Водяная электростанция: Водяная электростанция 8 кВт (для водяного регистра прогрева ЖБИ)

Согласно проекту Австралийской комиссии по энергетическому рынку (AEMC), скоро начнут взимать оплату с владельцев домашних солнечных батарей за подачу электроэнергии обратно в сеть. Предпосылки для нововведений Энергия, которую вырабатывают солнечные электростанции на крышах частных домов австралийцев, позволяет частично удовлетворять спрос населения в электроэнергии. Потребление энергии из возобновляемых источников выросло с 0,2% в 2007 году до 20% в 2020. Руководство АЕМС констатирует, что экспорт избыточно произведенной домашними солнечными электростанциями мощности, увеличивает нагрузку на сети, так как: ЛЭП…

Краткая история гидроэнергетики

От зарождения до современной эпохи

Некоторые из первых новшеств в использовании воды для производства энергии были изобретены в Китае во времена династии Хань между 202 г. до н.э. и 9 г. н.э. Отбойные молотки с приводом от вертикально установленного водяного колеса использовались для измельчения и лущения зерна, дробления руды и на ранних этапах производства бумаги.

Доступность гидроэнергетики долгое время была тесно связана с ускорением экономического роста. Когда Ричард Аркрайт основал в 1771 году Кромфорд Милл в долине Дервент в Англии для прядения хлопка и, таким образом, основал одну из первых в мире фабричных систем, он использовал гидроэнергетику.

Некоторые из ключевых достижений в гидроэнергетике произошли в первой половине девятнадцатого века. В 1827 году французский инженер Бенуа Фурнейрон разработал турбину, способную производить около 6 лошадиных сил, – самую раннюю версию реакционной турбины Фурнейрона.

В 1849 году британско-американский инженер Джеймс Фрэнсис разработал первую современную водяную турбину – турбину Фрэнсиса, которая до сих пор остается самой широко используемой водяной турбиной в мире.В 1870-х годах американский изобретатель Лестер Аллан Пелтон разработал колесо Пелтона, импульсную водяную турбину, которую он запатентовал в 1880 году.

В 20-м веке австрийский профессор Виктор Каплан разработал турбину Каплана в 1913 году – турбину пропеллерного типа с регулируемой лезвия.

Первые гидроэнергетические проекты

Первый в мире гидроэнергетический проект был использован для питания одной лампы в загородном доме Cragside в Нортумберленде, Англия, в 1878 году. Четыре года спустя был построен первый завод, обслуживающий систему частных и коммерческих клиентов была открыта в Висконсине, США, и в течение десяти лет уже работали сотни гидроэлектростанций.

В Северной Америке гидроэлектростанции были установлены в Гранд-Рапидс, штат Мичиган (1880 г.), Оттаве, Онтарио (1881 г.), Долгевилле, штат Нью-Йорк (1881 г.), и Ниагарском водопаде, штат Нью-Йорк (1881 г.). Их использовали для снабжения мельниц и освещения некоторых местных построек.

На рубеже веков технология распространилась по всему миру: Германия произвела первую трехфазную гидроэлектрическую систему в 1891 году, а Австралия запустила первый государственный завод в Южном полушарии в 1895 году.В 1895 году на Ниагарском водопаде была создана крупнейшая в мире гидроэлектростанция того времени – электростанция Эдварда Дина Адамса.

К 1900 году сотни малых гидроэлектростанций уже работали по мере распространения новой технологии по всему миру. В Китае в 1905 году на ручье Синдянь недалеко от Тайбэя была построена гидроэлектростанция установленной мощностью 500 кВт.

Век быстрых изменений

Двадцатый век стал свидетелем стремительных инноваций и изменений в конструкции гидроэнергетических объектов.

Политика, принятая президентом США Франклином Рузвельтом, включая «Новый курс» 1930-х годов, поддерживала строительство нескольких многоцелевых проектов, таких как плотины Гувера и Гранд-Кули, где к 1940 году гидроэнергетика обеспечивала 40% выработки электроэнергии в стране. [ 1] [2]

С 1940-х по 1970-е годы, первоначально вызванные Второй мировой войной, за которой последовал сильный послевоенный экономический рост и рост населения, государственные коммунальные предприятия построили значительные объекты гидроэнергетики по всей Западной Европе, а также в Советском Союзе. Союз, Северная Америка и Япония. [3]

Дешевая гидроэнергетика рассматривалась как один из лучших способов удовлетворить растущий спрос на энергию и часто была связана с развитием энергоемких отраслей, таких как алюминиевые заводы и сталелитейные заводы.

За последние десятилетия двадцатого века Бразилия и Китай стали мировыми лидерами в области гидроэнергетики. Плотина Итайпу, охватывающая Бразилию и Парагвай, открылась в 1984 году с мощностью 12 600 МВт – с тех пор она была увеличена и модернизирована до 14 000 МВт – и сегодня уступает по размеру только плотине «Три ущелья» мощностью 22 500 МВт в Китае.

