Принцип работы гидроэлектростанции: Гидроэлектростанции принцип работы

Содержание

принцип работы, схема, оборудование, мощность

Практически каждый представляет себе предназначение гидроэлектростанций, однако лишь немногие достоверно понимают принцип работы ГЭС. Основная загадка для людей – каким образом вся эта огромная плотина без какого-либо топлива генерирует электрическую энергию. Об этом и поговорим.

Что такое ГЭС?

Гидроэлектростанция – это сложный комплекс, состоящий из разных сооружений и специального оборудования. Возводятся гидроэлектростанции на реках, где есть постоянный приток воды для наполнения плотины и водохранилища. Подобные сооружения (плотины), создаваемые при постройке гидроэлектростанции, необходимы для концентрации постоянного потока воды, который при помощи специального оборудования для ГЭС преобразовывается в электрическую энергию.

Отметим, что важную роль в плане эффективности работы ГЭС играет выбор места для строительства. Необходимо наличие двух условий: гарантированная неиссякаемая обеспеченность водой и высокий угол уклона реки.

Принцип работы ГЭС

Работа гидроэлектростанции достаточно проста. Возведенные гидротехнические сооружения обеспечивают стабильный напор воды, который поступает на лопасти турбины. Напор приводит турбину в движение, в результате чего она вращает генераторы. Последние и вырабатывают электроэнергию, которую затем по линиям высоковольтных передач доставляют потребителю.

Основная сложность подобного сооружения – обеспечение постоянного напора воды, что достигается путем возведения плотины. Благодаря ей большой объем воды концентрируется в одном месте. В некоторых случаях используют естественный ток воды, а иногда плотину и деривацию (естественное течение) применяют совместно.

В самом здании находится оборудование для ГЭС, основная задача которого заключается в преобразование механической энергии движения воды в электрическую. Эта задача возложена на генератор. Также используется и дополнительное оборудование для контроля работы станции, распределяющие устройства и трансформаторные станции.

Ниже на картинке показана принципиальная схема ГЭС.

Как видите, поток воды вращает турбину генератора, тот вырабатывает энергию, подает ее на трансформатор для преобразования, после чего она транспортируется по ЛЭП к поставщику.

Мощности

Есть разные гидроэлектростанции, которые можно поделить по вырабатываемой мощности:

Очень мощные – с выработкой более 25 МВт.
Средние – с выработкой до 25 МВт.
Малые – с выработкой до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от в первую очередь от потока воды и КПД самого генератора, который на ней применяется. Но даже самая эффективная установка не сможет производить большие объемы электроэнергии при слабом напоре воды. Также стоит учитывать, что мощность гидроэлектростанции не является постоянной. В силу естественных природных причин уровень воды в дамбе может увеличиваться или уменьшаться. Все это оказывает влияние на объемы производимой электроэнергии.

Роль плотины

Самый сложный, большой и вообще основной элемент любой ГЭС – плотина. Невозможно понять, что такое ГЭС, не разобравшись в сути работы плотины. Они представляют собой огромные перемычки, которые удерживают водный поток. В зависимости от конструкции они могут отличаться: есть гравитационные, арочные и другие сооружения, но их цель всегда одна – удержание большого объема воды. Именно благодаря плотине удается концентрировать стабильный и мощный поток воды, направляя его на лопасти турбины, которая вращает генератор. Он, в свою очередь, и производит электрическую энергию.

Технологии

Как мы уже знаем, принцип работы ГЭС основан на использовании механический энергии падающей воды, которая в дальнейшем с помощью турбины и генератора преобразуется в электрическую. Сами турбины могут быть установлены либо в дамбе, либо возле нее. В некоторых случаях применяют трубопровод, через который вода, находящаяся ниже уровня дамбы, проходит под высоким давлением.

Индикаторов мощности любой ГЭС несколько: расход воды и гидростатический напор. Последний показатель определяется разницей высот между начальной и конечной точкой свободного падения воды. При создании проекта станции на одном из этих показателей основывают всю конструкцию.

Известные сегодня технологии производства электричества позволяют получать высокий КПД при преобразовании механической энергии в электрическую. Иногда он в несколько раз превышает аналогичные показатели тепловых электростанций. Столь высокая эффективность достигается за счет применяемого на гидроэлектростанции оборудования. Оно надежное и относительно простое в использовании. К тому же за счет отсутствия топлива и выделения большого количества тепловой энергии срок службы подобного оборудования достаточно большой. Поломки здесь случаются крайне редко. Считается, что минимальный срок службы генераторных установок и вообще сооружений – около 50 лет. Хотя на самом деле даже сегодня вполне успешно функционируют гидроэлектростанции, которые были построены в тридцатых годах прошлого века.

Гидроэлектростанции России

На сегодняшний день на территории России действует около 100 гидроэлектростанций. Конечно, их мощность разная, и большая часть – это станции с установленной мощностью до 10 МВт. Есть также такие станции, как Пироговская или Акуловская, которые были введены в эксплуатацию еще в 1937 году, а их мощность составляет всего 0.28 МВт.

Самыми крупными являются Саяно-Шушенская и Красноярская ГЭС с мощностью 6400 и 6000 МВт соответственно. За ними следуют станции:

Братская (4500 МВт).
Усть-Илимская ГЭС (3840).
Бочуганская (2997 МВт).
Волжская (2660 МВт).
Жигулевская (2450 МВт).

Несмотря на огромное количество подобных станций, они вырабатывают всего 47700 МВт, что равно 20% от суммарного объема всей производимой энергии в России.

В заключение

Теперь вы понимаете принцип работы ГЭС, преобразовывающих механическую энергию потока воды в электрическую. Несмотря на достаточно простую идею получения энергии, комплекс оборудования и новые технологии делают подобные сооружения сложными. Впрочем, по сравнению с атомными электростанциями они действительно являются примитивными.

Гидроэлектростанция — это… Что такое Гидроэлектростанция?

Одна из самых крупных по выработке российская ГЭС — Братская

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

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

Особенности

Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.^[1]
Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют медленно изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.
Сток реки является возобновляемым источником энергии.
Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.
Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.
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).
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.
Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.
Водохранилища делают климат более умеренным.

Принцип работы

Схема плотины гидроэлектростанции

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.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от

вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
средние — до 25 МВт;
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.

Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м;

средненапорные — от 25 м;
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.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от

принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

русловые и плотинные 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.
приплотинные 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.
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.

^[2]

Крупнейшие ГЭС в мире

Наименование	Мощность, ГВт	Среднегодовая выработка, млрд кВт·ч	Собственник	География
Три ущелья	22,40	100,00		р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай
Итайпу	14,00	100,00	Итайпу-Бинасионал	р. Парана, г. Фос-ду-Игуасу, Бразилия/Парагвай
Гури	10,30	40,00		р. Карони, Венесуэла
Черчилл-Фолс	5,43	35,00	Newfoundland and Labrador Hydro	р. Черчилл, Канада
Тукуруи	8,30	21,00	Eletrobrás	р. Токантинс, Бразилия

Гидроэлектростанции России

По состоянию на 2009 год в России имеется 15 гидроэлектростанций свыше 1000 МВт (действующих, достраиваемых или находящихся в замороженном строительстве), и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.

Крупнейшие гидроэлектростанции России

Наименование	Мощность, ГВт	Среднегодовая выработка, млрд кВт·ч	Собственник	География
Саяно-Шушенская ГЭС	2,56 (6,40)^{[сн 1]}	23,50^{[сн 1]}	ОАО РусГидро	р. Енисей, г. Саяногорск
Красноярская ГЭС	6,00	20,40	ОАО «Красноярская ГЭС»	р. Енисей, г. Дивногорск
Братская ГЭС	4,52	22,60	ОАО Иркутскэнерго, РФФИ	р. Ангара, г. Братск
Усть-Илимская ГЭС	3,84	21,70	ОАО Иркутскэнерго, РФФИ	р. Ангара, г. Усть-Илимск
Богучанская ГЭС^{[сн 2]}	3,00	17,60	ОАО «Богучанская ГЭС», ОАО РусГидро	р. Ангара, г. Кодинск
Волжская ГЭС	2,58	12,30	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Волжский
Жигулёвская ГЭС	2,32	10,50	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Жигулевск
Бурейская ГЭС	2,01	7,10	ОАО РусГидро	р. Бурея, пос. Талакан
Чебоксарская ГЭС	1,40 (0,8)^{[сн 3]}	3,31 (2,2)^{[сн 3]}	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Новочебоксарск
Саратовская ГЭС	1,36	5,7	ОАО РусГидро	р. Волга, г. Балаково
Зейская ГЭС	1,33	4,91	ОАО РусГидро	р. Зея, г. Зея
Нижнекамская ГЭС	1,25 (0,45)^{[сн 3]}	2,67 (1,8)^{[сн 3]}	ОАО «Генерирующая компания», ОАО «Татэнерго»	р. Кама, г. Набережные Челны
Загорская ГАЭС	1,20	1,95	ОАО РусГидро	р. Кунья, пос. Богородское
Воткинская ГЭС	1,02	2,60	ОАО РусГидро	р. Кама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС	1,00	2,47	ОАО РусГидро	р. Сулак, п. Дубки

Примечания:

↑ ¹ ² Восстанавливается после аварии (2009 год), в скобках указано доаварийное значение.
↑ Строящиеся объекты.
↑ ¹ ² ³ ⁴ Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.

