Возможности использования рек в РБ для получения электрической энергии

БЕЛКООПСОЮЗ

УО «Белорусский торгово-экономический университет Потребительской

кооперации»

Факультет коммерции и менеджмента

 

 

 

 

 

ТЕМА

Возможности использования рек в РБ для получения электрической энергии

 

 

 

 

Выполнил студент группы Гз-11

О. И. Улимова

Факультет коммерции и менеджмента

Проверил

Б.И.Врублевский

 

Гомель 2011

     Введение.

1. Вода. Её особенности как источника  энергии.

2. Гидроэлектрические  станции. Их характеристики.

3. Гидроэнергетика  в Беларуси.

   3.1. Общие сведения.

   3.2. Описание работы гидроэлектростанций.

   3.3. Гидроэлектростанции и жизненная  среда.

4. Используемая  литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Введение.

 

  Использовать энергетический ресурс рек в Беларуси начали давно — на них сооружались водяные мельницы и различные гидросиловые установки, которые задействовались, в частности, на лесопилках. Чтобы нарастить рекам «мускулы», возводились простейшие плотины, позволявшие «подпереть» воду на высоте двух-трех метров. До начала Великой Отечественной войны на территории республики действовало более тысячи водяных мельниц. Часть из них позже трансформировали в небольшие гидроэлектростанции. В послевоенные годы средняя мощность строившихся в Беларуси ГЭС постепенно увеличивалась — от 30 кВт до 120 кВт.  

   Собственными традиционными энергоресурсами наша республика обеспечена менее чем на 20 %. Поэтому одной из стратегических задач развития экономики Беларуси является сокращение импорта энергоносителей. Решение этой задачи возможно посредством активизации применения в сельскохозяйственном производстве страны альтернативных источников энергии и местных видов топлива. Освоение и эффективное использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии имеет принципиальное значение, поскольку в ближайшей перспективе именно они представляют реальный потенциал местных топливно-энергетических ресурсов, которые могут быть рационально вовлечены в экономику страны и способствовать повышению энергобезопасности республики. По терминологии, принятой в ООН, к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии относятся гидроэнергия, солнечная, геотермальная, энергия ветра, энергия приливов и отливов, волн, термальный градиент моря, энергия преобразования биомассы, энергия, получаемая в результате сжигания топливной древесины, древесного угля, торфа.

 

1.Вода. Её особенности как источника энергии.

 

   Вода, которую еще в древности использовали для совершения механической работы, до сих пор остается хорошим источником энергии—теперь уже электрической—для нашей промышленной цивилизации. Энергия падающей воды, вращавшей водяное колесо, служила непосредственно для размола зерна, распиливания древесины и производства тканей. Однако мельницы и лесопилки на наших реках стали исчезать, когда в восьмидесятых годах прошлого века началось производство электроэнергии у водопадов. Республика Беларусь располагает большим количеством малых рек, однако до настоящего времени это богатство не было использовано для получения электроэнергии. В связи с постоянно растущей стоимостью энергоносителей и актуальностью вопроса получения энергии за счет возобновляемых источников, возникла необходимость в решении данной проблемы.

   Найдено эффективное решение получения энергии потока воды, в том числе и малых рек, без затопления поймы. Разработана низконапорная гидроэлектростанция, которая в сотни раз эффективнее существующих аналогов. Ее могут при желании построить любой фермер, предприниматель или предприятие. По мнению разработчиков, этот тип электростанции способен обеспечить дешевой гидроэнергией потребителей региона, имеющего перемещающиеся водные запасы. К примеру, на территории Белинского района совершенно не используются гидроресурсы рек. А устройство только на одной р. Друть каскада из 7 – 9 гидроэлектростанций при перепаде уровня воды в 1 м полностью обеспечит потребности района в электроэнергии, при их стоимости строительства в разы меньше традиционных. Энергия реки определяется стоком воды и уклоном русла. Стоком воды называется суммарный объем воды, протекающий в течение какого-либо времени через данный створ реки. Энергия рек, определяемая разностью высотных уровней истока и устья, в развитых  странах практически уже исчерпана и составляет небольшую величину от общего объема энергопотребления. Использование в дальнейшем энергий равнинных рек не всегда оправдано из-за потери больших площадей плодородных земель. Энергия рек или водная энергия, являющаяся также весьма существенным ресурсом современной энергетики, по сравнению с топливом играет менее значительную роль.

