Гідроенергетика України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гідроенергетика України

Вступ

Прежде чем приступим к рассмотрению гидроэнергетики Украины, давайте выясним, что же такое энергетика в целом. Энергетика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искуственных подсистем, служащих для получения, преобразования, распределения, использования энергетических рессурсов всех видов. Ее целью является обеспечение производства энергии путем преобразования первичной, природной энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. Производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

ь получение концентрации энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;

ь передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;

ь преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую;

ь передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

Гидроэнергетика Украины

Гидроэнергетика Украины началась с сооружения наибольшей в Европе Днепровской ГЭС - 560 МВт (1927г. - начало строительства, 1932г. - введенная в эксплуатацию). В состав сооружения входили здания ГЭС с девятью агрегатами. Концентрация мощностей в процессе развития энергетики привела к строительству преимущественно мощных ГЭС. Из ГЭС средней мощности была сооружена лишь Теребле-Рикская (27 МВт, 1955г.) - чрезвычайно интересная ГЭС, где задействовано процедуру перебрасывания стока р.Теребля в р.Реку. Здесь используется разность имеющихся природных уровней рек Теребля и Реки, составляющая 200 м в том месте, где эти реки сближаются на расстоянии 3,5 км .В период с 1955г. началось освоение гидропотенциала р.Днепр - сооружение ГЭС Днепровского каскада. Обобщенные энергетические показатели Днепровских ГЭС приведенные в табл. 1. Сегодня начался важный процесс реконструкции этих ГЭС. По всей видимости, все ГЭС, кроме Каховской (периодически-полупиковый объект), являются пиковыми электростанциями.В 1983г. введена в эксплуатацию Днестровская ГЭС. Установленная мощность Днестровской ГЭС - 702 Мвт, среднее многолетнее (проектное) производство электроэнергии составляет 800 млн. квт*ч, расчетный напор - 55 м, число часов использования мощности по проекту - 1140 часов, то есть это чисто остропиковая электростанция. Данная электростанция имеет характер горной, поэтому площадь затопления земель под водохранилищем составляет лишь 14,2 тыс. га (буферное водохранилище - 1,04 т...

Для енергетики України характерна велика концентрація генеруючих потужностей і залежність, що росте, від експорту палива. Поліпшення техніко-економічних показників при концентрації енерговиробництва

одночасно приводило до загострення екологічних проблем регіонів розташування генеруючих потужностей. Чорнобильська катастрофа і відставання у створенні екологічно прийнятних технологій генерування призвели до енергетичної кризи, наслідки якої ще до кінця не усвідомлені. В умовах мораторію на АЕС, кінцевої екологічної ємності навколишнього середовища, дефіциту палива і технологічного відставання у вугільній промисловості необхідні нетрадиційні рішення в енергетичній політиці. При цьому технології, що вважалися економічно малоефективними, стають конкурентноспроможними. Прикладом є нетрадиційні і поновлювані джерела енергії. До них відносяться і малі форми гідроенергетики, що мають визначені переваги гарантованої потужності при значному потенціалі ресурсів малих рік і водоймищ на Україні.

Особливості функціонування гідроенергетики України

Гідроенергетика України розпочалась зі спорудження найбільшої в Європі Дніпровської ГЕС - 560 МВт (1927 р - початок будівництва, 1932 р. - введена в експлуатацію). До складу споруди входили будівлі ГЕС з дев'ятьма агрегатами. Концентрація потужностей в процесі розвитку енергетики призвела до будівництва переважно потужних ГЕС. З ГЕС середньої потужності була споруджена лише Теребле-Рікська (27 МВт, 1955 р.) - надзвичайно цікава ГЕС, де задіяно процедуру перекидання стоку р.Теребля в р.Ріку. Тут використовується різниця наявних природних рівнів рік Теребля і Рікі, складова 200 м в тому місці, де ці ріки зближаються на відстані 3,5 км.

У період з 1955 р. почалось освоєння гідропотенціалу р. Дніпро - спорудження ГЕС Дніпровського каскаду. Узагальнені енергетичні показники Дніпровських ГЕС наведені в табл. 1. Сьогодні почався важливий процес реконструкції цих ГЕС. Як видно, всі ГЕС, крім Каховської (періодично - полупіковий об'єкт), є піковими електростанціями.

