Использование малых гэс реферат

Обновлено: 05.07.2024

Содержание

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….3
1. Описание и принцип работы МГЭС…………………………………………….4
2. Использование МГЭС в РБ………………………………………………………7
3. Проблемы МГЭС и пути их решения…………………………………………..11
4. Новый взгляд на гидроэнергетику……………………………………………. 13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………..15
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………..16

Вложенные файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ энергосбережение.docx

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

по дисциплине: Основы энергосбережения

на тему: Состояние и перспективы использования энергии малых ГЭС.

1. Описание и принцип работы МГЭС……………………… …………………….4

2. Использование МГЭС в РБ………………………………………………………7

3. Проблемы МГЭС и пути их решения…………………………………………..11

4. Новый взгляд на гидроэнергетику…………… ………………………………. 13

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………..16

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.

В 1950-1960 годы в республике было построено более 170 небольших ГЭС общей мощностью около 20 тысяч кВт с годовой выработкой электроэнергии в средний по водности год 88 миллионов кВт·ч.

Малые гидроэлектростанции неплохо потрудились на колхозы и совхозы. В 1959 году сельское хозяйство Беларуси получало от ГЭС 20 процентов всей потребляемой им электроэнергии. Но как только у сельских потребителей появилась возможность подключиться к государственным энергосистемам, дальнейшее развитие малой гидроэнергетики оказалось нецелесообразным. Большинство микроГЭС (до 100 кВт), принадлежавших в основном колхозам, было выведено из эксплуатации.

1. Описание и принцип работы МГЭС

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС) — гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии. Это электростанция, которая в качестве источника энергии использует 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 каньонообразные виды рельефа.

Себестоимость электроэнергии МГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
Генераторы МГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
Возобновляемый источник энергии
Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
Строительство МГЭС обычно более капиталоёмкое
Часто эффективные МГЭС более удалены от потребителей
Водохранилища часто занимают значительные территории, но, примерно, с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения, 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.

Гидроэлектростанции делятся в зависимости от максимального использования напора воды на:

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 МГЭС 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 различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

В гидроэлектрические станции, 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.

Принцип работы МГЭС 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.

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.

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 [1].

Введение
1. Текущее состояние малой гидроэнергетики России
2. Мини- и микро ГЭС
2.1. Конструкция мини- и микро ГЭС
2.2. Действующие мини- и микро ГЭС в России
3. О вопросах малой гидроэнергетики и мини-ГЭС в мире
Заключение
Список использованной литературы

Одним из наиболее освоенных возобновляемых источников энергии принято
считать малую гидроэнергетику, в которой используется большой
гидроэнергетический потенциал рек и притоков. Во многих случаях малая
гидроэнергетика позволяет обеспечить локальное электроснабжение
отдаленных районов или населенных пунктов, особенно в слаборазвитых и
развивающихся странах с ограниченной системой централизованного
электроснабжения.
Одним из достоинств малых ГЭС можно считать относительно небольшой
объем инвестиций и короткий срок строительства, что позволяет ускорить
получение прибыли, а также обеспечить минимальное воздействие на
окружающую среду, надежность электроснабжения и близость к потребителю.
Постоянный рост тарифов на электрическую энергию, постепенный спад
строительства крупных энергообъектов, а также постоянное повышение цен на
органическое топливо обуславливают возобновление интереса к малой
энергетике. Особенно актуальной эта проблема является для удаленных
населенных пунктов на севере и северо-востоке страны.
Затраты на доставку топлива в эти районы приводят к увеличению в разы
себестоимости электроэнергии на ДЭС.
Поэтому малая гидроэнергетика для изолированных районов, недоступных для
подачи электроэнергии в них по ЛЭП, рассматривается как альтернативный
источник энергии, способный если не полностью снять, то в значительной
степени уменьшить проблему транспортировки дизельного топлива.
Строительство малых ГЭС в удаленных районах может улучшить ситуацию с
энергоснабжением и повысить энергетическую независимость отдельных
регионов.
Предметом исследования является малая гидроэнергетика России, а объектом

— мини- и микро ГЭС.
В данном реферате поставлена задача — рассмотреть существующие в России
объекты малой гидроэнергетики.
Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:
 изучить материалы и работы, связанные с данной темой;
 рассмотреть микро- и мини ГЭС страны, их мощности, конструкции и
виды;
 изучить отечественные и зарубежные компании, занимающиеся
производством оборудования для мини- и микро ГЭС;
 сделать вывод по проделанной работе.