   В мировой практике использованию возобновляемых источников энергии уделяется большое внимание. Во многих странах существуют национальные программы по развитию возобновляемой энергетики (в частности, в Нидерландах — стране, во многом схожей с Республикой Беларусь, но без энергетических проблем). Более 20 стран (Германия, Франция, Швеция, Нидерланды и др.) образовали Международное общество солнечной энергии. Доля возобновляемой энергетики в потреблении энергии в странах ЕЭС должна возрасти с 6,0 % в 2000 г. до 22,1 %, включая гидроэнергетику, к 2010 г. Прогноз мирового производства энергии от возобновляемых источников энергии на 2040 г. составит 82,0 % от прогнозируемого мирового потребления электроэнергии. Потенциал использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Беларуси составил в 2003 г. 1,6 % валового потребления, в 2012 г. предполагается, что ВИЭ составят 2,9 % валового потребления энергии. Анализ использования ВИЭ в республике на данном этапе указывает на неудовлетворительные результаты освоения их энергетического потенциала.

    Министерством топлива и энергетики Республики Беларусь в декабре 1996 г. была принята Программа проектирования, реконструкции и нового строительства малых ГЭС в системе Минтопэнерго (в настоящее время концерна «Белэнерго»). Программой предусмотрено восстановить и построить в 1997—2010 г. 29 ГЭС мощностью 6 860 кВт. Эта программа позволит лишь удвоить мощность существующих малых гидроэлектростанций в республике, но не позволит повысить уровень использования этого возобновляемого источника энергии. Более существенным шагом могло бы стать строительство каскадов ГЭС на самых крупных реках Беларуси — Западной Двине и Немане. В бассейнах рек Неман и Западная Двина, исходя из экономической и экологической целесообразности, возможно строительство 35 ГЭС суммарной мощностью 260 МВт, что позволит увеличить долю ГЭС в общем потреблении электроэнергетики до 1 %.

 

2. Гидроэлектрические станции. Их  характеристики.

 

    Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

    Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции — гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления — пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

    По установленной мощности (в МВт) различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды, используемого в гидротурбинах, и КПД гидроагрегата. По ряду причин (вследствие, например, сезонных изменений уровня воды в водоёмах, непостоянства нагрузки энергосистемы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а, кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

    Плюсы и минусы

   По сравнению с тепловыми электростанциями у ГЭС есть целый ряд преимуществ. Во-первых, это отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу. Во-вторых, относительно низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии (примерно в десять раз ниже, чем вырабатываемой на тепловых электростанциях). В-третьих, высокая маневренность в процессе обеспечения потребителей электроэнергией, что позволяет вырабатывать более дорогую пиковую электроэнергию, тарифы на которую в несколько раз превышают тарифы на базовую электроэнергию. Есть и другие преимущества:

возобновляемость энергоресурсов рек и возможность улучшения многоцелевого водопользования вследствие создания водохранилищ ГЭС.

   Вместе с тем создание ГЭС связано с большими удельными первоначальными затратами (капитальными вложениями), которые на 1 кВт мощности в два раза и более выше, чем при строительстве тепловых электростанций. Но при этом следует учитывать, что половина стоимости 1 кВт/ч электроэнергии, вырабатываемой на тепловых электростанциях, — это цена газа или мазута.

Оценка экономического гидроэнергопотенциала наших рек показала, что в Беларуси выгодно строить ГЭС, если удельные капитальные вложения на 1 кВт ее установленной мощности не превышают 2750 долларов США, — пояснил заведующий сектором гидроэнергетики РУП “ЦНИИКИВР” Анатолий Альферович. — У нас есть и гидропотенциал, и большой опыт. Поэтому я категорически не приемлю, когда гидроэнергетику называют нетрадиционным источником энергии. Более традиционного источника энергии, чем ГЭС, нет. Возьмем для сравнения сопредельную Литву. В 1999 году там действовало 20 ГЭС, в 2003-м — 43, в 2005-м — 63. И хотя территория Литвы меньше нашей, она использует свой технический потенциал на 14 процентов, мы — на 0,1 процента. А Бельгия, например, имея атомные электростанции, использует технический гидропотенциал на 75 процентов, Германия — на 70 процентов. В Швеции действует 1350 малых ГЭС, которые вырабатывают 10 процентов необходимой стране электроэнергии. В Китае насчитывается 83 тысячи МГЭС. На мой взгляд, заслуживает внимания и зарубежный опыт строительства ветрогидроэнергетических комплексов.

   По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации — до 1500 м. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер.

   По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные.

   В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30—40 м.

   При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за плотиной, примыкает к нижнему бьефу. Другой вид компоновки приплотинная ГЭС соответствует горным условиям при сравнительно малых расходах реки.

   В деривационных ГЭС концентрация падения реки создаётся посредством деривации; вода в начале используемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, значительно меньшим, чем средний уклон реки на этом участке и со спрямлением изгибов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей деривационной ГЭС.         Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик.

   Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, требующуюся для покрытия пиковых нагрузок. Способность ГАЭС аккумулировать энергию основана на том, что сво­бодная в энергосистеме в некоторый период времени электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в режиме насоса, нагнетают воду из водохранилища в верхний аккумулирующий бассейн. В период пиков нагрузки аккумулированная энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассейна поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока).

ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнергия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным характером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют провалы мощности приливных электростанций в течение суток или месяцев.

   Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.