Гидроэлектростанция является электрической станцией, применяющей энергию сброса воды как источник энергии. Их чаще всего возводят на имеющихся водоемах, конструируя искусственные плотины и резервуары для хранения необходимого объема воды.

Для действенного получения электроэнергии на подобного рода станции нужно соблюдать два главных требования: круглогодичное беспрерывное снабжение водой и наличие резких склонов рек.

Технология получения электроэнергии на гидроэлектростанции представляет собой преобразование механической энергии воды, за счет наличия разноуровневых высот благодаря использованию двигателей и генераторов.

Сегодня имеются следующие типы гидроэлектростанций, которые отличаются друг от друга способом подачи воды - плотинные, деривационные и гидроаккумулирующие станции.

Плотинные гидроэлектростанции являются самым популярным и мощнейшим видом станций. Создается водоем посредством возведения искусственных перегородок для удерживания течения реки. Спуск воды происходит по двум причинам – когда возникает необходимость в электроэнергии и для образования необходимого уровня в водоеме.

Деривационный вид отличается тем, что не применяет все течение реки, а с помощью труб и системы водоотведения происходит забор нужного объема воды, которая затем отправляется в турбину.

Гидроаккумулирующие станции являются установками, которые запасают электрическую энергию и возвращает ее в систему при необходимости, применяется для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки.

Также используются и морские станции, которые работают посредством энергии приливов и волн.

Преимущества гидроэлектростанции

Гибкость. Гидроэнергия признана гибким источником электроэнергии потому что гидроэлектростанция легко и максимально оперативно может приспосабливаться к меняющимся потребностям в энергии, повышая или замедляя выпуск электроэнергии. Имеющаяся турбина запускается в течение всего нескольких минут.

Невысокие расходы на электроэнергию. Главным достоинством гидроэлектростанции признано отсутствие расходов на топливо и полная независимость от ископаемых типов горючего. Все подобные станции обладают огромным сроком использования, даже сегодня работают такие гидроэлектростанции, которые были возведены около 100 лет назад, к тому же для их обслуживания не требуется много сотрудников.

Использование в промышленных целях. Гидроэлектростанция применяется как для обслуживания населения, так и для обеспечения электроэнергией определенных заводов.

Минимальные выбросы углекислого газа. Сами гидроэлектростанции не способны вырабатывать углекислый газ, который чаще всего может образовываться только в ходе реализации строительных работ станции. Немецкий ученый Пауль Шеррер, проведя исследования, пришел к выводу, что гидроэнергетика занимает первое место по минимальному производству углекислого газа, после нее стоят ветер, ядерная энергетика и солнечная энергия.

Польза от создания водохранилища. Построенные водохранилища часто являются отличным вариантом для занятий водными видами спорта, а некоторые даже считаются достопримечательностями для приезжих гостей. Также вода из них отлично подойдет для полива или для разведения в ней различных видов рыб. Плюс ко всему искусственные плотины способствуют предотвращению наводнений.

Недостатки гидроэлектростанций

Нанесение вреда экологии и потеря земли. Огромные резервуары, которые требуются для работы гидроэлектростанций, являются причинами затопления колоссальных площадей земли, расположенной выше по течению плотины, а значит, происходит уничтожение лесов, полей, болот и их обитателей.

Заиление. Поток воды приносит с собой различные частицы и остатки, которые наносят вред, как плотине, так и электростанции. Подобные отложения способны уменьшить размер резервуара и ухудшить способность предотвращать наводнения. А также уменьшить производство электроэнергии.

Выбросы метана. Гидроэлектростанции, расположенные в тропических регионах, из-за огромного количества разлагающегося растительного сырья производят большие объемы метана. Поэтому прежде чем возводить гидроэлектростанцию и плотину необходимо произвести очистку территории от лесов в области образования искусственного водоема.

Переселение. Многие исследователи к значительным минусам строительства гидроэлектростанций относят необходимость переселения населения, которое проживает в районе будущего водохранилища. В начале XXI века Всемирная комиссия по плотинам опубликовала свою статистику, данные которой показали, что из-за возведения плотин практически 80 миллионов человек во всем мире пришлось покинуть места своего проживания.

В последнее время, в качестве альтернативы классическим средне-высоконапорным плотинным ГЭС активно предлагаются низконапорные гидроузлы, работающие на естественном стоке, довольно широко распространенные в Западной Европе. Попробуем разобраться, что это ГЭС и каковы их плюсы и минусы.

Пример низконапорной русловой гидроэлектростанции — ГЭС Iffezheim на Рейне, введена в эксплуатацию в 1978 году. Фото отсюда

Концепция низконапорного руслового гидроузла предусматривает создание на равнинной реке ГЭС с напором в несколько метров, чье водохранилище как правило укладывается в зону естественного затопления поймы при сильных паводках. Такие гидроузлы имеют следующие преимущества:
* Небольшая площадь затопления, в которую как правило не попадают (или почти не попадают) застроенные земли. Следовательно, никого переселять не надо, влияние на экосистемы куда менее значительно.
* В низконапорные плотины гораздо проще интегрировать рыбоходы, да и вниз через турбины рыба проходит с меньшим травматизмом.