Десятилетний рост производственных мощностей в конце 1980-х годов замедлился, а в 1990-х годах упал. Это было связано с растущими финансовыми ограничениями и озабоченностью, выраженной по поводу экологических и социальных последствий развития гидроэнергетики, что привело к остановке многих проектов по всему миру. [4]

Кредитование и другие формы поддержки со стороны международных финансовых институтов (МФИ), в первую очередь Всемирного банка, прекратились в конце 1990-х годов, что особенно повлияло на строительство гидроэнергетики в развивающихся странах.

Повышенное внимание к устойчивости

К концу века, в течение которого глобальное понимание экологических и социальных последствий возросло, начался процесс переоценки значения и роли гидроэнергетики в национальном развитии. В 2000 году исторический отчет, опубликованный Всемирной комиссией по плотинам (WCD), бросил вызов существующей практике и инициировал изменения в планировании и развитии гидроэнергетики с акцентом на устойчивость и затронутые сообщества. [5] [6]

Международная ассоциация гидроэнергетики (IHA), созданная под эгидой ЮНЕСКО в 1995 г., начала работу над Руководящими принципами устойчивого развития IHA в 2004 г., в которых также учтены стратегические приоритеты WCD. как Политика безопасности Всемирного банка, Стандарты деятельности Международной финансовой корпорации и Принципы Экватора. Эти руководящие принципы привели к разработке Протокола оценки устойчивости гидроэнергетики (HSAP), многостороннего инструмента для оценки проектов на всех этапах их жизненного цикла.

Эти разработки привели к фундаментальному сдвигу в том, как лучше всего планировать, разрабатывать и эксплуатировать гидроэнергетические проекты, и привели к растущему признанию роли технологии в борьбе с изменением климата, сокращении бедности и повышении благосостояния.

Новая эра гидроэнергетики

Вскоре после начала двадцать первого века развитие гидроэнергетики получило новый импульс, особенно в Азии и Южной Америке.

В период с 2000 по 2017 год во всем мире было добавлено почти 500 ГВт установленной мощности гидроэлектростанций, что представляет собой рост на 65 процентов, причем с 2010 года рост уже превышает показатель первого десятилетия века.

Значительный рост установленной мощности и выработки гидроэлектроэнергии был вызван множеством часто взаимосвязанных факторов, в частности:

Спрос на энергию в странах с развивающейся экономикой

Развивающимся странам, включая Бразилию и Китай, требовались доступные и надежные и устойчивый источник электроэнергии для поддержки быстрого экономического роста. С 2000 года Китай более чем в четыре раза увеличил установленную мощность до 341 ГВт (2017 год), что составляет более половины мирового роста гидроэнергетических мощностей.

Инвестиции и торговля по линии Юг-Юг

Бум инвестиций и торговли по линии Юг-Юг (между развивающимися странами) стал важнейшим источником финансирования гидроэнергетики и передачи технологий. С 2004 по 2012 год торговля гидроэнергетической продукцией и оборудованием по линии Юг-Юг увеличилась с менее 10 процентов от общего объема мировой торговли до почти 50 процентов.

Национальные банки развития и частные инвесторы из стран с развивающейся экономикой, таких как Китай, Бразилия и Таиланд, стали основными участниками прямых иностранных инвестиций (ПИИ), которые в прошлом в основном предоставлялись международными агентствами развития и многосторонними банками развития.

В рамках стратегии правительства Китая «Выход» и инициативы «Один пояс, один путь» китайские компании и банки вложили около 25 миллиардов долларов США в зарубежные проекты в период с 2000 по 2016 год и в результате стали мировыми лидерами в развитии гидроэнергетики.

Многосторонние соглашения и цели

В последнее десятилетие возросло признание роли гидроэнергетики в достижении согласованных на международном уровне результатов в области развития, например, посредством Целей устойчивого развития и климатических целей, включая Парижское соглашение, которые повлияли на цели национальной политики.В частности, для проектов малой гидроэнергетики (менее 20 МВт) был использован механизм чистого развития, который был введен в рамках Киотского протокола, предшествующего Парижскому соглашению, для поощрения чистого и устойчивого развития.

Поддержка Всемирного банка и международных финансовых организаций

Кредит Всемирного банка на развитие гидроэнергетики увеличился с нескольких миллионов долларов в 1999 году до почти 2 миллиардов долларов в 2014 году. инвестора »важному« организатору », который предоставляет помощь в технических знаниях и привлекает к участию других финансистов.Хотя денежная стоимость кредитов Всемирного банка составляет небольшую часть от общей суммы, инвестируемой в сектор каждый год, возобновление обязательств банка в области гидроэнергетики наряду с другими международными финансовыми учреждениями, включая Азиатский банк развития, способствовало увеличению инвестиций и участия частного сектора.

Ожидается, что благодаря многочисленным услугам и преимуществам гидроэнергетика останется крупнейшим в мире источником возобновляемой электроэнергии на долгие годы и со значительным неиспользованным гидроэнергетическим потенциалом; Ожидается, что большая часть будущего роста сектора будет приходиться на Африку и Азию.

