Устройство гидроэлектростанции: Гидроэлектростанция (ГЭС) – Что такое Гидроэлектростанция (ГЭС)?

Принцип работы ГЭС

Вода под напором поступает на лопасти турбины гидроэлектростанции, которая в свою очередь приводит в действие генераторы, вырабатывающие электричество. Мощность ГЭС зависит от напора и количества воды, проходящей через гидроагрегаты.

Собственно, главной задачей в строительстве гидроэлектростанции является создание напора воды. По принципу решения этой проблемы ГЭС делятся на плотинные и деривационные. Иногда также встречаются ГЭС смешанного (плотинно-деривационного) типа.

#INNER0#

При наиболее распространенном варианте строительства реку перегораживают плотиной, которая поднимает уровень воды, создавая необходимый напор. Причем его величина напрямую зависит от высоты сооружения.

Деривационный канал Майкопской ГЭС

#INNER1#

Помимо плотины (или нескольких) такая ГЭС состоит из здания гидроэлектростанции и распределительного устройства. В здании ГЭС располагается все основное оборудование станции – турбины и генераторы. Также ГЭС могут включать в себя дополнительные сооружения, например, водосбросные устройства, шлюзы, судоподъемники или рыбоходы.

Саяно-Шушенская ГЭС – типичная станция плотинного типа

Деривационные ГЭС обычно строят в тех местах, где река имеет довольно большой уклон. Таким образом, отпадает необходимость в сооружении водохранилища, а вода через специальные водоводы (тоннели или каналы) попадает прямиком к зданию ГЭС. Впрочем, даже на деривационных ГЭС нередко стараются возводить небольшие водохранилища (бассейны суточного регулирования), чтобы иметь определенные возможности по регулированию стока и соответственно изменять выработку электроэнергии в зависимости от потребностей энергосистемы.

Схема работы Майкопской ГЭС (деривационной)

Это интересно: водохранилище Вольта в Гане – крупнейшее в мире. Его площадь – 8500 квадратных километров, что составляет 3,6% территории страны.
Отдельно можно выделить гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Их используют для сглаживания суточных перепадов нагрузки энергосистемы, чтобы обеспечить надежность ее работы. В отличие от обычной гидроэлектростанции ГАЭС работают не только в турбинном, но и в насосном режиме, закачивая воду из нижнего бьефа в верхний.

#INNER2#

Пожалуй, самой необычной ГАЭС в мире является Том Сок в Лестервиле, штат Миссури. Ее уникальность в том, что она расположена в 80 км от ближайшего источника воды – реки Миссисипи!

Верхний бассейн ГАЭС Том Сок в США

Одним из главных отличий гидроэлектростанций от других энергетических сооружений является их индивидуальность. Если тепловые или атомные станции строят по давно отлаженным схемам из одинаковых типовых блоков, то каждая ГЭС является уникальной в своем роде.

Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям!

ДЛЯ ГЭС НУЖЕН НАПОР

«Люди давно научились использовать энергию движущейся воды. Если до половины погрузить в реку колесо с лопастями на ободе, то оно начнет вращаться, потому что вода будет увлекать за собой нижние лопасти колеса. Примерно так работали (и кое-где работают до сих пор) водяные мельницы. Водяное колесо в них насажено на вал жернова. Вращает вода колесо — вращается и жернов, мелет зерно.

Но вот сто с лишним лет назад появился более совершенный водяной двигатель — гидравлическая турбина (сокращенно — гидротурбина). Появились генераторы, превращающие механическую работу в электрическую энергию. И к концу XIX в. началось сооружение гидроэлектрических станций — ГЭС.

Прямо в русле реки, даже с быстрым течением, ставить большие турбины нельзя: у реки не хватает силы проворачивать тяжелую турбину. Другое дело на водопадах: там вода стремительно летит вниз, у нее большой напор.

Но водопадов не так много, да и не очень удобно ставить возле них турбины. Поэтому придуманы искусственные водяные «ступеньки» — плотины.

Напор создается разностью уровней воды. Поэтому говорят, что водяное колесо вращается под напором в столько-то метров.

Если перегородить реку прочной плотиной, а в теле плотины оставить только небольшое отверстие, то вся вода, что есть в реке, должна будет протекать через это отверстие. Значит, перед плотиной река поднимется и разольется, а за плотиной останется на прежнем уровне. Появится разница уровней, возникнет напор воды.

Поставим у отверстия плотины гидротурбину — и она начнет вращаться, используя напор воды. Соединим турбину с генератором— его ротор тоже придет в движение, в обмотке статора появится ток.

Заметьте: напор перед плотиной сохраняется круглый год, потому что вода запасается в водохранилище, искусственном море, и стекает равномерно, хотя зимой и летом река несет меньше воды, а осенью и весной — больше.

Впрочем, есть и гидроэлектростанции без плотин. Например, на горных реках плотины получаются очень высокими и дорогими. В этих случаях воду из реки подводят к электростанциям каналом или тоннелем, называемыми деривационными. В конце деривационного отвода строят здание ГЭС и соединяют трубами канал и гидроэлектростанцию. Теперь часть воды идет по своему руслу, а часть совершает такой маршрут: канал — трубы — турбины ГЭС — русло. Конечно, все это самотеком, потому что канал начинается гораздо выше ГЭС, а впадает обратно в реку ниже».

ЛЮБОЙ ГИДРОУЗЕЛ – СЛОЖНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

«Принцип работы любой ГЭС прост. Но устройство ее, конечно, не простое. Современная ГЭС — сложное предприятие, насыщенное разнообразными автоматами. Недаром здание машинного зала, плотину, шлюзы, трансформаторные станции, рыбоподъемники называют общим словом гидроузел.

Плотину строят из грунта или бетона. Очень часто грунт и бетон работают рука об руку: там, где надо просто удержать воду, можно применить землю, а для водосливов, турбинных камер и вообще «активных» участков плотины нужен железобетон. В теле плотины на заранее рассчитанной высоте делают окна для пропуска воды во время паводка, иначе вода прорвала бы плотину. В остальное время окна закрыты стальными щитами.

Иногда, если нет надобности строить плотину очень высокой, ее делают ниже уровня максимального подъема воды во время паводка. И тогда каждую весну излишняя вода просто-напросто переливается через водосливный участок гребня плотины.

В подводной части плотины проложены трубы для подвода воды к турбинам. Они прикрыты решетками, улавливающими камни, поленья, ветки. В трубах устроены затворы.

Нажим кнопки — и путь воде закрыт. Это нужно при остановках турбины.

Поток воды под напором входит в трубу и отсюда в спиральную камеру, напоминающую улитку. Двигаясь внутри камеры все ближе и ближе к центру, водяная масса закручивается. А в центре камеры — колесо турбины. Но вода не сразу попадает на колесо, потому что оно обнесено «забором» — крепкими стальными лопатками, направляющими воду (направляющим аппаратом). Каждая лопатка может поворачиваться на своей оси. Повернутся лопатки так, что плотно сомкнутся одна с другой,— и вода в турбину не пройдет. Приоткроются чуть-чуть — воды пойдет немного. А станут по движению воды — она почти беспрепятственно будет проникать в турбину. Это, как говорят энергетики, режим полной нагрузки».

ВОДА ВРАЩАЕТ ТУРБИНУ

«Но вот вода прошла сквозь направляющий аппарат. На ее пути — лопасти рабочего колеса турбины. Понятно, что вода заставит лопасти двигаться, отдаст им свою энергию. А этого нам только и надо. Вода вращает турбину!

Теперь воде нужно уйти. Куда? Опять в трубу, но только в другую — отсасывающую. Очень важно, чтобы вода шла по этой трубе спокойно, без вихрей и препятствий, тогда турбина будет хорошо использовать напор. Поэтому отсасывающие трубы делают гладкими и немного расширяющимися к нижнему концу. Из этого открытого конца вода вытекает в русло реки и уходит по течению.

Не всегда турбины находятся в теле плотины или поблизости от нее. Иногда воду под напором подают из водохранилища к турбинам по длинным трубам или тоннелям. Так, например, сделано на ГЭС при высотной Асуанской плотине на р. Ниле».

С ГЕНЕРАТОРА НА ТРАНСФОРМАТОР И ДАЛЬШЕ ПО ПРОВОДАМ

«Итак, рабочее колесо турбины вращается. С ним вращается и вал, связывающий рабочее колесо с ротором электрической машины — генератора переменного тока.

Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. вольт.

Но, оказывается, электроэнергию в таком виде невыгодно передавать на большие расстояния. Вот если повысить напряжение в 10 — 15 раз, тогда другое дело: сила тока упадет, и он, проходя по проводам, будет меньше нагревать их. Станет меньше потерь, не понадобятся толстые и тяжелые провода.

Напряжение повышают на электростанции простые приборы — трансформаторы. Это стержни-сердечники, собранные из тонких листов мягкой стали. На каждом — две обмотки: одна с небольшим числом витков толстой медной проволоки, вторая с немногочисленными витками более тонкого провода. Мы подаем напряжение, скажем, в 10 тыс. вольт на первичную обмотку, а со вторичной получаем сразу 100 или 200 тыс. вольт — во столько раз больше, во сколько больше витков на вторичной обмотке. Чтобы трансформаторы не сильно нагревались при работе, их погружают в баки с жидким маслом, хорошо отводящим тепло. Итак, чем выше напряжение (и, значит, меньше сила тока), тем выгоднее передавать энергию».

Источник: «Техника и производство». Том 5 (Детская энциклопедия 1965 г. в.) – Афанасенко Е.И., и др.

Принцип работы гидроэлектростанций (ГЭС)

Гидроэлектрические станции для выработки электрической энергии используют энергию падающей воды. Речная вода из-за разности уровней непрерывным потоком перемещается от истока к устью. Если построить такое сооружение как плотина, которая перекроет движение воды реки, то уровень воды перед плотиной будет намного больше чем после нее.

Разность между верхним и нижним уровнем (бьефом) называют напором, или еще могут называть высотой падения. Принцип работы гидроэлектростанции довольно прост – на уровне нижнего бьефа устанавливают турбину и направляют на ее лопатки поток воды с верхнего бьефа. Под действием силы падающего водяного потока турбина начнет вращаться, приводя в движение ротор электрического генератора, с которым связана механически. Мощность гидроэлектростанций напрямую зависит от величины напора, а также от количества воды, которая пройдет через все турбины гидроэлектрической станции. Коэффициент полезного действия (КПД) гидроэлектрических станций значительно выше тепловых и составляет порядка 85%.

