблема с завозом органического  топлива (в большинстве случаев  — дизельного топлива, реже — угля). В Адыгее построены 2 МГЭС мощностью 50 и 200 кВт, используемые для подачи питьевой воды. В Кабардино-Балкарии построена МГЭС мощностью 1100 кВт. В 2003 г. в Краснодарском крае установлены 7 гидроагрегатов по 350 кВт. В республике Тыва и на Алтае построены 3 МГЭС с агрегатами 10, 50 и 200 кВт, объединенные по 2-3 единицы. В Карелии и Ленинградской  обл. — 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. В Башкирии также 4 мини-ГЭС  с агрегатами от 10 до 50 кВт. Кроме  этого были построены заново или  восстановлены другие МГЭС.

Возможности восстановления разрушенных МГЭС

В разных регионах России до настоящего времени встречаются  руины МГЭС, которые еще в середине XX века снабжали населенные пункты и  сельскохозяйственные предприятия  электроэнергией. Проведенные в  последние годы инженерные обследования разрушенных МГЭС показали, что на многих объектах сохранились бетонные сооружения, восстановление которых  может быть экономически оправданно.

Среди преимуществ реконструкции  и восстановления разрушенных МГЭС эксперты называют следующие: автономность снабжения местных потребителей электроэнергией, независимость от сетей РАО «ЕЭС России»; уменьшение расходов на создание местных линий  электропередач; уменьшение нагрузки на локальные электрические сети РАО ЕЭС России; уменьшение расходов на дорогостоящее органическое топливо; экологическая чистота гидроэнергетики.

Начиная с 1995 г. в НИИ энергетического  строительсва производят работы по созданию базы данных гидротехнических сооружений и МГЭС на малых реках Европейской  части России. В настоящее время  база данных содержит сведения о 200 подобных объектах на реках бассейна верхней  и средней Волги, а также северо-запада России. По 100 объектам выполнено инженерное обследование сооружений. Ряд объектов имеет проектную документацию. Практически  все гидротехнические объекты, включенные в базу данных, имели в составе  гидроэлектрические установки. На реках  строились каскады из 2- 6 МГЭС, которые  формировали хозяйственную прибрежную инфраструктуру. Кроме того, каскады  обеспечивали защиту от наводнений.

Специалисты НИИЭС провели  обследования некоторых частично разрушенных  МГЭС и выполнили технико-экономические  обоснования их восстановления. Среди  обследованных объектов Веселовская  МГЭС (Ростовская обл.), Копылковская МГЭС (р. Великая, Псковская обл.), Петровская и Мирславльская МГЭС (р. Нерль, Ивановская обл.).

Для поиска оптимальных инженерно-технических  решений по восстановлению МГЭС в 2003 г. была построена Хоробровская МГЭС (р. Нерль-Волжская, Ярославская обл.) мощностью 160 кВт, вырабатывающая 840 тыс. кВт • ч электроэнергии. Она  была восстановлена как постоянно  действующая опытно-экспериментальная  база ОАО НИИЭС РАО «ЕЭС России»  для испытания в натурных условиях новых технологий и оборудования для технического перевооружения гидроэнергетики  — в т.ч. малой. Эта МГЭС работает в полностью автоматическом режиме как в отношении выработки  электроэнергии, так и при пропуске паводков. На водосливной плотине  МГЭС установлены экспериментальные  автоматические затворы и Гидроплюс, выполненные при участии французских  специалистов.

В 2004 г. на оз. Сенеж (Московская обл.) введена в эксплуатацию восстановленная  малая гидроэнергетическая установка XIX века барона Кноппа, построенная  на основе гидроэнергетических сооружений середины XVIII века. Гидроэнергетическое  оборудование восстановленной МГЭС представляет собой ортогональную  гидротурбину, позволяющую эффективно использовать низконапорные плотины, изготовленную на предприятии «Прометей» в подмосковном Чехове. В дополнение к МГЭС, на ее плотине установлены  ортогональные энергетические ветроустановки с новой конструкцией аэродинамического  торможения. Сочетание работы МГЭС и ветровых машин позволит оптимизировать производство электрической мощности, поставляемой в местную электросеть.

Суммарная мощность гидро-ветрокомплекса составляет 70 кВт. Он состоит из двух ветроагрегатов по 10 кВт и двух гидроагрегатов мощностью 45 и 5 кВт. В ходе испытаний  предполагается проверить способность  комплексной системы работать на сеть и на локальную нагрузку, что  позволит использовать подобные энергокомплексы  для электроснабжения потребителей в удаленных регионах.

В целом можно сказать, что малая гидроэнергетика в  своем развитии испытывает те же проблемы, что и энерготехнологии на остальных  возобновляемых источниках энергии. Если бы всего несколько процентов  от тех субсидий, которые направляются из федерального бюджета на поддержку тепловой или атомной энергетики, или так называемого «северного топливного завоза», направлялись государственными структурами на развитие возобновляемой энергетики, — наша страна могла бы смотреть в будущее с гораздо большим оптимизмом.

