Меню

Виды устройство и принцип работы гидроэлектростанций ГЭС потенциал гидроэнергетики



Виды, устройство и принцип работы гидроэлектростанций ГЭС, потенциал гидроэнергетики

Гидроэнергетика – это процесс получения электричества, источником для которого служит энергия водных масс. Хотя водная энергетика и является экологически чистой, у нее все же есть некоторые проблемы. Стоит разобраться в том, что такое ГЭС, и в чем состоят преимущества и недостатки современных гидроэлектростанций.

Содержание

  1. Условия для строительства ГЭС
  2. Особенности получения гидроэнергии
  3. Классификация гидроэлектростанций
  4. Плюсы и минусы гидроэлектростанций
  5. Устройство и конструкция ГЭС
  6. Принцип работы и получения энергии
  7. Существующие крупные ГЭС
  8. Способы применения гидроэнергии
  9. Влияние ГЭС на экологию
  10. Проблемы данной области энергетики
  11. Перспективы и потенциал гидроэнергетики

Условия для строительства ГЭС

Место для строительства выбирают очень тщательно, ведь неправильное расположение станции может не только снизить ее эффективность, но и привести к затоплению близлежащих районов, в том числе и населенных.

Чтобы построить эффективно работающую гидроэлектростанцию, соблюдаются следующие требования:

Сильная река, текущая под углом и обеспечивающая круглогодичный доступ воды

В результате работы гидростанции вода постоянно испаряется в большом количестве, поэтому необходим сильный водный поток, нивелирующий испарение. Идеально, если река проходит под большим углом, а течение непрерывное и сильное.

Приближенность мест добычи сырья и строительных материалов

ГЭС чаще всего строится рядом с горными реками, поэтому может быть сложно доставлять материалы к месту стройки. Поэтому место для строительства выбирают с учетом близко расположенных карьеров для добычи высококачественного песка, камня и других стройматериалов.

Устойчивость почвы

Станцию строят только там, где скалистые структуры и почва достаточно устойчивы, чтобы выдержать огромную нагрузку от силы потока в плотине, веса воды и самого сооружения. Горные породы должны выдерживать землетрясения и не пропускать воду, чтобы не ослабить плотину.

Особенности получения гидроэнергии

  • Основная особенность гидроэнергетики – это то, что энергия рек перерабатывается в электричество.
  • Гидроэнергетический способ получения электричества – один из самых выгодных и дешевых.
  • Гидроэнергетика экологически чистая, так как речной сток – это возобновляемый источник энергии, а вредных отходов в процессе не выделяется.
  • ГЭС часто строятся в горах и территориально отдалены от потребителей.
  • Плотины перекрывают пути нереста рыб, однако в самих водохранилищах рыба может беспрепятственно размножаться, что увеличивает рыбное поголовье и положительно сказывается на рыбном хозяйстве.
  • Защитные сооружения для водохранилищ ограничивают площадь затопляемых территорий.
  • Строительство ГЭС подразумевает использование мощных систем подготовки воды и очистительных систем.

Классификация гидроэлектростанций

Гидроэлектростанции классифицируются по нескольким признакам:

По принципу действия

Плотинные

Это самый распространенный тип ГЭС. Для их работы создается плотина, перекрывающая русло реки для создания напора. Плотинные гидроэлектростанции строятся как у равнинных рек, так и в местах сужения русел горных рек.

Приплотинные

Такие ГЭС строят при сильном водном напоре. Реку при этом полностью перегораживают с помощью плотины, а станцию располагают снизу за плотиной. Вода поступает к турбинам по напорным тоннелям.

Деривационные

Деривационные гидроэлектростанции строятся на руслах рек с большим уклоном по принципу отведения воды. Большой уклон не позволяет накапливать воду в нужных количествах, поэтому воду забирают из русла и искусственным путем подводят к самой станции по водоотводу с малым уклоном. В результате к гидростанции вода поступает с большой высоты. Именно разницей в уровнях жидкости обусловлен сильный напор станции.

Гидроаккумулирующие (ГАЭС)

В ГАЭС строятся два бассейна: нижний и верхний, сама станция располагается около нижнего бассейна. Во время возникновения избыточных электрических мощностей в системе электроснабжения агрегаты выполняют роль насосов, качая воду из нижнего бассейна наверх.

При необходимости воду пускают по трубам вниз, запуская турбины. Преимуществом ГАЭС является то, что они собирают электричество и используют его во время пиковых нагрузок.

