Водохранилище является крупнейшим в Российской Федерации и позволяет эффективно регулировать сток воды: В годы большого количества осадков он заполняется, во время засухи активизируется.
Гидроэнергетика в России: отечественные гидростанции их типы и характеристики
Развитие гидроэнергетики в России началось только после Великой Октябрьской социалистической революции. Согласно Государственному плану электрификации (ГОЭЛРО), принятому в 1920 году по инициативе Ленина, в течение 10-15 лет предполагалось построить 30 электростанций общей мощностью 1 750 000 кт, в том числе 10 гидроэлектростанций мощностью 640 000 кт (Волховская, Нижне- и Верхне-Свирская, Днепровская и другие).
В 1926 году была введена в эксплуатацию первая крупная гидроэлектростанция — Волховская — мощностью 66 000 кт, в 1932 году — Днепровская ГЭС имени Ленина мощностью 650 000 кт, а в 1937 году общая мощность гидроэлектростанций страны составила 1 400 000 кт.
Особенно бурное развитие гидроэнергетики началось в послевоенные годы, и сегодня мощность гидроэлектростанций в России составляет более 30 млн. кВт/ч при выработке до 120 млрд. кВт/ч.
Типы гидроэлектростанций
Несмотря на схожий принцип работы, существуют различные типы гидроэлектростанций. Поскольку в большинстве случаев в строительстве используются природные грунты, различия заключаются в использовании конкретных преимуществ, предоставляемых природными условиями. Типы гидроэлектростанций:
- Деривационные. Размещаются на горных реках, где перепад высот позволяет использовать энергию падающего потока, но сильное течение исключает строительство плотины. Потоки воды направляют в специальные отводы, наклон которых сооружают так, чтобы обеспечить необходимый напор.
- Плотинные. Основной тип ГЭС, предусматривающий строительство плотины, перегораживающей русло реки и создающей водохранилище. Плотина часто также имеет функцию борьбы с наводнениями. Благодаря водному резервуару, с помощью которого можно регулировать поток воды, электростанция способна реагировать на изменение потребления энергии (снижать и увеличивать выработку) и адаптироваться к сезонным колебаниям количества проточной воды.
- Смешанного типа. Применяются в тех случаях, когда для успешной работы деривационных ГЭС необходимо и возможно построить плотину для создания резерва воды с целью регулирования потока.
- Аккумуляторные (ГАЭС). У них есть два резервуара для воды: верхний и нижний. В период низкого энергопотребления электростанция перекачивает воду из нижнего в верхний, таким образом накапливая потенциальную энергию (это насосная работа ГАЭС). В свою очередь, генератор начинает работать, когда энергопотребление возрастает. Вода поступает из верхнего резервуара, приводя в движение турбину, посредством которой вырабатывается электричество.
- Приливные (ПЭС). Используют колебания уровня воды, часто в устьях рек, где приливные явления вызывают двунаправленный поток. На прибрежном участке возводят плотину. Для эффективной работы необходимо, чтобы перепад воды был не менее 5 м. Мощность таких электростанций невелика, это связано с низкой энергией проточной воды. Большинство ПЭС используют пропеллерные турбины. Некоторые из них имеют внушительные размеры. Во Франции турбины, расположенные в нижней части Ла-Манша, имеют диаметр 21 м и мощность около 2,2 МВт.
Читайте также: Прибрежная защитная зона: что это такое, отличие от водоохранной зоны, размеры и запреты.
Существует классификация гидроэлектростанций по общей мощности установленных генераторов, которая позволяет различать малые и крупные ГЭС, но она различна в разных странах. Например, Португалия, Испания, Ирландия, Греция и Бельгия установили 10 МВт в качестве максимального предела для малых гидроэлектростанций, Италия — 3 МВт, Швеция — 1,5 МВт и Польша — 5 МВт.
Однако эти ограничения довольно условны и могут быть изменены правительственными постановлениями. В США, например, максимальная мощность малых ГЭС сначала составляла 5 МВт, затем 15 МВт, а теперь 30 МВт. В Российской Федерации гидроэлектростанции мощностью более 30 МВт также считаются крупными.
Гидроэнергетические ресурсы.
Уровень развития гидроэнергетики в разных странах и на разных континентах неодинаков. Больше всего гидроэнергии производят Соединенные Штаты, за ними следуют Россия, Украина, Канада, Япония, Бразилия, Китай и Норвегия.
