Гидроэнергетика история развития и современность реферат

Обновлено: 02.07.2024

По количеству вырабатываемой энергии на втором месте посте теплоэлектростанций находятся гидроэлектростанции (ГЭС). Электроэнергия ГЭС наиболее дешева среди других видов, но строительство гидроэлектростанции дорого. Современные ГЭС позволяют производить до 7 млн. кВт энергии, что вдвое превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и, пока, АЭС, однако размещение ГЭС в Европе затруднено по причине дороговизны земли и невозможности затопления больших территорий в данных регионах. В России этой проблемы нет. Важным недостатком ГЭС является сезонность работы, столь неудобная для промышленности.
ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В России большая часть ГЭС сооружалась на равнинных реках. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального судоходства и орошения. Во всех странах мира стараются отказаться от использования ГЭС на равнинных реках, переходя на быстрые горные реки или АЭС.
Гидроэлектростанции используют для выработки электроэнергии гидроэнергетические ресурсы, то есть силу падающей воды. Существует три основных вида ГЭС.
Гидроэлектрические станции. Технологическая схема их работы довольна проста. Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы с помощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсы используются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическая энергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию.
Приливные станции. Природа сама создает условия для получения напора, под которым может быть использована вода морей. В результате приливов и отливов уровень воды меняется на северных морях – Охотском, Беринговом, волна достигает 13 метров. Между уровнем бассейна и моря создается разница и таким образом создается напор. Так как приливная волна периодически изменяется, то в соответствии с ней меняется напор и мощность станций. Пока еще использование приливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком таких станций является вынужденный режим. Приливные станции (ПЭС) дают свою мощность не тогда, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов и отливов воды. Велика также стоимость сооружений таких станций.
Гидроаккумулирующие электростанции. Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами: верхним и нижним. В ночные часы, когда потребность электроэнергии мала, вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхний бассейн, потребляя при этом излишки энергии, производимой электростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потребление электричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатывая при этом энергию. Это выгодно, так как остановки ТЭС в ночное время невозможны. Таким образом, ГАЭС позволяет решать проблемы пиковых нагрузок. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС.
В настоящее время появился новый тип гидроэлектростанций – бесплотинная мини-электростанция. Её устройство несложно, а показатели мощности довольно неплохи. Это мобильная электростанция, что удобно в некоторых труднодостижимых местах. Рукавная электростанция – также относится с микро гидроэлектростанциям.

ИСТОРИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ

Долгое время считалось, что серьезная гидроэнергетика в нашей стране начиналась в 20-х годах прошлого века. В царской России в 1913 г. было выработано тогдашними 74 гидростанциями всего 5 млн. кВт, то есть столько, сколько вырабатывает Красноярская ГЭС менее чем за час.
Именно с малых гидроэлектростанций выросла гидроэнергетика нынешней России. Так вспомним же где и кем были построены эти предтечи нынешних гигантов.
К 1916 г. Министерство земледелия России зарегистрировало 24 гидроэлектростанции, мощностью от 150 кВт и более, построенных на мелких речках, дающих электроэнергию фабрикам, курортам, монастырям, поместьям и рудникам.
Чаще всего использовалась такая схема. В горных районах, где быстрые реки позволяли не затапливать окрестности, в верховьях возводилась небольшая плотина. Уровень воды повышался на несколько метров. Затем по склону прорывался канал или укладывались трубы, куда отводилась часть потока. Остальная вода, переливаясь через гребень плотины, продолжала свое течение по руслу. У подошвы склона сооружалась гидроэлектростанция, турбина крутила не очень мощный электрогенератор.
Первенцем гидроэнергетики в России следует считать станцию на Рудном Алтае, построенную в 1892 г. Эта четырехтурбинная ГЭС была создана под руководством инженера
Кокшарова для шахтного водоотлива Зыряновского рудника. Здесь издавна были гидросливные установки, где с помощью воды вращались механизмы. Пристроив к ним турбины с генератором тока, можно было без дополнительных затрат получить электроэнергию. Кроме того, у рудника были именитые хозяева - русские цари.
Следующие по "возрасту" были ГЭС, построенные на Урале, в Восточной Сибири и под Петербургом. На Урале первые гидроэлектростанции появились там, где добывалась железная руда, в частности на Алапаевском месторождении бурых железняков. Мощность Алапаевской ГЭС, построенной в 1904 г., по тем временам была велика - 560 кВт.
В европейской части России первая промышленная гидроэлектростанция мощностью в 260 кВт была построена уже в 1896 г. на реке Охте, близ Петербурга. Она снабжала электроэнергией Охтинский пороховой завод. В ее создании участвовали инженеры В. Н. Чиколев и Р. Э. Классон.
18 октября 1898 г. стало знаменательной датой для Ленских золотых приисков: в этот день заработала ГЭС, на которой впервые в России были установлены генераторы трехфазного (переменного) тока. Трансформатор напряжением 10 кВ позволил передать ток на расстояние в 20 км. Для этого была специально сооружена высоковольтная линия. Через пару лет на Ленских приисках начали строить еще ряд ГЭС, так что их число к началу 1917 г. достигло шести, общая мощность - 2,5 тыс. кВт.
В Средней Азии ГЭС появились значительно позднее, чем в Сибири, но зато сюда, на реку Мургаб, была доставлена самая крупная в то время гидравлическая турбина, изготовленная в Риге. С ее помощью стала работать с 1910 г. гидроэлектростанция, поставлявшая электроэнергию для орошения земель, где выращивали фрукты для царского двора. Как это ни парадоксально, проводниками технического прогресса часто оказывались монастыри и курорты. Так, еще в 1902 г. под монастырем "Новый Афон", была построена Сухумская (или Псырцхская) ГЭС мощностью в 350 кВт.
И еще об одной гидростанции стоит рассказать - это ГЭС "Белый уголь", в создании которой принимал участие известный инженер М. А. Шателен. Построенная в 1903 г. на реке Подкумок .
Ни одна из гидроэлектростанций не была столь популярна. Впервые о ней писал в 1902 г. журнал "Электрический вестник". Возможно, что популярность станции стала причиной досадной ошибки: в некоторых изданиях ее называют первой ГЭС страны.
Более 110 лет минуло с тех пор, как наши соотечественники заставили воду работать для электроэнергетики. Пришла пора, наверное, считать первые ГЭС памятниками национальной технической культуры.

