Возможность применения малых гидроэлектростанций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Возможность применения малых гидроэлектростанций

Коршиков Д.М.

Мы, современные люди, не представляем себе жизнь без электроэнергии. Все преимущества ее потребления сводятся к безразмерному количеству, непрерывному поступлению и дешевизне. Но в последнее время они попали под сомнение. Постоянные аварии на электростанциях и подстанциях, линиях электропередач, и, как следствие, отключение телевизора, компьютера и прочих удовольствий и необходимостей. Стоимость электроэнергии постоянно растёт. При увеличении количества электроприборов, облегчающих нашу жизнь, потраченная электроэнергия "облегчает" и кошелёк.

Белгородская область является энергодефицитной. Энергия поставляется в основном от Нововоронежской и Курской АЭС. Они обеспечивают электроснабжение предприятий горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, потребителей городов и сёл области. Доля электрической энергии в себестоимости производимой продукции достигает 20 и более процентов.

На территории Белгородской области используются альтернативные источники энергии: работают ветрогенераторы, солнечные батареи и биогазовая установка. Выработанная ими электроэнергия - около 20 млн кВтч - поступает в сети филиала ОАО “МРСК Центра” -- “Белгородэнерго” и распределяется между потребителями.

Недалеко от нашего дома протекает река. Я задумался: можно ли использовать энергию воды (а может, и другой жидкости) для независимого энергоснабжения - например, фермерского хозяйства или частного дома.

Крупных гидроэлектростанций в нашей области нет. Малые ГЭС во многих развитых странах относят к альтернативным источникам энергии, которые являются объектом протекционистской политики со стороны государства.

Изучив специальную литературу по этой теме, я узнал, что технико-экономический потенциал малой гидроэнергетики в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых. В настоящее время он определен в размере 60 млрд. кВт-ч в год. Не так давно, в 1950-60-х годах, в России действовало несколько тысяч МГЭС. Сейчас - всего лишь несколько сотен. Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии и в нашей стране.

По существующей классификации ООН к малым относятся ГЭС мощностью от 1 до 10-15 МВт, в том числе: микро-ГЭС - мощностью до 0,1 МВт; мини-ГЭС - от 0,1 до 1 МВт.

Объекты малой гидроэнергетики классифицируются следующим образом:

1.По принципу работы - реализующих потенциальную или кинетическую энергию водостока.

2.По напору воды и виду используемой установки: низконапорные (осевые горизонтальные и вертикальные прямоточные установки, капсульные турбины); средненапорные (радиально-осевые с горизонтальным или вертикальным валом, установки с неподвижным направляющим валом); высоконапорные (ковшовые турбины).

3.По требованиям регулирования: с неподвижными лопатками направляющего аппарата и лопастями рабочего колеса; с неподвижными лопастями рабочего колеса и регулируемым направляющим аппаратом; с регулируемыми лопастями рабочего колеса и неподвижным направляющим аппаратом; с регулируемым направляющим аппаратом и поворотными лопастями рабочего колеса.

4.По расходу воды: на малых (расход до 5 куб. м., длина до 10 км); средних (расход до 50 куб. м., длина до 100 км); больших водостоках (расход более 50 куб. м., длина более 100 км).

5.По номинальному напряжению: низкого напряжения (до 1 кВ - 230 В, 400 В); высокого напряжения (более 1 кВ - 6 кВ, 10 кВ).

6.По частоте вращения турбины - от 200 до 1500 об/мин.

Ключевыми компонентами любой малой ГЭС являются:

гидростатический напор

расход (дебит) воды (объем воды, которая вращает турбину).

По Белгородской области в основном текут малые реки. Лишь немногие из них имеют длину на ее территории свыше 100 километров: Оскол (226 км), Ворскла (118 км), Северский Донец (102 км). Другие реки более короткие. Тридцать пять из них, такие, как Потудань, Черная Калитва, Айдар, Псел, Сейм, имеют длину в пределах области более 25 километров; 70 рек -- от 10 до 25, а остальные -- менее 10 километров. Всего в области насчитывается 480 речек и ручьев длиной более 3 километров. Общая протяженность речной сети области составляет 5000 километров, а средняя плотность ее 0,12 километров на один квадратный километр. Западная половина области отличается от восточной большей густотой и полноводностью рек.

Таблица 1. Характеристика рек Белгородской области

Для рек, на которых строят микроГЭС, характерным является или очень низкий напор, или очень слабый поток, а иногда и обе характеристики сразу. Именно к таким относятся почти все реки Белгородской области.

Для ГЭС, построенных на реке с низкой скоростью потока, обычно используют аккумулирующую систему. Эти гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию постоянного тока. При наличии сильного потока (в нашей области это Оскол, Ворскла, Северский Донец) ГЭС могут вырабатывать электроэнергию переменного тока без использования аккумулирующей системы.

Источниками энергии для малой гидроэнергетики могут быть не только небольшие реки и ручьи. Различного типа микроГЭС можно установить практически в любом месте. Это - естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем, перепады высот питьевых трубопроводов, водоочистных комплексов, систем водоподготовки и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов, а также промышленных и канализационных стоков. Например, на трубопроводе диаметром 325мм технической воды системы оборотного водоснабжения комбината "КМАруда" установлена микроГЭС типа ПР 5-Г-20-В мощностью 5кВт. Производимая энергия используется для наружного освещения территории насосной станции перекачки воды и электрообогрева бытовых помещений данной насосной.