Неиспользованные гидроэнергетические ресурсы Африки, Азии и Южной Америки открывают множество возможностей для строительства новых гидроэлектростанций. На Северную Америку, которая располагает лишь около 13 % мировых гидроэнергетических ресурсов, приходится около 35 % полной мощности существующих гидроэлектростанций. В отличие от этого, Африка (21% мировых гидроэнергетических ресурсов) и Азия (39%) обеспечивают лишь 5% и 18%, соответственно, мировой выработки гидроэнергии. Из остальных континентов Европа (21% ресурсов) производит 31% мировой гидроэнергии, в то время как Южная Америка и Австралия, имеющие около 15% ресурсов, производят только 11% мировой гидроэнергии.
Состав гидросферы
| Мировой океан | 96,4% |
| Ледники и снежный покров | 1,86% |
| Источники подземных вод | 1,7% |
| Реки и другие поверхностные воды | 0,02% |
Список полезных свойств воды бесконечен. Много веков назад человек научился овладевать силой водной стихии и использовать упрямые реки в своих интересах. Мы говорим о водной энергии. Человек был первым, кто его использовал.
Понятие о гидроэнергии, история развития гидроэнергетики
Гидроэнергия — это энергия, передаваемая потоком реки. Чаще всего используется сила падающего тока, но в районах, где это невозможно, используется естественная сила приливов и отливов.
Широко используется гидроэнергетический потенциал плотин. Это искусственное сооружение, которое позволяет накапливать воду в искусственном водоеме, создавая разницу в высоте и напоре воды.
В Средние века энергия воды рек использовалась на мельницах для приведения в движение жерновов и в кузницах для раздувания шкур. В прошлом строились простые плотины и использовалось водяное колесо. Затем была изобретена водяная турбина, которая преобразовывала кинетическую энергию потока в механическую.
Сегодня энергия воды преобразуется в электричество с помощью турбин.
Принцип получения гидроэнергии
На нижних участках полноводных рек строятся искусственные водохранилища и гидроэлектростанции с водяными турбинами.
В зависимости от скорости и высоты потока воды используются различные конструкции, но все они построены по одному принципу: Они преобразуют энергию реки в механическую энергию вращающихся валов. С помощью водяных турбин эта энергия преобразуется в электричество.
Морская гидроэнергетика используется на морском побережье, где приливы и отливы регулярно поднимаются и опускаются.
Он основан на изменении уровня воды в прибрежной зоне под действием гравитационного притяжения Земли — притяжения Солнца и Луны. Это происходит дважды в день — утром и вечером. Разница между уровнями воды в разных районах в это время составляет от 13 до 18 метров.
В постсоветской России на побережье Баренцева моря в поселке Кислая Губа находится экспериментальная приливная электростанция (ПЭС). Несколько проектов еще не реализованы.
История развития гидроэнергетики в мире и России
На протяжении многих лет вода была основным источником энергии для человека. Первой машиной, использовавшей силу воды, было колесо водяной мельницы. Первая гидроэлектростанция была построена в 1878 году в Нортумберленде, Великобритания, и использовалась для питания одной лампы в галерее изобретателя У. Дж. Армстронга. А к 1920 году большая часть электроэнергии в мире вырабатывалась с помощью гидроэлектростанций. Базовая технология гидроэлектростанций оставалась неизменной на протяжении всего двадцатого века.
В России в конце девятнадцатого и начале двадцатого веков различные предприниматели строили небольшие гидроэлектростанции для своих предприятий.
Гидроэнергетический потенциал будущего
Гидроэнергетика может предложить многое. Поскольку они используют возобновляемые источники энергии, гидроэлектростанции считаются предпочтительным средством выработки электроэнергии в условиях борьбы с глобальным потеплением.
В будущем возможны два предпочтительных варианта использования гидроэнергии:
- строительство малых гидроэлектростанций (от 0,1 до 10 МВт), использующих природное течение рек;
- применение энергии морских волн и приливов.
Преимущества и недостатки
Гидроэнергетика имеет неоспоримые преимущества:
- Чистота электроэнергии. Она вырабатывается при абсолютном отсутствии вредных выбросов.
- Возможность строительства мощных электростанций при соответствующих природных условиях.
- Гибкость производства. Система плотин позволяет регулировать интенсивность потока воды и конечную выработку электроэнергии. Электростанции легко адаптируются к уровню энергопотребления.
- Высокая безопасность. Так как ГЭС не используют ископаемое или ядерное топливо, внутри этих станций нет риска взрыва с тяжелыми последствиями.
- Высокий уровень инвестиций в строительство.
- Неблагоприятное воздействие на окружающую природу. Возведение гидроэлектростанций плотинного типа нарушает естественную экосистему, так как затапливаются огромные участки суши. Строительство вблизи ГЭС линий электропередачи, новых дорог, прокладка кабелей также оказывает влияние на ландшафт.