Глава 1. Текущее состояние малой энергетики в России

Развитие малой гидроэнергетики в регионах позволяет:
 создать собственные региональные генерирующие мощности и снижение
дефицита электроэнергии в регионе;
 обеспечить надежное электроснабжение качественной электроэнергией
населенных пунктов в удаленных районах и на концевых участках
магистральных линий электропередачи;
 достичь экономической и социальной стабильности в населенных пунктах,
которые до настоящего времени не подключены к единой энергетической
системе;
 снизить дотационность регионов, связанной с закупкой и завозом топлива
в труднодоступные районы.
Природные условия, характерные для европейской части России, могут
обеспечить выработку электроэнергии на малых ГЭС, полностью
удовлетворяющую потребности районов, экономика которых ориентирована
на сельхозпроизводство. Строительство малых ГЭС позволит также эффективно
использовать водные ресурсы рек в целях водоснабжения, рыболовства,
транспорта и пр.
Перечень потенциальных источников энергии для малой гидроэнергетики
необычайно широк. Это небольшие реки, ручьи, естественные перепады высот
на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем.
Турбины малых ГЭС можно использовать в качестве гасителей энергии
на перепадах высот питьевых и других трубопроводов, предназначенных
для перекачки различных видов жидких продуктов. Кроме того, установка
небольших гидроэнергоагрегатов возможна на технологических водотоках,
таких как промышленные и канализационные сбросы.
Подсчитано, что энергетический потенциал малой гидроэнергетики в России
превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер,
солнце и биомасса вместе взятых. Однако Россия, обладая таким громадным
потенциалом, в настоящее время в силу ряда причин значительно отстаёт
от других стран в использовании этого ресурса.
Таблица 1. Потенциал МГЭС в РФ (млрд. кВт·ч/год)
Федеральный округ

Северо-
Западный 48.6 15.1
Центральный 7.6 2.9
Приволжский 35 11,4
Южный 50.1 15.5
Уральский 42.6 13.2
Сибирский 469.7 153
Дальневосточны
й 452 146
Итого по России 1105.6 357.1

В качестве основных факторов ускорения развития малой гидроэнергетики
в России можно назвать:
 аварии, участившиеся в энергосистеме страны (гидроагрегаты могут быть
источниками автономного питания);
 требования экологичности вырабатываемой энергии, которые стали особенно
актуальными в связи с введением в действие Киотского протокола.
Первоочередными объектами рассмотрения для сооружения МГЭС являются
существующие и незадействованные гидроузлы. По предварительным оценкам,
58% средних и 90% небольших водохранилищ страны (это 20 и 1 млн. м3
соответственно) не используются для выработки электроэнергии.
Энергоэкологической нишей для малых ГЭС может стать водоснабжение
промышленности городов и пр. В системах водоснабжения на участках трассы
с большой разницей отметок поверхности вместо различного рода шахтных
сопряжений, энергогасителей и других сооружений могут быть построены
микро-ГЭС. При расходах воды в пределах от 5 до 100 л/с их мощность может
достигать от 20 до 200 кВт.
Рентабельность малых ГЭС обеспечивается упрощением схемы их управления
(например, за счет балластной нагрузки) и работы без обслуживающего
персонала. Эффективность МГЭС может быть повышена также за счет
многоцелевого использования ее сооружений, а также при выдаче мощности
в местную сеть (без длинных ЛЭП).
Согласно комплексному плану развития малой гидроэнергетики, составленному
энергетической компанией РусГидро, к 2020 году планируется ввести не менее
1000 МВт установленной мощности, а также привлечение частных инвестиций
в реализацию проектов.
Как отмечают специалисты, стоимость 1 кВт произведенного на малой ГЭС в
России в централизованной системе, составляет 0.4-0.6 руб. (0.015-0.020 долл.),
в автономной системе - 1.1-2.3 руб. (0.04-0.08 долл.), а за рубежом - 0.03-0.04
долл. США.
Для сравнения: себестоимость электроэнергии на малых ТЭЦ и ДЭС
варьируется в пределах от 5 до 20 руб/кВт-ч. К тому же малые и микроГЭС не
оказывают какого-либо воздействия на качество и потребительские свойства
воды, что позволяет комплексно использовать водные ресурсы (для целей
водоснабжения, ирригации, рыбохозяйственной деятельности и т.д.).

Современное оборудование для малых ГЭС изготавливается компактным в
комплекте с гидрогенератором и системой автоматического регулирования, что
позволяет станции работать в автоматическом режиме, без дежурного
персонала.