В 2018 году IHA в своем ежегодном отчете о состоянии гидроэнергетики сообщило, что установленная мощность гидроэнергетики во всем мире выросла до 1267 ГВт, при этом рекордные 4185 ТВтч были выработаны в 2017 году.

По данным Международного энергетического агентства, Для достижения основных связанных с энергетикой компонентов Целей устойчивого развития, включая обязательство Парижского соглашения ниже двух градусов Цельсия, в течение следующих двух десятилетий необходимо будет ввести в действие около 800 ГВт дополнительной гидроэнергетики.

‍

Производство электроэнергии требует большого количества воды – как это лучше всего исправить?

Прошло девять месяцев с тех пор, как рекордное количество осадков урагана Харви нанесло ущерб штату Техас, и теперь большая часть штата находится в засухе . В то же время более 15 процентов западной части США находятся в экстремальной засухе , по сравнению с практически нулевым процентом год назад. Во всем мире во многих регионах наблюдается засухи , истощение подземных вод и нехватка воды в муниципальных районах .

Решение этих проблем потребует инвестиций в технологии и инфраструктуру для экономии воды и увеличения традиционных источников водоснабжения. Одной очевидной целью экономии воды является сектор электроэнергетики, который потребляет триллиона галлонов воды в год. Вопрос в том, должны ли мы сосредоточиться на сокращении количества потребляемой гидроэлектростанциями или использовать вырабатываемую ими электроэнергию для производства пресной воды путем опреснения. Давайте посмотрим, как на самом деле сравниваются эти две стратегии.

Как электростанции потребляют воду?

Согласно одной из оценок , производство электроэнергии потребляет более трех триллионов галлонов воды во всем мире в год. Почему электростанции так жаждут? Большинство электростанций используют паровые турбины для выработки электроэнергии. Пар, выходящий из турбины, необходимо охладить, снова конденсировать в воду и рециркулировать через систему, как показано на рисунке ниже. В этом процессе охлаждения большая часть воды расходуется на электростанциях.

Согласно Управлению энергетической информации США (EIA ), большинство электростанций в США используют системы охлаждения с замкнутым циклом или с рециркуляцией. Иллюстрация рециркуляционной системы охлаждения показана ниже. В рециркуляционных системах охлаждения отдельный поток воды используется для охлаждения и конденсации пара, выходящего из турбины.При этом нагревается охлаждающая вода, которая затем распыляется в градирню. Некоторые из этих капель горячей воды испаряются и всплывают из градирни, в результате чего тепло выходит из системы охлаждения. Вода, теряемая на испарение, – это вода, «потребляемая» электростанцией. «Потребление» не означает, что вода исчезла навсегда, поскольку она в конечном итоге снова попадает в водную систему через дождь, но вода больше не доступна локально после того, как испаряется.

Можно ли охлаждать электростанции без воды?

С таким большим беспокойством о потреблении воды на электростанции вы можете спросить: «Почему бы просто не исключить воду из уравнения и не использовать большой вентилятор для охлаждения пара, выходящего из турбины?» Такие системы «сухого охлаждения» действительно существуют и были развернуты в регионах с дефицитом воды по всему миру, включая части Южная Африка , Китай и США. К сожалению, системы сухого охлаждения имеют тенденцию снижать эффективность электростанции. Паровая турбина производит больше мощности, когда пар охлаждается при более низкой температуре. Таким образом, в жаркий день выходная мощность и эффективность электростанции с сухим охлаждением будут значительно меньше, чем у аналогичной электростанции с мокрым охлаждением. Таким образом, жизнеспособность систем сухого охлаждения как стратегии экономии воды зависит от того, сколько дополнительной энергии топлива должно потребляться электростанциями, чтобы компенсировать снижение эффективности, и как это дополнительное потребление энергии соотносится с другими стратегиями управления водоснабжением, такими как опреснение. соленая вода.Проще говоря, важно спросить, не лучше ли нам использовать кучу дополнительной энергии для переключения электростанций на сухое охлаждение или перенаправить эту энергию на опреснение. Давайте погрузимся и ответим на этот вопрос.

Энергозатраты на экономию воды при сухом охлаждении можно оценить на основе двух факторов: 1) экономии воды при переходе с влажного охлаждения на сухое и 2) влияния сухого охлаждения на эффективность электростанции. Количество воды, сэкономленное при сухом охлаждении, зависит от типа электростанции, поскольку угольные электростанции потребляют больше воды, чем электростанции комбинированного цикла, работающие на природном газе, которые являются наиболее эффективными из существующих электростанций, работающих на ископаемом топливе.Влияние сухого охлаждения на эффективность электростанции также зависит от типа электростанции, поскольку угольные электростанции теряют больше эффективности, чем станции комбинированного цикла, работающие на природном газе, из-за перехода на сухое охлаждение. Сводная информация об иллюстративном влиянии сухого охлаждения на экономию воды и эффективность приведена в таблице ниже.