По вырабатываемой мощности

По мощности АЭС делятся на:

  • малые (до 5 МВт);
  • средние (5-25 МВт);
  • мощные (больше 25 МВт).

По напору воды

Энергия воды преобразуется в электричество при помощи вращения лопастей. Так как турбины разного типа рассчитаны на разные нагрузки, то от напора воды зависят характеристики и материал используемых турбин.

Деление ГЭС по максимальному напору воды:

  • низконапорные (3-25 м);
  • средненапорные (25-60 м);
  • высоконапорные (больше 60 м).

Плюсы и минусы гидроэлектростанций

Плюсы и минусы ГЭС и созданных водохранилищ занесены в таблицу.

Преимущества ГЭС Недостатки ГЭС
Практически полная возобновляемость источника энергии Выбросы в атмосферу водяного пара, являющегося вторым (после CO 2) парниковым газом по влиянию на глобальное потепление
Отсутствие токсических выбросов в атмосферу Заболачивание земель
Долгая эксплуатация (более 100 лет) Изменение фауны, миграция животных в затопленных районах
Усиленное размножение рыб в водохранилищах Перекрывание рек для нереста рыб
Дешевизна получаемой энергии Переформирование русел рек
Улучшение условий для орошения и судоходства Влияние на климат (становится более умеренным)

Если сравнивать ГЭС с АЭС и другими видами электростанций, то преимуществом ГЭС является то, что для ее работы не требуется добывать ядерное топливо, нефть или уголь, а по итогам работы в атмосферу не выбрасываются токсины и не остаются опасные неразлагаемые отходы.

Читайте также:  Список ценностей человека с примерами

Устройство и конструкция ГЭС

Центром гидростанции является машинный зал, где располагаются все агрегаты: турбины и генераторы электричества. Также вокруг станции строят гидротехнические сооружения, входящие в гидроузел:

  • дамба (плотина);
  • уравнительный резервуар;
  • трансформаторные станции;
  • очистительные сооружения.

Принцип работы и получения энергии

Разобраться, как работают современные гидроэлектростанции, несложно. После перекрытия русла реки плотиной вода скапливается в искусственном водохранилище и попадает оттуда в уравнительный резервуар, где уровень жидкости постоянен. Оттуда поток идет к турбинам по трубоотводу и заставляет лопасти вращаться. От вращения турбин выделяется энергия, передаваемая гидрогенератору, вырабатывающему ток. В итоге энергия воды превращается в электроэнергию.

Существующие крупные ГЭС

В мире на данный момент более 60 стран покрывают половину от всего потребляемого электричества именно энергией, получаемой с помощью гидростанций.

В России

Гидроэнергетические ресурсы в России обширны, так как страна насчитывает огромное количество рек. Всего в России на данный момент работает 189 гидроэлектрических станций, вырабатывающих 20% от общего количества электроэнергии.

Саяно-Шушенская ГЭС имени Непорожного (Хакасия)

Строилась ГЭС с 1963 по 2000 год на р. Енисей. Первый запуск был осуществлен в 1978 г. Полностью станция заработала в 86 г., но после этого по сооружению пошли трещины, и оно начало разрушаться. Именно на этой ГЭС, одной из самых крупных в РФ, в 2009 г. произошла единственная авария, унесшая жизни 75 человек. Из-за разрушения одного из агрегатов машинный зал был затоплен. Ремонт длился до 2011 г., целиком станция заработала в 2014. Мощность станции – 6400 МВт.

Красноярская ГЭС (Красноярский край)

Красноярская станция (6000 МВт) также строилась на р. Енисей с 56 по 72 гг. и впервые ввела агрегаты в 1967 г. Это самая рентабельная тепловая станция на территории России и вторая по рентабельности ГЭС.

Братская ГЭС (Иркутская область)

Эта станция с мощностью 4500 МВт была построена в 1954 г. на р. Ангара, агрегаты вводились с 61 по 66 гг. Станция является крупнейшей в Сибири и первой по рентабельности в РФ.

В мире

Три ущелья, Китай

Это призер по величине среди всех ГЭС на Земле мощностью в 22.5 тысячи МВт. Вырабатывает 10% от всей электроэнергии в Китае. Год запуска агрегатов – 2003. Полную мощность станция набрала в 2012 г. Дамба построена на р. Янцзы.

Итайпу, Парагвай

Мощность этой станции составляет 14 000 МВт. Год начала строительства – 84. Всего на станции работает 18 агрегатов. ГЭС поставляет электричество примерно пятой части Парагвая.