У 1983 р. введена в експлуатацію Дністровська ГЕС. Встановлена потужність Дністровської ГЕС - 702 МВт, середньобагаторічне (проектне) виробництво електроенергії складає 800 млн. кВт*год, розрахунковий напір - 55 м, число годин використання потужності по проекту - 1140 годин, тобто це чисто гостропікова електростанція. Дана електростанція має характер гірської, тому площа затоплення земель під водосховищем складає лише 14,2 тис. га (буферне водосховище - 1,04 тис. га). ГЕС, в залежності від водності, виробляли в останні роки 14 - 16 % електроенергії в енергооб'єднанні. Собівартість електроенергії на великих ГЕС склала, наприклад, в 1998 р. 0,59 коп./кВт*год. Ясно, що саме ГЕС стримують зростання тарифів. Причому слід мати на увазі, що в структурі собівартості плата за водокористування складає 31 % (одна й та ж вода проходить через всі ГЕС Дніпровського каскаду та оплачується багаторазово), а витрати на заробітну плату у структурі собівартості вкрай малі.

Рівень освоєння гідропотенціалу великих рік практично вичерпаний. В останні роки використання технічного гідропотенціалу великих рік в Україні перевищувало 60 %. Довикористання потенціалу р.Дністер вимагає серйозних екологічних досліджень та обгрунтування (крім верхів'я). Ускладнює цю роботу нове міждержавне значення річки.

Відомо, що для енергооб'єднань з відносно малою питомою часткою в структурі потужностей ГЕС та переважним розвитком низькоманеврових пилевугільної блочної теплоенергетики та атомних електростанцій необхідним є спорудження спеціальних пікових енергооб'єктів. Розуміння важливості рішення проблеми покриття пікових потужностей спеціальними способами (крім широкого використання споживачів-регуляторів на основі багатозонних тарифів) було притаманне енергооб'єднанню України. Ще в січні 1975 р. введена перша в СРСР гідроакумулююча електростанція - Київська ГАЕС потужністю 225 МВт. Її характеристики:

§ повний об'єм верхнього водоймища - 4,79 млн. м3;

§ корисний об'єм - 3,79 млн. м3;

§ площа верхнього водоймища - 60 га (нижнє - водосховище Київської ГЕС);

§ середній напір води Нср = 70 м (65 - 74 м);

§ потужність ГАЕС в турбінному режимі складає 225 МВт;

§ на станції встановлені три обертових агрегати одиничної потужності в насосному режимі 43 МВт (після модернізації 43,5 МВт), в турбінному - 33,4 МВт (після модернізації 37,0 МВт);

§ потужність трьох прямих агрегатів складає по 41,5 МВт.

Українське енергомашинобудування впоралось із завданням створення перших обернених гідромашин. Набуто досвід їх проектування та експлуатації. При створенні гідрообладнання вирішено складні питання розробки проточної частини насосів-турбін та реверсивних підп'ятників з нульовим ексцентриситетом.

Київська ГАЕС стала великомаштабною моделлю для всебічних досліджень. Виконані дослідження властивостей утомленості металів в оборотних агрегатах у залежності від впливу інтенсивних вібраційних навантажень, міцності вузлів (кришки турбіни та турбінного підшипника), вібрації лопаток направляючого апарату, системи віджиму води та випуску повітря при пуску в насосний режим. Проведено комплекс досліджень перехідних процесів при пусках та переведенні

в різні режими, зупинках, втраті привода. Відпрацьований двотактний та більше режим експлуатації. Досвід експлуатації та накопичені дослідні наробки в майбутньому сприятимуть впровадженню потужних ГАЕС (споруджуються Дністровська та Ташликська, почато будівництво, але законсервовано, Канівської ГАЕС).