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ РОССИИ

Водные ресурсы — это воды рек, озер и подземные воды, они служат основным источником водоснабжения страны. Вода нужна и коммунальному хозяйству, и промышленным предприятиям, и сельскому хозяйству для орошения. В целом страна хорошо обеспечена водными ресурсами, но по ее территории они распределены неравномерно. Хорошо обеспечены северные районы, Сибирь (80% пресных вод сосредоточено в озере Байкал), однако все наиболее освоенные части страны испытывают недостаток воды, особенно это касается южной половины европейской части страны.
Главная проблема водоснабжения — нехватка чистой воды, загрязнение вод рек и озер бытовыми и промышленными стоками, стоками животноводческих комплексов. Нужно шире внедрять системы оборотного водоснабжения, очистки сточных вод и их использования.
Водные ресурсы России значительны и разнообразны. Запасы пресной воды содержатся не только в реках, озерах, водохранилищах, но также и в подземных водоемах, ледниках, многолетней мерзлоте и болотах.
По водообеспеченности Россия значительно опережает любую соседнюю республику нового зарубежья. Но распределение водных ресурсов крайне неравномерно. Значение этой диспропорции еще более усиливается, если учесть, что наименее обеспеченные водой районы являются главными потребителями воды.
Россия обладает огромными гидроэнергетическими ресурсами. Но они используются менее чем на 20%. Большая часть гидроэнергетических ресурсов приходится на Сибирь и Дальний Восток (80%). Особенно велики они в бассейнах рек Енисея, Лены, Оби, Ангары, Иртыша, Амура. Богаты гидроэнергоресурсами реки Северного Кавказа.
Строительство ГЭС не только выгодно, но имеет и отрицательные последствия: затопление земель, изменение уровня грунтовых вод, микроклимата, ухудшаются условия для размножения многих ценных видов рыб.
Велико значение рек для развития межрайонных и внутрихозяйственных связей. В России — самая разветвленная речная сеть в мире; протяженность судоходных речных путей по России — свыше 400 тыс. км.
РОССИЙСКИЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Становление электроэнергетики России связано с планом ГОЭЛРО (1920 г.). Рассчитанный на 10—15 лет план предусматривал строительство 10 гидроэлектростанций и 20 паровых электростанций суммарной мощностью 1,5 млн кВт. Фактически план был реализован за 10 лет — к 1931 году, а к концу 1935 г. вместо 30 электростанций были построены 40 районных электростанций, в том числе Свирская и Волховская гидроэлектростанции, Шатурская на торфе и Каширская на подмосковных углях государственные районные электростанции (ГРЭС).
Основу плана составили следующие направления:
• широкое использование на электростанциях местных топливных ресурсов;
• создание высоковольтных электрических сетей, объединяющих мощные станции;
• экономическое использование топлива, достигаемое параллельной работой тепловых электростанций (ТЭС) и ГЭС;
• сооружение ГЭС в первую очередь в районах, бедных органическим топливом.
План ГОЭЛРО создал базу индустриализации России. В 1920-е годы наша страна занимала одно из последних мест в мире по выработке энергии, а уже в конце 1940-х годов она заняла первое место в Европе и второе в мире.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

Одно из важнейших воздействий гидроэнергетики связано с отчуждением значительных площадей плодородных (пойменных) земель под водохранилища. В России, где за счет использования гидроресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы.
Со строительством водохранилищ связано резкое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им экосистем и видового состава гидробионтов. Так, Волга практически на всем протяжении (от истоков до Волгограда) превращена в непрерывную систему водохранилищ.
Ухудшение качества воды в водохранилищах происходит по различным причинам. В них резко увеличивается количество органических веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древесина, другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так и вследствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.
В конечном счете, перекрытые водохранилищами речные системы из транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные. Кроме биогенных веществ, здесь аккумулируются тяжелые металлы, радиоактивные элементы и многие ядохимикаты с длительным периодом жизни. Продукты аккумуляции делают проблематичным возможность использования территорий, занимаемых водохранилищами, после их ликвидации. Имеются данные, что в результате заиления равнинные водохранилища теряют свою ценность как энергетические объекты через 50-100 лет после их строительства. Считается, что в перспективе мировое производство энергии на ГЭС не будет превышать 5% от общей.

Сейчас Россия занимает второе место в мире по гидроэнергетическим ресурсам. Но потенциал еще больше. Новое строительство в основном планируется в Сибири и на Дальнем Востоке. Гидропотенциал этих регионов в настоящее время используется на 20 и 4% соответственно. Программой перспективного развития гидроэнергетики предусмотрено строительство следующих ГЭС: Катунская, Чемальсткая, Мокская, Тельмамская, Шилкинская, Нижнеангарская, Выдумская, Стрелковская, а также Ивановской ГЭС.
К 2020 г. планируется ввести в эксплуатацию восемь строящихся сейчас гидростанций: каскад Нижне-Черекских ГЭС, Зарамагские ГЭС, Ирганайскую ГЭС, Богучанскую ГЭС, Бурейскую ГЭС, Усть-Среднеканскую ГЭС и Вилюйскую ГЭС. Их сооружение началось еще до 1990 г.
Однако, нынешнее техническое состояние уже эксплуатирующихся гидроэлектростанций оставляет желать лучшего, поэтому акцент также делается на модернизацию существующих ГЭС.
Весьма перспективным является строительство гидроаккумулирующих электростанций, которые позволяют решать проблему пиковых нагрузок. Построена Загорская ГАЭС (1,2 млн КВт), строится Центральная ГАЭС (2,6 млн КВт).
Энергетика России в последние годы ясно показала, что при недофинансировании, при недоинвестировании энергетических активов энергетика может стать препятствием для экономического роста в регионах. Когда есть запрос на развитие промышленности, есть запрос на подключение потребителя, а энергетика не может обеспечить этот запрос.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Экономическая география России: Учеб. Пособие для вузов / Под ред. Т. Г. Морозовой. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. – 147с.
2. Региональная экономика: Учеб. Пособие для вузов/ Т. Г. Морозова, М. П. Победина, Г. Б. Поляк и др.; Под ред. проф. Т. Г. Морозовой. – М.: Банки и биржи, ЮНИТИ, 1995. – 304 с.
3. География России. Население и хозяйство. 9 кл.: Атлас. – 9-е изд., испр. – М.: Дрофа; Издательство ДИК, 2005. – 48с.: ил., карт.