Саратовская ГЭС — самая низконапорная в Волжско-Камском каскаде.

Теперь перейдем к недостаткам:
* Такие ГЭС образуют небольшие водохранилища, пригодные в лучшем случае для суточного регулирования стока, а то и вовсе работающие на водотоке. В результате, выработка подобных ГЭС сильно зависит от сезона и погодных условий — в маловодные периоды она резко падает.
* Эффективность использования стока такими ГЭС гораздо меньше, чем классическими — не имея возможности аккумулировать сток в половодье и паводки, они вынуждены сбрасывать массу воды вхолостую.
* Не имея емкого водохранилища, такие гидроузлы не могут бороться с наводнениями.
* С точки зрения судоходства сооружение нескольких низконапорных гидроузлов вместо одного большого приводит к увеличению времени на шлюзование — вместо одного шлюза нужно проходить несколько.
* Низконапорные ГЭС умеют существенно большую удельную стоимость (в расчете на кВт мощности и кВт.ч. вырабатываемой электроэнергии). Чем меньше напор, тем больше габариты и соответственно металлоемкость оборудования, невозможность аккумулирования стока в водохранилище приводит к необходимости создания более мощных водопропускных сооружений, несколько шлюзов дороже, чем один и т.п. Для сравнения, можно привести низконапорную Полоцкую ГЭС в Белоруссии и высоконапорную Богучанскую ГЭС. Первая стоит примерно 4500$ за кВт, вторая — около 1000$ за кВт. Разница, как мы видим — в 4,5 раза.

ГЭС Тукуруи в Бразилии. В амазонской сельве, как и в сибирской тайге, более эффективны большие ГЭС.

Подведем итоги. Преимущества низконапорных ГЭС наиболее существенны в густонаселенных районах, где высокая стоимость земли и большое количество работ по переселению людей, выносу сооружений и инфраструктуры делают крупные ГЭС с большими водохранилищами неприемлемыми. Именно поэтому низконапорные ГЭС получили наибольшее распространение в Европе, где плотность населения высока, а собственных энергоресурсов мало, что вынуждает использовать весь доступный гидропотенциал, пусть и дорогими способами.
В то же время, в относительно малонаселенных регионах очевидны преимущества больших ГЭС — собственно, в основном там их и строят сейчас во всем мире (хотя критерии малонаселенности в разных странах существенно различаются, для Китая с его миллиардным населением переселение нескольких десятков тысяч человек вполне приемлемо).

Низконапорные русловые ГЭС не конкурируют со средне- и высоконапорными — у каждого типа гидроэлектростанций своя «экологическая ниша», в которой они наиболее эффективны. И ссылки на русловые ГЭС в Западной Европе при обсуждении гидроэнергетических проектов в Восточной Сибири являются сравнением несравнимого.

Основные преимущества гидроэнергетики очевидны. Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем. При этом гидроресурсы значительно опережают в развитии остальные виды возобновляемых источников энергии и способны обеспечивать энергией большие города и целые регионы.

Кроме того, пользоваться этим источником энергии можно достаточно просто, что подтверждается длительной историей гидроэнергетики. Например, генераторы гидроэлектростанций можно включать или выключать в зависимости от энергопотребления.

В то же время достаточно спорным является вопрос о влиянии гидроэнергетики на окружающую среду. С одной стороны, эксплуатация гидроэлектростанций не приводит к загрязнению природы вредными веществами, в отличии от выбросов СО 2 , производимыми ТЭС и возможными авариями на АЭС, которые могут понести за собой глобальные катастрофические последствия.

Но в то же время образование водохранилищ требует затопления значительных территорий, зачастую плодородных, а это становится причиной негативных изменений в природе. Плотины часто перекрывают рыбам путь к нерестилищам, нарушают естественное течение рек, приводят к развитию застойных процессов, снижают способность к «самоочищению», а следовательно резко изменяют качество воды.

Себестоимость производимой энергии на ГЭС гораздо ниже, чем на атомных и тепловых электростанциях, и они способны быстрее выходить на режим выдачи рабочей мощности после включения, однако их строительство обходится дороже.

Современные технологии производства гидроэлектроэнергии позволяют получать довольно высокий КПД. Иногда он в два раза превышает аналогичные показатели обычных теплоэлектростанций. Во многом такая эффективность обеспечивается особенностями оборудования гидроэлектростанций. Оно очень надёжно, да и пользоваться им просто.

Кроме того, всё используемое оборудование обладает ещё одним важным преимуществом. Это длительный срок службы, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства. И действительно часто менять оборудование не нужно, поломки случаются крайне редко. Минимальный срок службы ГЭС - около пятидесяти лет. А на просторах бывшего Советского Союза успешно функционируют станции, построенные в двадцатых или тридцатых годах прошлого века. Управление гидроэлектростанциями осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев там работает небольшой персонал.