Другие гидроэлектростанции России

Предыстория развития гидростроения в России ^[3]

Район	Название	Мощность, тыс. кВт
Северный	Волховская	30
	Нижнесвирская	110
	Верхнесвирская	140
Южный	Александровская	200
Уральский	Чусовая	25
Кавказский	Кубанская	40
	Краснодарская	20
	Терская	40
Сибирь	Алтайская	40
Туркестан	Туркестанская	40

В Советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утвержден 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен в СССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвященная гидроэнергетике — называлась «Электрификация и водная энергия». В ней указывалось, что гидроэлектростанции могут быть экономически выгодными, главным образом, в случае комплексного использования: для выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства или мелиорации. Предполагалось, что в течение 10-15 лет в стране можно соорудить ГЭС общей мощностью 21 254 тыс. лошадиных сил (около 15 млн кВт), в том числе в европейской части России — мощностью 7394, в Туркестане — 3020, в Сибири — 10 840 тыс. л.с. На ближайшие 10 лет намечалось сооружение ГЭС мощностью 950 тыс. кВт, однако в последующем было запланировано сооружение десяти ГЭС общей рабочей мощностью первых очередей 535 тыс. кВт.

Хотя уже за год до этого в 1919 году Совет труда и обороны признал строительства Волховской и Свирской гидростанций объектами, имеющими оборонное значение. В том же году началась подготовка к возведению Волховской ГЭС, первой из гидроэлектростанций возведенных по плану ГОЭЛРО.

Однако и до начала строительства Волховской ГЭС Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями. Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие 19-го века и первые 20 лет двадцатого столетия достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований.

Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Березовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Березовка (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырехтурбинная общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.^[5]

На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо—машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трехфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъемники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.^[6]

Преимущества

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 22 февраля 2012.

использование возобновляемой энергии.
очень дешевая электроэнергия.
работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.
быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки

затопление пахотных земель
строительство ведется только там, где есть большие запасы энергии воды
на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов
сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

Крупнейшие аварии и происшествия

Примечания

См. также

Ссылки

Крупнейшие ГЭС мира Google Maps KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)

виды, принципы работы, самые крупные электростанции на Земле

Гидроэлектростанция или ГЭС – сложное устройство, представленное различными конструкциями и специальным оборудованием для получения и передачи электроэнергии. Существует несколько видов гидроэлектростанций: деривационные, приливные, плотинного типа, а также аккумулирующие и волновые. У каждого вида свои особенности.

Немного истории

Первые упоминания о водяных конструкциях приходятся на 4 тысячелетие до нашей эры. Вплоть до девятнадцатого века на реках и озерах строились водяные мельницы. Они использовались для изготовления муки, бумаги. Эти конструкции помогали кузнецам обрабатывать железо. В 1834 году появилась первая гидротурбина. Спустя тридцать лет, англичанин У. Армстронг разработал первую систему электропитания. Она помогла создать уникальную ГЭС на Ниагарском водопаде. Она подпитывала несколько ламп. А через семь лет по США было свыше 200 гидроэлектростанций, обеспечивающих электричеством большое количество населенных пунктов.

С 1930-х гг. в мире начался настоящих гидроэнергетический бум: по всему миру стали появляться ГЭС разных мощностей.

В России первой ГЭС считается Березовская гидростанция (1892 г.), располагающаяся на Алтае. Она вырабатывала 200 кВт. Почти в то же время была построена Ныгринская станция в Иркутской области. К 1913 г. в России насчитывалось свыше 50 тысяч гидроустановок мощностью в миллион л. с. После разработки ГОЭЛРО, гидроэлектростанции стали более мощными. Эту установку использовали при строительстве Волховской ГЭС.

Виды ГЭС и как работают

Для получения электроэнергии применяют разные виды ГЭС. Самый распространенный вид – плотинный. Его основными элементами являются:

дамба;
задвижка и напорный трубопровод;
водохранилище;
турбина с линиями электропередач;
генератор.

Принцип работы плотинной ГЭС основывается на формировании небольшого водоема, поднимающего уровень воды выше машинного зала. При открывании задвижки вода поступает к турбине, приводя ее в движение. Она связана с генератором электрического тока. Вся вырабатываемая электроэнергия передается по линиям электропередач.

На втором месте по популярности деривационные ГЭС. Их возводят в местах большого перепада рек. Подобные конструкции имеют следующие элементы:

трубопровод водонапорный с заборным сооружением;
турбина и генератор;
приемная плотина;
линии электропередачи.

Подобная электростанция вырабатывает электроэнергию при частичном заборе воды с реки. Потоки проходят по трубопроводу, приводя в движение турбину.

Аккумулирующие виды ГЭС применяются для выработки и накопления электроэнергии. Для этого применяется технология конвертации энергии реки. Такие станции выдерживают большие нагрузки. Они способны бесперебойно обеспечивать электроэнергией в экстремальных условиях, даже при больших нагрузках. Особенность функционирования ГЭС аккумуляторного типа в том, что они рассчитываются на работу в насосном и генераторном режимах.

ГЭС на Земле

На территории России насчитывается свыше двухсот ГЭС. Из них 14 вырабатывают свыше 1 000 МВт электроэнергии. Эти гиганты располагаются на Енисее, Ангаре, Волге, Бурее, Каме.

Самая крупная ГЭС построена в Китае. Дамба построена на реке Янцзы и считается самой крупной электростанцией в мире. Популярная плотина Гранд-Кули, расположенная в Вашингтоне на реке Колумбия, состоит из нескольких турбин и генераторов и вырабатывает 21 млрд кВт в год. ГЭС обеспечивает электроэнергией несколько штатов: Айдахо, Колорадо, Вайоминг, Неваду и другие. В России самой крупной считается Саяно-Шушенская ГЭС на реке Енисей. В 2009 г. здесь был взрыв, из-за которого рухнула часть строения зала с турбиной. Но в 2014 г. электростанцию восстановили.

Источник энергии воды гидроэлектростанции

Гидроэлектрические станции или в гидроэлектростанциях используется потенциальная энергия воды рек и является на сегодняшний день распространенным средством производства электроэнергии из возобновляемых источников.

Гидроэлектростанции поставляют более чем 16% мировой электроэнергии (99% в Норвегии, 58% в Канаде, 55% в Швейцарии, 45% в Швеции, 7% в США, 6% в Австралии) из более чем 1060 ГВт установленной мощности. Половина этих мощностей находится в пяти странах: Китай (212 ГВт), Бразилия (82,2 ГВт), США (79 ГВт), Канада (76,4 ГВт) и Россия (46 ГВт). Помимо этих четырех стран с относительным обилием (Норвегия, Канада, Швейцария и Швеция), гидропотенциал обычно применяется при пиковой нагрузке, потому что гидроэлектростанция легко может быть остановлена и запущена. Это также означает, что она является идеальным дополнением к энергии ветра в сетке системы и используется наиболее эффективно в Дании.

Гидроэлектростанции используют энергию падающей воды для выработки электроэнергии. Турбина преобразует кинетическую силу падающей h3O в механическую. Затем генератор преобразует механическую из турбины в электроэнергию.

Гидроэнергетика в мире

Гидроэнергетика использует большие площади и не является основным вариантом на будущее в развитых странах потому, что большинство крупных мест в этих странах, имеющих потенциал для освоения гидроэнергетики, либо уже эксплуатируются или недоступны по другим причинам, например из экологических соображений. Главным образом в Китае и Латинской Америке ожидается рост гидроэнергетики до 2030 года. Китай в последние годы ввел в эксплуатацию на $26 млрд гидроэлектростанций, которые производят 22,5 ГВт. Гидроэнергетика в Китае сыграла определенную роль переместив свыше 1,2 миллиона человек с мест расположения плотин.

Главным преимуществом гидросистем является их способность обрабатывать сезонные (а также ежедневные) высокие пиковые нагрузки. На практике использование хранимой энергии воды иногда осложняется требованиями для орошения, которые могут произойти в противофазе с пиком нагрузок.

Запуск из реки гидросистем обычно гораздо дешевле, чем создание плотин и имеет потенциально более широкое применение. Мелкие гидроэлектростанции под 10 МВт представляют около 10% мирового потенциала и большинство из них работают из реки.

Существует три типа гидроэнергетических сооружений: гидроэлектростанции, насосные станции, гидроаккумулирующие электростанции.

Принцип работы гидроэлектростанции

Принцип работы гидроэлектростанции когда энергия воды преобразуется в механическую через гидравлические турбины. Генератор преобразует эту механическую энергию воды в электричество.