«Гури», США, Венесуэла

Мощность «Гури» – 10 235 МВт. Этой мощности хватает, чтобы поставлять ток 65% всего штата. Станцию начали строить в 63 г., а первые агрегаты заработали в 78 г. Это самая крупная ГЭС в США и третья по величине в мире.

Способы применения гидроэнергии

На сегодняшний день практически 20% всей электроэнергии вырабатывают из возобновляемых ресурсов. И примерно 85% от этих 20% – гидроэнергия. Гидроэнергетика стремительно развивается во всех странах мира. Всего с помощью водных ресурсов вырабатывается шестая часть всей электроэнергии на Земле.

Влияние ГЭС на экологию

Гидростанции негативно сказываются на экологии, потому что вырабатывают водяные пары и увеличивают испарение воды из-за расширения площади ее поверхности. Это провоцирует изменения в микроклимате, сказывающиеся на экосистеме.

Также происходит существенное нагревание и понижение качества воды. Из-за перегрева в воде уменьшается уровень кислорода, что провоцирует зарастание дна водорослями.

Также водоемы загрязняются разлагающимися органическими отходами (листьями, ветвями деревьев и т.д.) из-за отсутствия водообмена. Все это приводит к ухудшению условий жизни и повышению заболеваемости рыб и других водных обитателей.

Проблемы данной области энергетики

Обладая массой плюсов, гидроэнергетика все же несет за собой и ряд минусов. Основной из них – отчуждение больших площадей под искусственные водоемы с разрушением экосистемы.

Второй недостаток – это периодические затопления из-за увеличения уровня воды и заболачивание местности. Также подмывание и изменение береговых линий, ухудшение качества воды.

Перспективы и потенциал гидроэнергетики

Развитие гидроэнергетики набирает обороты во всем мире. Однако гидроэра в развитых странах давно настала, а почти весь потенциал гидроресурсов исчерпан.

В странах Западной Европы используется 70% гидроресурсов, в Японии – около 90%. Наиболее развитые страны либо строят ГАЭС и мелкие ГЭС, либо вкладываются в модернизацию уже работающих станций. Исключением является Канада, так как в ней гидроресурс практически не освоен.

Активнее всего сферу гидроэнергетики развивает Китай, где располагается практически 50% всех малых гидростанций в мире.

Россия также старается развить водную энергетику. На данный момент 10% от получаемого электричества производят с помощью гидроресурсов. Однако гидропотенциал России огромен и не освоен.

Читайте также:  Тест по теме табличный процессор MS Excel тест по информатике и икт 9 класс по теме

Источник

Электрические станции: достоинства и недостатки

Электрические станции являются важнейшей частью жизни каждого человека, поскольку они преобразуют энергию природных ресурсов в электроэнергию. Одна станция представляет собой целый комплекс мероприятий, искусственных и естественных подсистем, которые служат для превращения и распределения всех видов источников энергии. Весь процесс можно разделить на несколько этапов:

  1. Процесс добычи и переработки первичного источника энергии.
  2. Доставка на электростанцию.
  3. Процесс превращения первичной энергии во вторичную.
  4. Распределение вторичной (электрической или тепловой) энергии между потребителями.

Электроэнергетика включает в себя производство энергии на станции и последующую ее доставку по линиям электропередач. Такие важнейшие элементы данной цепочки, как электрические станции различаются по типу первичных источников, которые доступны в данном регионе.

Рассмотрим некоторые виды преобразовательных процессов подробнее, а также достоинства и недостатки каждого из них.

Тепловые электрические станции (ТЭС) относятся к группе традиционной энергетики и занимают значительную долю выработки электроэнергии мирового масштаба (приблизительно 40%). Достоинства и недостатки ТЭС приведены в следующей таблице:

Малая стоимость потребляемого топлива

Сравнительно малые капвложения

Свободное размещение. Не имеют привязки к какой-либо конкретной области

Источник

Виды электростанций плюсы и минусы таблица

Электрические станции являются важнейшей частью жизни каждого человека, поскольку они преобразуют энергию природных ресурсов в электроэнергию. Одна станция представляет собой целый комплекс мероприятий, искусственных и естественных подсистем, которые служат для превращения и распределения всех видов источников энергии. Весь процесс можно разделить на несколько этапов:

  1. Процесс добычи и переработки первичного источника энергии.
  2. Доставка на электростанцию.
  3. Процесс превращения первичной энергии во вторичную.
  4. Распределение вторичной (электрической или тепловой) энергии между потребителями.

Электроэнергетика включает в себя производство энергии на станции и последующую ее доставку по линиям электропередач. Такие важнейшие элементы данной цепочки, как электрические станции различаются по типу первичных источников, которые доступны в данном регионе.