Перспективы малой гидроэнергетики

Малая гидроэнергетика (МГЭС) является одним из наиболее понятных для инвесторов направлений развития возобновляемых источников энергии  и получает поддержку со стороны  государства и региональных властей. AEnergy.ru разобрался в причинах пристального внимания к малой гидроэнергетике: МГЭС уже сегодня могут конкурировать  с дизельными генераторами, являются привлекательными для малого и среднего бизнеса источником энергии, создают  стимулы для регионального развития.

Малая гидроэнергетика: новые возможности для бизнеса  и регионального развития

К малой гидроэнергетике  принято относить широкий спектр гидроэнергетических объектов разного  типа, с установленной мощностью  менее 25 МВт, в том числе мини-ГЭС  с установленной мощностью менее 5 МВт и совсем небольшие микроГЭС мощностью от 3 кВт до 1 МВт. Принципиальное отличие малой энергетики от обычной  заключается в отсутствии необходимости  сооружения крупных гидротехнических объектов, что упрощает строительство  и лицензирование.

В настоящее время треть  электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) вырабатывается на МГЭС, то есть порядка 3 млрд кВт•ч*, с этим связана заинтересованность в МГЭС со стороны Минэнерго и РусГидро, как в источнике, доказавшем свою эффективность в российских условиях.

Нормативно-правовая база

Сегодня разрабатывается  система стимулов для инвестирования в альтернативную энергетику, принципы которой обозначены в распоряжении правительства от 8 января 2009г. N 1-p “Основные  направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики  на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2020 года”, а также ряде других законодательных  актов. Для малой гидроэнергетики  эти принципы обретают следующую  форму:

 • Надбавка в 2,28 руб. к цене оптового рынка  за каждый кВт•ч электроэнергии (Планируется использование надбавки  для МГЭС, работающих в сети, однако AEnergy.ru убежден в необходимости  использования надбавки и для  автономных МГЭС)

 • Компенсация за  технологическое присоединение  к сети

 • Участие заинтересованных  фондов в уставном капитале  проектов на стадии строительства,  с последующей продажей своей  доли

 • Федеральные целевые  программы для финансирования  инфраструктурных затрат, связанных  со строительством МГЭС

В целом стоит отметить недостаточное развитие нормативной  базы в области регулирования  и стимулирования развития малой  гидроэнергетики, однако, планируемое  совершенствование законодательства должно решить эту проблему. Существенных шагов от Правительства РФ можно  ожидать в самое ближайшее  время.

Перспективные регионы развития и технологические  ограничения

Даже без надбавок, развитие малой гидроэнергетики на данный момент перспективно в районах с  высокой плотностью гидроэнергетических  ресурсов (преимущественно горные территории) и низкой плотностью электросетей (в  первую очередь районы, без возможности  присоединения к централизованной сети).

В региональном отношении  это:

 • Республики Северного  Кавказа: Дагестан, Чечня, Ингушетия,  Карачаево-Черкесия, Кабардино-Балкария, Северная Осетия, Адыгея; Ставропольский  и Краснодарский край, где потенциальными  пользователями являются фермерские  хозяйства, туристические базы  и целые населённые пункты

 • Карелия, Ленинградская  и Мурманская области, где в  развитии МГЭС заинтересованы  туристические станции и лесозаготовочные  базы

 • Широкий круг потребителей  на Среднем Урале, в Южной  Сибири, Прибайкалье и на Дальнем  Востоке

При условии введения законодательных  методов стимулирования, в виду достаточной  гибкости технологических схем и  решений, установка МГЭС лимитируется наличием водных объектов в данных регионах. Малая гидроэнергетика, по причине небольших расходов воды, меньше зависит от характера сезонного  распределения стока. Таким образом, МГЭС являются серьезным конкурентом  в той нише, которую сейчас занимают дизельные генераторы и мини ТЭС.

Привлекательный рынок уже сегодня

Оборудование для МГЭС на российском рынке предлагают как  отечественные, так и иностранные  компании из Китая и Германии. На импортное оборудование действует  таможенная пошлина в размере 16%. Цена установленного кВт варьируется от 500 до 2000 долл. и связана с условиями исполнения проекта и типа МГЭС. Сооружение крупных объектов мощностью в несколько МВт и генерацией нескольких десятков миллионов кВт•ч в год занимает от 15 до 18 месяцев. Сравнительно высокие капитальные расходы и существенный срок реализации проекта окупаются крайне низкой ценой генерируемой электроэнергии – от 0,45 руб. за кВт•ч в условиях Северного Кавказа, до 1 руб. кВт•ч в других регионах.