Суть в том, что для экономии тысячи галлонов воды за счет перехода с систем влажного охлаждения на сухие для электростанций требуется примерно 55–130 кВтч электроэнергии. Для сравнения, средняя американская семья потребляет около 30 кВтч электроэнергии и 300 галлонов воды в день.

Как лучше всего экономить воду?

Как эти цифры соотносятся с энергоемкостью опреснения соленой воды? Наиболее распространенная технология опреснения использует насосы высокого давления, чтобы пропустить соленую воду через мембрану, которая отделяет пресную воду от концентрированных сточных вод.Для опреснения соленых грунтовых вод только с помощью этой технологии использует 4-6 кВтч на тысячу галлонов, а для опреснения соленой морской воды используется 10-15 кВтч на тысячу галлонов. Опреснение в несколько раз более энергоемкое, чем обычная очистка воды, при которой расходуется менее 2 кВтч на тысячу галлонов. Даже в этом случае энергоемкость опреснения намного ниже, чем энергоемкость экономии воды с сухим охлаждением.

Этот анализ учитывает только разницу в потреблении энергии между экономией воды с помощью систем сухого охлаждения и обработкой воды с помощью опреснения.Как всегда, следует учитывать и другие факторы. Например, опреснительные установки дороги и требуют близости к соленым грунтовым или морской воде. Однако в конечном итоге менее энергоемкие стратегии управления водоснабжением по своей природе предпочтительнее более энергоемких альтернатив. Изменение климата может усугубить причины нехватки воды, а повышенный спрос на энергию для сбережения или очистки воды оказывает дополнительное давление на планы по сокращению выбросов углерода.Таким образом, хотя сокращение потребления воды при производстве электроэнергии является достойной стратегией экономии воды, экологические издержки таких технологий, как системы сухого охлаждения, могут перевешивать преимущества по сравнению с альтернативами.

Электростанция Жизнь и смерть

Электростанциям, использующим пар для производства электроэнергии, необходима вода. Без этого они не могут выполнять свою работу. Но вода и пар сложны, как кровь в наших венах и артериях. Итак, водохимия – это большая, сложная и важная работа на пароэлектростанциях.

Вода является источником жизненной силы всех паровых электростанций – угольных, газовых и атомных. Буквально.

9 декабря 1986 г. разрыв локтя в системе конденсации охлаждающей воды на атомной электростанции Сарри (рис. 1) недалеко от Вильямсбурга, штат Вирджиния, унес жизни четырех рабочих и стоил десятки миллионов долларов потерянной прибыли и ремонта. расходы. Причиной, по данным Исследовательского института электроэнергетики (EPRI), была коррозия в изгибе трубы от насоса питательной воды.Вода под давлением превратилась в пар, ошпарив рабочих и выведя установку из строя. Агентство Reuters сообщило в то время: «В похожей аварии в Сарри около трех лет назад один рабочий погиб, а другой был ранен».

Важность химии воды

«Кровь жизни? Я согласен на 100% », – сказал POWER Дэниел Уэллс, руководитель программы EPRI по водно-химическому регулированию в ядерном секторе. Главная группа исследований и разработок в энергетике уже давно имеет активную программу водно-химического режима на пароэлектрических электростанциях. У основных генерирующих технологий есть общие проблемы с водой. Уэллс, гуру ядерной энергетики, сказал: «В общем, химический состав воды – один из основных способов поддержания срока службы материалов» в паровых установках.

Алекс Филар из компании Fossil Consulting Services Inc., штат Мэриленд, также использует метафору «кровь жизни». В блоге компании два года назад он написал: «В основе почти всех [y] электростанций лежат котел, турбина и связанные с ними системы конденсата и питательной воды. Вода и пар, проходящие через них, являются источником жизненной силы процесса производства электроэнергии. Таким образом, крайне важно, чтобы вода / пар должным образом контролировались и обрабатывались. Плохой контроль химического состава воды может отрицательно сказаться на времени безотказной работы оборудования, бюджетах предприятия и, что наиболее важно, на безопасности персонала.”

Задача руководителей и операторов предприятий – контролировать примеси и другие характеристики воды, которая преобразует тепло в пар и пар в электроэнергию. Примеси могут вызвать коррозию и растрескивание. Коррозия, вызванная окислением металлических поверхностей, может вызвать попадание ржавчины в поток воды и привести к образованию отложений во внутренних частях установки.

Это также может привести к образованию отложений в котле, сказал Уэллс, уменьшению теплопередачи и замедлению потока воды через систему.Это означает менее эффективный завод и, как видно на заводе в Сарри, угрозу безопасности рабочих.

Филар заметил: «Чтобы лучше предотвратить эти негативные эффекты, контроль химического состава воды претерпел существенные изменения за последние 30 лет. Эти изменения стали результатом приверженности химического сообщества исследованиям и технологическим разработкам. Однако именно оператор электростанции несет ответственность за внедрение этих изменений на своей станции. А с учетом стареющей рабочей силы в отрасли сейчас как никогда важно, чтобы следующее поколение операторов понимало надлежащий контроль водно-химического режима.”