Гідроелектростанції

Потужність на 01.06.00, МВт Потужність гідроагрегатів, шт.*МВт Виробництво електро - енергії, млн. кВт*год Максимальний напір,м Об'єм водоcховища, км3 Нормальний рівень резервуару, м Характер регулювання стоку

Київська ГЕС 361,2 4x16,316x18,5 635 12,0 1,175 103,0 сезонне обмеження

Київська ГАЕС 235,5 3x373x41,5 112 73,1 0,0037 174,6 денне

Канівська ГЕС 444 24x18,5 829 15,7 0,29 91,5 денне/тижневе

Канівська ГЕС 444 24x18,5 829 15,7 0,29 91,5 денне/тижневе

Кременчуцька ГЕС 625 12x32 1506 17,0 8,97 81,0 ранкове

Дніпродзержинська ГЕС 352 8x44 1250 15,5 0,5 64,0 денне/тижневе

Дніпровська ГЕС 1538,2 9x72 1x2,62x104,5 6x113,1 4140 38,7 0,865 54,4 денне/тижневе

Каховська ГЕС 351 6x58,5 1420 16,5 6,78 16,0 ранкове

Дністровська ГЕС 702 6x117 800 53,4 2,0 121,0 ранкове з переходом на тривалий режим

У 20-30-ті роки почався масовий розвиток малої гідроенергетики. Так, в 1924 р. в Україні експлуатувалось 84 малих гідроелектростанцій (МГЕС) (сумарна потужність 4000 кВт, середня потужність 47,6 кВт), а до 1929 р. їх було вже 150 (сумарна потужність 8400 кВт, середня потужність 56 кВт). Серед них достатньо потужною була Бузька (введена в експлуатацію в 1929 р., потужність 570 кВт), Вознесенська (1929 р., 840 кВт), Сутиська (1927 р., розширена в 1935 р. до 1000 кВт).

В 1935 - 1937 рр. з відомих введені в експлуатацію Шумська (120 кВт), Потуська (32 кВт), Писаревська (160 кВт), Білоусівська (88 кВт), Березовська (108 кВт), Клебанська (64 кВт) та багато інших МГЕС.

У 1934 р. споруджена Корсунь-Шевченківська станція (1650 кВт), яка була однією з найдосконаліших МГЕС та стала основою першої в Україні і в СРСР місцевої

Корсунь-Шевченківської сільської енергосистеми з дуже високими для того часу економічними показниками (існувала до 1957 р.). До складу її увійшли та працювали паралельно ще Юрківська ПТЕС (2000 кВт), Стеблівська ГЕС (2800 кВт), Дибненська ГЕС (560 кВт).

У 1950 р. за даними "Укргідропроект" в Україні експлуатувалось 956 МГЕС, але потім їх будівництво було призупинене.

З розвитком потужного гідроенергобудівництва, спорудженням великих ТЕС, зростанням централізації енергопостачання, а також низькими цінами на паливо і електроенергію у відомств та підприємств, на балансі яких знаходились МГЕС, інтерес до них зник, почалась їх консервація та стихійний демонтаж. Значною мірою втрачено досвід проектування, виробництва обладнання та спорудження. Сотні МГЕС були закинуті і поступово руйнувались, зносилось основне обладнання, колись споруджені греблі або зруйновані, або знаходяться в аварійному стані. Як наслідок, сьогодні гідроенергетика не повністю задовольняє потреби енергосистем у піковій та напівпіковій потужності внаслідок недостатньої потужності на гідро- та гідроакумулюючих електростанціях (ГЕС та ГАЕС), а також обмежень, що їх накладають інші галузі водогосподарського комплексу.

Необхідно зауважити, що питання продовження спорудження великих ГЕС ще потребує значних доробок, пов'язаних з екологічними наслідками їх експлуатації, а також з урахуванням обмеження будівництва атомних електростанцій (АЕС) та широким впровадженням парогазових установок.

На завершення зазначимо, що до 2010 р. установлена потужність ГЕС та ГАЕС України повинна бути доведена до 14,5 млн. кВт, а вироблення електроенергії - до 17 млрд. кВт*год за рахунок спорудження Унізької ГЕС на р. Дністер, ГЕС та ГАЕС в Закарпатті в складі енергокомплексів та споруджених окремо ГАЕС, а також шляхом будівництва середніх, малих та мікроГЕС. Деяке збільшення виробництва елекгроенергії передбачається за рахунок реконструкції та модернізації існуючих об'єктів гідроенергетики, а також залучення ресурсів малих і середніх річок. Мають бути проведені розробки по перетворенню деяких існуючих ГЕС у ГАЕС, що дозволить значно збільшити регулюючу потужність відносно існуючої.

За прийнятою класифікацією до малих форм гідроенергетики належать мікро- (до 100 кВт), міні- (до 1000 кВт) та малі ГЕС (до 25 мВт).