Рассмотрим некоторые виды преобразовательных процессов подробнее, а также достоинства и недостатки каждого из них.

Тепловые электрические станции (ТЭС) относятся к группе традиционной энергетики и занимают значительную долю выработки электроэнергии мирового масштаба (приблизительно 40%). Достоинства и недостатки ТЭС приведены в следующей таблице:

Малая стоимость потребляемого топлива

Сравнительно малые капвложения

Свободное размещение. Не имеют привязки к какой-либо конкретной области

Источник

Типы электростанций, их достоинства и недостатки, факторы размещения.

date image2020-01-14
views image761

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

За последние десятилетия структура производства электроэнергии в России постепенно изменяется. На современном этапе развития топливно-энергетического комплекса основную долю в производстве электроэнергии занимают тепловые электростанции — 66,34%, потом идут гидроэлектростанции — 17,16% и наименьшую долю в производстве электроэнергии занимают атомные электростанции — 16,5%.

Таблица№3: Динамика производства, по видам электростанций.

Производство электроэнергии Млрд. кВт.ч Уд. вес, %
Электроэнергетика 915 100%
Атомные электростанции 150 16,5%
Тепловые электростанции 607 66,34%
Гидроэлектростанции 157 17,16%

5.1 Тепловая электростанция – это электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива.

Тепловые электростанции преобладают в России. Тепловые электростанции работают на органическом топливе (уголь, газ, мазут, сланец и торф). На их долю приходится около 67 % производства электроэнергии. Главную роль играют мощные (более 2 млн кВт) ГРЭС (государственные районные электростанции), которые обеспечивают потребности экономического района и работают в энергосистемах.

Тепловые электростанции отличаются надежностью, проработаностью процесса. Наиболее актуальны электростанции, использующие высококалорийное топливо, потому что его экономически выгодно транспортировать.

Основными факторами размещения являются топливный и потребительский. Мощные электростанции, как правило, располагаются у источников добычи топлива: чем крупнее электростанция, тем дальше она может передавать электроэнергию. Те электростанции, которые работают на мазуте, в основном, располагаются в центрах нефтеперерабатывающей промышленности.

Таблица№4: Размещение ГРЭС мощностью более 2 млн кВт

Федеральный округ ГРЭС Установленная мощность, млн кВт Топливо
Центральный Костромская 3,6 Мазут
Рязанская 2,8 Уголь
Конаковская 3,6 Мазут, газ
Уральский Сургутская 1 3,3 Газ
Сургутская 2 4,8 Газ
Рефтинская 3,8 Уголь
Троицкая 2,4 Уголь
Ириклинская 2,4 Мазут
Приволжский Заинская 2,4 Мазут
Сибирский Назаровская 6,0 Мазут
Южный Ставропольская 2,1 Мазут, газ
Северо-Западный Киришская 2,1 Мазут

Преимущества тепловых электростанций в том, что они относительно свободно располагаются, в связи с широким распространением топливных ресурсов в России; к тому же они способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). К недостаткам тепловых электростанций можно отнести: использование невозобновимых топливных ресурсов, низкий КПД и крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду (КПД обычной ТЭС — 37-39%). Несколько большой КПД имеют ТЭЦ — теплоэлектроцентрали, обеспечивающие теплом предприятия и жилье с одновременным производством электроэнергии. Топливный баланс тепловых электростанций России характеризуется преобладанием газа и мазута.

Тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно 200-250 млн т золы и около 60 млн т сернистого ангидрид, к тому же они поглощают огромное количество кислорода.

5.2 Гидравлическая электростанция (ГЭС) – это электростанция, преобразующая механическую энергию потока воды в электрическую энергию, посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение электрические генераторы.

Читайте также:  Как быстро преобразовать таблицу в массив для сводной таблицы

ГЭС являются эффективным источником энергии, потому что используют возобновимые ресурсы, к тому же они просты в управлении (количество персонала на ГЭС в 15-20 раз меньше, чем на ГРЭС) и имеют высокий КПД — более 80%. В итоге производимая на ГЭС энергия является самой дешевой. Самым большим достоинством ГЭС является высокая маневренность, т.е. возможность практически мгновенного автоматического запуска и отключения требуемого количества агрегатов. Это позволяет использовать мощные гидроэлектростанции либо в качестве максимально маневренных «пиковых» электростанций, которые обеспечивают устойчивую работу крупных энергосистем, либо «покрывать» плановые пики суточного графика нагрузки энергосистемы, когда имеющихся в наличии мощностей ТЭС не хватает.