Заключение

гидроэлектростанция турбина себестоимость энергия

Потенциал гидроэнергетики можно определить, суммировав все существующие на планете речные стоки. Расчёты показали, что мировой потенциал равен пятидесяти миллиардам киловатт в год. Но и эта весьма впечатляющая цифра составляет лишь четверть от количества осадков, ежегодно выпадающих во всём мире.

С учётом условий каждого конкретного региона и состояния мировых рек действительный потенциал водных ресурсов составляет от двух до трёх миллиардов киловатт. Эти цифры соответствуют годовой выработке энергии в 10000 - 20000 миллиардов киловатт в час.

Чтобы осознать потенциал гидроэнергетики, выраженный этими цифрами, следует сопоставить полученные данные с показателями нефтяных теплоэлектростанций. Чтобы получить такое количество электроэнергии, станциям, работающим на нефти, требовалось бы около сорока миллионов баррелей нефти каждый день.

Вне всяких сомнений, гидроэнергетика в перспективе не должна оказывать негативное воздействие на окружающую среду или свести его к минимуму. При этом необходимо добиться максимального использования гидроресурсов.

Это понимают многие специалисты и поэтому проблема сохранения природной среды при активном гидротехническом строительстве актуальна как никогда. В настоящее время особенно важен точный прогноз возможных последствий строительства гидротехнических объектов. Он должен дать ответ на многие вопросы, касающиеся возможности смягчения и преодоления нежелательных экологических ситуаций, которые могут возникнуть при строительстве. Кроме того, необходима сравнительная оценка экологической эффективности будущих гидроузлов. Правда, до реализации таких планов ещё далеко, так как сегодня разработка методов определения экологического энергопотенциала не производится.

Недостатки гидроэлектростанций

• Большие водохранилища затопляют значительные участки земли, которые могли бы использоваться с другими целями. Целые города становились жертвами водохранилищ, что вызывало массовые переселения, недовольство и экономические трудности.
• Разрушение или авария плотины большой ГЭС практически неминуемо вызывает катастрофическое наводнение ниже по течению реки.
• Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах.
• Протяженная засуха снижает и может даже прервать производство электроэнергии. ГЭС.
• Уровень воды в искусственных водохранилищах постоянно и резко меняется. На их берегах строить загородные дома не стоит!
• Плотина снижает уровень растворенного в воде кислорода, поскольку нормальное течение реки практически останавливается. Это может привести к гибели рыбы в искусственном водохранилище и поставить под угрозу растительную жизнь в самом водохранилище и вокруг него.
• Плотина может нарушить нерестовый цикл рыбы. С этой проблемой можно бороться, сооружая рыбоходы и рыбоподъемники в плотине или перемещая рыбу в места нереста с помощью ловушек и сетей. Однако это приводит к удорожанию строительства и эксплуатации ГЭС.

Вопрос

С учетом всех проблем использования природного топлива и ядерной энергии для производства электричества почему бы не сооружать больше гидроэлектростанций? В мире огромное количество рек. Разве не стоит строить как можно больше гидростанций?

Ответ

Большинство мест для строительства гидроэлектростанций уже используются. Количество плотин и водохранилищ, которые можно построить на реке, ограниченно. Энергия, отбираемая электростанцией у реки, уже не может использоваться ниже по течению. Если на реке построить слишком много электростанций, неминуемы экономические конфликты, связанные с распределением энергии.

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы, т.е. не требуют присутствия человека при эксплуатации. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т.е. вне электросети энергосистемы края или области, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта). Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики - по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе - можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40-50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

Многие из малых ГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии, являясь сезонными электростанциями. Зимой их энергоотдача резко падает, снежный покров и ледовые явления (лед и шуга) так же, как и летнее маловодье и пересыхание рек могут вообще приостановить их работу. Сезонность малых ГЭС требует дублирующих источников энергии, большое их количество может привести к потере надежности энергоснабжения. Поэтому во многих районах мощность малых ГЭС рассматривается не в качестве основной, а в качестве дублирующей.

У водохранилищ малых ГЭС, особенно горных и предгорных районов, очень остро стоит проблема их заиления и связанная с этим проблема подъема уровня воды, затоплений и подтоплений, снижения гидроэнергетического потенциала рек и выработки электроэнергии. Известно, например, что водохранилище Земонечальской ГЭС на реке Куре было заилено на 60% в течение 5 лет.

Для рыбного хозяйства плотины малых ГЭС менее опасны, чем средних и крупных, перекрывающих миграционные пути проходных и полупроходных рыб и перекрывающих нерестилища. Хотя в целом создание гидроузлов не устраняет полностью урон рыбному стаду на основных реках, т.к. речной бассейн - это единая экологическая система и нарушения ее отдельных звеньев неизбежно отражаются на системе в целом.