Досвід спорудження малих ГЕС у США та Німеччині підтверджує, що при обгрунтованому їх спорудженні природне середовище не тільки зберігається, але й можливе відтворення раніше втрачених умов біологічного життя. Мале гідробудівництво може стати одним із засобів відтворення гідрологічного стану водостоків, що гинуть.

Освоєння виробництва лише трьох типорозмірів турбін (25 - 100, 120 - 170, 200 - 300 кВт на напір 5 - 15 м) забезпечує половину потреби в них для малих ГЕС.

Основними передумовами гідроакумулювання електроенергії є потреба в маневреній потужності для покриття піків навантаження та компенсації її короткотермінових змін, ущільненні навантаження з використанням дешевої нічної енергії, збільшенні потужності та часу використання базових електростанцій, економії палива в енергосистемі.

Економія палива при використанні ГАЕС досягається за рахунок довантаження теплового обладнання для зарядки ГАЕС. При цьому споживається менше палива, ніж для виробництва пікової електроенергії на ТЕС чи газотурбінній станції. Крім того, режим її зарядки сприяє введенню в експлуатацію базових електростанцій, які вироблятимуть енергію з меншими питомими витратами палива.

гідроенергетика річка україна перевага

Становлення малої гідроенергетики України

Гідроелектростанції називаються малими, якщо їхня потужність становить менше 25 МВт. Таку потужність, однак, слід вважати умовною, оскільки є багато станцій із встановленою потужністю, яка перевищує зазначену межу, однак за капітальними витратами, конструкційним оформленням, компонуванням та одиничною потужністю агрегатів їх не можна віднести до великих ГЕС (передусім за обсягами попередніх робіт із побудови гідротехнічних споруджень).

Водяні турбіни малої та середньої потужності, які використовуються в малій енергетиці так само, як і у "великій", поділяються на турбіни з віссю,розташованою вздовж потоку, та з віссю, розташованою перпендикулярно до потоку.

Для малої гідроенергетики найбільш складним технічним питанням є проектування турбоагрегатів для заданого потоку води чи протилежне завдання: створення заданої витрати й швидкості води для даної турбіни.

Проектування та установка гідротурбін мають свої особливості, які відрізняють їх від парових і газових турбін. Парові та газові турбіни працюють у комплекті з відповідним чином спроектованими і підібраними джерелами енергії, які однозначно відповідають номінальній потужності агрегатів. При проектуванні гідроагрегатів завжди існує діапазон оцінки потужності потоку робочого тіла, що створює проблеми для проектування та будівництва.

Найбільш трудомістким та складним процесом для гідростанцій є спорудження захисних і напірних дамб, а також водоспадних каналів. Зведення цих споруд останніми роками набагато спростилося завдяки використанню нових матеріалів і готових виробів.

Незаперечною перевагою гідроелектростанцій є їхня стійка, стабільна робота в мережі, на яку не впливають час доби і сезонні зміни. Слід зазначити, що малу залежність від сезонних змін вдається забезпечити не для всіх гідростанцій. Найбільше піддаються впливу сезонних змін міні-ГЕС крайнього півдня та північних регіонів. Тому місце будівництва старанно вибирається.

Чиста технологія вироблення електроенергії є основою зниження викидів СО 2 та інших техногенних сполук. Слід зазначити, що негативний вплив на довкілля, характерний для великих ГЕС (порушення теплового, гідравлічного та кліматичного стану місцевості), не характерний для міні-ГЕС, які використовують природні водяні напори без необхідності будівництва масштабних гідротехнічних споруд.

В Україні нараховується понад 63 тис. малих річок і водотоків загальною довжиною 135,8 тис. км, з них близько 60 тис. (95%) - дуже малі (довжина менше ніж 10 км), їхня сумарна довжина - 112 тис. км, тобто середня довжина такого водотоку - 1,9 км. Більшість малих річок довжиною менше ніж 10 км мають площу водозбору від 20,1 до500 км2 (87% всієї кількості і 72% всієї довжини малих річок України). Малих річок з площею водозбору від 50,1 до 100 км2 нараховується 890 (28% всієї кількості), а 797 річок (25%) мають площу водозбору 20,1 - 50 км2.

Основною гідрологічною характеристикою є середній багаторічний стік, або норма річного стоку.