Используют микроГЭС также как источники электроэнергии для дачных поселков, фермерских хозяйств, хуторов, для небольших производств. Если качество энергии самодельной (не промышленного изготовления) ГЭС не соответствует каким-либо требованиям, её можно использовать для питания энергоёмких, но нетребовательных к качеству энергии устройств - например, водонагревателя. В Интернете представлено большое количество рекомендаций по расчётам и установке самодельных микро- и даже наноГЭС (мощностью до 80 Вт).

Современные промышленные станции просты в конструкции, управлении и полностью автоматизированы. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТ по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, так и в составе электросети. Они обладают довольно высоким коэффициентом полезного действия -- более 80%. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта). Ещё одним достоинством объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность.

Гидроагрегат малой ГЭС состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. Энергомашиностроительные компании предлагают установки, преобразующие энергию малых водных потоков, не требующие создания плотин и водозаборных устройств с напорными трубопроводами, использующие кинетическую энергию потока реки. Такие гидрогенераторы могут обеспечивать питание электроэнергией широкого спектра потребителей -- от маломощных бытовых приборов до поселков и дачных участков. Стоимость различных видов генераторов примерно одинакова. Срок их окупаемости около 5 лет.

Таблица 2 Ориентировочная стоимость малых электростанций

По данным консалтинговой компании AEnergy.ru, цена одного киловатта установленной мощности при сооружении малой дизельной электростанции до 5 МВт обходится примерно вдвое дешевле, чем мини-ГЭС аналогичной мощности. Стоимость установки ветрогенератора и солнечных батарей тоже меньше. Однако себестоимость выработанной электроэнергии на мини-ГЭС в несколько раз ниже, чем на малой дизельной ТЭС.

К основным проблемам малых ГЭС относятся: разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды; несрабатывание запорных устройств; заиливание водохранилищ; сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период); вандализм.

Наша область энергетически небогата. Только 0,45 процента территории покрыто поверхностными водами -- реками, озерами, прудами, искусственными водоемами. По данным метеослужбы (многолетние наблюдения погоды), преобладающая скорость ветра у нас - 3-6 м/с (66% года), причём 12% времени преобладает штиль - а это 44 дня за год. Период солнечного сияния на территории Белгородской области тоже не самый продолжительный - 1900 часов в год (около 22%).

Для переработки продукции горнодобывающей отрасли, сельского хозяйства требуется большое количество энергии. Чтобы не оказаться в зависимости от районов, более богатых именно энергетически, мы должны учитывать и возможности наших гидравлических ресурсов.

Инвестиционная привлекательность небольших гидропроектов возрастает благодаря развитию технологий, стандартизации устройств, росту цен на топливо. Для развития малой гидроэнергетики в Белгородской области необходимо: информировать потенциальных пользователей о преимуществах и существующих технических возможностях применения небольших гидроэнергетических объектов; изучить гидрологической режим и объемы стока малых водотоков; разработать методику оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; развивать производственную и ремонтную базу предприятий, производящих и обслуживающих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС.

Как любой источник энергии, объект малой гидроэнергетики может выйти из строя, в результате чего потребители - в случае его изолированного применения - остаются без энергоснабжения. Оптимальным в нашем регионе, по моему мнению, является комплексное использование энергии единой энергосистемы в сочетании с энергией, вырабатываемой различными видами возобновляемых источников электроэнергии: ветроагрегатами, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установкой и т.д. Такие системы могут работать как на сеть, так и на локальную нагрузку.

Европейский союз за последние десять лет удвоил долю возобновляемых источников в энергобалансе, включая и малые ГЭС. В Китае установленная мощность малых, мини- и микроГЭС составляет 46% общей мощности, в Японии -- 6%. В Австрии эксплуатируются 1900 малых ГЭС с суммарной годовой выработкой около 4000 ГВт/час, что позволяет обеспечивать электроэнергией более миллиона домашних хозяйств.

Пора изменить отношение к малой гидроэнергетике и в нашей стране. Оборудование, созданное для минигидроэлектростанций, даёт возможность вырабатывать электроэнергию, используя энергию потоков жидкости, в том числе малых рек. Это позволит обеспечить энергетическую независимость частных хозяйств и государства в целом.

При обустройстве самодельных миниГЭС для работы устройств, потребляющих небольшое количество электроэнергии (до 3kW) можно использовать автомобильный генератор. При условии установки дополнительного конвертационного оборудования, можно производить постоянный и переменный ток. Для работы устройств, потребляющих большое количество энергии (от 10 до 30 kW) используются индукционные или синхронные генераторы.

экономический гидроэнергетика водоток электростанция

Список литературы

1. Малик Л.К. Проблемы и перспективы создания малых ГЭС на малых реках, периодический научно-технический журнал "Малая энергетика" № 1, 2004;

2. Кирюхин В.А., Толстихин Н.И. Региональная гидрогеология. Москва, Недра, 1987

3. Петин А.Н., Новых Л.Л. Родники Белогорья Белгород, КОНСТАНТА, 2009 г.

4. Водные ресурсы Белгородской области яруга.рф›Белгородская›

5. Официальный сайт Филиала ОАО “МРСК Центра” - “Белгородэнерго” - http://mrsk-1.ru/ru/about/branches/belgorodenergo/about/index.php

6. Официальный сайт Филиала ОАО "ФСК ЕЭС" - Черноземное ПМЭС - http://www.fsk-ees.ru/branches_cn_structure_chernozem.html.

7. http://ru.wikipedia.org/

Размещено на Allbest.ru