По характеру воздвигнутых сооружений гидроэлектростанции разделяют на:

• Приплотинные – в них напор создается плотиной. Такие сооружения строятся на равнинных реках с небольшим напором. Это связано с тем, что для получения большого напора необходимо создавать водохранилища, которые затопляют значительные территории;

•  Деривационные – значительный напор здесь создается за счет деривационных (обходных) каналов. Гидроэлектростанции такого типа сооружают на горных реках, из-за больших уклонов, которые создают нужный напор при относительно малом расходе воды;

Крупные гидроэлектростанции не работают изолировано от других электрических станций. Наиболее часто применяют работу гидроэлектростанций параллельно с тепловыми, тем самым создавая оптимальный режим потребления топлива ТЭС и гидроэнергии ГЭС. Это процесс заключатся в следующем – зимой, когда уровень воды в реках идет на спад и, соответственно, ГЭС не могут работать на полную мощность, тогда часть нагрузки ГЭС берет на себя ТЭС, а летом, когда уровень воды в реках увеличивается, ГЭС начинают работать на полную мощность, а ТЭС снижает выработок электрической энергии, снижая тем самым потребления органического топлива. Таким образом происходит экономия средств на твердом топливе, что снижает стоимость электрической энергии.

Гидроэлектростанции имеют ряд преимуществ над тепловыми электростанциями, а именно:

• Процесс выработки электроэнергии на гидроэлектростанции намного проще, чем на тепловой;
• КПД гидроэлектростанции значительно выше ТЭС;
• Себестоимость производства электроэнергии на крупных ГЭС примерно в 5 раз ниже чем на ТЭС сравнимой мощности. Это объясняется очень просто – на ГЭС нет необходимости в подвозе органического топлива, а это минус цена за само топливо и транспортировку его. На ГЭС нет топливных устройств и служб, которые необходимо для его обслуживания, что уменьшает количество обслуживающего персонала и затраты на запасные части и техническое обслуживание.

Главным недостатком ГЭС является их длительное сооружения и очень высокая стоимость.

Анатомия ГЭС | ТГК-1

Силу водного потока человечество научилось использовать сотни лет назад: в средние века река вращала рабочее колесо мельницы, а в XIX столетии появились первые гидростанции, на которых энергия водного потока преобразуется в электрическую.

И хотя каждый из нас представляет себе в общих чертах устройство этих сооружений, редко кому удается заглянуть внутрь.

Гидроагрегат электростанции похож на айсберг – большая часть расположена в воде, а сверху в машинном зале мы видим только своеобразную «масленку» — верхнюю часть работающей машины.

Огромный масштаб основного оборудования, благодаря которому энергия водного потока превращается в электричество, можно оценить только во время большого капитального ремонта — сосредоточения усилий десятков людей.

Капитальный ремонт редко продолжается меньше пары месяцев. Сначала приступают к демонтажу генератора. Он закреплен на массивной крестовине, которая принимает на себя вес всего оборудования.

Под крышкой крестовины находится огромный ротор. Именно здесь рождается электричество: ротор вращается в магнитном поле статора, возникает электродвижущая сила, которая вызывает электрический ток.

Ротор снимают и отправляют на специальную ремонтную площадку, расположенную в машинном зале, для проверки и обслуживания.

Затем происходит выемка рабочего колеса. Этот огромный «вентилятор» принимает на себя всю силу реки.

Под действием напора рабочее колесо вращает вал, на котором закреплен ротор генератора – это и есть принципиальная схема работы ГЭС.

Вес ротора может достигать нескольких десятков тонн, так что без крана при установке ротора не обойтись.

Любая сборка и разборка гидроагрегата – это множество слесарной работы.

Мелочей не бывает: каждый болт должен соответствовать нормативам и допускам. Поэтому на ГЭС есть слесарный участок, где работают, что называется, «на качество».

Кстати, турбины тоже бывают разные. Для рек с небольшим перепадом высот и, соответственно, напоров, применяют поворотно-лопастные турбины (турбины Каплана) – похожие на гребной винт корабля. Как следует из названия, их лопасти могут поворачиваться, что и обеспечивает изменение рабочего диапазона.

Второй распространенный тип – радиально-осевые турбины. Они применяются на реках с высоким напором, позволяют получить больше мощности, но могут работать в более узком диапазоне режимов.

Рабочее колесо весит несколько десятков тонн и может служить десятилетиями. Например, турбина Волховской ГЭС отработала около 90 лет и теперь стала памятником около гидроэлектростанции.

Чтобы ГЭС эффективно работала, мало просто поместить турбину в реку — воду нужно подводить специальным образом – через подводящий канал и спиральную камеру. Это нужно для того, чтобы вода равномерно поступала на лопасти рабочего колеса.

Увидеть спиральную камеру можно только во время строительства гидроэлектростанции, так как она находится в основании ГЭС. Но иногда, во время капитального ремонта, спиральную камеру осушают и туда можно зайти, чтобы провести инспекцию и выполнить регламентные работы.

Здесь есть еще один важный элемент: направляющий аппарат. Это система неподвижных и подвижных лопаток на пути воды к турбине.

Статичные пластины ламининиризируют, то есть «успокаивают» поток, чтобы он не повредил рабочее колесо, а подвижные открывают и закрывают входные окна, тем самым регулируют количество поступающей воды на турбину. Задача управления простая: нужно добиться оптимальных соотношений между открытиями направляющего аппарата и углами разворота лопастей.

Последние два десятилетия круто изменили практику эксплуатации этих потрясающих машин. На смену аналоговым устройствам пришли цифровые компьютерные технологии, которые стали неотъемлемой частью управления электростанцией.

Сегодня многие ГЭС даже могут работать в автономном режиме – один человек отдает команды целому каскаду гидроэлектростанций, и все действия по управлению оборудованием выполняет автоматика. Она же следит за параметрами: как только что-то выходит за рамки допустимых значений, система подает сигнал или включает защиту.

Вся телемеханика и автоматика помещается в нескольких шкафах.

Работа с современным цифровым оснащением предъявляет особые требования к персоналу. Это инженеры с высшим образованием и высочайшей квалификацией. Каждый из них сдал несколько экзаменов, прежде чем получил допуск к работе!

Любая гидроэлектростанция – это комплекс искусственных сооружений, с помощью которых человек надежно установил контроль над стихией реки. Благодаря регулированию на многих реках удалось прекратить разрушительные паводки, а с помощью шлюзов даже обеспечить судоходство.

Многим ГЭС на Северо-Западе России (первенцам ленинского плана электрификации страны) уже 80-90 лет, что зачастую означает, что их проект не предусматривал развития современных технологий.

Например, вряд ли отцы-энергетики могли предположить, что по плотинам ГЭС будет перемещаться огромный поток автомобилей.

Именно в таких случаях возникает потребность модернизировать конструкцию. Специфика работы на гидросооружениях заключается в невозможности вывести объект из эксплуатации. Водосброс нельзя «выключить», осушить и спокойно перестроить. Каждое действие должно быть выполнено строго в соответствии с проектом. Демонтаж старых конструкций происходит с хирургической точностью и аккуратностью.

Новые стальные балки смогут выдержать необходимые нагрузки.

Кроме того, обновленный водосброс будет иметь собственный кран для ремонтных работ.

Река несет в себе немало посторонних предметов, которые засоряют сороудерживающие решетки. Сама по себе вода – это агрессивная среда и необходимо постоянно контролировать состояние бетона плотины и подводящего канала. Как тут без водолазов?

В последние годы гидроэнергетики применяют инновационное оборудование: вместо водолазов погружается самый настоящий робот!

Оператор с берега управляет его движением, а камеры в реальном времени передают картинку на терминал.

В считанные минуты можно осмотреть приемные решетки или подводную камеру.

Двигатели на электрическом приводе позволяют маневрировать во всех направлениях и противостоять течению реки. Будущее уже здесь!

Время от времени перед гидроэнергетиками встают вызовы, с которыми не справится никакой робот. Что делать, если на горизонте в верхнем течении реки показался… остров? И он стремительно приближается!

Оказывается, что плавучие острова – это не такое уж редкое явление. В верховьях рек бывают обширные заболоченные участки. Годами на поверхности воды нарастает ковер травы и даже укореняются деревца. В многоводные годы после сильных дождей или таяния снегов уровень воды в реке поднимается, участки болота всплывают и уходят вниз по течению.

Острова бывают довольно обширные, даже со случайными пассажирами: земноводными и мелкими грызунами.

Не стоит и говорить, что такие «сюрпризы» доставляют энергетикам немало хлопот.

На помощь приходит штатный катер, который позволяет отвести остров в сторону и приступить к его ликвидации.

За несколько часов труда энергетикам удается разделить его на части. Дальше куски острова нужно направить точно в открытое окно водосброса.

Главная задача гидроэнергетиков – безопасная эксплуатация гидротехнических сооружений и оборудования. Вся эта сложная система работает благодаря трудам выдающихся инженеров прошлого и грамотным инженерам, оперативникам и ремонтникам сегодня.

Когда закончен масштабный ремонт, турбина на месте, а генератор готов запустить поток электронов в сеть, остался один простой тест.

На крышку работающего гидрогенератора нужно поставить монету на ребро – если колоссальная сила реки вращает многотонный ротор с такой легкостью и нежностью, что монета не падает – значит работа выполнена качественно.

Как и принято у энергетиков.

Мини ГЭС. Виды и работа. Применение и устройство.Особенности

Мини ГЭС представляет собой небольшую гидроэлектростанцию, которая вырабатывает относительно малое количество электрической энергии. Данное оборудование не имеет четко обозначенного понятия, единственной его характеристикой выступает мощность. По своему принципу работы малые гидроэлектростанции практически ничем не отличаются от станций, которые вырабатывают большую мощность. Вода здесь также выступает в качестве источника силы, которая и вращает лопасти турбины.

Необходимость использования подобного оборудования часто вызвана отсутствием полноценного снабжения электричеством, а также ростом тарифов на электрическую энергию. При наличии реки или даже речки и грамотном подходе к установке данного оборудования вполне можно обеспечить электроэнергией целый дом или даже небольшого поселения. В некоторых случаях даже при небольшой скорости речки можно создать необходимый поток воды с помощью создания перепадов высот.

Виды

Мини ГЭС может выдавать разную мощность электрической энергии, это зависит от ее типа и разновидности применяемого оборудования.

Исходя из типа водяных потоков, могут применяться следующие виды гидроэлектростанций:

• Русловые. В большинстве случаев их можно наблюдать на равнинах. Их ставят на реках, где вода имеет небольшой поток.