Более мощные ГЭС построены в Сибири, т.к. там освоение гидроресурсов наиболее эффективно: удельные капиталовложения в 2-3 раза ниже и себестоимость электроэнергии в 4-5 раз меньше, чем в Европейской части страны.

Таблица№5: ГЭС мощностью более 2 млн кВт

Федеральный округ ГЭС Установленная мощность, млн кВт
Сибирский Саяно-Шушенская 6,4
Красноярская 6,0
Братская 4,5
Усть-Илимская 4,3
Приволжский Волжская (Волгоград) 2,5
Волжская (Самара) 2,3

Гидростроительство в нашей стране характеризуется сооружением на реках каскадов гидроэлектростанций. Каскад – это группа ГЭС, расположенная ступенями по течению водного потока для последовательного использования его энергии. Помимо получения электроэнергии каскады решают проблемы снабжения населения и производства водой, устранения упадков, улучшения транспортных условий. Наиболее крупные ГЭС в стране входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: Саяно-Шушенская, Красноярская — на Енисее; Иркутская, Братская, Усть-Илимская — на Ангаре; строится Богучанская ГЭС (4 млн кВт).

В Европейской части страны создан крупный каскад ГЭС на Волге. В его состав входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская, Волжская (вблизи Волгограда). Весьма перспективным является строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами — верхним и нижним. ГАЭС позволяют решать проблемы пиковых нагрузок, маневренности использования мощностей энергосетей. В России, остро стоит проблема создания маневренности электростанций, в том числе ГАЭС. Построены Загорская ГАЭС (1,2 млн кВт), строится Центральная ГАЭС (3,6 млн кВт).

Гидроэнергетику нельзя считать экологически чистой. Строительство плотин и водохранилищ резко меняет режим рек и это разрушает водные экосистемы.

5.3 Атомная электростанция (АЭС )- этоядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающиеся в пределах определенной проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимым персоналом.

После катастрофы на Чернобыльской АЭС сократилась программа атомного строительства, с 1986 г. в эксплуатацию ввели только четыре энергоблока. Сейчас ситуация меняется: правительством РФ было принято специальное постановление, которое утвердило программу строительства новых АЭС до 2010 г. Первоначальный ее этап — модернизация действующих энергоблоков и ввод в эксплуатацию новых, которые должны заменить выбывающие после 2000 г. блоки Билибинской, Нововоронежской и Кольской АЭС.

На данный момент в России действует девять АЭС. Еще четырнадцать АЭС и АСТ (атомных станций теплоснабжения) находятся в стадии проектирования, строительства или временно законсервированы.

Таблица№6: Мощность действующих АЭС

Федеральный округ АЭС Установленная мощность, млн кВт
Северо-Западный Ленинградская 4,0
Кольская 1,76
Центральный Курская 4,0
Нововоронежская 1,8
Смоленская 3,0
Калининская 2,0
Приволжский Балаковская 3,0
Уральский Белоярская 0,6
Дальневосточный Билибинская 0,048

Были пересмотрены принципы размещения АЭС с учетом потребности района в электроэнергии, природных условий (в частности, достаточного количества воды), плотности населения, возможности обеспечения защиты людей от недопустимого радиационного воздействия при тех или иных ситуациях. Принимается во внимание вероятность возникновения на предполагаемой территории землетрясений, наводнений, наличие близких грунтовых вод. АЭС должны размещаться не ближе 25 км от городов с численностью более 100 тыс. жителей, АСТ — не ближе 5 км. Ограничивается суммарная мощность электростанций: АЭС- 8 млн кВт, АСТ — 2 млн кВт.

Преимущества АЭС состоят в том, что их можно строить в любом районе независимо от его энергетических ресурсов; атомное топливо отличается большим содержанием энергии (в 1 кг основного ядерного топлива — урана — содержится энергии столько же, сколько в 2500 т угля). К тому же АЭС не дают выбросов в атмосферу в условиях безаварийной работы (в отличие от ТЭС) и не поглощают кислород.

К негативным последствиям работы АЭС относятся:

— Трудности в захоронении радиоактивных отходов. Для их вывоза со станции сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения. Захоронение производится в земле на больших глубинах в геологически стабильных пластах;

— Катастрофические последствия аварий на наших АЭС вследствие несовершенной системы защиты;

— Тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов.

Функционирование АЭС как объектов повышенной опасности требует участи государственных органов власти и управления в формировании направлений развития, выделений необходимых средств.

Источник