- Необходимость иметь адекватные природные условия: значительный перепад воды в реках, выраженные приливные явления. Большинство мест, пригодных для строительства мощных гидроэлектростанций, уже использованы.
- В отдельных районах имеется риск засухи. Длительное отсутствие осадков не очень предсказуемо, иногда может привести к полному прекращению выработки электроэнергии и способно вызвать проблемы в энергосистеме.
Способы использования гидроэнергии
Использование гидроэнергии выходит за рамки ее непосредственного назначения. Для района, где построена гидроэлектростанция, она является точкой экономического развития.
На основе этого дешевого и неисчерпаемого источника энергии строятся предприятия, развивается промышленность, создаются новые рабочие места и развивается инфраструктура.
Национальные и социальные цели, которые могут быть достигнуты с помощью гидроэнергетики:
- Обеспечивает единую системную надежность энергосистемы страны.
- Развивает главные отраслевые производства.
- Формирует схему промышленного водоснабжения.
- Создает стратегический запас питьевой пресной воды.
- Служит предпосылкой развития сельского хозяйства и рыбоводства.
- Решает проблемы мелиорации, паводкового затопления, орошения и пр.
- Включено в программу сохранения безопасности населения.
Производство гидроэнергии в мире
На гидроэнергетику приходится 19% всей вырабатываемой на Земле энергии. На их долю приходится 63 % возобновляемых источников энергии.
Норвегия, Исландия и Канада являются лидерами в производстве гидроэлектроэнергии. Приливные электростанции уже построены в Северной Америке (США и Канада), Европе (Великобритания и Франция) и некоторых других странах.
В Европе отсутствие подходящих пойм и высокая стоимость земли препятствуют развитию речной энергетики. Наиболее активно строительство гидроэлектростанций на реках ведется в Китае.
Известно, что первая гидроэлектростанция была построена в 1891 году на реке Неккар, притоке Рейна в Германии. В то время он передавал электроэнергию на невероятное расстояние в 170 километров.
Работа была выполнена российским инженером-электриком М.О. Доливо-Добровольский. С этого момента началась мировая история электрификации.
Гидроэнергетика России
Россия имеет самую разветвленную сеть водоснабжения в мире. Здесь больше, чем в любой другой стране, используется энергия рек. Это обусловлено ходом истории. Молодое советское государство делало ставку на гидроэнергетику и определило задачи и стратегию развития энергетики в знаменитом государственном плане электрификации ГОЭЛРО.
Реки Дальнего Востока и Сибири обладают большим гидроэнергетическим потенциалом.
Самые большие запасы гидроэнергии сосредоточены в Поволжье. На самой важной российской реке построен водопад электростанций. Днепровская, Красноярская, Саяно-Шушенская и Братская электростанции являются энергетическими столпами.
Сегодня в России 15 крупных гидроэлектростанций мощностью более 1 000 МВт и более сотни малых электростанций. Однако многие из них находятся в таком техническом состоянии, которое требует переоборудования и модернизации существующих установок.
Общий объем выработки гидроэнергии в России составляет 165 млрд. кВтч. В таких масштабах можно было бы решить проблему энергоснабжения страны. Однако пока генерирующие компании действуют индивидуально и не объединены в единую, контролируемую государством систему, рост тарифов на электроэнергию остановить невозможно.
Энергия рек, приливов, дождевой и талой воды — это ресурс, который еще не используется на 100%. Они являются огромным источником возобновляемой, дешевой и экологически чистой энергии.
Гидроэнергетика является наиболее эффективным способом выработки электроэнергии. В настоящее время общее производство гидроэнергии из возобновляемых биологических ресурсов составляет 89,5%.
Приливная энергия
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии
Преимущества и недостатки приливных электростанций
Альтернативная энергетика и экология: виды и тенденции развития
Принцип работы волновых электростанций
Геотермальные электростанции: преимущества и недостатки производства геотермальной энергии
Читайте также:
Гидроэнергетика в Испании
Технологический прогресс привел к разработке микрогидравлических источников энергии, которые вполне конкурентоспособны на рынке электроэнергии, хотя затраты варьируются в зависимости от типа установки и принимаемых мер. Если установленная мощность электростанции составляет менее 10 МВт и это может быть стоячая или проточная вода, то электростанция считается малой гидроэлектростанцией.