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.

В данной работе мы поговорим о потенциале гидроэнергетики, рассмотрим её сильные и слабые стороны, затронем экологические аспекты эксплуатации гидроэлектростанций.

Глава1 Гидроэлектростанция. Устройство и принцип работы.

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.

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.

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.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
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.

Глава 2 . Достоинства и недостатки гидроэнергетики

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.эксплуатация гидроэлектростанций не приводит к загрязнению природы вредными веществами

Гидроэнергетические объекты оказывают существенное влияние на окружающую природную среду. Это влияние является локальным. Однако сооружение каскадов крупных водохранилищ, намечая переброска части стока рек Сибири в Среднюю Азию и другие крупные водохозяйственные мероприятия могут изменить природные условия в региональном масштабе. При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации.

Первый период сравнительно кратковременный - несколько лет. В это время в районе строительства нарушается естественный ландшафт. В связи с прокладкой дорог, постройкой промышленной базы и посёлка резко повышается уровень шума. Вода, используемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими примесями - частицами песка, глины и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного посёлка. Подъём уровня воды в верхнем бьефе начинается обычно в период строительства. В результате производного при этом наполнении водохранилища изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе.

В период эксплуатации происходит разносторонне влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду. Наиболее существенное влияние на природу оказывают водохранилища:

1. Затопление в верхнем бьефе . Создание водохранилищ ведёт за собой затопление территории .В зону затопления могут попасть сельскохозяйственные угодья, месторождения полезных ископаемых, промышленные и гражданские сооружения, памятники старины, дороги, лесные массивы, места постоянного обитания животных и растений и т. д. Наиболее заселены и освоены прирусловые участки реки и районы в устьях притоков. На склонах гор мало сельскохозяйственных угодий, обычно там отсутствуют промышленные объекты. Поэтому создание водохранилищ в горных условиях приносит значительно меньший ущерб, чем на равнинах.

2. Подтопление. Подтопление прилежащих к водохранилищу земель происходит вследствие подъёма уровня грунтовых вод. В зоне избыточного увлажнения подтопление влечёт за собой негативны последствия - переувлажнение корней растений и их отмирание. С изменением водно-воздушного режима почвы может произойти заболачивание и оглеение почв, что ухудшает качество почвы и снижает её продуктивность. В засушливых районах подтопление улучшает условия произрастания растений при соответствующих глубинах почвенных вод. В неблагоприятных условиях может происходить засоление почвы.

3. Переработка берегов . Вследствие подъёма и снижения уровня воды в водохранилище при регулировании стока и волновых явлений проходит переработка берегов водохранилища, Она заключается в размыве и обрушении крутых склонов, срезке мысов и кос. Размеры переработки берегов зависят от их геологического строения, режима уровней воды и глубины водохранилища, конфигурации берегов, господствующих ветров и т. п. Относительная стабилизация берегов происходит через 5-20 лет после наполнения водохранилища.

