Электрические станции являются важнейшей частью жизни каждого человека, поскольку они преобразуют энергию 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:
- Процесс добычи и переработки первичного источника энергии.
- Доставка на электростанцию.
- Процесс превращения первичной энергии во вторичную.
- Распределение вторичной (электрической или 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.
Относятся к группе традиционной энергетики и занимают значительную долю выработки электроэнергии мирового масштаба (приблизительно 40%). Достоинства и недостатки ТЭС приведены в следующей таблице:
Используют в качестве первичного источника энергии например, водохранилища и реки. Достоинства и недостатки ГЭС также сведены в таблицу.
Атомные электростанции (АЭС) - комплекс установок и мероприятий, предназначенных для которая выделяется в результате деления атомных ядер, в тепловую, а далее и в Важнейшим элементом данной системы является а также комплекс сопутствующих устройств. В таблице ниже приведены достоинства и недостатки АЭС.
Не менее важным этапом становится транспортировка топливных ресурсов к электростанции. Этот процесс может быть осуществлен несколькими способами, у каждого из которых есть свои достоинства и недостатки. Рассмотри основные способы транспортировки:
- Водный транспорт. Доставка осуществляется при помощи танкеров и бункеровщиков.
- Автомобильный транспорт. Транспортировка осуществляется в цистернах. Возможность перевозить только жидкое или газообразное топливо определяет существующие достоинства и недостатки автомобильного транспорта.
- Железнодорожный транспорт. Доставка в цистернах и открытых вагонах на большие расстояния.
- Подвесные и редко используются и только на очень короткие расстояния.
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.
Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.
Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Необходимо отметить, что реконструкция выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5- 2 раза дешевле. Объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.
Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования. 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 региона, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта).
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. В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.
Значительным преимуществом также является отсутствие нарушения природного ландшафта и окружающей среды в процессе строительства и на этапе эксплуатации, а также практически полная независимость от погодных условий. Обеспечивается подача потребителю дешевой электроэнергии в любое время года. ??????????????? ????????????? ???????
Кроме того, турбины мини-ГЭС можно также использовать в качестве гасителей энергии на перепадах высот питьевых и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов.
Возможные проблемы, связанные с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее выражены, но о них также следует сказать.
Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей -- ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).
Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики -- разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.
Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.
Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования -- по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.
Источники энергии
Источниками энергии для малой гидроэнергетики являются:
* небольшие реки, ручьи,
* естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем,
* технологические водотоки (промышленные и канализационные сбросы),
* перепады высот питьевых трубопроводов, систем водоподготовки и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов.
Электростанцией называется комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенный для выработки электрической энергии. То есть, электростанции преобразуют различные виды энергий в электрическую. Наиболее распространенными типами электростанций являются:
— гидроэлектростанции;
— тепловые;
— атомные.
Гидроэлектростанция (ГЭС) — это электростанция, преобразующая энергию движущейся воды в электрическую энергию. Устанавливаются ГЭС на реках. При помощи плотины создается перепад высот воды (до и после плотины). Возникающий напор воды приводит в движение лопасти турбины. Турбина приводит в действие генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.
В зависимости от мощности , гидроэлектростанции подразделяются на: малые (до 5 МВт), средние (5-25 МВт) и мощные (свыше 25 МВт). По максимально используемому напору они делятся на: низконапорные (максимальный напор — от 3 до 25 м), средненапорные (25-60 м) и высоконапорные (свыше 60 м). Также ГЭС классифицируют по принципу использования природных ресурсов: плотинные, приплотинные, деривационные и гидроаккумулирующие.
Преимуществами гидроэлектростанций являются: выработка дешевой электроэнергии, использование возобновляемой энергии, простота управления, быстрый выход на рабочий режим. Кроме того, ГЭС не загрязняют атмосферу. Недостатки: привязанность к водоемам, возможное затопление пахотных земель, пагубное влияние на экосистему рек. ГЭС можно строить только на равнинных реках (из-за сейсмической опасности гор).
Тепловая электростанция (ТЭС)
вырабатывает электроэнергию за счет преобразования тепловой энергии, полученной в результате горения топлива. Топливом на ТЭС является: природный газ, уголь, мазут, торф или горячие сланцы.
В результате горения топлива в топках паровых котлов, происходит преобразование питательной воды в перегретый пар. Этот пар с определенной температурой и давлением по паропроводу подается в турбогенератор, где и происходит получение электрической энергии.
Тепловые электростанции подразделяются на:
— газотурбинные;
— котлотурбинные;
— комбинированного цикла;
— на базе парогазовых установок;
— на основе поршневых двигателей.
Котлотурбинные ТЭС , в свою очередь делятся на конденсационные (КЭС или ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Преимущества теплоэлектростанций
— малые финансовые затраты;
— высокая скорость строительства;
— возможность стабильной работы вне зависимости от сезона.
Недостатки ТЭС
— работа на невозобновляемых ресурсах;
— медленный выход на рабочий режим;
— получение отходов.
Атомная электростанция (АЭС)
— станция, в которой получение электроэнергии (или тепловой энергии) происходит за счет работы ядерного реактора. За 2015 год все почти 11% электроэнергии.
Ядерный реактор при работе передает энергию теплоносителю первого контура. Этот теплоноситель поступает в парогенератор, где нагревает воду второго контура. В парогенераторе происходит преобразование воды в пар, который поступает в турбину и приводит в движение электрогенераторы. Пар после турбины поступает в конденсатор, где охлаждается водой из водохранилища. В качестве теплоносителя первого контура используется, в основном, вода. Однако, для этой цели можно использовать еще свинец, натрий и другие жидкометаллические теплоносители. Количество контуров может быть разным.
АЭС классифицируются по типу используемого реактора. В атомных электростанциях используются два вида реакторов: на тепловых и на быстрых нейтронах. Реакторы первого типа подразделяются на: кипящие, водоводяные, тяжеловодные, газоохлаждаемые, графито-водные.
В зависимости от вида получаемой энергии, атомные электростанции бывают двух типов:
Станции, предназначенные для выработки электроэнергии.
Станции, предназначенные для получения электрической и тепловой энергии (АТЭЦ).
Преимущества атомных электростанций:
— независимость от источников топлива;
— экологическая чистота;
Главный недостаток станций этого типа — тяжелые последствия в случае аварийных ситуаций.
Кроме перечисленных электростанций еще бывают: дизельные, солнечные, приливные, ветровые, геотермальные.
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.