Сегодня развитие гидроэнергетической отрасли Испании направлено на повышение эффективности, чтобы улучшить работу существующих станций. Эти рекомендации направлены на ремонт, модернизацию, улучшение или расширение существующего предприятия. Разрабатываются гидравлические микротурбины мощностью менее 10 кВт, которые очень полезны для использования кинетической силы рек и выработки электроэнергии в отдаленных районах. Турбина вырабатывает электроэнергию непосредственно переменным током и не требует уклона воды, дополнительной инфраструктуры или высоких эксплуатационных расходов.
В настоящее время в Испании насчитывается около 800 гидроэлектростанций различных размеров. В стране действуют 20 электростанций мощностью более 200 мегаватт, на долю которых приходится 50 % всей электроэнергии, вырабатываемой за счет гидроэнергетики. С другой стороны, в Испании есть десятки небольших плотин мощностью менее 20 мегаватт.
Я надеюсь, что благодаря этой информации вы сможете больше узнать о том, что такое гидроэнергетика и как она работает.
Содержание этой статьи соответствует этическим принципам нашей редакции. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.
Условия для строительства ГЭС
Место для установки выбирается очень тщательно, поскольку неправильное расположение может не только повлиять на эффективность работы станции, но и затопить соседние территории, включая жилые районы.
Чтобы построить эффективную гидроэлектростанцию, должны быть выполнены следующие условия:
Сильная река, текущая под углом и обеспечивающая круглогодичный доступ воды
В процессе работы гидроэлектростанции постоянно испаряется большое количество воды, поэтому для компенсации испарения необходим мощный поток воды. В идеале река течет под крутым углом, а поток непрерывный и сильный.
Приближенность мест добычи сырья и строительных материалов
Электростанции обычно строятся вблизи горных рек, поэтому транспортировка материалов к месту строительства может быть затруднена. По этой причине место для строительства было выбрано с учетом близлежащих карьеров для добычи высококачественного песка, камня и других строительных материалов.
Устойчивость почвы
Станция будет построена только там, где скальные структуры и почва достаточно устойчивы, чтобы выдержать огромную силу потока на плотине, вес воды и самой конструкции. Камни должны выдерживать землетрясения и не пропускать воду, чтобы плотина не ослабла.
Особенности получения гидроэнергии
- Основная особенность гидроэнергетики – это то, что энергия рек перерабатывается в электричество.
- Гидроэнергетический способ получения электричества – один из самых выгодных и дешевых.
- Гидроэнергетика экологически чистая, так как речной сток – это возобновляемый источник энергии, а вредных отходов в процессе не выделяется.
- ГЭС часто строятся в горах и территориально отдалены от потребителей.
- Плотины перекрывают пути нереста рыб, однако в самих водохранилищах рыба может беспрепятственно размножаться, что увеличивает рыбное поголовье и положительно сказывается на рыбном хозяйстве.
- Защитные сооружения для водохранилищ ограничивают площадь затопляемых территорий.
- Строительство ГЭС подразумевает использование мощных систем подготовки воды и очистительных систем.
Существует несколько способов классификации гидроэлектростанций. Например, в зависимости от способа работы гидроэлектростанции делятся на:
- Плотинные ГЭС, для работы которых создаются плотины, частично перекрывающие нижнюю часть реки, и, таким образом, создающие напор.
- Приплотинные ГЭС, которые строятся при сильнейшем водном напоре. Водный источник перегораживают плотиной, а станция располагается за ней.
- Деривационные. Данные гидроэлектростанции строятся с большим уклоном, в самой нижней части реки.
- Гидроаккумулирующие (ГАЭС). В ГАЭС строятся нижний и верхний бассейн, а сама станция размещается возле нижнего.
В зависимости от мощности, вырабатываемой сооружениями, обычно различают малые, средние и крупные гидроэлектростанции. В зависимости от количества воды, необходимого для работы: низкое давление, среднее давление и высокое давление.
Плюсы и минусы гидроэлектростанций
Как и любая структура, гидроэнергетика имеет свои преимущества и недостатки. Основными преимуществами являются:
- полную самовозобновляемость источника энергии;
- отсутствие вредных выбросов в атмосферу;
- долгая эксплуатация сооружения: более 100 лет;
- дешевая и выгодная энергия.
К недостаткам относятся:
- выбросы водяного пара, который является фактором, провоцирующим глобальное потепление;
- заболачивание земель и миграция животных с затопленных территорий;
- неестественное изменение русел рек;
Несмотря на недостатки, можно сказать, что у этого способа выработки электроэнергии больше преимуществ. Наиболее важным из них является то, что гидроэлектростанции не требуют ядерного или другого топлива, а их работа не производит вредных выбросов в окружающую среду.