Найбільшою водоносністю відрізняються річки Карпат, стік яких значною мірою залежить від висоти басейна.

При використанні енергетичних ресурсів малих річок велике значення має стан льодоставу на річках взимку. Це особливо важливо для мікро-ГЕС, які використовують кінетичну енергію потоку річок.

З початку 20-х років в Україні нараховувалося 84 гідроелектростанції загальною потужністю 4000 кВт, а наприкінці 1929 року - вже 150 станцій загальною потужністю 8400 кВт, серед них Вознесенська (840 кВт), Бузька (570 кВт), Сутиська (1000 кВт) та ін. 1934 року було введено в експлуатацію Корсунь-Шевченківську ГЕС (2650 кВт), яка за своїми технічними показниками була однією з найкращих станцій того часу.

У післявоєнний період електрифікація сільського господарства теж ґрунтувалася на збільшенні потужностей та поліпшенні техніко-економічних показників малих електростанцій.

На початку 50-х років кількість збудованих малих гідроелектростанцій в Україні становила 956 із загальною потужністю 30 тис. кВт. Однак через розвиток централізованого електропостачання та стійку тенденцію до концентрації виробництва електроенергії на потужних тепло- та гідростанціях будівництво малих ГЕС було зупинено. Почалась їх консервація, демонтаж, сотні малих ГЕС було зруйновано.

Сьогодні в Україні збереглося всього 48 малих гідроелектростанцій, більшість яких потребує реконструкції. До них відносяться такі порівняно потужні станції, як Теребле-Рикська, Гайворонська, Корсунь-Шевченківська, Стеблівська, Ладижинська та інші.

Технічний стан діючих ГЕС характеризується значно або цілком зношеним основним гідросиловим, гідротехнічним і електротехнічним устаткуванням; наявністю несправностей у спорудженнях напірного фронту, що можуть з'явитися причиною виникнення аварійних ситуацій; замуленням водоймищ; ростом забору води на неенергетичні потреби; розмивами кріплень водозливних і берегових ділянок нижніх б'єфів тощо.

Розвиток малої гідроенергетики України передбачає:

i. оновлення та реконструкцію наявних і діючих міні-ГЕС;

ii. будівництво нових міні-ГЕС в районах децентралізованого енергопостачання;

iii. будівництво міні-ГЕС в регіонах централізованого енергопостачання на

iv. наявних перепадах водосховищ та

v. водотоків;

vi. нове будівництво з концентрацією напору.

Малаенергетика України через її незначну питому вагу (0,2%) в загальному енергобалансі не може суттєво впливати на умови енергозабезпечення країни. Однак експлуатація малих ГЕС дає можливість виробляти близько 250 млн. кВт*год електроенергії на рік, що еквівалентно щорічній економії до 75 тис. тонн дефіцитного органічного палива. За оцінками Світової енергетичної ради, економія органічного палива за рахунок малої гідроенергетики у загальному виробництві енергії на 2020 рік буде складати 69 та 99 млн. т у.п. для відповідно мінімального та максимального варіантів розвитку.

Аналіз ефективності малої гідроенергетики України

Значні енергетичні ресурси малих річок (загальні - 2400 МВт, технічні - 1700 МВт, першочергові - 700 МВт) практично не використовуються. Розрахунки показують, що розвиток малої гідроенергетики в Україні забезпечить надійне енергопостачання споживачів промислового і житлово-комунального господарства сіл та районних центрів, інтенсивний розвиток сільського господарства, поліпшить стан соціальної сфери та екології. Для регіонів Західної України впровадження МГЕС дасть значний вклад в енергозабезпечення. Для малої гідроенергетики характерна технологічна освоєність одержання електроенергії, висока надійність та гарантійність, економічна конкурентноздатність, наявністьводосховищ, високі екологічні властивості, зацікавленість місцевих органів влади і населення. Конкурентноздатність малої гідроенергетики може зацікавити інвесторів різних форм власності. Визначено заходи по впровадженню об'єктів малої гідроенергетики (загальна потужність 610 МВт):

Ш відновлення старих МГЕС;

Ш будівництво МГЕС на існуючих водоймищах України та ірігаційних каналах;

Ш використання водотоків технічних та комунальних систем водопостачання і водовідведення;

Ш будівництво МГЕС в нових створах на річках Західної України, які одночасно будуть виконувати функцію боротьби із паводками.