• Стационарные. Их применение свойственно местам, где реки имеют быстрый поток воды. Это позволяет рассчитывать на получение большей энергии воды.

• Гидроэлектростанции, которые ставятся в точках перепада водяного потока. В большинстве случаев их можно наблюдать поблизости от промышленных предприятий и организаций.

• Мобильные установки. В большей части случаев они сооружаются с использованием рукава из армированных материалов. Для мобильных гидроэлектростанций часто достаточно лишь небольшого ручейка.

По принципу функционирования Мини ГЭС бывают:

• «Водяное колесо». Это значит, что колесо с лопатками располагается параллельно текущей поверхности воды, но в то же время в воде находится только часть колеса. Водная масса оказывает давление, в результате чего колесо начинает вращаться. Указанное вращение заставляется вращаться генератор.

• Мини ГЭС в виде гирляндной конструкции предполагает укладку троса или оси между двумя берегами. На нем жестко устанавливаются роторы. Под действием перемещения водных масс роторы начинают вращаться. Их вращение также передается тросу, оно же в итоге передается генераторной установке. Она стоит на поверхности берега.
• Установка с ротором Дарье. Принцип данного устройства базируется на использовании разности давлений, возникающих на лопастях ротора. Вызывается такая разность вследствие обтекания водой сложно устроенных плоскостей ротора.

• Установка с пропеллером. Данное устройство напоминает ветрогенератор, однако в данном случае лопасти установки находятся в воде.

По разновидности конструкций устройства турбины могут быть:

• Осевыми. В них вода направляется по оси турбины и идет на лопасти, что и приводит во вращение турбину.
• Радиально-осевыми. Здесь вода первоначально направляется радиально к оси, а впоследствии по оси ее вращения.
• Ковшовыми. В данном случае вода направляется на лопатки (ковш) посредством сопел, где происходит увеличение скорости воды. Ударяясь о лопатки, турбина приводится во вращение.
• Поворотно-лопастными. В данном случае лопасти вращаются вокруг оси вместе с турбиной.

В зависимости от условий монтажа данное оборудование может быть:

• Низконапорными, они предполагают перепад высот до 25 м.
• Средненапорными, они предполагают перепад высот в пределах 25-60 м.
• Высоконапорными, они предполагают перепад высот выше 60 м.

Устройство

Гирляндная гидроэлектростанция выполнена из турбин, которые имеют небольшой вес. Они нанизываются на трос в виде гирлянды. Данный трос перебрасывается через реку и крепится в опорных подшипниках. Эти подшипники обеспечивают свободное вращение и возможность раскручивания вала генератора.

Турбины, которые также называют гидровингроторами, выполнены в виде двух полуцилиндров со смещенными осями. Когда они погружаются в воду, то течение воды обеспечивает создание крутящего момента. В результате течения потока воды трос выгибается и натягивается, что обеспечивает его свободное вращение. Концами трос соединяется с редуктором, именно ему передается мощность крутящегося троса. В результате трос выполняет функцию вала, который передает мощность генератору.

В обычной промышленной или бытовой сети постоянство частоты тока поддерживается сетью и специальным оборудованием. Однако для потребителя генератор может выдавать большую мощность, в зависимости от скорости течения воды. Поэтому в генераторе предусматриваются дополнительные регулировочные механизмы. К примеру, в схему может быть введена регулируемая балластная нагрузка, она может использоваться для подогрева воды в случае выработки излишней мощности. В промышленных установках мини ГЭС для этого специально предусматривается дополнительное оборудование.

Схема электрогенерирующей установки в целом предполагает наличие следующих элементов:

• Гидротурбина с лопатками, которая соединяется с валом генератора.
• Генератор. Используется для создания переменного тока. Он подсоединяется к валу турбины. Так как параметры создаваемого тока являются сравнительно нестабильными, то применяется дополнительное оборудование.
• При помощи блока управления турбиной можно запускать и останавливать агрегат, синхронизировать работы, контролировать режимы работы и аварийно останавливать установку.
• Блок балластной нагрузки, который используется для рассеивания неприменяемой мощности, то есть энергии, которую потребитель в данный момент не использует. Это дает возможность избежать выхода из строя генератора, а также системы контроля и управления.
• Контроллер заряда или стабилизатор. Данные устройства необходимы, чтобы управлять зарядом аккумуляторов, преобразования напряжения.
• Аккумуляторные батареи, которые накапливают заряд и обеспечивают автономность работы устройства.
• Инверторная система, используемая для преобразования напряжения.

Принцип действия мини ГЭС

Принцип действия  аналогичен функционированию крупных электрических станций. Отличие кроется только в мощности установок и объема создаваемого электричества.

Напор воды может создаваться обычным течением водоема или образовываться путем возведения плотины или другого сооружения. К примеру, может быть создан искусственный перепад высот, что позволяет за счет силы тяжести усилить поток воды. В свою очередь, благодаря силе тяжести гидравлическая турбина будет вращаться быстрее, а значит, будет вращаться быстрее и генератор. В ряде случаев могут применяться одновременно два способа создания напора.

Под действием напора вода направляется в необходимом направлении, где и устанавливается турбина. На ее лопасти попадают водные массы, которые передают им свою энергию. Источником водной энергии могут являться реки и речки, перепады высот, расположенные на всевозможных водяных сбросах, трубопроводов разного назначения и так далее. Указанная водная энергия преобразовывается при помощи гидротурбины в движение вращения. Далее, проходя через редуктор или другую механическую передачу, эта энергия направляется на вал генератора.

Применение

Мини ГЭС могут применяться повсеместно. Ограничением их применения может быть только отсутствие рек и речек. Если возле дома течет маленькая река, в том числе имеются плотины, высотные перепады на водяных сбросах, то это значит, что в данной местности созданы все условия для монтирования мини гидроэлектростанции. Естественно, что на ее покупку, монтаж или создание своими руками потребуется вложение денег. Однако, необходимо отметить, что такая установка сможет довольно быстро окупиться. В любой момент времени Вы будете иметь дешевую электроэнергию, за которую не нужно будет платить. Вы не будете зависеть от всевозможных внешних факторов.

Мини ГЭС могут использоваться в следующих целях:

• Для промышленно применения. Это установки мощностью 200 кВт и выше. Данное оборудование производится специализированными предприятиями, однако их не так много. Данные гидроэлектростанции применяются для электрического снабжения промышленных предприятий и организаций, а также реализации электрической энергии потребителям.
• Для коммерческого применения. Это установки мощностью до 200 кВт. Данные гидроэлектростанции применяются для электрического снабжения мало энергоемких предприятий, поселений, а также небольших групп домов.
• Для бытового применения. Это установки мощностью до 20 кВт. Данные гидроэлектростанции применяются для электрического снабжения небольших всевозможных объектов, а также загородных домов.

Мини ГЭС для личного потребления вполне можно соорудить собственными руками. Для этого можно использовать как готовые комплектующие, так и подручные материалы.

Похожие темы:

В Дагестане обезврежена гидроэлектростанция – Происшествия – Коммерсантъ

На крупнейшей в России гидроэлектростанции деривационного типа Ирганайской ГЭС в Дагестане были обнаружены и обезврежены несколько взрывных устройств. Все они были обезврежены своевременно. Это не первая атака диверсантов на гидроэлектростанцию. В сентябре прошлого года на ГЭС произошел пожар. После того как огонь был потушен, на станции обнаружили мину-ловушку.

В минувший понедельник сотрудники милиции, проверявшие ГЭС, обнаружили и разминировали тротиловую шашку. После этого объект был подвергнут тщательному осмотру. В результате было найдено еще несколько взрывных устройств. Одно из них было заложено в шахте турбины ГЭС — две упакованные в полиэтиленовый пакет 400-граммовые тротиловые шашки, снабженные электродетонатором и усиленные 15 кг смеси алюминиевой пудры. Кроме того, оперативники обнаружили картонную коробку с четырьмя 200-граммовыми тротиловыми шашками и пластитом весом 200 г, к которым также была добавлена смесь алюминиевой пудры. Все обнаруженные предметы были обезврежены саперами.

В пресс-службе ОАО «РусГидро» не стали комментировать данный инцидент, сославшись на то, что он относится к компетенции правоохранительных органов.

Отметим, что в сентябре прошлого года на этой ГЭС был пожар. Возгорание произошло поздно вечером в машинном зале. Справиться с огнем пожарным расчетам, прибывшим на место аварии из пяти районов Дагестана и Махачкалы, удалось лишь за несколько часов. В результате пожара гидроэлектростанции был нанесен крупный ущерб: пострадало здание ГЭС, машинный зал и часть оборудования.

После того как сотрудники ФСБ произвели тщательный осмотр помещений станции, в машинном отделении под вторым гидроагрегатом было обнаружено самодельное взрывное устройство. В пластиковом пакете находились две пластиковые бутылки емкостью по 1,5 л каждая, они были соединены проводами с телефоном Nokia. Именно сигнал на телефон должен был замкнуть электрическую цепь и вызвать детонацию взрывного устройства, мощность которого специалисты оценили в 4 кг в тротиловом эквиваленте. Рядом с бомбой была обнаружена мина-ловушка в виде шариковой ручки с пустым стержнем и мелкими кристаллическими шариками внутри. При повороте ручки шарики должны были замкнуть цепь, что также привело бы к взрыву. Очевидно, злоумышленники оставили ловушку на тот случай, если бомбу не удалось бы привести в действие дистанционно.

Тогда в причастности к диверсии был заподозрен один из сотрудников станции, исчезнувший с рабочего места сразу после того, как был потушен пожар. Силовики не исключали также, что ЧП могло быть связано с похищением главного инженера ОАО «Сулакский гидроэнергетический каскад», совершенным незадолго до диверсии на ГЭС. Предполагалось, что инженер мог понадобиться террористам как человек, знающий все о стратегических объектах гидроэнергетики республики.

Николай Сергеев

Проектирование и строительство новых ГЭС на реках

ГЭС — это электростанция, которая в качестве источника энергии использует движение водных масс. При проектировании и строительстве ГЭС необходимо соблюдать ряд серьезных условий и правил. Рассмотрим их подробнее.