4. Качество воды . Вследствие снижения скорости течения и уменьшения перемещения воды по глубине существенно изменяются физико-химические характеристики воды по отношению к бытовым условиям реки до создания водохранилища. На качество в годы в водохранилище влияет заселённость зоны затопления, видовой и возрастной состав леса, подлеска и лесной подстилки, наличие притоков, режим и глубина сработки водохранилища и т. п. Качество воды ухудшают сточные воды промышленных, горнорудных и животноводческих комплексов, комунально-бытовые сточные воды и вынос удобрений с сельскохозяйственных угодий. Для южных районов неприятным следствием перенасыщения воды в водохранилищах органическими и биогенными веществами(в основном ионами азота и фосфора) является бурное развитие в тёплой воде сине-зелёны водорослей. При создании водохранилищ необходимо тщательно изучить Совместное влияние всех факторов с учётом перспектив строительства каскадов ГЭС и принимать меры для поддержания качества воды. Качество воды - характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность её для конкретных видов водопользования.. Должна производиться тщательная очистка сточных вод, поступающих в водохранилище. Использовать прилегающие земли в сельском хозяйстве надо, применяя передовые методы агротехники, ограничивающие вынос удобрений в водохранилище.

5. Влияние водохранилищ на микроклимат . Водохранилища повышают влажность воздуха, изменяют ветровой режим прибрежной зоны, а также температурный и ледяной режим водотока. Это приводит к изменению природных условий, а также жизни и хозяйственной деятельности населения, обитания животных, рыб. Степень влияния крупных водохранилищ на микроклимат различна для отдельных регионов страны. Интегральное влияние, оказываемое акваторией на развитие растительности, благоприятно в условиях степной и лесостепной зоны и неблагоприятно в лесной.

6. Влияние водохранилищ на фауну . Многие животные из зоны затопления вынуждены мигрировать на территорию с более с высокими отметками. При этом видовой состав и численность животных значительно уменьшается. В ряде случаев водохранилища способствуют обогащению фауны новыми видами водоплавающих птиц и в особенности рыб: карасёвых, сазана, щуки и т. п. При ранней сработке водохранилища после весеннего половодья осушаются мелководья, что отрицательно влияет на нерест рыбы в верхнем бьефе. Глубокая зимняя сработка водохранилища в средней полосе страны может повлечь за собой замор рыбы на мелководных участках водохранилища.

Также на окружающую среду влияют гидротехнические сооружения. Возведение платин гидроузлов приводит к подъёму уровней воды в верхнем бьефе и образованию водохранилищ. Плотины, перегораживающие реки затрудняют проход рыб к местам естественных нерестилищ в верховьях рек. Но платины, здания ГЭС шлюзы каналы и т. п., удачно вписанные в рельеф местности и хорошо архитектурно оформленные, создают вместе с акваторией верхнего бьефа монументальные и живописные ансамбли.

Разрушения ГЭС при военных действиях приведёт к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой десятки метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС. Строительство ГЭС приводит к наведённой сейсмичности, в частности в США и Индии возникали землетрясения, разрушившие ГЭС.

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

Энергетика – область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.
Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную и нетрадиционную энергетики. К традиционной энергетике относят крупные ГЭС всех типов, АЭС и ядерные станции всех типов, двигатели внутреннего сгорания, ТЭС и теплоустановки, различные виды синтетического топлива

Прикрепленные файлы: 1 файл

гидроэнергетика.docx

Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную и нетрадиционную энергетики. К традиционной энергетике относят крупные ГЭС всех типов, АЭС и ядерные станции всех типов, двигатели внутреннего сгорания, ТЭС и теплоустановки, различные виды синтетического топлива. К нетрадиционной энергетике относят гелиоэнергетику, биоэнергетику, альтернативную гидроэнергетику, ветроэнергетику и т.д. В данном реферате более подробно будет рассмотрена гидроэнергетика.[1]

1. История гидроэнергетики

Гидроэнергетика прошла довольно долгий и интересный путь развития, о котором будет рассказано в этом разделе.