Еколого-економічні аспекти регіональної гідроенергетики.

В умовах України, майже не забезпеченої власними енергетичними ресурсами, великого значення набуває проблема енергетичної незалежності.

На території України нараховується майже 630 тисяч малих рік і приток до них, потенційна енергія яких може замінити декілька десятків атомних реакторів Чорнобильської АЕС. Крім того, нетрадиційні системи МГЕС, розроблені НПК «Прометей» не потребують великого перепаду б'єфів і, отже, не затоплять пройми річок, що дуже важливо в екологічному відношенні. Малі ГЕС не потребують великих ЛЕП, а отже, зменшуються витрати металу на опори, струмопроводи і т.п., все це економічно вигідно.

Гидроэлектростанция

Гидроэлектростамнция (ГЭС) -- электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. В гидроэлектростанции кинетическая энергия падающей воды используется для производства электроэнергии. Турбина и генератор преобразовывают энергию воды в механическую энергию, а затем - в электроэнергию. Турбины и генераторы установлены либо в самой дамбе, либо рядом с ней. Иногда используется трубопровод, чтобы подвести воду, находящуюся под давлением, ниже уровня дамбы или к водозаборному гидроузлу гидроэлектростанции. Мощность гидроэлектростанции определяется, прежде всего, по функции двух переменных: (1) расход воды, выраженный в кубических метрах в секунду (м3/с), и (2) гидростатический напор, который является разностью высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на одной из этих переменных или на обеих.

Рис. 1 - Схема ГЭС "в картинках"

С точки зрения превращения энергии, гидроэнергетика - технология с очень высоким КПД, зачастую превышающем более чем в два раза КПД обычных теплоэлектростанций. Причина в том, что объем воды, падающий вертикально, несет в себе большой заряд кинетической энергии, которую можно легко преобразовать в механическую (вращательную) энергию, необходимую для производства электричества. Оборудование для гидроэнергетики достаточно хорошо разработано, относительно простое и очень надёжное. Поскольку никакая теплота в процессе не присутствует (в отличие от процесса горения), оборудование имеет продолжительный срок службы, редко случаются сбои. Срок службы ГЭС - более 50 лет. Многие станции, построенные в двадцатые годы ХХ века - первый этап расцвета гидроэнергетики - все еще в действии.

Так как всеми существенными рабочими процессами можно управлять и контролировать их дистанционно через центральный узел управления, непосредственно на месте требуется небольшой технический персонал. В настоящее время накоплен уже значительный опыт по работе гидроэлектростанции мощностью от 1 кВт до сотен МВт.

График нагрузки определенного района или города, который представляет собой изменение во времени суммарной мощности всех потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одно время суток требуется большая суммарная мощность генераторов, а в другое время часть генераторов или электростанций может быть отключена или может работать с уменьшенной нагрузкой.

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Особенности

v Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют быстро изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.

v Сток реки является возобновляемым источником энергии.

v Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.

v Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.

v Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

v Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

v Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой -- требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.

v Водохранилища делают климат более умеренным.

Принцип работы

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией -- естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Виды ГЕС

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

a) мощные -- вырабатывают от 25 МВт и выше;

b) средние -- до 25 МВт;

c) малые гидроэлектростанции -- до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

I. высоконапорные -- более 60 м;

II. средненапорные -- от 25 м;

III. низконапорные -- от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных -- ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных -- поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож -- вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами -- стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды. В зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

· русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

· плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

· деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние -- спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида -- безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище -- такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

Рис.2 - Схема ГЭС деривационного типа: 1 -- деривационный подводящий канал; 2 -- деривационный отводящий канал; 3 -- здание ГЭС; 4 -- напорный бассейн; 5 -- водосбросный канал; 6 -- головной водозаборный узел; 7 -- река.

Гидроаккумулирующие электростанции

Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Задачу снятия пиков решают гидроакумулирующие станции (ГАЭС), работая следующим образом. В интервалы времени, когда электрическая нагрузка в объединенных системах минимальная, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных "пиков" - максимальных значений нагрузки - ГАЭС работает в генераторном режиме и тратит накопленную в верхнем водохранилище воду.

ГАЭС стали особенно эффективными после появления оборотных гидротурбин, которые выполняют функции и турбин, и насосов. Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от КПД, под которым относительно этих станций понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме.