Условия для строительства ГЭС

Самым важным пунктом при проектировании гидроэлектростанции является выбор места строительства. Ошибка на этом этапе может привести к низкой эффективности работы ГЭС и даже затоплению находящихся рядом населенных пунктов. Чтобы этого не произошло, место, на котором будет располагаться ГЭС, должно соответствовать следующим требованиям:

• Наличие реки с сильным течением, которое идет под углом и круглый год дает доступ к воде. Из-за работы гидроэлектростанции происходит интенсивное испарение воды. Сильное течение будет своевременно компенсировать испарившуюся воду.
• Близкое расположение поставщиков материала для строительства. Поскольку гидроэлектростанции строятся у горных рек, может возникнуть проблема с доставкой до места строительных материалов. Будет лучше, если рядом с местом строительства будут расположены карьеры, где можно добыть необходимые виды сырья.
• Устойчивость почвы. Сила потока, вес сооружения и воды создают сильную нагрузку на почву. Поэтому нужно выбирать очень устойчивую почву с плотной структурой, которая выдержит высокое давление.

Особенности получения гидроэнергии

Процесс получения гидроэнергии имеет ряд интересных особенностей. Самая главная из них заключается в том, что энергия рек перерабатывается в электричество. Рассмотрим остальные:

• такой способ получения энергии является самым дешевым;
• процесс получения гидроэнергии является одним из самых экологичных;
• процесс получения гидроэнергии отличается низким количеством вредных отходов;
• вода в реке постоянно возобновляется и мало истощается;
• водохранилище — благоприятное место для размножения рыбы, рыбное поголовье увеличивается, что хорошо сказывается на рыбном хозяйстве;
• водохранилища имеют прочные защитные сооружения, которые держат воду только на определенной территории;
• ГЭС имеет мощные очистительные системы.

Классификация гидроэлектростанций

Существует несколько способов классификации гидроэлектростанций. Так, в зависимости от того, как работают ГЭС, выделяют:

• 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, которую вырабатывают сооружения, принято выделять малые, средние и мощные гидроэлектростанции. В зависимости от напора воды, который необходим для работы: низконапорные, средненапорные и высоконапорные.

Плюсы и минусы гидроэлектростанций

Как и любое сооружение, гидроэлектростанция имеет свои плюсы и минусы. К основным плюсам можно отнести:

• 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 наличие недостатков, можно смело утверждать, что достоинств у такого способа добычи энергии больше. И самое главное из них заключается в том, что для работы гидроэлектростанций не нужно ядерное топливо или другое топливо, а в результате их работы не возникает вредных выбросов в окружающую среду.

Устройство и конструкция

Ядром гидростанции является машинный зал. Там располагаются все необходимые для работы агрегаты: генераторы электричества и турбины. Помимо этого, вокруг самой станции строятся сооружения, входящие в состав гидроузла: плотина, уравнительный резервуар, трансформационные станции, очистительные сооружения.

Существующие крупные ГЭС в России

На сегодняшний день в России работает около 200 гидроэлектростанций. Самыми крупными из них являются:

• Саяно-Шушенская ГЭС в Хакасии. Данная ГЭС реконструировалась и возводилась более 37 лет. А ее мощность составляет более 6000 МВт.
• Красноярская ГЭС в Красноярском крае. Станция считается самой прибыльной тепловой станцией, и второй по прибыльности и производительности ГЭС в России.
• Братская ГЭС в Иркутской области, являющаяся крупнейшей в Сибири, третьей по мощности и первой по выработке гидроэлектростанцией в России.

Группа компаний Limak Marash занимается проектированием и строительством зданий и сооружений любой сложности. За нашими плечами — масса разнообразных проектов: Плотина и ГЭС Алкумру, Плотина и ГЭС Обрук, Плотина и ГЭС Узунчаийр и другие. Чтобы узнать условия сотрудничества, позвоните по номеру, указанному на сайте, или напишите нам на почту.

Гидроэлектроэнергия Водопользование

• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Плотина Чодьер отводит воду из реки Оттава, Канада.

Кредит: Викимедиа

На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии. Несомненно, пещерный Джек прикрепил к шесту несколько крепких листьев и бросил их в движущийся поток.Вода вращала шест, который дробил зерно, чтобы приготовить вкуснейшие обезжиренные доисторические кексы с отрубями. На протяжении многих веков энергия воды использовалась для работы мельниц, перемалывающих зерно в муку. На протяжении всей истории люди использовали движущуюся воду для помощи в работе, а современные люди широко используют движущуюся воду для производства электроэнергии.

Гидроэнергетика для нации

Хотя большая часть энергии в Соединенных Штатах производится на ископаемом топливе и атомными электростанциями, гидроэлектроэнергия по-прежнему важна для нации.В настоящее время огромных электрогенераторов размещены внутри плотин . Вода, протекающая через плотины, вращает лопатки турбин (сделанные из металла вместо листьев), которые соединены с генераторами. Электроэнергия производится и отправляется в дома и на предприятия.

Мировое распределение гидроэнергетики

• Гидроэнергетика – самый важный и широко используемый возобновляемый источник энергии.
• Гидроэнергетика составляет около 17% (Международное энергетическое агентство) от общего производства электроэнергии.
• Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии, за ним следуют Канада, Бразилия и США (Источник: Управление энергетической информации).
• Примерно две трети экономически обоснованного потенциала еще предстоит освоить. Неиспользованные гидроресурсы по-прежнему в изобилии в Латинской Америке, Центральной Африке, Индии и Китае.

Производство электроэнергии с использованием гидроэлектроэнергии имеет некоторые преимущества перед другими методами производства энергии .Сделаем быстрое сравнение:

Преимущества гидроэнергетики

• Топливо не сжигается, поэтому загрязнение минимально
• Вода для работы электростанции предоставляется бесплатно по своей природе
• Гидроэнергетика играет важную роль в сокращении выбросов парниковых газов
• Относительно низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
• Технология надежная и проверенная временем
• Возобновляемый – дождь обновляет воду в резервуаре , поэтому топливо почти всегда есть

Прочтите расширенный список преимуществ гидроэнергетики на конференции Top World Conference on Sustainable Development, Йоханнесбург, Южная Африка (2002)

Недостатки электростанций, использующих уголь, нефть и газовое топливо

• Они используют ценные и ограниченные природные ресурсы
• Они могут производить много загрязнений
• Компании должны выкопать землю или бурить скважины, чтобы добыть уголь, нефть и газ
• Для атомных электростанций существуют проблемы с удалением отходов

Гидроэнергетика не идеальна и имеет некоторые недостатки

• Высокие инвестиционные затраты
• Зависит от гидрологии ( осадков, )
• В некоторых случаях затопление земель и мест обитания диких животных
• В некоторых случаях потеря или изменение местообитаний рыб
• Захват рыбы или ограничение прохода
• В отдельных случаях изменения в водохранилище и потоке Качество воды
• В некоторых случаях перемещение местного населения

Гидроэнергетика и окружающая среда

Гидроэнергетика не загрязняет окружающую среду, но оказывает воздействие на окружающую среду

Гидроэнергетика не загрязняет воду и воздух. Однако гидроэнергетические объекты могут иметь большое воздействие на окружающую среду, изменяя окружающую среду и влияя на землепользование, дома и естественную среду обитания в районе плотины.

Большинство гидроэлектростанций имеют плотину и водохранилище. Эти структуры могут препятствовать миграции рыб и влиять на их популяции. Эксплуатация гидроэлектростанции может также изменить температуру воды и сток реки. Эти изменения могут нанести вред местным растениям и животным в реке и на суше.Водохранилища могут покрывать дома людей, важные природные территории, сельскохозяйственные угодья и места археологических раскопок. Таким образом, строительство плотин может потребовать переселения людей. Метан, сильный парниковый газ, также может образовываться в некоторых резервуарах и выбрасываться в атмосферу . (Источник: EPA Energy Kids)

Строительство водохранилища в США «иссякает»

Гоша, гидроэлектроэнергия звучит здорово – так почему бы нам не использовать ее для производства всей нашей энергии? В основном потому, что вам нужно много воды и много земли, где вы можете построить плотину и водохранилища , что требует ОЧЕНЬ много денег, времени и строительства.Фактически, большинство хороших мест для размещения гидроэлектростанций уже занято. В начале века гидроэлектростанции обеспечивали чуть меньше половины всей электроэнергии страны, но сегодня это число снизилось примерно до 10 процентов. Тенденцией на будущее, вероятно, будет строительство малых гидроэлектростанций, которые могут вырабатывать электроэнергию для одного сообщества.

Как видно из этого графика, строительство поверхностных водохранилищ в последние годы значительно замедлилось. В середине 20 века, когда урбанизация происходила быстрыми темпами, было построено множество водохранилищ, чтобы удовлетворить растущий спрос людей на воду и электроэнергию.Примерно с 1980 года темпы строительства водохранилищ значительно замедлились.

Типовая гидроэлектростанция

Гидроэнергия вырабатывается падающей водой. Способность производить эту энергию зависит как от имеющегося потока, так и от высоты, с которой он падает. Накапливаясь за высокой плотиной, вода аккумулирует потенциальную энергию. Это превращается в механическую энергию, когда вода устремляется вниз по шлюзу и ударяется о вращающиеся лопасти турбины.Вращение турбины вращает электромагниты, которые генерируют ток в неподвижных катушках проволоки. Наконец, ток пропускается через трансформатор, где напряжение увеличивается для передачи на большие расстояния по линиям электропередачи. (Источник:

)

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию. Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций).Плотина хранит много воды позади себя в водохранилище. У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного есть турбина пропеллер, который повернут на двигающейся воду. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и мой. Вода проходит мимо гребного винта через отводной канал в реку мимо плотины.

Производство гидроэлектроэнергии в США и мире

На этой диаграмме показано производство гидроэлектроэнергии в 2012 году в ведущих странах мира, производящих гидроэлектроэнергию. В последнее десятилетие Китай построил крупные гидроэлектростанции и сейчас занимает лидирующие позиции в мире по использованию гидроэлектроэнергии. Но с севера на юг и с востока на запад страны всего мира используют гидроэлектроэнергию – главные составляющие – это большая река и перепад высот (конечно, вместе с деньгами).

Объяснение гидроэнергетики – Управление энергетической информации США (EIA)

Гидроэнергетика – это энергия движущейся воды

Люди давно используют силу воды, текущей в ручьях и реках, для производства механической энергии. Гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и до 2019 года гидроэнергетика была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.

В 2020 году на гидроэлектроэнергию приходилось около 7.3% от общего объема производства электроэнергии в коммунальном масштабе США ¹ и 37% от общего объема производства электроэнергии из возобновляемых источников в коммунальном масштабе. Доля гидроэлектроэнергии в общем объеме производства электроэнергии в США со временем снизилась, в основном из-за увеличения производства электроэнергии из других источников.