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.

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.

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.

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).[2]

2.Конструкция и работа ГЭС

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 подразделяются: в конструктивном отношении – по схеме и составу основных гидротехнических сооружений – на приплотинные и деривационные, сооружаемые на крупных, средних и малых реках; в народнохозяйственном отношении - на крупные (свыше 50-75 тыс.кВт),средние ( от 3-5 до 50-75 тыс.кВт) и малые (до 3-5 тыс. к.Вт); по величине напора – нанизконапорные (при напорах ниже 20-25 м), средненапорные ( от 20-25 до 70-75 м) ивысоконапорные (свыше 7—75 м ). Различают также гидроэлектростанции похарактеру регулирования речного стока их водохранилищами: с длительным(многолетним, годовым и сезонным), краткосрочным ( суточным или недельным)регулированием и совсем без регулирования.

В приплотинных ГЭС водосток регулируется посредствам плотин. В результате подпора воды, создаваемого плотиной, возникает статическая разность между уровнями верхнего и нижнего бьефов ГЭС, называемая статическим напором.

В деривационных ГЭС большая или существенная часть напора создается посредствам безнапорных или напорных деривационных (обходных водоводов). В качестве безнапорного деривационного водовода могут быть использованы каналы, лотки, безнапорные туннели или сочетание этих типов водоводов.[3]

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.[4]

3.Гидроэнергетика в Беларуси

Потенциальные гидроэнергетические ресурсы Республики Беларусь и экологически приемлемые, экономически оправданные возможности их использования обусловлены расположением в середине ее равнинной территории водораздела между бассейнами Балтийского и Черного морей, который делит страну на две почти равные части, вследствие чего вытекающие отсюда реки не могут достигнуть значительной мощности прежде, чем оставляют ее границы. Это предопределяет строительство в республике главным образом малых гидроэлектростанций.

Запасы гидроэнергоресурсов Республики Беларусь составляет теоретический потенциал ее рек - около 7,5 млрд. кВт. часов в средний по водности год, а его часть, которая путем выработки электроэнергии на ГЭС или иными техническими средствами может быть использована (технический потенциал), - 2,5 - 3,0 млрд. кВтч/год.

В настоящее время экономический гидроэнергопотенциал в Республике Беларусь составляет 1,3 млрд. кВт-ч/год, или 325 МВт общей установленной мощности возможных ГЭС в условиях Беларуси. Его оценка проведена на основе сравнения удельных (отнесенных на производство 1 кВт-ч электроэнергии, в долл. США/кВтч) дисконтированных затрат по ГЭС с таковыми по альтернативной тепловой (газатурбинной) электростанции.

г. Казань, 2010
Содержание
Введение …………………………………………………………..………. 3
1. Предпосылки развития гидроэнергетики …………………………….. 5
2. Водяные колеса …………………………………………………….…. 6
3.Гидравлический двигатель …………………………………………..… 8
4. Гидроэнергетика и теплоэнергетика ………………………………….. 9
5. Развитие гидравлических турбин ………. …………………………. 10
6. Развитие гидроэлектростанций ……………………………………….. 12
Заключение ………………………………………………………………. 15
Список литературы ……. ………………………………………………. 17