Работа генератора основана на принципах Фарадея: когда магнит перемещается мимо проводника то вырабатывается электроэнергия. В генераторе электромагниты созданы текущим постоянным током. Они создают поля полюсов и установлены по периметру ротора. Ротор присоединен к валу который вращают турбины на фиксированной скорости. Когда ротор вращается, это вызывает смену полюсов в проводнике, смонтированном в статоре. Это, в свою очередь, по закону Фарадея вырабатывает электричество на выводах генератора.

Состав гидроэлектростанции

Мощность гидроэлектростанций варьируется в размерах от «микро ГЭС» питающую несколько домов до гигантских плотин, которые обеспечивают электроэнергией миллионы людей.

Большинство обычных ГЭС включают в себя четыре основных компонента:

Плотина. Поднимает уровень реки для создания падающей воды. Также управляет потоком. Водохранилище, которое формируется, по сути, чтобы аккумулировать мощность.
Турбина. Сила падающей воды толкает турбину во вращение. Турбина воды так же, как ветряная мельница, преобразует кинетическую мощность падающей воды в механическую.
Генератор. Подключен к турбине через валы и шестерни редуктора для вращения генероатора. Преобразует механическую энергию турбины в электрическую энергию. Генераторов ГЭС работают так же, как генераторы в других типах электростанций.
Линии электропередачи. Проводят электричество от ГЭС до потребителей.

Использование гидроэнергии достигло пика в середине 20-го века, но идея использования h3O для выработки электроэнергии насчитывает тысячи лет. Более чем 2000 лет назад, греки использовали водяное колесо для помола пшеницы в муку. Эти древние колеса, как турбины сегодня, через которые идет поток воды.

Гидроэнергетические станции крупнейший источник возобновляемой энергии мира.

Принцип работы ГЭС

Вода под напором поступает на лопасти турбины гидроэлектростанции, которая в свою очередь приводит в действие генераторы, вырабатывающие электричество. Мощность ГЭС зависит от напора и количества воды, проходящей через гидроагрегаты.

Собственно, главной задачей в строительстве гидроэлектростанции является создание напора воды. По принципу решения этой проблемы ГЭС делятся на плотинные и деривационные. Иногда также встречаются ГЭС смешанного (плотинно-деривационного) типа.

#INNER0#

При наиболее распространенном варианте строительства реку перегораживают плотиной, которая поднимает уровень воды, создавая необходимый напор. Причем его величина напрямую зависит от высоты сооружения.

Деривационный канал Майкопской ГЭС

#INNER1#

Помимо плотины (или нескольких) такая ГЭС состоит из здания гидроэлектростанции и распределительного устройства. В здании ГЭС располагается все основное оборудование станции – турбины и генераторы. Также ГЭС могут включать в себя дополнительные сооружения, например, водосбросные устройства, шлюзы, судоподъемники или рыбоходы.

Саяно-Шушенская ГЭС – типичная станция плотинного типа

Деривационные ГЭС обычно строят в тех местах, где река имеет довольно большой уклон. Таким образом, отпадает необходимость в сооружении водохранилища, а вода через специальные водоводы (тоннели или каналы) попадает прямиком к зданию ГЭС. Впрочем, даже на деривационных ГЭС нередко стараются возводить небольшие водохранилища (бассейны суточного регулирования), чтобы иметь определенные возможности по регулированию стока и соответственно изменять выработку электроэнергии в зависимости от потребностей энергосистемы.

Схема работы Майкопской ГЭС (деривационной)

Это интересно: водохранилище Вольта в Гане – крупнейшее в мире. Его площадь – 8500 квадратных километров, что составляет 3,6% территории страны.
Отдельно можно выделить гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Их используют для сглаживания суточных перепадов нагрузки энергосистемы, чтобы обеспечить надежность ее работы. В отличие от обычной гидроэлектростанции ГАЭС работают не только в турбинном, но и в насосном режиме, закачивая воду из нижнего бьефа в верхний.

#INNER2#

Пожалуй, самой необычной ГАЭС в мире является Том Сок в Лестервиле, штат Миссури. Ее уникальность в том, что она расположена в 80 км от ближайшего источника воды – реки Миссисипи!

Верхний бассейн ГАЭС Том Сок в США

Одним из главных отличий гидроэлектростанций от других энергетических сооружений является их индивидуальность. Если тепловые или атомные станции строят по давно отлаженным схемам из одинаковых типовых блоков, то каждая ГЭС является уникальной в своем роде.

Гидроэлектростанция — ТеплоВики — энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Гидроэлектростанция представляет собой комплекс различных сооружений и оборудования, использование которых позволяет преобразовывать энергию воды в электроэнергию. Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимую концентрацию потока воды, а дальнейшие процессы производятся при помощи соответствующего оборудования.

Гидроэлектростанции возводятся на реках, сооружая плотины и водохранилища. Большое значение для эффективности работы станции имеет выбор места. Необходимо наличие двух факторов: гарантированная обеспеченность водой в течение всего года и как можно больший уклон реки. Гидроэлектростанции разделяются на плотинные (необходимый уровень реки обеспечивается за счёт строительства плотины) и деривационные (производится отвод воды из речного русла к месту с большой разностью уровней).

Отличаться может и расположение сооружений станции. Например, здание станции может входить в состав водонапорных сооружений (так называемые русловые станции) или располагаться за плотиной (приплотинные станции).

Красноярская ГЭС

ГЭС (Плотина Гувера в Неваде)

Технологии

Работа гидроэлектростанций основана на использовании кинетической энергии падающей воды. Для преобразования этой энергии применяются турбина и генератор. Сначала эти устройства вырабатывают механическую энергию, а затем уже электроэнергию. Турбины и генераторы могут устанавливаться непосредственно в дамбе или возле неё. В некоторых случаях используется трубопровод, посредством которого вода, находящаяся под давлением, подводится ниже уровня дамбы или к водозаборному узлу ГЭС.

Индикаторами мощности гидроэлектростанций являются две переменные: расход воды, который измеряется в кубических метрах и гидростатический напор. Последний показатель представляет собой разность высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на каком-то одном из этих показателей или на обоих.

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 электростанций – 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.

Принцип работы ГЭС

Схема плотины ГЭС

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВТ и выше;
средние — до 25 МВт;
малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. 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.

Плотина

Плотина — это массивная перемычка, цель которой – удерживать водный поток. Плотина – незаменимый инструмент при практическом использовании водных ресурсов.

Кстати, в течение долгого времени теории строительства плотин не существовало. Только в 1853 году французский инженер Сазилли обосновал некоторые теоретические постулаты. Плотины обеспечивают повышение уровня воды в реке или её отвода. В последнем случае плотины обеспечивают судоходство или орошение земель.

Плотины могут отличаться в зависимости от конструкции и разделяться на гравитационные, арочные и др. Гравитационные плотины выглядят как каменные или бетонные заграждения. Конструкции этого типа препятствуют поступлению воды своим весом. Арочные выполняют свои обязанности благодаря особой конструкции. Успешное функционирование плотин зависит от трёх показателей: сопротивления вертикальных элементов сооружения, массы и особенностей арочной конструкции, которая опирается на береговые устои. При возведении плотины необходимо учитывать воздействие некоторых внешних факторов. Это так называемые сдвигающие силы, появление которых обусловлено воздействием воды, ветра, ударами волн, перепадами температуры. Пренебрежение строителей к вышеперечисленным факторам может привести к разрушению плотины. Поэтому производятся определённые расчёты, позволяющие воспрепятствовать негативному действию сдвигающих сил.

Например, горизонтальная составляющая давления воды увеличивается с глубиной и равна произведению wh (w – вес единицы объёма воды, h – глубина). Это означает, что общее гидростатическое давление равно Ѕ (wh). Очень важно и вместе с тем достаточно сложно точно рассчитать фильтрационное давление, которое воздействует на подошву конструкции из-за того, что под неё просачивается вода. Чтобы определить степень вероятности таких процессов, необходимо проведение исследований. При этом многое зависит от грунтового ложа. Если фундамент плотины установлен на гальке, речном песке, пористой породе, то давление на основание конструкции будет равно полному гидростатическому напору. В том случае, когда основание плотины соединено со скальными породами при помощи цемента и щели практически отсутствуют, можно получить давление, равное всего лишь 10-40 процентам гидростатического напора.

Большая и малая гидроэнергетика

В настоящее время функционируют гидроэлектростанции самой разной мощности. В связи с этим ГЭС обычно разделяют на большие и малые. Большими считаются станции с мощностью более 10 МВт, все остальные соответственно признаны малыми.

Для создания больших гидроэлектростанций необходим ряд условий. Прежде всего, это хорошая инфраструктура, например, дороги, необходимые во время строительства объекта. Кроме этого, необходимо иметь доступ к энергосетям, что позволит обеспечить электричеством большое количество людей. Большие ГЭС являются либо государственной собственностью, либо принадлежат крупным компаниям. Для управления и обслуживания больших станций необходим штат высококвалифицированных специалистов.

По причине большого размера станции и возможности увеличении нагрузки себестоимость производимой энергии довольно низка. Развитие большой гидроэнергетики возможно в тех случаях, когда существует необходимость в большом централизованном энергопотреблении. Как правило, большие гидроэлектростанции обслуживают нужды крупной промышленности и мегаполисов. Если потенциал действительно велик, то большая гидроэнергетика в состоянии внести существенный вклад в общенациональное энергообеспечение.

Малые гидроэлектростанции обычно обладают всеми преимуществами больших, но при этом предоставляют возможность подавать энергию децентрализовано. Кстати малые ГЭС выгодно отличаются и отсутствием некоторых недостатков, присущих большим станциям. Это, например, уменьшение или полное отсутствие негативного влияния на окружающую среду.

Малая энергетика позволяет каждому региону использовать собственные ресурсы. На сегодняшний день в мире эксплуатируется несколько тысяч малых гидроэлектростанций. Малые станции производят электроэнергию в тех случаях, когда уровень воды в реке достаточен для этого. Если малая гидроэлектростанция дополнена аккумуляторной системой, то существует возможность накопления полученной энергии, что помогает избежать перебоев в подаче электричества. Особый интерес малая гидроэнергетика представляет для развивающихся стран, поскольку не требует сложного и дорогостоящего оборудования.

Новые разработки

Проект ГЭС

Как известно, гидроэлектростанции не могут работать без воды и потому возводятся на берегах рек. Для этого необходимо строить плотину и другие сооружения.

Весь комплекс работ следует проделывать даже при возведении малых ГЭС. Но в последнее время некоторые учёные высказывают достаточно оригинальные предположения: нельзя ли построить такую станцию на расстоянии от речного берега? Казалось бы, ответ на вопрос ясен, конечно же, нет. Но не нужно торопиться.

Оказывается, реализовать подобные планы можно, уже существует несколько вариантов решения проблемы. Авторы идеи утверждают, что главное условие существования установки – наличие воды и напора – можно обеспечить и вдали от рек. Для создания напора предлагается использовать силу взрывной волны. Благодаря этому энергия воды направляется на лопасти гидротурбины.

Представим одиночный энергоблок, который будет состоять из корпуса (железобетонный или металлический цилиндр, заполненный водой) и взрывной камеры. Предполагаемый диаметр цилиндра – от восьмидесяти до ста двадцати сантиметров, высота достигает двух метров. На высоте полутора метров устанавливается гидротурбина, лопасти которой сконструированы особым образом: ось выходит на крышку цилиндра, где соединяется через редуктор с генератором тока.

Как же такое устройство обеспечивает преобразование энергии воды в электроэнергию? В камере происходит взрыв определенного количества вещества. Взрывная волна жидкости проходит по стволу и попадает в цилиндр. Вследствие этого происходит вращение лопастей турбины, что, в свою очередь, является причиной работы гидрогенератора.

По мнению разработчиков проекта, самым важным условием для обеспечения эффективности изобретения является правильный расчёт веса взрывной волны, необходимого для производства волны, а не всплеска. Кроме того, должна быть точно рассчитана периодичность взрывов, что позволит избежать перерывов в действии устройства и не снижать скорость вращения лопастей. На стадии разработки находятся и другие варианты подобных установок.

Гидроаккумулирующие электростанции

Знак у Киевской ГАЭС

В период малых нагрузок гидроагрегаты станции заняты перекачкой воды из низового водоёма в верховой. Во время повышенной нагрузки происходит использование запасённой воды для выработки пиковой энергии. Обратимые гидроагрегаты обеспечивают работу турбинных и насосных режимов и представляют собой соединение синхронной электрической машины и гидравлической насос-турбины.

Энергия, которая тратится на перекачку, вырабатывается ТЭС во время пониженной загрузки, когда её стоимость не слишком высока. То есть, дешёвая ночная электроэнергия преобразовывается в дорогую. Экономическая эффективность, как можно убедиться, довольно высока. Несомненным преимуществом данного типа гидростанций является наличие высокого напора. Это позволяет устанавливать более эффективные аккумуляторы. Встречаются и станции смешанного типа. Часть установленных там гидроагрегатов способна работать в двух режимах: турбинном и насосном. Другая часть работает только в турбинном режиме. Использование таких станций позволяет накапливать большее количество воды и вследствие этого производить больше электроэнергии в периоды повышенной нагрузки.

Приливные электростанции

Приливная электростанция

Для создания экономичной приливной станции необходимы определённые природные условия. В частности, должен быть большой перепад уровней во время отлива и прилива (не менее шести метров), особенности береговой линии, которые позволяют создать плотину и водный бассейн соответствующих размеров.

На нашей планете такие места найти не так уж и просто. Это побережье американского штата Мэн, канадская провинция Нью-Брансуик, Персидский залив, отдельные регионы Аргентины, южная Англия, северная Франция, северные области европейской части России. Впрочем, даже станции, сооруженные в указанных регионах, не смогли бы достойно конкурировать с уже действующими ТЭС по стоимости производимой энергии.

Проекты приливных электростанций обычно предусматривают наличие двух бассейнов. Это верховой и низовой водоёмы. Каждый из них должен быть дополнен водопропускными отверстиями и затворами. Во время прилива верховой бассейн заполняется водой, а затем отдаёт всю воду низовому, который опорожняется при отливе.

История гидроэнергетики

Человек всегда жил возле водоёмов и не мог не обращать внимание на огромный потенциал воды как источника энергии. Поэтому история гидроэнергетики ведёт своё начало ещё с древних времён. Уже тогда люди научились с помощью воды производить помол зерна или дутьё воздуха при выплавке металла.

Постепенно механизмы совершенствовались, и водяные колёса становились всё более эффективными. В конце девятнадцатого века наступил современный этап в развитии гидроэнергетики. Но полномасштабное использование водных ресурсов началось только в двадцатом столетии, а точнее – в тридцатых годах, когда вода начала использоваться человеком для получения электричества. Именно в это время в мире начинается строительство крупных гидроэлектростанций.

Гидроэнергетика прошла довольно долгий и интересный путь развития и продолжает развиваться, одаривая человека всё новыми возможностями. В данном разделе мы шаг за шагом пройдём путь, проделанный гидроэнергетикой в течение многих веков, рассмотрим этапы и особенности её развития, от водяных колёс, используемых в эпоху античности и Средневековья, до современных гидроэлектростанций, появившихся уже в двадцатом веке.

Античная и средневековая гидроэнергетика

Водяная мельница

Трудно сказать, когда человек начал использовать водные ресурсы для получения энергии. Самые ранние упоминания о подобных процессах относятся к четвёртому веку до нашей эры. При этом учёные склонны полагать, что использование воды происходило параллельно во многих регионах планеты. Кстати, археологи обнаружили свидетельства того, что водные ресурсы эксплуатировали и на территории бывшего Советского Союза: на территории современной Армении и в бассейне реки Амударья.

Древние греки использовали водяное колесо для облегчения некоторых видов тяжёлого ручного труда. Например, это приспособление осуществляло перемол зерна. Постепенно технологии совершенствовались, количество водяных колёс в европейских государствах неуклонно росло. Так, в одиннадцатом веке в Англии и Франции одна мельница приходилась на двести пятьдесят человек. Согласно утверждениям историков, приблизительно в тринадцатом веке водяные мельницы появляются в средневековой Руси, а точнее – в её юго-западных и северо-восточных регионах.

С течением времени увеличивались и сферы применения устройств. Водяные мельницы обеспечивали работу сукновальных фабрик и откачивающих насосов, участвовали в распилке леса, помогали человеку варить пиво, применялись на маслобойнях. До восемнадцатого столетия применялись исключительно колёса нижнего боя. Позже появились среднебойные и нижнебойные водяные колёса.

Гидроэнергетика в девятнадцатом столетии

Водяная турбина

Достижения предыдущих столетий уже не могли удовлетворять потребности человека в девятнадцатом веке. Толчок дальнейшему развитию гидроэнергетики дало изобретение водяных турбин. Хотя попытки создания более совершенного по сравнению с водяным колесом механизма предпринимались и до этого. Так, ещё в шестнадцатом веке на Урале использовали быстроходное мутовчатое колесо с вертикальным расположением вала. В таких механизмах вода попадала на изогнутые лопасти колеса из специального желоба.

Впоследствии аналогичным образом были устроены свободноструйные водяные гидротурбины. Но полноценная водяная турбина была создана только в начале девятнадцатого века. Её создание – заслуга нескольких талантливых изобретателей. Одним из них русский исследователь И. Сафонов, который в 1837 году произвёл установку сконструированной им водяной турбине на реке Нейве. Два года спустя Сафонов усовершенствовал собственное изобретение, установив несколько переделанную турбину на одном из местных заводов. Параллельно с Сафоновым над созданием водяных турбин работал французский учёный Фурнейрон. Изобретённое им устройство было представлено в 1834 году. Изобретения, сделанные обоими учёными, быстро завоевали популярность, и в течение последующих пятидесяти лет появляется множество самых разнообразных турбин.

Уже в конце девятнадцатого века происходит событие, которое фактически откроет современный этап в истории мировой гидроэнергетики. В 1891 году русский инженер М.О. Доливо-Добровольский, проживающий в Германии и покинувший Россию по причине своей политической неблагонадёжности, прибыл в город Франкфурт-на-Майне для участия в электротехнической выставке. Там он должен был продемонстрировать свой изобретение – двигатель переменного тока. Тогда подобный аттракцион вообще был в новинку, но автор решил дополнить его ещё одним сооружением.

Это была гидроэлектростанция. В небольшом городке Лауффен Доливо-Добровольский установил генератор трёхфазного тока, который вращала водяная турбина небольших размеров. Вырабатываемая электроэнергия поступала на территорию выставки посредством линии передачи. Её длина равнялась 175 километрам. Сегодня никого не удивляют линии протяжённостью в несколько тысяч километров, но в те времена всё это было бесспорной сенсацией. Эпоха гидроэлектростанций началась.

Гидроэлектроэнергетика в двадцатом веке

ГЭС Гувера США

Несмотря на открытие Доливо-Добровольского, дальнейшее развитие гидроэнергетики было замедлено некоторыми объективными факторами. Строительство крупных гидроэлектростанций, которые были бы действительно эффективными, оказалось предприятием более сложным, чем экспериментальная установка, показанная на выставке. Ведь чтобы заставить вращаться большие турбины, необходим значительный запас воды.

В начале двадцатого века такое строительство представлялось довольно сложным. За первые два десятилетия нового века было построено всего лишь несколько гидроэлектростанций. Но это было только начало. Уже в тридцатых годах были сооружены крупные станции, например, ГЭС Гувер в США мощностью в 1,3 Гиговатт.

Другим ярким событием в истории американской гидроэнергетики стало открытие гидроэлектростанции Адамс, расположенной на Ниагарском водопаде. Её мощность достигала 37 МВт. Запуск таких мощных гидроэлектростанций обусловил увеличение объёмов потребляемой энергии в промышленно развитых странах, что, в свою очередь, дало толчок программам освоения гидроэнергетических потенциалов.

Советская гидроэнергетика

Усть-Каменогорская ГЭС

К началу двадцатого века развитие российской гидроэнергетики было весьма замедленным. Так, в 1913 году на территории Российской империи функционировало около пятидесяти тысяч гидросиловых установок. Их общая мощность составляла около миллиона лошадиных сил. При этом около семнадцати тысяч установок были оборудованы гидротурбинами.

Суммарная годовая выработка электроэнергии на всех гидроэлектростанциях не превышала тридцать пять миллионов киловатт в час при установленной мощности около 16 МВт. В то же время во многих европейских странах общая мощность составляла приблизительно 12000 МВт. Ситуация изменилась после Октябрьской революции. Новая власть хорошо понимала важность развития отрасли.

Уже 13 июня 1918 года было принято решение о начале строительства Волховской гидроэлектростанции, которая стала первым проектом советской гидроэнергетики, а её мощность равнялась 58 МВт. Уже в первые годы советской власти был разработан план электрификации страны (ГОЭЛРО), который был утверждён 22 декабря 1920 года. Одна из глав плана называлась «Электрификация и водная энергия». В ней отмечалось, что использование гидроэлектростанций может представлять выгоду в случае комплексного использования.

План предусматривал сооружение ГЭС общей мощностью в 21254 тысяч лошадиных сил. При этом в европейской части России общая мощность станций составит 7394, в Туркестане – 3020, в Сибири – 10840 тысяч лошадиных сил. Предусматривалось строительство десяти гидроэлектростанций, суммарная мощность которых составит 640 МВт.

Первым советской гидроэлектростанцией стала Днепровская гидроэлектростанция имени Ленина в Запорожье. Ещё в 1921 году Ленин подписал решение о начале строительства, а само строительство было начато в 1927 году. Запуск первого агрегата был произведён в 1932 году, а достичь проектной мощности удалось в 1939 году. Она составила 560 МВт. При возведении плотины были затоплены знаменитые пороги Днепра, что сделало реку полностью судоходной.

За несколько десятилетий Советский Союз стал одним из лидеров мировой гидроэнергетики. Например, в начале семидесятых советская гидроэнергетика по установленной мощности уступала только американской. Строительство гидроэлектростанций велось на Волге, Каме, Дону, Днепре, Свири и других крупных реках.

Это позволило превратитить их в водные магистрали Европейской части страны, существенно повысить уровень воды в реках и получить в результате целостную судоходную систему, которая соединяла между собой Каспийское, Чёрное, Азовское, Балтийское и Белое моря. К концу семидесятых годов двадцатого века были сооружены самые большие гидроэлектростанции в мире. Это Саяно-Шушенская и Красноярская, расположенные на реке Енисей, Братская и Усть-Илимская (река Ангара), Нурекская (река Вахш), Волжская.

Мировая гидроэнергетика в 21 веке

ГЭС Гури

В начале двадцать первого века гидроэнергетика обеспечивает до шестидесяти трёх процентов возобновляемой энергии в мире. Это девятнадцать процентов всей мировой электроэнергии. Установленная гидроэнергетическая мощность составляет 715 Гвт.

Такие страны как Норвегия, Исландия и Канада являются лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина. Наиболее активно ведет строительство гидроэлектростанций Китай. Для этого государства гидроэнергия является наиболее перспективным источником энергии и, очевидно, он в скором времени станет основным. Кроме того, именно Китай является мировым лидером по количеству малых гидроэлектростанций.

Наиболее крупные ГЭС расположены на территории Китая (Санься на реке Янцзы, Бразилии (Итайпу на реке Парана и Тукуруи на реке Токантин), Венесуэлы (Гури на реке Карони). Развивается гидроэнергетическая отрасль и в России. Сегодня на территории Российской Федерации функционируют сто две гидроэлектростанции.

Суммарная мощность всех работающих российских гидроагрегатов – сорок пять миллионов киловатт (это пятое место в мире). При этом доля гидроэлектростанций в общем объёме получаемой российской энергии составляет двадцать один процент. А это не так уж и много, особенно, учитывая то, что Россия находится на втором месте по экономическому потенциалу гидроресурсов (около 852 миллиардов киловатт в час). Но освоены эти ресурсы лишь на двадцать процентов.

Перспективы гидроэнергетики

Без сомнения, энергообеспечение – одна из наиболее актуальных проблем человечества. Мировые запасы нефти и газа стремительно уменьшаются и недалёк тот день, когда они будут полностью исчерпаны. Это понимают все, и поэтому с каждым годом всё большее число специалистов изучает возможности их равноценной замены. Сегодня существует несколько направлений альтернативной энергетики: использование солнечной энергии и энергии ветра, биоэнергетика, геотермальная энергетика.

Каждое их этих направлений отличается определёнными достоинствами и недостатками. И поэтому необходимо определиться: какой альтернативный источник энергии лучше всего подходит для удовлетворения нужд человечества и в то же время наносит минимальный ущерб природе.

Потенциал мировой гидроэнергетики

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 10 000 – 20 000 миллиардов киловатт в час (приведены данные ООН).

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.

Вместе с тем, не теряет актуальность вопрос: какую долю этого природного богатства человечество может позволить себе использовать? Для ответа на этот вопрос необходимо представлять возможные последствия работы гидроэлектростанций для окружающей среды.

Основные достоинства и недостатки

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. Себестоимость строительства гидроэлектростанций является довольно низкой.

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.

Но в то же время образование водохранилищ требует затопления значительных территорий, зачастую плодородных, а это становится причиной негативных изменений в природе. Например, плотины часто перекрывают рыбам путь к нерестилищам, но в то жнее время благодаря этому обстоятельству значительно увеличивается количество рыбы в водохранилищах и развивается рыболовство.

Экологические аспекты использования гидроэнергетики

Вне всяких сомнений, гидроэнергетика в перспективе должна не 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.

Сегодня разработка методов определения экологического энергопотенциала не производится. А это означает, что развитие гидроэнергетики пока приостановлено, поскольку отсутствие экологических экспертиз может нарушить энергетическую безопасность, которая и без того находится под угрозой.

Источники

Проектирование и разработка гидроэлектростанций

Mannvit — ветеран-лидер в проектировании гидроэлектростанций с более чем пятидесятилетним опытом проектирования и разработки этих проектов. Mannvit участвовал в технико-экономических обоснованиях, предварительном и тендерном проектировании, закупках и / или управлении строительством для большинства гидроэнергетических проектов, которые были построены в Исландии с 1970 года, в дополнение к проектам, построенным в Гренландии и Норвегии.

Специалисты Mannvit сертифицированы Норвежским управлением водных ресурсов и энергетики (NVE) как проектировщики гидроэлектростанций всех классов последствий.

Опыт Mannvit в проектах гидроэнергетики включает:

Технико-экономическое обоснование
Гидроэнергетика
Оценка воздействия на окружающую среду и отчеты
Исследование места
Гражданское, строительное и механическое проектирование
Смета
Контрактные документы
Оценка тендеров
Управление проектами
Планирование проекта
Строительный надзор
Осмотр на месте

Геологические, геотехнические, геодезические и гидрологические исследования и анализ — основная основа любого гидроэнергетического проекта.Маннвит обладает обширным опытом и знаниями во всех этих областях и руководила исследованиями в этих областях для многочисленных гидроэнергетических проектов. Компания также проводила испытания и контроль качества при строительстве туннелей, плотин и электростанций. Кроме того, Mannvit имеет собственную лабораторию для испытаний строительных материалов, заполнителей, заполнителей бетона, бетона, образцов горных пород и т. Д. Дочерняя компания является ведущей исландской компанией в области численного моделирования гидрологии грунтовых вод и речного стока.

Наши области знаний охватывают все аспекты развития гидроэнергетики, такие как гидрология и гидравлика, геология и инженерно-геологические исследования, плотины, водосбросы, водные пути и сопутствующее оборудование, такое как ворота и мусорные баки, а также электромеханическое оборудование. Наши специалисты также знакомы с проектированием туннелей и подземных электростанций, а также с обычными надземными сооружениями, подверженными серьезным сейсмическим нагрузкам. Управление охраной труда, техникой безопасности и окружающей среды, а также общая оценка рисков интегрированы в наш подход к каждому проекту.

Наши услуги по гидроэнергетическим проектам варьируются от исследований и других подготовительных работ до полного проектирования и управления строительством, а также ремонта и модернизации существующих гидроэлектростанций. Кроме того, Mannvit предоставляет услуги для высоковольтных линий электропередачи и подстанций.

Mannvit спроектировал несколько крупных электростанций, частично или полностью, мощностью от 28 до 690 МВт. Малые гидроэлектростанции были спроектированы Компанией в Исландии, Гренландии и Норвегии.

Электростанция

http://www.answers.com/topic/power-plant-operator

& nbsp Электростанция (также называемая генерирующей станцией, электростанцией или электростанцией) — это промышленный объект для производства электроэнергии.

& nbsp Силовая установка также используется для обозначения двигателя на кораблях, самолетах и других крупных транспортных средствах.Некоторые предпочитают использовать термин энергетический центр, потому что он более точно описывает то, что делают растения, а именно преобразование других форм энергии, таких как химическая энергия, гравитационная потенциальная энергия или тепловая энергия в электрическую энергию. Тем не менее, электростанция является наиболее распространенным термином в США, в то время как в других странах широко используются как электростанции, так и электростанции, причем электростанции преобладают во многих странах Содружества, особенно в Великобритании.

& nbsp В центре почти всех электростанций находится генератор, вращающаяся машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую, создавая относительное движение между магнитным полем и проводником.Источник энергии, используемый для поворота генератора, сильно различается. В основном это зависит от того, какие виды топлива легко доступны, и от типов технологий, к которым у энергетической компании есть доступ.

ТЭЦ

& nbsp На тепловых электростанциях механическая энергия вырабатывается тепловым двигателем, который преобразует тепловую энергию, часто возникающую при сгорании топлива, в энергию вращения. Большинство тепловых электростанций производят пар, и их иногда называют паровыми электростанциями.Согласно второму закону термодинамики, не вся тепловая энергия может быть преобразована в механическую энергию. Таким образом, в окружающую среду всегда теряется тепло. Если эта потеря используется в качестве полезного тепла, для промышленных процессов или централизованного теплоснабжения, электростанция называется когенерационной электростанцией или ТЭЦ (теплоэлектроцентралью). В странах, где централизованное теплоснабжение является обычным явлением, существуют специальные тепловые станции, называемые котельными, работающими только на тепло. Важный класс электростанций на Ближнем Востоке использует побочное тепло для опреснения воды.

КПД паровой турбины ограничен максимальной температурой производимого пара и не зависит напрямую от используемого топлива. При одинаковых условиях пара угольные, атомные и газовые электростанции имеют одинаковую теоретическую эффективность. В целом, если система работает постоянно (базовая нагрузка), она будет более эффективной, чем та, которая используется периодически (пиковая нагрузка). Помимо использования сбрасываемого тепла для технологического или централизованного теплоснабжения, одним из способов повышения общей эффективности электростанции является объединение двух различных термодинамических циклов.Чаще всего выхлопные газы газовой турбины используются для выработки пара для котла и паровой турбины. Комбинация «верхнего» цикла и «нижнего» цикла дает более высокий общий КПД, чем любой цикл может быть достигнут по отдельности.

Классификация тепловых электростанций

Тепловые электростанции классифицируются по виду топлива и типу установленного первичного двигателя:

По виду топлива:

— атомные электростанции используют тепло ядерного реактора для работы паротурбинного генератора.Около 20% электроэнергии в США вырабатывается атомными электростанциями;

— электростанции, работающие на ископаемом топливе, могут также использовать паротурбинный генератор или в случае природного газа в установках с обогревом может использоваться турбина внутреннего сгорания. Электростанция, работающая на угле, вырабатывает электроэнергию за счет сжигания угля для выработки пара, а побочным эффектом является образование большого количества углекислого газа, который выделяется от сжигания угля и способствует глобальному потеплению.Около 50% электроэнергии в США производится угольными электростанциями;

— геотермальные электростанции используют пар, добытый из горячих подземных горных пород;

— солнечные тепловые электростанции используют солнечный свет для кипячения воды, которая вращает генератор;

Первичным двигателем:

— паротурбинные установки используют динамическое давление, создаваемое расширяющимся паром, для вращения лопаток турбины.Практически все крупные негидравлические станции используют эту систему. Около 80% всей электроэнергии, производимой в мире, производится использование паровых турбин;

— газотурбинные установки используют динамическое давление от протекающих газов (воздуха и продуктов сгорания) непосредственно к управлять турбиной. Турбинные установки внутреннего сгорания, работающие на природном газе (и мазуте), могут запускаться быстро, и поэтому используется для поставки «пиковой» энергии в периоды высокого спроса, хотя и по более высокой стоимости, чем станции с базовой нагрузкой.Это могут быть сравнительно небольшие установки, а иногда и полностью автономные, с дистанционным управлением. Этот тип впервые в Великобритании, Princetown [5] был первым в мире, введен в эксплуатацию в 1959 году;

— парогазовые установки имеют как газовую турбину, работающую на природном газе, так и паровой котел и паровую турбину которые используют горячий выхлопной газ газовой турбины для производства электроэнергии. Это значительно увеличивает общий эффективность станции, и многие новые электростанции с базовой нагрузкой представляют собой станции комбинированного цикла, работающие на природном газе;

— Двигатели внутреннего сгорания Поршневые двигатели используются для обеспечения энергией изолированных населенных пунктов и часто используется для небольших когенерационных установок.Больницы, офисные здания, промышленные предприятия и др. критически важные объекты также используют их для обеспечения резервного питания на случай отключения электроэнергии. Обычно они заправляются дизельным топливом, мазутом, природным газом и свалочным газом;

Классификация

Все тепловые электростанции производят отходящую тепловую энергию как побочный продукт производимой полезной электроэнергии. Количество отработанной тепловой энергии равно или превышает количество произведенной электроэнергии.Электростанции, работающие на газе, могут достичь эффективности преобразования 50% *, а угольные и нефтяные электростанции — около 30-49% *. Отработанное тепло вызывает повышение температуры в атмосфере, которое незначительно по сравнению с выбросами парниковых газов той же электростанции. В градирнях с естественной тягой на атомных электростанциях и некоторых крупных электростанциях, работающих на ископаемом топливе, используются большие гиперболические конструкции, похожие на дымоходы (как показано на изображении слева), которые отводят отработанное тепло в окружающую атмосферу за счет испарения воды ( нижнее левое изображение).Тем не менее, мокрые градирни с механической или принудительной тягой (как показано на изображении справа) на многих крупных тепловых электростанциях, атомных электростанциях, электростанциях, работающих на ископаемом топливе, нефтеперерабатывающих заводах, нефтехимических предприятиях, геотермальных источниках, биомассе и др. На заводах по переработке отходов в энергию используются вентиляторы, обеспечивающие движение воздуха вверх через нисходящую воду, и они не являются гиперболическими конструкциями, подобными дымоходам. Градирни с принудительной или принудительной тягой обычно представляют собой прямоугольные коробчатые конструкции, заполненные материалом, который улучшает контакт восходящего воздуха и нисходящей воды.

В районах с ограниченным использованием воды может потребоваться сухая градирня или радиатор с прямым воздушным охлаждением, поскольку получение подпиточной воды для испарительного охлаждения будет непомерно дорогостоящим или экологическим. Они имеют более низкий КПД и более высокое потребление энергии вентиляторами, чем водяная испарительная градирня.

Там, где это экономически и экологически возможно, электрические компании предпочитают использовать охлаждающую воду из океана, озера или реки, или пруда-охладителя вместо градирни.Этот тип охлаждения может снизить стоимость градирни и снизить затраты на энергию для прокачки охлаждающей воды через теплообменники станции. Однако отходящее тепло может вызвать заметное повышение температуры воды. Электростанции, использующие для охлаждения естественные водоемы, должны быть спроектированы так, чтобы предотвратить попадание организмов в цикл охлаждения. Еще одним воздействием на окружающую среду будут организмы, которые адаптируются к более теплой воде растений и могут получить травмы, если установка остановится в холодную погоду.

Прочие источники энергии

Другие электростанции используют энергию волн или приливов, ветра, солнечного света или энергию падающей воды, гидроэлектроэнергии. Эти типы источников энергии называются возобновляемыми источниками энергии.
Гидроэлектроэнергия. Плотины гидроэлектростанций заполняют резервуар воды и выпускают ее через одну или несколько водяных турбин для выработки электроэнергии.
ГАЗ. Гидроэлектростанция с гидроаккумулятором является чистым потребителем энергии, но снижает цену на электроэнергию. Воду перекачивают в высокий резервуар, когда спрос и цена на электроэнергию низкие. В часы пиковой нагрузки, когда цена на электроэнергию высока, накопленная вода сбрасывается через турбины для производства электроэнергии.
Солнечная. Солнечная фотоэлектрическая электростанция использует фотоэлектрические элементы для преобразования солнечного света в электричество постоянного тока с помощью фотоэлектрического эффекта.В установках этого типа не используются вращающиеся машины для преобразования энергии. Солнечные тепловые электростанции — еще один тип солнечных электростанций. Они используют параболические желоба или гелиостаты для прямого солнечного света на трубу, содержащую теплоноситель, например масло. Затем нагретое масло используется для кипячения воды в пар, который вращает турбину, приводящую в действие электрический генератор. В солнечной тепловой электростанции с центральной башней используются сотни или тысячи зеркал, в зависимости от размера, которые направляют солнечный свет на приемник на вершине башни.Опять же, тепло используется для производства пара, который вращает турбины, приводящие в действие электрические генераторы. Есть еще один тип солнечных тепловых электростанций. Солнечный свет падает на дно водоема, нагревая самый нижний слой воды, который не может подняться из-за градиента соли. Двигатель цикла Ренкина использует разницу температур в водных слоях для производства электроэнергии.
Ветер. Ветряные турбины можно использовать для выработки электроэнергии в районах с сильными устойчивыми ветрами, иногда на море.В прошлом использовалось много различных конструкций, но почти все современные турбины, производимые сегодня, имеют трехлопастную конструкцию, направленную против ветра. Строящиеся в настоящее время ветряные турбины, подключенные к сети, намного больше, чем агрегаты, установленные в 1970-х годах, и поэтому вырабатывают электроэнергию более дешево и надежно, чем более ранние модели. В более крупных турбинах (порядка одного мегаватта) лопасти движутся медленнее, чем более старые, меньшие по размеру, что делает их менее отвлекающими визуально и безопаснее для летающих животных. Старые турбины до сих пор используются на некоторых ветряных электростанциях, например на перевале Альтамонт и перевале Техачапи.

Операции

Оператор электростанции выполняет несколько обязанностей на электростанции. Операторы несут ответственность за безопасность рабочих бригад, которые часто ремонтируют механическое и электрическое оборудование. Они обслуживают оборудование, проводя периодические проверки и регулярно регистрируя температуры, давления и другую важную информацию. Операторы несут ответственность за запуск и остановку генераторов в зависимости от необходимости.Они могут синхронизировать и регулировать выходное напряжение дополнительной генерации с работающей электрической системой, не нарушая работу системы. Они должны знать электрические и механические системы, чтобы устранять неполадки на предприятии и повышать его надежность. Операторы должны уметь реагировать на чрезвычайные ситуации и знать действующие процедуры их устранения.

Преимущества и недостатки гидроэнергетики

Хотя гидроэнергетика обеспечивает мир чистой энергией, с ней связаны некоторые проблемы.Сегодня мы рассмотрим преимущества и недостатки гидроэнергетики.

Что такое гидроэнергетика?

Гидроэнергетика — наиболее часто используемый возобновляемый источник энергии в мире. Согласно отчету о состоянии гидроэнергетики 2019 года, гидроэлектроэнергия дала нам колоссальные 21,8 ГВт энергии и выросла на 9% за год.

Преимущества гидроэнергетики

1. Возобновляемая энергия

Гидроэнергетика является полностью возобновляемой, что означает, что она никогда не закончится, если вода не перестанет течь.В результате гидроэлектростанции строятся на долгие годы. В некоторых случаях оборудование, рассчитанное на срок службы 25 лет, все еще работает после того, как прошло вдвое больше времени.

2. Без выбросов

Создание гидроэлектроэнергии не приводит к выбросам в атмосферу. Это, конечно, самая большая привлекательность любого возобновляемого источника энергии.

3. Надежность

Гидроэнергетика, безусловно, является самым надежным источником возобновляемой энергии в мире. В отличие от того, когда солнце садится или когда стихает ветер, вода обычно имеет постоянный и устойчивый поток 24/7.

4. Регулируемый

Поскольку гидроэнергетика настолько надежна, гидроэлектростанции могут фактически регулировать поток воды. Это позволяет предприятию производить больше энергии, когда это необходимо, или снижать выработку энергии, когда она не нужна. Это то, что не может сделать ни один другой возобновляемый источник энергии.

5. Создавайте озера

Озера можно использовать в рекреационных целях и даже привлекать туристов. Не смотрите дальше, чем озеро Мид. Он был создан в результате плотины Гувера и принесено более 7.5 миллионов посетителей в 2018 году. Это может дать соседним городам огромный экономический рост.

6. Быстрее застраиваемая земля

Поскольку гидроэлектростанции могут быть построены только в определенных местах, они могут помочь в освоении земель для близлежащих городов. Это потому, что для строительства плотины требуется много оборудования. Для его транспортировки должны быть построены автомагистрали и дороги, что открывает новые пути для сельских городов.

Недостатки гидроэнергетики

1. Воздействие на рыбу

Для создания гидроэлектростанции необходимо перекрыть проточный источник воды.Это не позволяет рыбе добраться до места размножения, что, в свою очередь, влияет на любое животное, питающееся этой рыбой.

Когда вода перестает течь, прибрежные среды обитания начинают исчезать. Это может даже лишить животных доступа к воде.

2. Ограниченное количество мест размещения заводов

Хотя гидроэнергетика является возобновляемой, в мире есть ограниченное количество мест, подходящих для строительства станций. Вдобавок к этому, некоторые из этих мест не расположены близко к крупным городам, которые могли бы в полной мере извлечь выгоду из энергии.

3. Более высокие начальные затраты

Хотя построить гидроэлектростанцию непросто, для гидроэлектростанций необходимо построить плотину, чтобы остановить проточную воду. В результате они стоят больше, чем станции, работающие на ископаемом топливе аналогичного размера.

Впрочем, потом им не придется беспокоиться о покупке топлива. Так что даже в долгосрочной перспективе.

4. Выбросы углерода и метана

Хотя фактическое производство электроэнергии на заводе не приводит к выбросам, существуют выбросы из резервуаров, которые они создают.Растения, находящиеся на дне водоема, начинают разлагаться. А когда растения умирают, они выделяют большое количество углерода и метана.

5. Восприимчивость к засухе

Хотя гидроэнергетика является наиболее надежным из доступных возобновляемых источников энергии, она зависит от количества воды в любом данном месте. Таким образом, на производительность гидроэлектростанции может существенно повлиять засуха. А поскольку изменение климата или планеты продолжает нагреваться, это может стать более распространенным явлением.

6.Риск наводнения

Когда плотины строятся на больших высотах, они представляют серьезную опасность для любого города поблизости, который находится ниже. Хотя эти плотины построены очень прочно, риски все же существуют. Самым большим разрушением плотины в истории является обрушение плотины Баньцяо. Из-за чрезмерного количества осадков от тайфуна плотина обрушилась. Это привело к гибели 171 000 человек.

Hydro продолжает расти

Hydro неуклонно растет, поскольку мир начинает отказываться от использования ископаемых видов топлива для получения энергии.Стоит отметить, что у гидроэнергетики много плюсов и минусов.

Однако, если сравнить это с угрозой изменения климата, это, несомненно, лучше, чем любая установка, работающая на ископаемом топливе. А с учетом того, что в Европе планируется построить более 8 700 новых гидроэлектростанций, как никогда важно понимать негативные моменты.

Infogalactic: ядро планетарного знания

Гидроэлектроэнергия — термин, относящийся к электроэнергии, вырабатываемой гидроэнергетикой; производство электроэнергии за счет гравитационной силы падающей или текущей воды.Это наиболее широко используемая форма возобновляемой энергии, на которую приходится 16 процентов мирового производства электроэнергии — 3 427 тераватт-часов выработки электроэнергии в 2010 году, ^[1] и, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 3,1% ежегодно в течение следующих 25 лет. .

Гидроэнергетика производится в 150 странах, при этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2010 году вырабатывается 32 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2010 году было произведено 721 тераватт-час, что составляет около 17 процентов внутреннего потребления электроэнергии.

Стоимость гидроэлектроэнергии относительно невысока, что делает ее конкурентоспособным источником возобновляемой электроэнергии. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час. ^[1] Это также гибкий источник электроэнергии, поскольку количество, производимое станцией, можно очень быстро увеличить или уменьшить, чтобы приспособиться к изменяющимся потребностям в энергии. Однако строительство плотин прерывает течение рек и может нанести вред местным экосистемам, а строительство больших плотин и водохранилищ часто связано с перемещением людей и диких животных.^[1] После строительства гидроэлектростанции проект не производит прямых отходов и имеет значительно более низкий уровень выбросов парникового газа углекислого газа (CO ₂), чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. ^[2]

История

Музейная ГЭС «Под городом» в Сербии, построенная в 1900 году. ^[3] ^[4]

Гидроэнергетика использовалась с древних времен для измельчения муки и выполнения других задач. В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест де Белидор опубликовал Architecture Hydraulique , в котором описывались гидравлические машины с вертикальной и горизонтальной осью.К концу 19 века был разработан электрический генератор, который теперь можно было соединить с гидравликой. ^[5] Растущий спрос на промышленную революцию также будет стимулировать развитие. ^[6] В 1878 году первая в мире гидроэлектростанция была разработана Уильямом Джорджем Армстронгом в Крагсайде в Нортумберленде, Англия. Он использовался для питания одной дуговой лампы в его художественной галерее. ^[7] Старая электростанция Schoelkopf № 1 возле Ниагарского водопада в США.С. Сайд начал производить электроэнергию в 1881 году. Первая гидроэлектростанция Эдисона, завод на Вулкан-стрит, начала работать 30 сентября 1882 года в Аплтоне, штат Висконсин, мощностью около 12,5 киловатт. ^[8] К 1886 году в США и Канаде было 45 гидроэлектростанций. К 1889 году только в США их было 200. ^[5]

В начале 20 века многие небольшие гидроэлектростанции строились коммерческими компаниями в горах, недалеко от крупных городов.В Гренобле, Франция, прошла Международная выставка гидроэнергетики и туризма, которую посетили более миллиона человек. К 1920 году, когда 40% электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, приходилось на гидроэлектростанцию, был принят Закон о федеральной энергетике. Закон создал Федеральную энергетическую комиссию для регулирования гидроэлектростанций на федеральных землях и воде. По мере того, как электростанции становились больше, связанные с ними плотины приобрели дополнительные цели, включая борьбу с наводнениями, ирригацию и навигацию. Федеральное финансирование стало необходимым для крупномасштабного развития, и были созданы федеральные корпорации, такие как Tennessee Valley Authority (1933) и Bonneville Power Administration (1937).^[6] Кроме того, Бюро мелиорации, которое начало серию ирригационных проектов на западе США в начале 20 века, теперь строило крупные гидроэлектростанции, такие как плотина Гувера 1928 года. ^[9] Инженерный корпус армии США также принимал участие в развитии гидроэлектростанции, завершив строительство плотины Бонневиль в 1937 году и признанный Законом о борьбе с наводнениями 1936 года в качестве главного федерального агентства по борьбе с наводнениями. ^[10]

Гидроэлектростанции продолжали расти в течение 20 века.Гидроэнергетика была обозначена как белый уголь за ее мощность и изобилие. ^[11] Первоначальная электростанция плотины Гувера мощностью 1345 МВт была крупнейшей в мире гидроэлектростанцией в 1936 году; в 1942 году ее затмила плотина Гранд-Кули мощностью 6809 МВт. ^[12] Плотина Итайпу открылась в 1984 году в Южной Америке как крупнейшая, производящая 14 000 МВт, но в 2008 году была превзойдена плотиной Трех ущелий в Китае с мощностью 22 500 МВт. В конечном итоге гидроэлектроэнергия будет снабжать некоторые страны, включая Норвегию, Демократическую Республику Конго, Парагвай и Бразилию, более 85% их электроэнергии.В настоящее время в Соединенных Штатах насчитывается более 2000 гидроэлектростанций, которые обеспечивают 6,4% общего объема производства электроэнергии, что составляет 49% возобновляемой электроэнергии. ^[6]

Методы генерации

Ряд турбин на электростанции Эль-Нихуил II в Мендосе, Аргентина Поперечный разрез обычной плотины гидроэлектростанции.

Обычные (плотины)

Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается за счет потенциальной энергии плотины, приводящей в движение водяную турбину и генератор.Мощность, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды. Эта разница в высоте называется головой. Большая труба («затвор») подает воду из резервуара к турбине. ^[13]

ГАЗ

Основная статья: Накопительная гидроэлектроэнергия

Этот метод производит электроэнергию для удовлетворения высоких пиковых потребностей за счет перемещения воды между резервуарами на разной высоте. Во времена низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для закачки воды в более высокий резервуар.Когда потребность становится больше, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. В настоящее время схемы гидроаккумулирования являются наиболее коммерчески важными средствами крупномасштабного хранения энергии в сети и повышают суточный коэффициент мощности системы генерации. Накачиваемое хранилище не является источником энергии и отображается в списках как отрицательное число. ^[14]

Русло реки

Основная статья: Русловая гидроэлектростанция

Русловые гидроэлектростанции — это гидроэлектростанции с небольшой емкостью водохранилища или без них, так что в этот момент для выработки доступна только вода, поступающая из верхнего течения, и любое избыточное предложение должно оставаться неиспользованным.Постоянная подача воды из озера или существующего водохранилища выше по течению является значительным преимуществом при выборе участков для русла реки. В Соединенных Штатах речная гидроэлектроэнергия потенциально может обеспечить 60 000 мегаватт (80 000 000 л.с.) (около 13,7% от общего потребления в 2011 г., если оно будет постоянно доступно). ^[15]

Прилив

Приливная электростанция использует ежедневный подъем и опускание океанской воды из-за приливов; такие источники очень предсказуемы, и, если условия позволяют строительство резервуаров, также могут быть диспетчеризованы для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса.Менее распространенные типы гидросхем используют кинетическую энергию воды или неповрежденные источники, такие как водяные колеса с недокусом. Приливная энергия жизнеспособна в относительно небольшом количестве мест по всему миру. В Великобритании есть восемь объектов, которые могут быть разработаны, на которых будет производиться 20% электроэнергии, потребляемой в 2012 году. ^[16]

Размеры, типы и мощности гидроузлов

Крупные объекты

Крупные гидроэлектростанции чаще рассматриваются как крупнейшие в мире объекты по производству электроэнергии, при этом некоторые гидроэлектростанции способны генерировать более чем вдвое установленную мощность по сравнению с нынешними крупнейшими атомными электростанциями.

Принцип работы гидроэлектростанции: Гидроэлектростанции принцип работы

принцип работы, схема, оборудование, мощность

Что такое ГЭС?

Принцип работы ГЭС

Мощности

Роль плотины

Технологии

Гидроэлектростанции России

В заключение

Гидроэлектростанция — это… Что такое Гидроэлектростанция?

Особенности

Принцип работы

Крупнейшие ГЭС в мире

Гидроэлектростанции России

Крупнейшие гидроэлектростанции России

Другие гидроэлектростанции России

Предыстория развития гидростроения в России [3]

Преимущества

Недостатки

Крупнейшие аварии и происшествия

Примечания

См. также

Ссылки

виды, принципы работы, самые крупные электростанции на Земле

Немного истории

Виды ГЭС и как работают

ГЭС на Земле

Источник энергии воды гидроэлектростанции

Гидроэнергетика в мире

Принцип работы гидроэлектростанции

Состав гидроэлектростанции

Принцип работы ГЭС

Гидроэлектростанция — ТеплоВики — энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Технологии

Принцип работы ГЭС

Плотина

Большая и малая гидроэнергетика

Новые разработки

Гидроаккумулирующие электростанции

Приливные электростанции

История гидроэнергетики

Античная и средневековая гидроэнергетика

Гидроэнергетика в девятнадцатом столетии

Гидроэлектроэнергетика в двадцатом веке

Советская гидроэнергетика

Мировая гидроэнергетика в 21 веке

Перспективы гидроэнергетики

Потенциал мировой гидроэнергетики

Основные достоинства и недостатки

Экологические аспекты использования гидроэнергетики

Источники

Проектирование и разработка гидроэлектростанций

Электростанция

Электростанция

ТЭЦ

Классификация тепловых электростанций

Классификация

Прочие источники энергии

Операции

Преимущества и недостатки гидроэнергетики

Что такое гидроэнергетика?

Преимущества гидроэнергетики

1. Возобновляемая энергия

2. Без выбросов

3. Надежность

4. Регулируемый

5. Создавайте озера

6. Быстрее застраиваемая земля

Недостатки гидроэнергетики

1. Воздействие на рыбу

2. Ограниченное количество мест размещения заводов

3. Более высокие начальные затраты

4. Выбросы углерода и метана

5. Восприимчивость к засухе

6.Риск наводнения

Hydro продолжает расти

Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

История

Методы генерации

Предыстория развития гидростроения в России ^[3]

Infogalactic: ядро планетарного знания