EPRI сказал, что операторы должны сосредоточиться на двух основных задачах: коррозионном растрескивании, которое может привести к повреждению трубы, и общей коррозии, которая может снизить теплопередачу, уменьшить скорость потока и вызвать деградацию материала.

Это химия и металлургия

Написал несколько лет назад в POWER (см. «Химия питательной воды и нержавеющая сталь, медь и железо» в номере за март 2015 г.) Дэвид Дэниелс, специалист по химии воды в M&M Engineering Associates Inc.из Леандера, штат Техас, описал три основных металлургических предприятия и их проблемы химического состава воды. «Сплавы, обнаруженные в системах конденсата и питательной воды электростанций, включают углеродистую сталь для трубопроводов, насосов и в некоторых случаях теплообменников. Во многих системах до сих пор используются сплавы на основе меди от адмиралтейской латуни и медно-никелевых (Cu-Ni) сплавов до монеля серии 400, в первую очередь в качестве трубок нагревателя питательной воды ».

Сплавы нержавеющей стали обычно избегают обычных механизмов коррозии, которые поражают углеродистую сталь и медные сплавы.Это потому, что нержавеющая сталь «защищена плотно прилегающим слоем оксида хрома, который образуется на поверхности», – писал Дэниелс.

«Существует тенденция думать, что нержавеющая сталь является идеальным сплавом для замены труб питательной воды из медного сплава», – сказал Дэниелс. Но ахиллесова пята нержавеющей стали заключается в том, что хлориды и едкие едкие вещества могут привести к коррозионному растрескиванию под напряжением. Межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением было серьезной проблемой на атомных станциях в 1980-х годах, хотя исследования под руководством EPRI в значительной степени предложили способы решения этой проблемы.

Для углеродистой стали и медных сплавов, по словам Дэниэлса, основные механизмы коррозии включают коррозию, ускоренную потоком (см. Врезку) и коррозионную усталость углеродистой стали, а также вызванное аммиаком коррозионное растрескивание под напряжением и образование канавок в медных сплавах.

Атомная энергетика, химия воды

В то время как химический состав воды имеет решающее значение для всех пароэлектрических станций, отмечает EPRI Wells, атомные станции имеют некоторые уникальные проблемы. Это связано с тем, что в обычных легководных реакторах вода соприкасается с топливом, а это означает, что H ₂ O несет радиацию. Это усложняет техническое обслуживание и потенциально подвергает рабочих заражению.

Радиация также может вызывать разложение металлов в установке, а также в ее циркуляции воды и пара.Это имеет значение для продления срока службы атомных станций, что отрасль считает решающим для своего будущего. «Когда мы смотрим на долгосрочные операции, химический состав воды, безусловно, способствует анализу», – сказал Уэллс.

Грядущие вызовы химии воды

Усовершенствованные ядерные конструкции также вызовут проблемы химии воды, сказал Уэллс, отметив предложение NuScale Power о небольшом модульном реакторе. По его словам, EPRI внимательно изучает конструкцию реактора NuScale, в том числе ее последствия для химического состава воды.

Еще одна проблема будущего, по словам Уэллса, – это «наличие химикатов». Гидроксид лития (изотопно обогащенный литием-7) используется для подщелачивания теплоносителя в реакторах с водой под давлением для контроля коррозии. Его поставка может оказаться под угрозой, поэтому EPRI разработал способ использовать борную кислоту для получения лития-7 из бора-10. Это, по его словам, «лежит на полке».

Другая возможность – использование гидроксида калия (КОН) в качестве заменителя. Русские используют КОН в своих реакторах с водой под давлением ВВЭР для той же цели U.Владельцы С. используют гидроксид лития, чтобы вода оставалась щелочной и предотвращала коррозию. EPRI, по словам Уэллса, «приложил большие усилия для завершения технической работы по переходу на гидроксид калия». Демонстрация вероятна в 2020 или 2021 году.

Другая химическая проблема – использование гидразина (N ₂ H ₄ ). Операторы как ископаемых, так и атомных электростанций используют его в паровом цикле для уменьшения растворенного кислорода и коррозии. Но это опасное химическое вещество по-разному, и оно запрещено в Европе как вызывающее рак.«Наши заводы обеспокоены тем, что они не смогут использовать его в будущем», – сказал Уэллс. «Европейцы проделали некоторую работу по замене химического вещества, и роль EPRI заключается в том, чтобы объединить все исследования воедино», – сказал он. ■

– Кеннеди Маиз – давний журналист в области энергетики и часто пишет в POWER.

Гидроэлектростанция – обзор

Разработка конкретных технологий, связанных с гидроэнергетикой

Гидроэлектростанции являются сложными техническими сооружениями (см.« Current Hydropower Technologies section»), их появление было основано на определенных изобретениях и технологических разработках XIX и XX веков. Открытие технических применений электричества (освещение, механические работы), конечно, было важной предпосылкой, и, в свою очередь, децентрализованное расположение многих гидроэнергетических объектов способствовало появлению и распространению электрических сетей (Hughes, 1983). Прогресс в речном строительстве, прокладке туннелей, геодезии и гидрологическом мониторинге был важен для развития гидроэнергетики, как и некоторые строительные машины и материалы.Не в последнюю очередь, технология турбин и плотин была фундаментальной для современных гидроэлектростанций.

Подобно водяному колесу, которое можно рассматривать как его предшественник, водяная турбина является первичным двигателем, преобразующим энергию жидкости в механическую энергию вращения, которую можно использовать для различных целей (например, для производства электроэнергии). Первоначально основным отличием турбины была особая конфигурация оси, лопастей и корпуса турбины, что позволяло более высокую скорость вращения и, следовательно, меньший размер для обработки определенного количества воды.Еще одним преимуществом является установка под водой (полное использование имеющейся головки и лучшая защита от льда и мусора). Первую работоспособную турбину обычно приписывают французскому инженеру Фурнейрону, который спроектировал ее в 1820-х годах на основе предыдущих экспериментальных разработок и научных исследований по технологии мельниц (см. « От мельниц к современным технологиям, раздел »). Следующими важными вехами являются турбины, разработанные Фрэнсисом (1849 г.), Пелтоном (патент 1880 г.) и Капланом (патент 1913 г.), каждая из которых адаптирована к определенным условиям напора и потока (см.Раздел «Подходы к классификации ») (Giesecke et al., 2009; Reynolds, 1983).

Тип плотины гидроэлектростанции также тесно связан с гидрологическими факторами и типом станции. Барьеры для контроля за водным потоком существовали тысячелетия в разных частях мира. До появления гидроэнергетики они в основном использовались для орошения, водоснабжения, защиты от наводнений и речного транспорта (первое во всем мире по-прежнему остается их самой важной целью). Международная комиссия по большим плотинам (ICOLD) называет римскую гравитационную плотину, расположенную в Испании, датируемой 130 годом нашей эры, как самую старую «большую» из существующих плотин.Доиндустриальные плотины строились из земли, камня, дерева и камня; с конца 19 века новые строительные материалы (бетон, сталь) и оптимизированные формы (арочная плотина, арочно-гравитационная плотина) позволили плотинам значительно увеличиваться в размерах – ср. например, плотина Гувера (США), 221 м, построена в 1936 г .; Гранд Диксенс (Швейцария), 285 м, завершено в 1964 г .; Цзиньпин 1 (Китай), 305 м, завершен в 2013 г. (Blackbourn, 2006; ICOLD, без даты).

Каковы основные плюсы и минусы гидроэнергетики?

Гидроэнергетика – один из самых дешевых и старых методов производства энергии, что делает ее конкурентоспособным источником возобновляемой энергии.

Гидроэлектроэнергия имеет множество преимуществ и недостатков.

В связи с постоянно растущим спросом на возобновляемые источники энергии для питания нашей планеты мы смотрим на плюсы и минусы гидроэнергетики.

Гидроэнергетические технологии подразделяются на четыре категории: обычные (плотины), гидроаккумулирующие, русловые и морские (приливные).

После постройки гидроэлектростанции она не производит никаких прямых отходов и имеет значительно более низкий уровень выбросов парниковых газов по сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе.

В настоящее время на гидроэлектроэнергию приходится шестая часть мирового производства электроэнергии, а это, по оценкам, 31.Ввод мощности 5 гигаватт (ГВт) в 2016 году.

На долю одного только Китая приходилось почти треть мировых гидроэнергетических мощностей, и в 2016 году было добавлено около 11,74 ГВт новых мощностей, в результате чего его совокупная установленная мощность достигла 331 ГВт.

Страна лидирует в мире по мощности гидроэнергетики, за ней следуют США, Бразилия, Канада, Индия, Япония и Россия, на которые в совокупности приходилось более 60% установленной мощности в конце 2016 года.

Hydroelectric Power: Плюсы

Возобновляемая

Гидроэнергетика считается возобновляемой, потому что она использует воду Земли для выработки электроэнергии.

Благодаря естественному круговороту воды вода возвращается на землю и никогда не иссякает.

Количество производимой гидроэлектроэнергии может изменяться в результате засухи и снижения уровня воды, но это сезонно.

Чисто и безопасно

В отличие от ископаемого топлива, биомассы и ядерной энергии, гидроэлектроэнергия является экологически чистым и экологически чистым альтернативным источником энергии.

Поскольку плотины гидроэлектростанций не используют топливо, они не выделяют в окружающую среду парниковые газы или токсины.

В результате гидроэнергетика занимает видное место в планах экологически чистой энергетики многих стран.

Гибкий

Гидроэнергетика – это гибкий источник электроэнергии, поскольку гидроэлектростанции можно быстро наращивать и уменьшать для удовлетворения меняющихся потребностей в энергии.

Кроме того, по сравнению с газовыми турбинами или паровыми установками время пуска гидротурбин намного меньше.

Гидроагрегаты также служат в качестве резервных для негидрогенераторов.

Экономичный источник энергии

Несмотря на высокие первоначальные затраты на строительство, гидроэлектроэнергия является конкурентоспособным по стоимости источником энергии.

Гидроэлектростанции требуют низких затрат на обслуживание и эксплуатацию. Поскольку у них мало частей, растения нуждаются в минимальной замене.

Кроме того, плотины обычно рассчитаны на долгосрочное использование и поэтому способны вырабатывать гидроэлектроэнергию в течение среднего срока службы 50–100 лет.

Подходит для промышленного применения

В то время как большинство гидроэлектростанций снабжают электроэнергией общедоступные сети, некоторые из них будут построены для обслуживания конкретных промышленных предприятий.

Выделенные гидроэлектростанции часто строятся для подачи большого количества электроэнергии для алюминиевых электролизеров.

Другое применение

Водохранилища, созданные в результате гидроэнергетических проектов, часто сами по себе становятся достопримечательностями.

Озеро, которое образуется за плотиной, можно использовать для рекреационных целей, например, для занятий водными видами спорта и проведения досуга, таких как рыбалка и катание на лодках, а воду озера также можно использовать для орошения и аквакультуры.

Крупные гидроэлектростанции могут контролировать наводнения, поскольку они могут накапливать огромное количество воды.

Гидроэнергетика: минусы

Высокие первоначальные капитальные затраты

Строительство гидроэлектростанций и плотин может быть невероятно дорогостоящим, независимо от типа здания, из-за логистических проблем.

Кроме того, проекты требуют длительного времени для завершения и еще долго придется эксплуатировать, чтобы окупить деньги, потраченные на строительство.

Риски отказа

Поскольку плотины сдерживают большие объемы воды, нестандартная конструкция, стихийные бедствия или саботаж, а также чрезмерный приток воды могут иметь катастрофические последствия для поселений и инфраструктуры ниже по течению.

Эти сбои не только влияют на энергоснабжение, но также влияют на флору, фауну и другие формы жизни.

Выбросы метана

Водохранилища и гидроэлектростанции часто считаются экологически безопасными, но плотины гидроэлектростанций способствуют глобальному потеплению больше, чем предполагалось ранее.

Исследователи обнаружили, что растительный материал в затопленных районах начинает гнить и разлагаться в анаэробной среде.

Это приведет к выбросу значительного количества диоксида углерода и метана, что приведет к увеличению уровня загрязнения.

Может привести к засухе

Одним из основных недостатков создания гидроэлектростанций является возникновение местных засух.

Общая стоимость энергии рассчитывается в зависимости от наличия воды, и засуха может потенциально повлиять на это, в результате чего люди не получат необходимую им электроэнергию.

Ущерб экосистеме и потеря водно-болотных угодий

Большие водохранилища, связанные с традиционными гидроэлектростанциями, вызывают затопление обширных территорий вверх по течению от плотин, иногда разрушая леса в низинах и речных долинах, болота и луга.

Гидроэлектростанции также могут стать причиной гибели окружающих водных экосистем как вверх по течению, так и вниз по течению от места расположения станции.

Поскольку турбинные затворы часто открываются с перерывами, перебои с естественным водным потоком могут иметь большое влияние на речную экосистему и окружающую среду.

На рыбу в реке может влиять слив воды из плотины, а также на рыбу, которая находится в плотине.

Животные, такие как птицы, журавли и другие водные птицы, а также некоторые виды растений процветают в болотистой среде.

Однако из-за строительства гидроэлектростанции эти места обитания будут разрушены.

Переселение из-за опасности наводнения

Местное население, живущее ниже по течению, может стать уязвимым для наводнений из-за возможных сильных водотоков, которые могут выходить из плотин.

В результате люди вынуждены переезжать, чтобы облегчить строительство плотин, необходимых для выработки электроэнергии.

По оценкам Всемирной комиссии по плотинам в 2000 году, плотины физически переместили 40-80 миллионов человек во всем мире.

Что такое гидроэнергетика? – Iberdrola

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ

По эксплуатации гидроэлектростанции классифицируются как:

Эти гидроэлектростанции постоянно адаптируются к расходу реки, не изменяя его. Таким образом, эти типы установок имеют небольшую складскую площадь и работают непрерывно и изменчиво в течение года. Производимая ими энергия не может быть увеличена для покрытия спроса на электроэнергию.

Эти объекты способны накапливать воду и контролировать работу установки для удовлетворения меняющегося спроса на энергию. Вода хранится в резервуаре перед установкой. В зависимости от емкости водохранилища, пондирование может быть сезонным, годовым и даже сверхгодовым.

Помимо выработки электроэнергии, эти объекты могут также накапливать электроэнергию, перекачивая воду в водохранилище, расположенное выше по течению.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

Гидроэлектростанции имеют несколько преимуществ и положительных сторон:

Повторное использование:
Этот ресурс поступает из дождевой воды и, что еще лучше, воду, используемую в процессе, можно повторно использовать.

Продолжительность:
Гидроэлектростанции имеют длительный срок полезного использования.

Устойчивое развитие:
Гидроэнергетика помогает сократить выбросы парниковых газов.

Гибкость:
Гидроэнергетические ресурсы позволяют покрывать пиковые потребности в периоды за счет гибкого использования воды в водохранилищах.

Контроль:
Водохранилища особенно полезны для , контролирующего сток рек , чтобы предотвратить опасные наводнения.

Затраты:
Хотя строительство гидроэлектростанции обязательно влечет за собой крупные инвестиции для строительства водохранилищ, плотин, трубопроводов и т. Д., эксплуатационные расходы низкие.

Резервное копирование:
Эти гибкие установки являются важным дополнением и резервом для других технологий прерывистой возобновляемой генерации , таких как фотоэлектрическая солнечная и ветровая энергия.

Iberdrola с самого начала инвестировала в гидроэлектрические технологии в рамках своего обязательства по производству электроэнергии из 100% возобновляемых источников энергии поколения с нулевыми выбросами загрязняющих веществ, снижением зависимости от энергии из внешних источников и способностью удовлетворять реальный спрос время, служащее важным ресурсом для повышения безопасности и гарантии электроснабжения.

На конец 2020 года у группы будет 13 ГВт установленной мощности гидроэнергетики, которая вырастет до 14 ГВт в 2025 году, включая традиционные гидроэлектростанции и гидроаккумуляторы.

Гидроэлектростанция Байшу-Игуасу

Проект Тамега

ГЭС

2.1. Использование воды в угле для производства энергии

2.1. Использование воды в угле для энергетики

Применение газификации с использованием комбинированного цикла интегрированной газификации (IGCC) предлагает некоторые преимущества экономии воды по сравнению с другими технологиями производства электроэнергии из угля.Регионы с ограниченными водными ресурсами, типичные для многих частей западной части Соединенных Штатов, могли бы экономить ресурсы, удовлетворяя растущий спрос на электроэнергию с помощью производства IGCC. Многие из этих территорий обладают хорошими запасами угля и нуждаются в новых генерирующих мощностях.

Использование воды на теплоэлектростанции описывается двумя отдельными терминами: водозабор и водопотребление. Водозабор – это количество воды, забираемой в растение из внешнего источника. Под потреблением воды понимается часть забираемой воды, которая не возвращается напрямую во внешний источник – например, вода, теряемая из-за испарительного охлаждения.

Термоэлектрическая промышленность уже является крупным потребителем воды на национальном уровне и должна конкурировать с несколькими другими приложениями для водоснабжения. Общий объем воды, забираемой для теплоэлектроэнергии в 2005 году, по оценке Геологической службы США, составлял 201 миллиард галлонов в день, что составляло 49% от общего забора воды, 41% от общего забора пресной воды для всех категорий и 53% от общего количества забираемой воды. забор пресных поверхностных вод.

С увеличением спроса на энергию потребление воды в результате деятельности энергетической отрасли будет только расти.Управление энергетической информации (EIA) прогнозирует, что общее потребление электроэнергии увеличится с 4,152 миллиардов киловатт-часов в 2010 году до 5 004 миллиардов киловатт-часов в 2035 году. Ожидается, что выработка электроэнергии на угле вырастет на 11 ГВт с 2010 по 2035 год (см. Рынки газификации ). ² В результате будет увеличиваться нагрузка на водные ресурсы страны.

Использование воды на термоэлектрических электростанциях
Основная потребность в воде на теплоэлектростанциях – это конденсированный пар.Производство термоэлектрической энергии обычно преобразует энергию источника топлива (ископаемое, ядерное или биомассу) в пар, а затем использует пар для привода турбогенератора. После того, как пар выпускается из турбины, он конденсируется и снова используется для производства пара. Поскольку конденсат необходимо охладить в максимально возможной степени, чтобы снизить противодавление в турбине, рециркуляция пара является критическим процессом для повышения эффективности установки.

Обычно для этого применения используются три типа конструкции систем охлаждения: прямоточная, с влажной рециркуляцией и сухая.

Прямоточные системы забирают охлаждающую воду из озера, реки или океана для конденсации пара, выходящего из турбины, а затем сбрасывают воду обратно в тот же водоем. Этот тип растений имеет относительно высокий водозабор, но фактически потребляется не так много воды.

Системы охлаждения с влажной рециркуляцией состоят из двух основных технологий: мокрых градирен и бассейнов-охладителей. Более распространенный тип, градирня, рассеивает тепло за счет циркуляции нагретой воды через градирню, где часть воды испаряется, поскольку большая часть ее охлаждается.В системе пруда-охладителя естественная теплопроводность и конвекция передают тепло от воды, сбрасываемой в пруд, в атмосферу. В обоих случаях водозабор относительно невелик, но из-за испарения воды в атмосферу и необходимости удаления продувки из системы потребление воды относительно велико.