Гидроэнергетика зависит от круговорота воды

• Солнечная энергия нагревает воду на поверхности рек, озер и океанов, что приводит к ее испарению.
• Водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде осадков – дождя и снега.
• Осадки собираются в ручьях и реках, которые впадают в океаны и озера, где они испаряются и снова начинают цикл.

Количество осадков, которые стекают в реки и ручьи в географической области, определяет количество воды, доступной для производства гидроэлектроэнергии. Сезонные колебания количества осадков и долгосрочные изменения в структуре осадков, такие как засухи, могут иметь большое влияние на доступность производства гидроэлектроэнергии.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Источник: Управление долины Теннесси (общественное достояние)

Гидроэлектроэнергия вырабатывается с помощью движущейся воды

Поскольку источником гидроэлектроэнергии является вода, гидроэлектростанции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Объем потока воды и изменение высоты – или падения, часто называемое напором – от одной точки к другой определяют количество доступной энергии в движущейся воде.Как правило, чем больше расход воды и чем выше напор, тем больше электроэнергии может производить гидроэлектростанция.

На гидроэлектростанциях вода течет по трубе или водопроводу , затем толкает лопасти турбины и вращает их, вращая генератор для производства электроэнергии.

Обычные гидроэлектростанции включают:

• Русловые системы , где сила течения реки оказывает давление на турбину.Сооружения могут иметь водослив в водотоке для отвода потока воды к гидротурбинам.
• Системы хранения , где вода накапливается в резервуарах, созданных плотинами на ручьях и реках, и сбрасывается через гидротурбины по мере необходимости для выработки электроэнергии. Большинство гидроэнергетических объектов США имеют плотины и водохранилища.

Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором – это тип гидроаккумулирующей системы, в которой вода перекачивается из источника воды в водохранилище, расположенное на более высоком уровне, и сбрасывается из верхнего водохранилища в гидротурбины, расположенные ниже верхнего водохранилища.Электроэнергия для перекачки может поставляться гидротурбинами или другими типами электростанций, включая ископаемое топливо или атомные электростанции. Обычно они перекачивают воду в хранилище, когда спрос на электроэнергию и затраты на ее производство и / или когда оптовые цены на электроэнергию относительно низкие, и высвобождают накопленную воду для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса на электроэнергию, когда оптовые цены на электроэнергию относительно высоки. Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором обычно используют больше электроэнергии для перекачки воды в верхние водохранилища, чем они производят с накопленной водой.Таким образом, гидроаккумулирующие сооружения имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Управление энергетической информации США классифицирует выработку электроэнергии на гидроаккумулирующих гидроэлектростанциях как отрицательную.

История гидроэнергетики

Гидроэнергетика – один из старейших источников энергии для производства механической и электрической энергии, и до 2019 года она была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США. Тысячи лет назад люди использовали гидроэнергетику, чтобы крутить гребные колеса на реках для измельчения зерна. До того, как в Соединенных Штатах стали доступны паровая энергия и электричество, зерновые и лесопильные заводы питались напрямую от гидроэлектроэнергии. Первое промышленное использование гидроэнергии для выработки электроэнергии в Соединенных Штатах было в 1880 году для питания 16 щеточно-дуговых ламп на фабрике стульев Росомахи в Гранд-Рапидс, штат Мичиган. Первая в США гидроэлектростанция для продажи электроэнергии открылась на реке Фокс недалеко от Аплтона, штат Висконсин, 30 сентября 1882 года.

В Соединенных Штатах работает около 1450 обычных и 40 гидроаккумулирующих электростанций. Самая старая действующая гидроэлектростанция в США – это гидроэлектростанция Whiting в Уайтинге, штат Висконсин, которая была введена в эксплуатацию в 1891 году и имеет общую генерирующую мощность около 4 мегаватт (МВт). Большая часть гидроэлектроэнергии в США производится на крупных плотинах на крупных реках, и большинство из этих плотин гидроэлектростанций были построены до середины 1970-х годов федеральными правительственными агентствами. Самый крупный U.Гидроэнергетический объект Южной и крупнейшая электростанция США по генерирующей мощности – это гидроэлектростанция Гранд-Кули на реке Колумбия в Вашингтоне с общей генерирующей мощностью 6765 МВт.

¹ Электростанции коммунального назначения имеют не менее 1 мегаватта общей мощности по выработке электроэнергии. Генерирующая мощность – это чистая летняя мощность.

Последнее обновление: 8 апреля 2021 г.

гидроэлектростанций | Определение и факты

Гидроэлектроэнергия , также называемая гидроэнергетика , электричество, вырабатываемое генераторами, приводимыми в действие турбинами, которые преобразуют потенциальную энергию падающей или быстро текущей воды в механическую энергию.В начале 21 века гидроэнергетика была наиболее широко используемой формой возобновляемой энергии; в 2019 году на его долю приходилось более 18 процентов от общей мощности по выработке электроэнергии в мире.

Подробнее по этой теме

Китай: гидроэнергетический потенциал

Разветвленная речная сеть Китая и гористая местность предоставляют широкие возможности для производства гидроэлектроэнергии.Большая часть …

При производстве гидроэлектроэнергии вода собирается или хранится на более высоком уровне и направляется вниз по большим трубам или туннелям (водозаборникам) на более низкую отметку; разница в этих двух высотах известна как голова. В конце своего прохождения по трубам падающая вода заставляет турбины вращаться. Турбины, в свою очередь, приводят в действие генераторы, которые преобразуют механическую энергию турбин в электричество. Затем трансформаторы используются для преобразования переменного напряжения, подходящего для генераторов, в более высокое напряжение, подходящее для передачи на большие расстояния.Строение, в котором размещаются турбины и генераторы и в которое питаются трубы или водозаборники, называется электростанцией.

Гидроэлектростанции обычно расположены в плотинах, которые наводняют реки, тем самым повышая уровень воды за плотиной и создавая максимально возможный напор. Потенциальная мощность, которая может быть получена из объема воды, прямо пропорциональна рабочему напору, так что для установки с высоким напором требуется меньший объем воды, чем для установки с низким напором, чтобы производить такое же количество энергии.В некоторых плотинах электростанция сооружается на одном фланге плотины, причем часть плотины используется в качестве водосброса, через который во время паводков сбрасывается избыточная вода. Там, где река протекает в узком крутом ущелье, ГЭС может располагаться внутри самой плотины.

В большинстве населенных пунктов потребность в электроэнергии значительно варьируется в разное время суток. Для выравнивания нагрузки на генераторы периодически строятся гидроаккумулирующие гидроэлектростанции. В периоды непиковой нагрузки часть доступной дополнительной мощности подается на генератор, работающий в качестве двигателя, заставляя турбину перекачивать воду в приподнятый резервуар. Затем, в периоды пиковой нагрузки, воде снова позволяют течь через турбину для выработки электроэнергии. Системы гидроаккумулирования эффективны и обеспечивают экономичный способ выдерживать пиковые нагрузки.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В некоторых прибрежных районах, таких как устье реки Ранс в Бретани, Франция, были построены гидроэлектростанции, чтобы использовать преимущества приливов и отливов. Когда наступает прилив, вода накапливается в одном или нескольких резервуарах.Во время отлива вода в этих резервуарах сбрасывается для привода гидравлических турбин и связанных с ними электрических генераторов ( см. приливная энергия).

приливная сила

Схема плотины приливной силы.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Падающая вода – один из трех основных источников энергии, используемых для выработки электроэнергии, два других – ископаемое топливо и ядерное топливо. Гидроэнергетика имеет определенные преимущества перед этими другими источниками. Он постоянно возобновляем благодаря повторяющемуся характеру гидрологического цикла.Не вызывает теплового загрязнения. (Однако некоторые плотины могут производить метан в результате разложения растительности под водой.) Гидроэлектроэнергия является предпочтительным источником энергии в районах с сильными дождями, а также в холмистых или горных районах, которые находятся в разумной близости от основных центров нагрузки. Некоторые крупные гидроузлы, удаленные от центров нагрузки, могут быть достаточно привлекательными, чтобы оправдать строительство длинных высоковольтных линий электропередачи. Небольшие местные гидроэлектростанции также могут быть экономичными, особенно если они сочетают хранение воды во время небольших нагрузок с выработкой электроэнергии во время пиковых нагрузок.Многие из негативных воздействий гидроэнергетики на окружающую среду происходят из-за связанных с ними плотин, которые могут прервать миграцию нерестовых рыб, таких как лосось, и навсегда затопить или вытеснить экологические и человеческие сообщества по мере заполнения водохранилищ.

Плотина Норрис

Плотина Норрис, эксплуатируемая Управлением долины Теннесси, Норрис, Теннесси.

© Bryan Busovicki / Shutterstock.com

10 крупнейших гидроэлектростанций в мире

Какие самые большие гидроэлектростанции в мире?

Три ущелья, Китай – 22.5GW

Гидроэлектростанция «Три ущелья» мощностью 22,5 ГВт в Ичане, провинция Хубэй, Китай, является крупнейшей в мире гидроэлектростанцией. Это обычное водохранилище, использующее водные ресурсы реки Янцзы. Проект принадлежит и управляется China Three Gorges Corporation (CTGC) через свою дочернюю компанию China Yangtze Power.

Строительство энергетического проекта стоимостью 203 млрд юаней (29 млрд долларов) было начато в 1993 году и завершено в 2012 году. В рамках проекта «Три ущелья» была построена гравитационная плотина высотой 181 м и длиной 2335 м.Электростанция состоит из 32 турбогенераторов мощностью 700 МВт каждая и двух генераторов мощностью 50 МВт. В поставке оборудования для проекта участвовали шесть иностранных групп, в том числе Alstom, поставившая 14 турбоагрегатов Francis.

Энергоблоки электростанции «Три ущелья» были введены в эксплуатацию в период с 2003 по 2012 год. Годовая выработка электроэнергии электростанцией оценивается в 85 ТВтч. Вырабатываемая энергия поставляется в девять провинций и два города, включая Шанхай.

Итайпу, Бразилия и Парагвай – 14GW

Гидроэлектростанция Итайпу мощностью 14 ГВт расположена на реке Парана, на границе Бразилии и Парагвая.Объект находится под управлением Itaipu Binacional.

Строительство завода стоимостью 19,6 млрд долларов началось в 1975 году и было завершено в 1982 году. Строительство осуществляли консорциум из американской IECO и итальянской ELC Electroconsult. Производство электроэнергии на Итайпу было начато в мае 1984 года.