Эти показатели обеспечивают окупаемость проектов в сфере  малой гидроэнергетики в течение 2-12 лет без использования надбавки (период варьируется в зависимости  от мощности объекта), и составит менее 4 лет для всех проектов, в случае введения системы стимулирования. Это  делает малую гидроэнергетику одним  из наиболее перспективных источников электроэнергии на основе ВИЭ. Небольшой  объем инвестиций, быстрая окупаемость  и планируемое содействие со стороны  заинтересованных фондов открывает  новые возможности для малого и среднего бизнеса для развития энергетических проектов.

Малые Гидроэлектростанции

В малых, "микро" или "нано" ГЭС сочетаются преимущества большой  ГЭС с одной стороны и возможность  децентрализованной подачи энергии  с другой стороны. Они не имеют  многих недостатков, характерных для  больших ГЭС, а именно: дорогостоящие  трансмиссии, проблемы, связанные с  негативным воздействием на окружающую среду. Кроме того, использование  малой гидроэнергетики ведёт  к децентрализованному использованию  электроэнергии, способствует развитию данного региона, главным образом  основанном на самодостаточности и  использовании местных ресурсов.

Во всем мире сегодня установлено  несколько тысяч малых ГЭС. Современные  гидроэнергетические технологии являются очень высокоразвитыми. За последние 40 лет были значительно усовершенствованы  конструкции гидротурбин, в первую очередь с целью достижения более  высокого уровня преобразования механической энергии в электрическую. Это  особенно актуально для больших  ГЭС, где повышение КПД гидротурбины на 1% может означать увеличение мощности на несколько MВт. Естественно, что такая  сложная технология является достаточно дорогой. Для малых ГЭС технология больших ГЭС зачастую имеет уменьшенные  размеры, что приводит к значительному  повышению капитальных затрат на единицу установленной мощности. С другой стороны, воздействия на окружающую среду со стороны малой  гидроэнергетики настолько незначительны, что зачастую о них говорят  как о "не существующих".

Малые ГЭС в большинстве  случаев присоединены к энергосети. Большинство из них не имеют больших  водохранилищ, то есть вода не собирается позади дамбы. Они вырабатывают электроэнергию, если естественный уровень воды в  реке достаточен, но в периоды высыхания реки или падения скорости потока ниже определенной величины производство электроэнергии приостанавливается. Существует два основных типа малых (или микро) электростанций. При наличии аккумуляторной системы малая ГЭС вырабатывает электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторах. В периоды низкого уровня потребления электроэнергии ее излишек также сохраняется в аккумуляторах. Если же природного водяного потока достаточно для бесперебойной выработки электроэнергии, малая ГЭС поставляет электроэнергию в сеть напрямую без накопления ее в аккумуляторах.

Малая гидроэнергетика имеет  особое значение для стран с развивающейся  экономикой, в первую очередь, благодаря  обеспечению принципа децентрализации. Выработанная электроэнергия обычно передаётся по низковольтной распределительной  сети относительно небольшому количеству потребителей, расположенных поблизости от ГЭС.

Малые ГЭС отличаются друг от друга в зависимости от используемого  напора воды. Высоконапорные ГЭС типичны  для горных областей; и вследствие того, что для выработки такого же количества электроэнергии им необходим  меньший поток, они обычно дешевле  других ГЭС. ГЭС малого напора типичны  для равнин, им не нужен водопроводящий канал. На размер капитальных затрат, связанных со строительством малых  ГЭС, влияет много факторов. Однако одним из наиболее существенных является выбор места и "привязка" к  нему ГЭС. Наличие соответствующего напора и скорости потока воды - необходимые  условия для производства электроэнергии.

Для большинства ГЭС  необходим трубопровод, подающий воду для работы турбины. Исключение - винтовые машины с открытым входом. Вода должна пройти сначала сквозь фильтр, "задерживающий" находящийся в ней мусор, чтобы  избежать засорения и повреждения  турбины. Вход обычно размещается в  стороне от основного водяного потока, чтобы во время интенсивного потока предохранить турбину от прямого  напора воды и мусора.

Требования по технике  безопасности при строительстве  малых ГЭС не такие высокие, как  в случае с большими ГЭС, так как  даже разрыв малой дамбы обычно не угрожает человеческим жизням, и риск, соответственно, меньший, что в свою очередь уменьшает капитальные  затраты. При строительстве малых  ГЭС обычно используются местные  материалы, а к работе привлекается местное население.

Малые ГЭС могут требовать  большего обслуживания, чем соответствующие  им по установленной мощности ВЭУ  или фотоэлектрические системы. Важно, чтобы турбина не засорялась. Это достигается надёжной фильтрацией  и строительством отстойника. Относительно механических частей турбины, только подшипники и щетки требуют регулярного  ухода и замены.