Экономия топлива при использовании ГАЭС достигается за счет догрузки теплового оборудования для зарядки ГАЭС. При этом потребляется меньше топлива, чем для производства пиковой электроэнергии на ТЭС или газотурбинной электростанции. Кроме того, режим ее зарядки оказывает содействие введению в эксплуатацию базовых электростанций, которые будут вырабатывать энергию с меньшими удельными затратами топлива.

Первые ГАЭС в начале XX ст. имели КПД, не больше 40%, в современных ГАЭС КПД составляет 70-75%. К преимуществам ГАЭС, кроме относительно высокого значения КПД, относится также и низкая стоимость строительных работ. В отличие от обычных гидроэлектростанций, здесь нет необходимости перекрывать речки, строить высокие дамбы с длинными туннелями и т.п.

Рис. 3 - Схема русловой гидроэлектрической станции: 1 - плотина; 2 - затворы; 3 - максимальный уровень верхнего бьефа; 4 - минимальный уровень верхнего бьефа; 5 - гидравлический подъёмник; 6 - сороудерживающая решётка; 7 гидрогенератор; 8 - гидравлическая турбина; 9 - минимальный уровень нижнего бьефа; 10 - максимальный паводковый уровень



Вывод

Функционирование ГЭС и ГАЭС имеет стратегическую ценность для энергетики, обеспечивает устойчивую работу энергосистемы, качество электроэнергии при минимальном влиянии на окружающую среду и минимальных финансовых затратах благодаря целому ряду своих особенностей.

В Украине сегодня функционируют мощные гидроэлектростанции Днепровского каскада: Киевская, Каневская, Кременчугская, Днепродзержинская, Днепровская, Каховская, Киевская ГАЭС. На Днестре: Днестровские ГЭС-1 и ГЭС-2. В декабре 2009 года в строй действующих вошла Днестровская ГАЭС (первый гидроагрегат мощностью 324/421 МВт).

На Южном Буге работает Ташлыкская ГАЭС в составе 2-х гидроагрегатов.

Установленная мощность больших ГЭС, которые входят в Открытое акционерное общество «Укргидроэнерго» - 4960 МВт. Эксплуатируются, кроме того, малые ГЭС общей мощностью 93 МВт.

В целом в балансе мощности энергосистемы Украины гидроэлектростанции составляют до 8%, что характеризует крайне неоптимальную структуру генерирующих мощностей, в мировой практике соответственно 15-20% и обуславливает дефицит как маневренных, так и регулирующих энергоисточников.

Исходя из анализа существующего состояния энергетики и гидроэнергетики, прогноза энергопотребления, сформулированы следующие стратегические ориентиры развития гидроэнергетики: как можно больше наполнить энергосистему маневренными гидроэнергетическими мощностями, с тем, чтобы практически в полном объеме выполнять регулирующие функции в энергосистеме и обеспечивать ее стабильную работу и наиболее экономичный режим работы оборудования ТЭС и АЭС.

Список использованных литературы и сайтов

- Вихорев Ю., Юхнов Ю. О развитии малой энергетики на Украине. Проблемы энергосбережения, вып. 31., 1990. - Денисюк C.П, Віхарєв Ю.О.,.Радиш І.П, Гололобов О.І., --Ковальов О.В., Машкара О.Г.. ;

- Криволапов А.Н., Классен И, Островский Э.П., Резцов В.Ф., Стоянова И.И.

Малі річки України (довідник), під ред. Яцика А.В., Київ, «Урожай», 1991 р. ;

-География, авторы: Олейник Я. Б., Щищенко П. Г., Степаненко А. В., Масляк П. О.; Киев «Знання» 2006 г. (укр.);

- http://referats.allbest.ru/physics/8700013671.html;

- http://alterpower.com.ua/energy-water/41-malaya-gidroenergetika-ukraini;

-http://referat.mirslovarei.com/fizika-i-jenergetika/114581-gidrojenergetika-ukrainy.html;

- http://ru.wikipedia.org/wiki/Гидроэлектростанция;

- http://ru.wikipedia.org/wiki/Малая_гидроэлектростанция;

- http://forca.ru/info/spravka/ges.html;

- http://elemo.ru/article/gidrojelektricheskaja_stancija_gjes.html;

Размещено на Allbest.ru