Гидроэлектростанция Итайпу обеспечивала 15% потребления энергии в Бразилии и 90% энергии, потребляемой в Парагвае в 2018 году. Он состоит из 20 энергоблоков мощностью 700 МВт каждый. Произведено 103 штуки.1 миллион МВтч в 2016 году, что сделало ее крупнейшей генерирующей гидроэлектростанцией в мире на тот момент.

Xiluodu, Китай – 13,86 ГВт

Гидроэлектростанция Xiluodu, построенная на реке Цзиньша в центральной провинции Сычуань в Китае, имеет установленную мощность 13,86 ГВт. Разработанный CTGC, он был официально открыт в 2013 году и подключен к сети в июне 2014 года.

Электростанция представляет собой первую в мире арочную плотину из сверхвысокого бетона двойной кривизны на высоте 610 м над уровнем моря.Максимальная высота плотины составляет 285,05 м, а площадь водохранилища – 454 400 км².

На гидроэлектростанции установлено 18 турбогенераторов Francis мощностью 770 МВт каждая. Вырабатываемая энергия передается потребителям через Государственную сеть и Южную электрическую сеть Китая. В настоящее время завод вырабатывает в среднем 57,07 ТВтч в год, который, как ожидается, вырастет до 616,2 ТВтч в долгосрочной перспективе.

Гури, Венесуэла – 10,2 ГВт

Электростанция Гури, также известная как гидроэлектростанция Симон Боливар, расположена на реке Карони в штате Боливар на юго-востоке Венесуэлы.CVG Electrification del Caroni владеет и управляет заводом.

Строительство электростанции началось в 1963 году. Оно проводилось в два этапа: первый этап был завершен в 1978 году, а второй этап – в 1986 году. Электростанция состоит из 20 энергоблоков различной мощности от 130 МВт до 770 МВт.

Alstom получила два контракта в 2007 и 2009 годах на реконструкцию четырех блоков мощностью 400 МВт и пяти блоков мощностью 630 МВт соответственно. Andritz получил контракт на поставку пяти турбин Фрэнсиса мощностью 770 МВт для электростанции II Гури в 2007 году.Электростанция Гури поставляет Венесуэле примерно 12 900 ГВт / ч энергии.

Белу-Монте, Бразилия – 9.39GW

Проект гидроэлектростанции Белу-Монте, строящийся в нижнем течении реки Шингу, в Пара, Бразилия, по состоянию на сентябрь 2019 года был установлен с генерирующей мощностью 9,39 ГВт. При полном вводе в эксплуатацию с запланированной мощностью 11,2 ГВт в 2020 году он станет первым четвертая по величине гидроэлектростанция в мире.

Электростанция Белу-Монте принадлежит и управляется Norte Energia, консорциумом, возглавляемым бразильской электроэнергетической компанией Eletrobas (49.98%). Строительство по проекту стоимостью 11,2 млрд долларов было начато в марте 2011 года, а эксплуатация началась с ввода в эксплуатацию первой турбогенераторной установки в апреле 2016 года.

Проект включает две плотины и две электростанции, в том числе главную электростанцию, оборудованную 18 турбинами Фрэнсиса мощностью 611 МВт каждая, и дополнительную электростанцию ​​с шестью турбинами Bulb мощностью 38,85 МВт. К сентябрю 2019 года 15 из 18 турбин главной электростанции и все шесть турбин Bulb дополнительной электростанции были введены в эксплуатацию.

Тукуруи, Бразилия – 8,37 ГВт

Гидроэнергетический комплекс Тукуруи, расположенный в низовьях реки Токантинс в Тукуруи, Пара, Бразилия, был построен в два этапа и работает с 1984 года.

Строительство гидроэлектростанции Тукуруи стоимостью 5,5 млрд долларов началось в 1975 году. Первая фаза была завершена в 1984 году. Он включал строительство бетонной гравитационной плотины высотой 78 м и длиной 12500 м, 12 энергоблоков мощностью 330 МВт каждый и двух вспомогательных станций мощностью 25 МВт. единицы измерения.

Строительство второй очереди новой электростанции было начато в 1998 году и завершено в конце 2010 года.Он предполагал установку 11 энергоблоков мощностью 370 МВт каждый. Консорциум Alstom, GE Hydro, Inepar-Fem и Odebrecht поставил оборудование для этого этапа. Электростанция поставляет электроэнергию в город Белен и его окрестности.

Гранд-Кули, США – 6,8 ГВт

Проект гидроэлектростанции Гранд-Кули мощностью 6,8 ГВт, расположенный на реке Колумбия в Вашингтоне, США, был построен в три этапа. Принадлежащий и управляемый Бюро мелиорации США, он начал работу в 1941 году. Годовая генерирующая мощность станции составляет более 24 ТВтч.

Гидроэлектростанция Гранд-Кули состоит из трех электростанций и бетонной гравитационной плотины высотой 168 м и длиной 1592 м. Его строительство началось в 1933 году, и к 1950 году были введены в эксплуатацию левая и правая электростанции, состоящие из 18 турбин Фрэнсиса мощностью 125 МВт и трех дополнительных блоков мощностью 10 МВт.

Третья электростанция состоит из трех блоков по 805 МВт и трех блоков по 600 МВт. Его строительство началось в 1967 году, а с 1975 по 1980 год были введены в эксплуатацию все шесть агрегатов завода.Капитальный ремонт трех блоков мощностью 805 МВт на третьей станции начался в 2013 году. Два из них были отремонтированы в апреле 2016 года и марте 2019 года, а капитальный ремонт третьего блока предполагается завершить к концу 2020 года. Капитальный ремонт остальных трех блоков мощностью 600 МВт. должно начаться в 2024 году.

Сянцзяба, Китай – 6,4 ГВт

Гидроэлектростанция Сянцзяба была третьей электростанцией, разработанной и эксплуатируемой CTGC. Он построен на выходе из каньона реки Цзиньша, который находится в городе Ибинь провинции Сычуань и округе Шуйфу, провинция Юньнань, Китай.

Плотина Сянцзяба имеет высоту 162 метра и высоту гребня 384 метра. Площадь водохранилища составляет 458 800 км², объем водохранилища – 5,163 миллиарда кубометров. Электростанция состоит из восьми блоков по 800 МВт каждый и включает в себя различные конструкции для сброса паводков, отвода, выработки электроэнергии и судоподъемника.

Все восемь энергоблоков электростанции находились в эксплуатации в 2019 году. Годовая генерирующая мощность электростанции составляет 30,88 кВтч, которая, как ожидается, увеличится до 33.09кВтч в будущем.

Саяно-Шушенская, Россия – 6.4ГВт

Саяно-Шушенская ГЭС, расположенная на реке Енисей в Саяногорске, Хакасия, Россия, находится в управлении РусГидро.

Строительство электростанции началось в 1963 году и завершилось в 1978 году. В рамках проекта была построена арочно-гравитационная плотина высотой 242 метра и длиной 1066 метров. Электростанция состоит из десяти энергоблоков Francis мощностью 640 МВт каждый. Он вырабатывает 23,5 ТВтч электроэнергии в год, из которых 70% поставляется на четыре алюминиевых завода в Сибири.

Завод был временно остановлен в 2009 году из-за аварии, в результате которой были повреждены турбины. Он вновь открылся в 2010 году, после того как проблемы были устранены. На заводе планируется установить десять новых агрегатов с КПД 96,6% ориентировочной стоимостью 1,4 млрд долларов.

Longtan, Китай – 6.3GW

Проект гидроэлектростанции Longtan, расположенный на реке Хуншуй в уезде Тяньэ, Гуанси, Китай, является шестым по величине в Азии.

Гидроэлектростанция состоит из девяти энергоблоков Francis 700 МВт.Плотина Longtan представляет собой гравитационную плотину из бетона, уплотненного роликами, высотой 216,5 м и шириной 832 м. Электростанция принадлежит и управляется Longtan Hydropower Development. Он был разработан Hydrochina Zhongnan Engineering и построен Sinohydro.

Строительство гидроэлектростанции в Лонгтане началось в мае 2007 года. Первый энергоблок был введен в эксплуатацию в мае 2007 года. Проект был полностью введен в эксплуатацию в 2009 году. Турбинные генераторы для электростанции были поставлены компаниями Voith, Dongfang, Харбин и Тяньцзинь.Годовая генерирующая мощность станции оценивается в 18,7 ТВтч.

Связанное содержание

---

В Индонезии расположены три из десяти крупнейших геотермальных электростанций в мире, за которыми следуют США и Филиппины, по две в каждой.

В Великобритании расположены семь крупнейших в мире оффшорных ветряных электростанций, а Дания и Бельгия замыкают десятку лучших.

---

Связанные компании

ESI Eurosilo

Расширенные решения для хранения сыпучих материалов

28 августа 2020

Quartzelec Ltd

Услуги вращающихся машин (до 600 МВт) | Подрядные услуги по ВН / НН

28 августа 2020

Как работает гидроэнергетика | Компания по благоустройству долины Висконсин

Гидроэлектростанции улавливают энергию падающей воды для производства электроэнергии. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую. Затем генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую.

Гидравлические установки различаются по размеру от «микрогидро», питающих лишь несколько домов, до гигантских плотин, таких как плотина Гувера, которые обеспечивают электричеством миллионы людей.

На фотографии справа показана Александровская гидроэлектростанция на реке Висконсин, электростанция среднего размера, которая производит достаточно электроэнергии, чтобы обслуживать около 8000 человек.

Части гидроэлектростанции

Большинство традиционных гидроэлектростанций состоит из четырех основных компонентов (см. Рисунок ниже):

1. Плотина. Повышает уровень воды в реке для создания падающей воды. Также контролирует поток воды. Образующийся резервуар – это, по сути, запасенная энергия.
2. Турбина. Сила падающей воды, давящей на лопасти турбины, заставляет турбину вращаться.Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия вырабатывается падающей водой, а не ветром. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую.
3. Генератор. Соединен с турбиной валами и, возможно, шестернями, поэтому, когда турбина вращается, она заставляет вращаться и генератор. Преобразует механическую энергию турбины в электрическую. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как генераторы на других типах электростанций.
4. Линии передачи . Проведите электричество от гидроэлектростанции до домов и предприятий.

Сколько электроэнергии может производить гидроэлектростанция?

Количество электроэнергии, производимой гидроэлектростанцией, зависит от двух факторов:

1. Как далеко падает вода. Чем дальше падает вода, тем больше у нее силы. Как правило, расстояние, на которое падает вода, зависит от размера плотины.Чем выше плотина, тем дальше падает вода и тем больше у нее мощности. Ученые сказали бы, что сила падающей воды «прямо пропорциональна» расстоянию, на которое она падает. Другими словами, вода, падающая вдвое дальше, имеет в два раза больше энергии.
2. Количество падающей воды. Чем больше воды проходит через турбину, тем больше мощность. Количество доступной воды зависит от количества воды, текущей по реке. В больших реках больше проточной воды, и они могут производить больше энергии.Мощность также «прямо пропорциональна» расходу реки. Река с вдвое большим объемом проточной воды, чем другая река, может производить вдвое больше энергии.

Могу ли я определить, сколько энергии может производить плотина в моем районе?

Конечно. Это не так уж и сложно.

Допустим, в вашем районе есть небольшая плотина, которая не используется для производства электроэнергии. Возможно, плотина используется для обеспечения водой для орошения сельскохозяйственных угодий, а может быть, она была построена для создания озера для отдыха.Как мы объясняли выше, вам нужно знать две вещи:

1. Как далеко падает вода. Из разговора с человеком, который управляет плотиной, мы узнаем, что высота плотины 10 футов, поэтому вода падает на 10 футов.
2. Количество воды, протекающей в реке. Мы связываемся с Геологической службой США, агентством в США, которое измеряет речной сток, и узнаем, что средний объем воды, протекающей в нашей реке, составляет 500 кубических футов в секунду.

Теперь все, что нам нужно сделать, это немного математики. Инженеры выяснили, что мощность плотины можно рассчитать по следующей формуле:

Мощность = (высота плотины) x (сток реки) x (эффективность) / 11,8

Мощность	Электрическая мощность в киловаттах (один киловатт равен 1000 ватт).
Высота плотины	Расстояние, на которое падает вода, в футах.
Речной сток	Количество воды, текущей в реке, измеряется в кубических футах в секунду.
КПД	Насколько хорошо турбина и генератор преобразуют энергию падающей воды в электроэнергию. Для старых, плохо обслуживаемых гидростанций этот показатель может составлять 60% (0,60), в то время как для новых, хорошо эксплуатируемых заводов он может достигать 90% (0,90).
11.8	Преобразует футы и секунды в киловатты.

Допустим, для плотины в нашем районе мы покупаем турбину и генератор с КПД 80%.

Тогда мощность для нашей плотины будет:

Мощность = (10 футов) x (500 кубических футов в секунду) x (0,80) / 11,8 = 339 киловатт

Чтобы понять, что такое 339 киловатт, давайте посмотрим, сколько электроэнергии мы можем произвести за год.

Поскольку электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах, мы умножаем мощность нашей плотины на количество часов в году.

Электроэнергия = (339 киловатт) x (24 часа в сутки) x (365 дней в году) = 2 969 000 киловатт-часов.

Среднее годовое потребление энергии в жилищах в США составляет около 3000 киловатт-часов на каждого человека. Таким образом, мы можем вычислить, сколько людей могла бы обслуживать наша плотина, разделив годовое производство энергии на 3000.

Обслужено человек = 2 969 000 киловатт-часов / 3 000 киловатт-часов на человека) = 990 человек.

Таким образом, наша местная ирригационная или рекреационная плотина могла бы обеспечить достаточно возобновляемой энергии для удовлетворения жилищных потребностей 990 человек, если бы мы добавили турбину и генератор.

Примечание. Прежде чем вы решите добавить гидроэнергетику к плотине, попросите инженера-гидроэнергетика проверить ваши расчеты и проконсультироваться с местными агентствами ресурсов, чтобы убедиться, что вы можете получить все необходимые разрешения.

Как вырабатывается гидроэлектроэнергия? – Enbridge Inc.

НАЗАД К ВОПРОСАМ ЭНЕРГЕТИКИ

---

Гидроэлектроэнергия – это возобновляемый источник энергии, который использует энергию движущейся воды для производства электроэнергии.

Гидроэлектрический процесс начинается задолго до того, как вы включите свет дома или на работе.

Крупномасштабные гидроэнергетические проекты обычно связаны с плотинами.Реочные и приливные проекты также используют силу движущейся воды для производства возобновляемой электроэнергии.

Плотина гидроэлектростанции преобразует потенциальную энергию, запасенную в водоеме за плотиной, в механическую энергию – механическую энергию также называют кинетической энергией. Когда вода течет через плотину, ее кинетическая энергия используется для вращения турбины.

Генератор преобразует механическую энергию турбины в электричество.

Эта электрическая энергия затем проходит через различные процессы передачи, прежде чем достигнет вас.

Посмотрите это видео от Министерства энергетики США для получения дополнительной информации о том, как генерируется гидроэлектроэнергия:

Вам интересно узнать об энергетической терминологии, используемой в этом произведении? На веб-сайте Управления энергетической информации США есть простой для понимания обзор энергетических терминов, таких как потенциальная энергия и механическая / кинетическая энергия.

Вот несколько ссылок на дополнительные ресурсы, чтобы узнать больше о гидроэнергетике:

Б.C. Hydro: как вырабатывается гидроэлектроэнергия

Министерство энергетики США: как работает гидроэнергетика

Ontario Power Generation: гидроэлектроэнергия

---

Движущаяся вода может дать вам энергию, необходимую для освещения вашей комнаты и зарядки вашего мобильного телефона.

---

В мировом разговоре об энергии один момент не подлежит обсуждению: энергия вносит жизненно важный вклад в качество жизни людей, в общество и человеческий прогресс.Это верно сегодня и останется верным в будущем. Вот почему была создана Energy Matters. Мы считаем важным снабдить людей беспристрастной информацией, чтобы они могли сформировать свое мнение, присоединиться к беседе и почувствовать уверенность в работе и достижениях энергетического сектора. Energy Matters – это инициатива, которая предоставляет прозрачную информацию и перспективы в области энергетики. Здесь мы рассмотрим ряд тем: масштабы мировой энергетики; способы получения и производства энергии; современные энергетические технологии; грядущие нововведения; будущие потребности мира в энергии; и устойчивые источники энергии, которые их восполнят.Поскольку энергия важна для всех, мы надеемся, что вы будете полагаться на Energy Matters как на постоянный источник сбалансированной информации.

Насколько экологична гидроэнергетика?

Автор: Фергал МакЭнти

Глава отдела устойчивой энергетики в Sustain Europe | Лондон

Гидроэлектроэнергия (гидроэнергетика) классифицируется как возобновляемая энергия из-за того, что она использует кинетическую энергию естественного водного цикла Земли для выработки электроэнергии.Благодаря 90% эффективности преобразования кинетической энергии в электричество, а также тому факту, что топливо не сжигается и прямые выбросы не выбрасываются в атмосферу, его часто считают очень чистой формой производства электроэнергии.

И гидро тоже популярна. В 2016 году гидроэнергетика поставляла ошеломляющие 71% всей произведенной возобновляемой электроэнергии, что составляет 16,4% мировой выработки электроэнергии из возобновляемых источников и углеводородов. В странах ЕС-28 на долю гидроэнергетики приходится более 14% всей первичной электроэнергии, а 70% всей гидроэнергии приходится на пять основных стран – Швецию, Францию, Италию, Австрию и Испанию. Поразительно, что Норвегия получает 99% электроэнергии от гидроэнергетики.

Во многом эти цифры неудивительны. Запруживание плотины – одна из старейших форм возобновляемой энергии, используемой человечеством.

Однако по мере того, как возобновляемые источники энергии достигают совершеннолетия, мы начинаем все больше замечать влияние определенных технологий на нашу планету. Так что настало время для нас быть более технологически ориентированными и более внимательно изучить преимущества по сравнению с последствиями перекрытия наших естественных водных путей в нашем стремлении к чистой энергии.Неужели гидроэнергетика – это все, что нужно?

Виды ГЭС и плотин

Есть несколько типов гидроэлектростанций, и все они работают за счет кинетической энергии текущей воды, движущейся вниз по течению. Плотины используются для создания напора воды и хранения для использования по мере необходимости. Около 75% существующих в мире 45 000 крупных плотин были построены для борьбы с наводнениями, орошения, навигации и городского водоснабжения, в то время как около 25% крупных водохранилищ используются для гидроэнергетики и многоцелевых водохранилищ.

Русловая гидроэлектростанция (ROR), также известная как русловая гидроэлектростанция, используется там, где мало или совсем нет воды хранится или перекрывается. В связи с отсутствием водохранилища, оно подвержено сезонным речным стокам, поэтому станция будет работать как источник энергии с перебоями. Чтобы быть ROR, нормальное течение реки в любом случае существенно не изменилось. Обычно это небольшие заводы, которые оказывают незначительное воздействие на окружающую среду.

Накопительная гидроэлектроэнергия (PSH) – это метод преобразования избыточной электроэнергии в накопленную энергию путем вертикальной откачки воды в водоем-накопитель для последующего использования. В основном используется в электрических сетях для балансировки нагрузки. Недорогая излишняя электроэнергия в непиковое время используется для перекачки воды из резервуара с более низкой высотой на более высокую отметку.

Водохранилище Гидроэлектростанция – наиболее распространенный тип гидроэлектростанции, использующий искусственную плотину на реке для хранения воды в водохранилище. Вода, выпущенная из резервуара, проходит через турбину, вращая ее, которая, в свою очередь, приводит в действие генератор для производства электроэнергии. Именно эта плотина на реке с целью создания водохранилища наносит значительный ущерб окружающей среде.

Удары плотин

Закрывание рек плотиной, будь то в целях борьбы с наводнениями, гидроэнергетики, ирригации, хранения воды или судоходства, наносит огромный ущерб окружающей среде. Наиболее очевидные из них связаны с местной флорой и фауной, но есть и другие негативные последствия для людей и планеты из-за увеличения выбросов парниковых газов, перемещения местного населения, землетрясений, и это может даже зайти так далеко, что повлияет на вращение. земли.

Рыба

Многие виды рыб мигрируют вверх по реке для воспроизводства, и это происходило на протяжении сотен тысяч лет. Плотины блокируют их миграционные пути, что часто приводит к значительному сокращению количества рыб или, что еще хуже, к их исчезновению. Стандартным решением является установка рыболовных трапов, позволяющих рыбе перепрыгивать из небольшого водоема в небольшой водоем. Однако разработка правильной техники привлечения рыбы для подъема по лестнице – сложное дело, а найти хорошее место часто бывает очень сложно.

Изменение климата

Изменение климата добавляет неопределенности гидроэлектростанциям. Изменение режима выпадения осадков и продолжительные засухи затрудняют оценку будущих речных стоков, и это может вызвать проблемы с энергоснабжением. Например, энергетический рынок Бразилии, который сильно зависит от гидроэнергетики, страдает от длительных периодов засухи, которые вызывают изнурительный дефицит электроэнергии. Кроме того, участившиеся штормы, которые мы испытываем в результате ускоренного изменения климата, могут сделать плотины небезопасными.Небезопасная плотина – потенциально большая и опасная проблема.

Рабочий объем

Плотина «Три ущелья» в Китае потребовала переселения ошеломляющих 1,3 миллиона человек из 1600 деревень и 13 населенных пунктов, чтобы допустить затопление региона. По подсчетам ученых НАСА, длиной 600 км этот огромный объем поднявшейся воды фактически замедляет вращение Земли на 0,06 микросекунды в день.

Затраты энергии

Приведенные затраты на энергию (LCOE) представляют собой затраты на производство в течение всего срока службы, включая строительство без субсидий или какого-либо вмешательства.Это хороший метод сравнения различных видов энергии в течение срока службы электростанций. Гидроэнергетика имеет самый низкий показатель LCOE для различных форм возобновляемой энергии (доклад Всемирного энергетического совета, 2016 г.). Что особенно интересно, так это снижение стоимости берегового ветра и феноменальная скорость снижения затрат на солнечные фотоэлектрические системы.

На приведенной ниже диаграмме показана стоимость электроэнергии с учетом затрат на строительство, включая прибыль, полную стоимость кВтч энергии за весь жизненный цикл.В 2015 году стоимость электроэнергии с ГЭС составила 0,046 доллара США за кВтч.

Технический потенциал технологий использования возобновляемых источников энергии для оказания энергетических услуг многократно превышает текущие потребности. LCOE солнечных фотоэлектрических систем стремительно падает и собирается стать самой дешевой формой возобновляемой энергии в мире.

В 2018 году LCOE солнечной энергии для коммунальных предприятий сейчас составляет около 0,04 доллара США, а данные Bloomberg New Energy Finance (BNEF) показывают, что средняя цена на солнечную энергию почти в 60 странах с высоким уровнем солнечного излучения (включая страны южной Европы) это самый дешевый вид энергии.Солнечная энергия быстро становится явным победителем.

Субсидии на ископаемое топливо

Для нас не существует единого игрового поля, чтобы мы могли сравнивать сопоставимую стоимость возобновляемой энергии с ископаемым топливом из-за огромного количества субсидий, которые промышленность ископаемого топлива получает прямо и косвенно, которые не учитываются в затратах. . Кроме того, ископаемое топливо является ограниченным ресурсом, разрушающим нашу экосистему, по сравнению с неисчерпаемыми возобновляемыми источниками энергии.

Новый отчет Climate Action Network (CAN) и Института зарубежного развития (ODI) показывает, что государственные банки и финансовые инструменты ЕС субсидировали добычу газа и нефти в среднем на сумму более 3 миллиардов евро в год. Европейский инвестиционный банк (ЕИБ) и Европейский банк реконструкции и развития (ЕБРР) вложили более 8 млрд евро в проекты по ископаемому топливу в период с 2014 по 2016 год. А затем добавили еще 20 млрд евро в год в виде налоговых льгот.

Парниковый газ

Мы можем применять методы для точного расчета воздействия, используя выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла (гCO2-экв / кВтч).Мы знаем, что огромное количество бетона и энергии используется для строительства гидроэлектростанций; что приводит к очень высокому углеродному следу даже до выработки одного киловатта электроэнергии.

За последние 15 лет мы стали лучше понимать, что парниковые газы также образуются в резервуарах в результате разложения органических веществ, что приводит к образованию Ch5 (метана) и CO2. Некоторые ранние исследования (Fearnside, 2006) утверждали, что некоторые гидроэлектростанции в Бразилии выбрасывают в три раза больше парниковых газов, чем электростанции, работающие на угле.Дальнейшая экстраполяция этих данных привела некоторых людей к выводу, что одна только гидроэнергетика ответственна за ошеломляющие 4% общих глобальных выбросов парниковых газов.

Поскольку теперь мы лучше понимаем, как работают выбросы парниковых газов и резервуары, с тех пор было доказано, что это не так. Выбросы зависят от таких факторов, как

скорости разложения, продолжительность хранения воды, а также возраст и широта резервуара. На скорость разложения также будут влиять такие аспекты, как форма резервуара (включая его объем и глубину), количество и тип затопляемой растительности, и даже ее географическое положение и окружающая температура.

Водохранилища, расположенные в низких широтах в тропиках, производят более высокие выбросы парниковых газов из-за более высоких уровней биоразложения. Фактически, исследования показывают, что по сравнению с более холодными северными регионами (такими как Россия и Канада) водохранилища в тропических регионах могут производить до 20 раз больше выбросов парниковых газов (Steinhurst et al., 2012). Таким образом, можно сказать, что водохранилища в тропических регионах производят больше парниковых газов, чем в более холодном климате.

Так что же нам остается? Что ж, по крайней мере, в течение первых нескольких лет водохранилище гидроэлектростанции будет выделять более высокие уровни выбросов парниковых газов, чем плотина фактически сбережет за счет выработки возобновляемой энергии.Такие уровни выбросов парниковых газов могут быть даже выше, чем годовые уровни выбросов из некоторых источников ископаемого топлива. По мере того, как возраст резервуара увеличивается и впоследствии большая часть разложения исчерпывается, уровни выбросов парниковых газов из резервуара будут уменьшаться. Это упрощенное объяснение, и необходимо провести дополнительные исследования, чтобы точно определить, насколько сильно, но мы уже знаем, что мы можем уменьшить значительную часть этих выбросов парниковых газов за счет уменьшения размера затопляемой территории и удаления наземных растительность там, где это возможно.

Важно отметить, что в настоящее время ни один из этих выбросов не включается в глобальные кадастры парниковых газов. Межправительственная группа экспертов по изменению климата в шестом отчете за 2022 год намерена добавить выбросы парниковых газов от гидроэнергетики в качестве задокументированного источника и намерена провести с этой целью дальнейшие углубленные исследования.

Накопители и возобновляемые источники энергии

В любой солнечный, ясный и ветреный день сети по всей Европе производят огромное количество возобновляемой энергии.Однако эта солнечная и ветровая энергия – это прерывистый источник энергии. Балансировка сети и накопление избыточной энергии – это загадка, которую нам нужно решить. Продуманным решением является преобразование старых угольных шахт в гидроаккумулирующие сооружения (PSH) для хранения избыточной энергии и использования ее по мере необходимости.

Северный Рейн-Вестфалия, регион на северо-западе Германии, намерен превратить свою вышедшую из употребления каменноугольную шахту Проспер-Ханиэль в гидроаккумулирующий резервуар мощностью 200 МВт.Он будет действовать как супергигантская батарея с емкостью, достаточной для обеспечения питания более 400 000 домов на срок до 4 часов, когда это необходимо.

От 600 000 до 1 миллиона кубометров воды можно использовать для приведения в действие турбин у подножия ствола шахты на глубине 600 метров от поверхности. Университет Дуйсбург-Эссен (UDE) работает с владельцем шахты RAG AG, чтобы воплотить этот проект в жизнь. После успешного запуска и запуска это то, что потенциально может быть смоделировано и развернуто по всей Европе.

Кроме того, на континенте расположены тысячи заброшенных угольных шахт, которые можно было бы превратить в гидроаккумуляторы, что помогает обеспечить рабочие места там, где поколения рабочих раньше полагались на ископаемое топливо для получения средств к существованию. Кроме того, потребуется очень мало бюрократических проволочек, поскольку объекты будут располагаться на существующих промышленных горнодобывающих предприятиях с относительно небольшой стоимостью. Обращая внимание и решая проблему хранения, он проложит путь к быстрому расширению использования возобновляемых источников энергии, помогая поддерживать электрическую мощность, даже когда солнце не светит или ветер не дует.

Потенциал использования технологии гидроаккумулирования для балансировки энергосистемы огромен. По всей Европе существует огромное количество заброшенных угольных шахт, которые можно переоборудовать и использовать в качестве жизненно важного средства хранения электроэнергии от периодически возобновляемых генераторов возобновляемой энергии, таких как ветряные и солнечные. Кроме того, они получат выгоду от жизненного цикла до 75 лет и более, что в три-пять раз больше, чем у аккумуляторных батарей для коммунальных предприятий.

Выводы

Многочисленные преимущества водохранилищ, в том числе для целей орошения, водоснабжения и гидроэнергетики (быстрое реагирование на колебания спроса в сети из-за пиков или периодических возобновляемых источников энергии), трудно игнорировать.

Однако, как форма производства возобновляемой энергии, мы получаем гораздо большее понимание сложной взаимосвязи между различными источниками энергии и серьезных последствий для планеты.

Теперь мы знаем, что перекрытие рек создает огромную нагрузку на местное биоразнообразие, создает нежелательные выбросы парниковых газов и убивает в огромных количествах водную жизнь, не говоря уже о огромных неудобствах для местных общин и коренных племен, которые вынуждены покинуть свои земли и дома. Воздействие плотин на экосистемы становится все более сложной проблемой, которая до относительно недавнего времени никогда не привлекала к себе внимания общественности, которого она действительно заслуживает.

В конечном счете, цель развития возобновляемых источников энергии должна заключаться в минимизации нашего экологического следа, и если социальные и экологические издержки слишком разрушительны, то это то, что необходимо решать сейчас, а не в какой-то момент.Теперь у нас есть необходимые инструменты, чтобы помочь оценить участки для гидроэнергетики, и при планировании и строительстве новых станций необходимо уделять особое внимание.

К сожалению, человечество нуждается в энергии безостановочно, и мы все еще не производим достаточно возобновляемой энергии. Во-первых, нам нужно прекратить все европейские субсидии ископаемой промышленности. Вместо этого, если мы потратим такой же объем финансирования на развитие возобновляемой энергии и объединим его с гигантскими гидроаккумулирующими системами с использованием заброшенных угольных шахт, разбросанных по всей Европе, мы сможем значительно продвинуться в обезуглероживании электроэнергии, создании рабочих мест и замедление изменения климата.У нас есть средства, чтобы что-то с этим сделать и предпринять соответствующие действия, но факт остается фактом: мы никогда ничего не добьемся, не прекратив в первую очередь все субсидии отрасли ископаемого топлива.

.