Введение
Энергетика делится на традиционную и нетрадиционную. Традиционная энергетика базируется наиспользовании ископаемого горючего или ядерного топлива и энергии воды крупных рек. Она подразделяется на теплоэнергетику, электроэнергетику, ядерную энергетику и гидроэнергетику.
Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертейповерхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения, рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны.
Человек всегда жил возле водоемов и не мог не обращать внимание на огромный потенциал воды как источника энергии. Поэтомуистория гидроэнергетики ведет свое начало еще с древних времен. Уже тогда люди научились с помощью воды производить помол зерна или дутье воздуха при выплавке металла.
Постепенно механизмы совершенствовались, и водяные колеса становились все более эффективными. В конце девятнадцатого века наступил современный этап в развитии гидроэнергетики.
Но полномасштабное использование водных ресурсов началосьтолько 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 все новыми возможностями. В данном реферате подробно рассмотрен путь,проделанный гидроэнергетикой в течение многих веков, рассмотрены этапы и особенности ее развития, от водяных колес, используемых в эпоху античности и Средневековья, до современных гидроэлектростанций, появившихся уже в двадцатом веке.
Основные преимущества гидроэнергетики очевидны. Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем. При этомгидроресурсы 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.

1. Предпосылки развития гидроэнергетики
Наиболее характерным энергоемким процессом, с которым впервые столкнулся человек, является подъем воды для орошения полей и размола зерна.
Орошение полей и размол зерна требовал от работников длительной, однообразной, изнурительной механической работы. Но, с другой стороны, именно в этой изнурительнойповторяющейся работе, не требовавшей ни мышления, ни мастерства, заключалась возможность перехода к применению энергии прирученного животного или неорганической природы, и в первую очередь энергии воды. Так возникла гидроэнергетика, приведшая к замене человека-двигателя (животного-двигателя) механическим двигателем.
Первые сведения об.

Сейчас уже сложно определить, когда именно человеку удалось подчинить себе воду. Первые упоминания приходятся на IV тысячелетие до н. э.

Многообразие задач, которые были подвластны водяной мельнице, сложно сосчитать. С ее помощью изготавливали бумагу и ковали железо, пилили бревна и варили пиво. Например, в Англии и Франции одна водяная мельница приходилась на каждые 250 жителей. Родоначальник монашества Бенедикт Нурсийский даже предписывал каждому монастырю иметь водяную мельницу.

Дальнейшим шагом в гидротехнике стало изобретение водяной турбины. Впервые ее представил французский инженер Бенуа Фурнерон в 1834 году. Через три года, независимо от него, турбину сконструировал русский мастер-самоучка Игнатий Сафонов. Она была установлена на Нижне-Алапаевском заводе и развивала вдвое большую мощность, чем использовавшееся ранее водяное колесо. Почти 30 лет спустя, в 1878 году англичанин Уильям Армстронг разработал первую гидроэлектрическую схему электропитания. Благодаря ей освещалась картинная галерея Армстронга. Одной из первых гидроэлектростанций в мире стала ГЭС Якоба Шоелкоппфа на Ниагарском водопаде. В 1882 году бизнесмен присоединил к водяному колесу электрогенератор, питавший 16 осветительных ламп. Семь лет спустя в США насчитывалось уже более 200 ГЭС.

Начиная с 1930-х годов в мире начался гидроэнергетический бум, а крупные ГЭС стали появляться одна за другой. В 1936 году в США была достроена плотина Гувера мощностью 2078 МВт, а шесть лет спустя ее рекорд побила ГЭС Гранд-Кули (6809 МВт), которая и сегодня входит в число мощнейших в мире.

Еще одним кандидатом в рекордсмены является Ныгринская ГЭС, возведенная в 1896 году в Иркутской губернии для обеспечения электричеством двух приисков. Пара турбин вращала три динамо-машины по 100 кВт каждая, а напряжение по линиям электропередачи передавалось на прииски. Это были первые российские высоковольтные ЛЭП. К 1913 году в России насчитывалось около 50 тысяч силовых гидроустановок общей мощностью в миллион лошадиных сил. Впрочем, эта цифра не шла ни в какое сравнение с мощностью европейских установок.

С 1930 по 1990 года в СССР был построен целый ряд крупных гидроэлектростанций (Саяно-Шушенская, Красноярская, Братская, Усть-Илимская, Волжская), а наша страна вышла на второе место по установленной мощности после США. Сегодня в России насчитывается 15 ГЭС мощностью свыше 1000 МВ.

Читайте также: