Классические гидроэнергетические комплексы, малая гидроэ...

<!--[if gte mso 10]> <mce:style><! /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Обычная таблица"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} --> <!--[endif]-->

Для получения электричества из энергии воды в нижних течениях рек строятся плотины.  Это гигантские по масштабам сооружения гидроэлектростанций (ГЭС).

Однако эти сооружения с плотинами оказывают негативное влияние на водный бассейн (река может пересохнуть), на водные биоресурсы. 

По данным на 2005г. гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновляемой и до 19 % всей электроэнергии в мире, а установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.

Уровень развития гидроэнергетики в разных странах и на разных континентах неодинаков. Больше всего гидроэлектроэнергии производят Соединенные Штаты, за ними идут Россия, Украина, Канада, Япония, Бразилия, КНР и Норвегия.

Рост стоимости традиционных энергоносителей – угля, нефти, газа в современном мире  является мощным стимулом для развития малой гидроэнергетики, которая является спасительной на территориях, удаленных от центрального электроснабжения.

Использовать воду как источник энергии человек начал еще в древности. Для этого строились водяные колеса, которые приводили в действие различные механические устройства, например, мельничные жернова.

По мере совершенствования водяных колёс увеличивалась мощность гидравлических установок, «оживляющих» станки, молоты, воздуходувные устройства и т. п.

Гидросиловые установки были неотъемлемой частью металлургического, лесопильного, бумажного, ткацкого и др. производств. С появлением паровой машины примитивные вододействующие установки начали утрачивать своё значение.

Новые возможности гидроэнергетике открыла гидротурбина, которая была изобретена в первой половине 19 века. 

После появления электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния, гидроэнергетика приобрела новое значение уже как направление электроэнергетики.

Началось освоение водной энергии путём преобразования её в электрическую на ГЭС.

В России существуют целые регионы, где занятость населения и его жизненные блага напрямую зависят от своевременной доставки органического топлива к тепловым и дизельным электрическим станциям.

В большинстве этих регионов имеются неисчерпаемые запасы надёжного возобновляемого источника электрической энергии - воды.

Реальным выходом из создавшегося положения может стать восстановление и укрепление роли малой гидроэнергетики как альтернативного источника энергии.

Тем более, что современный уровень техники позволяет создавать оборудование для микро и малых ГЭС, обеспечивающее качество электрической энергии при работе на изолированного потребителя.

Микро- и мини-ГЭС используют в малых и средних промышленных производствах и фермерских хозяйствах, которые удалены от центрального электроснабжения.

Качество электроэнергии, вырабатываемой на таких агрегатах, ничуть не отличается от энергии, произведенной тепловыми и крупными ГЭС.

Эта энергия намного дешевле и при ее производстве не загрязняется природная среда.

Строительство крупных ГЭС процесс довольно капиталоемкий и трудоемкий. Основной элемент гидростанции – это плотина, которая образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды.

Она входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает сердце гидростанции любого вида - гидротурбину, приводящую в действие гидрогенератор.

Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.

Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, например, бывает ковшовая и радиально-осевая гидротурбины.

Гидроэнергетика использует возобновляемый источник энергии, а потому ее важной особенностью является то, что себестоимость энергии, вырабатываемой на ГЭС существенно ниже, чем на всех иных видах электростанций.

Другой характеристикой гидростанций, как малых, так и крупных является значительно меньшее воздействие на воздушную среду, по сравнению с другими видами электростанций.

ГЭС выгодно отличающимися от паротурбинных тепловых электростанций в области регулирования частоты, покрытия растущих пиковых нагрузок, маневрирования мощностью в период ночного снижения нагрузок.

ГЭС эффективны в роли аварийного резерва системы, то есть генераторы гидростанций можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии.

Это особенно важно для энергосистемы России, где электропотребление в течение суток характеризуется большой неравномерностью.

К малой энергетике относятся агрегаты мощностью от 1,5 до 100 кВт для микро и агрегаты мощностью до 1000 кВт, включительно, для мини гидроэлектростанций. Это объясняется наличием серийно производимого оборудования (генераторы, редукторы и т.д.) для комплектации гидроагрегатов, что во многом определяет их стоимость.

Энергетическое оборудование для малой гидроэнергетики можно разделить:

1. По мощности:
   • агрегаты для микро ГЭС мощностью до 100 кВт включительно;
   • агрегаты для мини ГЭС мощностью до 1000 кВт включительно.
2. По условиям эксплуатации:
   • работа параллельно с промышленной сетью;
   • работа на изолированного потребителя.

Гидроустановки бывают разных видов:

• стационарные приплотинные, с совмещением плотины и здания ГЭС;
• стационарные безплотинные с трубопроводом напорной деривации;
• мобильные в контейнерном исполнении, с использованием в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов;
• переносные мощностью до 10 кВт, при использовании их, как путём сооружения небольшой плотины, так и с напорной деривацией;
• погружные безплотинные мощностью до 5 кВт (при скорости течения воды в водотоке порядка 3 м\сек).

Если линия электропередачи находится далеко от потребителя, и ее подключение невозможно или невыгодно, то наиболее актуально использовать гибридные системы с возобновляемыми источниками энергии.

При соответствующих природных условиях, это может быть, например, сочетание солнечных фотоэлектрических батарей, ветроустановок различной мощности и микро-ГЭС.

Для автономного теплоснабжения и горячего водоснабжения есть варианты использования системы солнечного теплоснабжения на базе солнечных тепловых коллекторов.

В этом случае система будет состоять из: блока бесперебойного питания (со встроенным контроллером заряда АБ), аккумуляторной батареи, резервного бензоэлектрического генератора (БЭГ) мощностью 1-3 кВт или дизельного электрогенератора (ДЭГ) мощностью 3-8 кВт, фотоэлектрической батареи или ветроэлектрической станции.

Если есть быстрый водоток или перепад воды, можно рассмотреть вариант с использованием микро-ГЭС.

Важно помнить, что особенность построения систем на базе возобновляемых источников энергии заключается в относительно жесткой привязке к местности и доступным ресурсам возобновляемой энергии.

Основные технические характеристики гидроагрегатов для малых ГЭС

Гидроагрегаты с пропеллерными турбинами

Гидроагрегаты с радиально-осевыми турбинами

Гидроагрегаты с ковшовыми турбинами

Микрогидроэлектростанции с пропеллерными турбинами

Микрогидроэлектростанции с диагональной и ковшовой турбинами

Важной экономической особенностью гидроэнергетических ресурсов является их вечная возобновляемость, не требующая в дальнейшем дополнительных капиталовложений.

Электроэнергия, вырабатываемая на ГЭС, в среднем почти в 4 раза дешевле электроэнергии, получаемой от тепловых электростанций.

Поэтому использованию гидроэнергетических ресурсов придаётся особое значение при размещении электроёмких производств.

Отсутствие необходимости в топливе и более простая технология выработки электроэнергии приводят к тому, что затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на тепловых электростанциях (с учётом добычи топлива и его транспортирования).

Высокая производительность труда на ГЭС является одной из основных её экономических особенностей и имеет важнейшее значение при решении задач энергетического строительства в малообжитых и, особенно в удалённых районах Севера страны.

В последнее время по различным причинам, связанным с изменениями в экономике, политике и ввиду появления новых технологий в мировом использовании гидроэнергетических ресурсов происходят некоторые изменения.

Ввиду того, что развитые страны давно используют водные ресурсы, их территории практически исчерпали свой потенциал для развития отрасли.

Так, Европа на сегодняшний день располагает только 25% неохваченных территорий, пригодных для реализации гидроэнергетических проектов, северная часть США – 30%. В этих странах на передний план выходит получение энергии из других источников.

В то же время развивающиеся страны - Южная Америка, Африка - имеют территории, потенциально пригодные для освоения водных ресурсов. В Африке на сегодня освоено только 7% от пригодного к использованию водного ресурса, в Южной Америке – 33%.

Развитие гидроэлектроэнергетики в России привело к тому, что в настоящее время в этой сфере задействованы многие как горные, так и равнинные реки.

Дальнейшее строительство крупных ГЭС - вопрос достаточно спорный, и как показывает опыт, возведение новых гидроэнергетических сооружений на равнинных реках просто недопустимо в виду широкого спектра негативных экологических последствий.

В тоже время малая гидроэнергетика находится в своем расцвете.

Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации.

Малые и микро-ГЭС имеют еще одно серьезное достоинство -  они  не только не выделяют вредных веществ в атмосферу, но и не разрушают водные экосистемы.

Постройка плотины крупной гидроэлектростанции является сложной  задачей.

Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды.

Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным.

В результате строительство ГЭС может быть более долгим и дорогим, чем сооружение других энергоисточников.

К недостаткам крупных ГЭС можно отнести и огромную площадь водохранилищ, а также вред, которые наносят плотины рыбному хозяйству, поскольку перекрывают путь к нерестилищам.

Крупные гидросооружения, а также плотины, крайне неагтивно влияют на экосистему близлежащих территорий, являются причиной пересыхания рек. 

В России насчитывается всего несколько фирм, которые в той или иной степени способны удовлетворить потребностям рынка в изготовлении микро- и мини-ГЭС.

Это предприятие «Гидромаш», расположенное на Урале, которое в 40-50 годы выпустило значительное количество гидротурбин классического типа различной мощности для  «сельских» ГЭС. Продукцию компании целесообразно использовать в основном при реконструкции старых ГЭС, оборудованных агрегатами с вертикальными пропеллерными и радиально-осевыми гидротурбинами, установленными в бетонных спиральных камерах или в открытых аванкамерах, при минимальных напорах ГЭС порядка 4 - 4,5 метров.

Заслуживают внимания разработки Санкт-Петербургской фирмы «ИНСЭТ». К их числу можно отнести стационарный гидроагрегат с пропеллерной турбиной мощностью до 500 кВт с минимальным эксплуатационным напором 8 метров, а также диагональную и ковшовую гидротурбины небольшой мощности с минимальными напорами 5,5 и 40 метров соответственно, предназначенные для микро гидроэлектростанций.

Определённый интерес представляют разработки Санкт-Петербургской фирмы «Энерго-Альянс», специализирующейся на проектировании и производстве современных поперечно - струйных или двукратных турбин. Упомянутый тип турбин для агрегатов микро и малых ГЭС может быть использован при напорах от 1,5 до 180 метров. Максимальный коэффициент полезного действия таких турбин, достигает величины порядка 90%.

www.stroinfo.ru/articles/?art_id...

www.tradecable.ru/public.cms/?...

www.wewees.ru/razdel/35/

www.aditi.su/ges1.htm

www.inset.ru/r/obor.htm

Копирайтер: Горборукова Лидия