Однако существенным недостатком малой энергетики можно считать
зависимость выработки гидроэлектростанции от гидрологического режима реки
(зимой выработка электроэнергии уменьшается, а станции, построенные на
оросительных каналах, работают только в ирригационный период), быстрое
заиливание небольших приплотинных водохранилищ, а также недостаточная
изученность гидрологического режима и стока малых водо шив и довольно
высокие удельные затраты в сооружение малых ГЭС.

Так, 1 кВт установленной мощности микроГЭС (до 1 МВт) в ценах 2008 г.
оценивался в среднем в 5000 долл/кВт, малых ГЭС (1-10 МВт) - в 4500
долл/кВт, а ГЭС мощностью более 10 МВт - 4000 долл/кВт [1]. Как показывает
зарубежный опыт, удельные затраты могут быть снижены при налаживании
серийного выпуска гидроэнергетического оборудования, так как доля
оборудования в стоимости малых ГЭС доходит до 40-60%.

2. Мини- и микро ГЭС

2.1. Конструкция малых и микро ГЭС

Как и в любой гидроэлектростанции, основным элементом конструкции МГЭС
является гидроагрегат, состоящий из энергоблока, водозаборного устройства и
элементов управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы
используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:
- русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;
- стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;
- МГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных
объектах водного хозяйства;
 мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной
деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Принцип работы турбины мини ГЭС во всех конструкциях практически
идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают
вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает
за выработку электроэнергии.
Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми
техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды.
Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в
комплекте — стальной или железобетонной.
На рис.1. Приведена схема общей конструкции микро ГЭС

2.2. Действующие мини- и микро ГЭС в России

В настоящее время действующие на территории России малые ГЭС
обеспечивают около 2.2 млрд. кВт·ч/год, а их технических потенциал
оценивается в 382 млрд. кВт·ч/год.
В России действует около 100 малых ГЭС мощностью до 6 МВт, с суммарной
мощностью 90 МВт и выработкой около 200 млн кВт•ч / год, большинство
строящихся в стране малых ГЭС находится на Северном Кавказе.
Из эксплуатации выведено большое количество ранее действовавших ГЭС
малой мощности, в том числе: Чемальская МГЭС (0,4 МВт),

Красноключёвская малая ГЭС (0,2 МВт, Башкирия),

Садовая ГЭС (0,20 МВт, р. Кубань, Карачаево-Черкесия),

Горбовская ГЭС (0,5 МВт, р. Руза, Московская область),

Ярополецкая ГЭС (0,01 МВт, р. Лама, Московская область),

Алапаевская ГЭС (2 МВт, Свердловская область),

Солдатская ГЭС (0,36 МВт, Кабардино-Балкария), а также ряд МГЭС Псковской области.
В Новгородской области рассматривается возможность восстановления
Белебёлковской (450,0 кВт), Боровновской (500,0 кВт) и Обреченской ГЭС
(450,0 кВт).
Примеры малых ГЭС в России: Республика Тыва – МГЭС установленной
мощностью 168 кВт; Республика Алтай – МГЭС мощностью 400 кВт;
Камчатская область — ГЭС-1 мощностью 1.7 МВт на реке Быстрая, каскад
Толмачевских ГЭС.
Самыми новыми МГЭС на территории России можно считать Учкуланскую
МГЭС (после реконструкции старой станции агрегаты введены в эксплуатацию
в 2018 году) и МГЭС Большой Зеленчук (ввод агрегата был в 2017 году). Стоит
отметить, что большая часть МГЭС находится на территории Карачаево-
Черкесии. Это обусловлено тем, что благодаря наличию горного рельефа
республика обладает большим гидроэнергетическим потенциалом.
3. О вопросах малой гидроэнергетики и мини-ГЭС в мире
В 2006 году суммарная мощность МГЭС во всем мире составила около 73
ГВт. Среди стран лидирующее положение занял Китай (47 ГВт). На втором
месте была Япония (4 ГВт), на третьем — США (3.4 ГВт). Пятерку лидеров
замыкали Италия и Бразилия.
Развивающиеся страны строят малые ГЭС в качестве автономных источников
электроэнергии в сельской местности.

Например, в рамках программы The China Township Electrification Program до
2005 года в Китае была проведена электрификация 1000 поселков, в том числе с
помощью МГЭС. В 2006 году была запланирована следующая программа
(China Village Electrification Program), цель которой — электрификация к 2010
году 10 000 деревень, включая инвестиции в строительство малых ГЭС.
Кроме того, Китай планирует к 2020 году довести суммарную мощность МГЭС
до 300 ГВт.
Большое внимание развитию малой гидроэнергетики уделяют также и другие
страны.
Изменяющиеся социальные, политические и экономические условия в мире
требуют применения различных подходов. На сегодняшний день охрана
окружающей среды, здоровье и безопасность являются приоритетами.
Технология должна приспосабливаться и развиваться с учетом новых идей и
требований.
Европейские страны все больше отдают предпочтение малой энергетике, в
частности мини ГЭС. Так, например, только в одном регионе Италии
существует более 1000 малых гидроэлектростанций. Специалисты считают, что
развитие сети мини ГЭС может обеспечить электроэнергией весь Южный
Тироль [7].
В таких странах, как Бельгия, появились новые виды микро-ГЭС и мини ГЭС
— это мини ГЭС Turbulent. Электростанции этой фирмы состоит из небольших
водоворотных турбин. Такое устройство может быть установлено на
большинстве рек и каналов с проточной водой. Одна турбина способна
снабдить энергией до 60 домохозяйств, причем ее генерация постоянна, в
отличие от ветровых или солнечных систем, работа которых зависит от погоды
и времени суток. Для небольших сообществ, расположенных вблизи рек, эта
технология может служить эффективным и надежным источником энергии.
Как утверждают производители, мини-ГЭС Turbulent монтируется в течение
недели. Для этого вблизи русла выкапывают рукав, по которому вода попадает
в цилиндрический колодец с установленной в нем турбиной. Вся часть
искусственного русла забетонирована. Падающая вода в цилиндре создает
вихревой поток, вращающий лопасти. Перепад высоты для нормальной работы
турбины должен быть около 1,5 м. Лопасти небольшой турбины безопасны для
рыб и прочих водных обитателей.
Электростанции Turbulent уже успешно протестированы на многих речках
Бельгии. Их дополнительным достоинством является возможность
увеличивать/уменьшать мощность в зависимости от потребностей в пределах от
15 до 100 кВт. Кроме того, основные конструктивные элементы таких установок
создаются с помощью 3D-печати, что облегчает и удешевляет процесс
производства [8]. Мини-ГЭС данного типа показана на рис. 2.

Рис.2. Мини-ГЭС Turbulent

Рис.3. Ковшовая турбина

2. Поперечная турбина Crossflow
Турбина такого типа имеет стабильный КПД при изменении расхода в пределах
12-100% от номинального. Снимок поперечной турбины показан на рис.4.

Рис.4. Поперечная турбина Crossflow для МГЭС

3. Радиально-осевая турбина Francis
Турбины такого типа имеют мощность от 100 до 3000 кВт. На рис.5. Показан
снимок турбины такого типа.

Рис.5. Радиально-осевая турбина Francis
4. Пропеллерная, поворотно-лопастная турбина Kaplan
Отличительная особенность такой турбины — возможность вертикального,
горизонтального и наклонного расположения. Турбина изображена на рис.6.

Экономические кризисы, повышение цен на электрическую энергию и топливо
обусловили появление повышенного интереса к малой гидроэнергетике. К
станциям малой гидроэнергетики принято относить мини- и микро ГЭС,
мощность которых не превышает 30 МВт
Одним из достоинств малых ГЭС можно считать относительно небольшой
объем инвестиций и короткий срок строительства, что позволяет ускорить
получение прибыли, а также обеспечить минимальное воздействие на
окружающую среду, надежность электроснабжения и близость к потребителю.
Конструкция мини- и микро ГЭС практически не отличается от других типов
ГЭС, основное отличие заключается в установленной мощности.
На данный момент в России существует около 100 действующих МГЭС,
большая часть которых находится на Кавказе (особенно в р.Карачаево-
Черкесия), поскольку горный рельеф поселений способствует наличию
большого гидроэнергетического потенциала.
Многие страны мира уже давно используют энергию, полученную от мини-
ГЭС. Стоит отметить, что многие страны Европы уже используют различные
достижения науки и техники. К примеру, недавно появились новые мини-ГЭС
Turbulent, которые могут снабдить чистой электроэнрегией почти одну деревню.
Производители утверждают, что строительство такой ГЭС займет не более
недели, а вред окружающей среде будет минимальным.
В России также есть компании, занимающиеся разработкой и проектированием
МГЭС, а также производством оборудования для них. К примеру, некоторые
концерны предлагают четыре вида турбин в зависимости от напора, КПД и
размещения турбины.

Под гидроэнергетикой понимают производство электроэнергии при помощи гидротурбин разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках (чаще всего — в руслах рек). Как правило, создание гидроэлектростанции требует возведения плотины, в которой устанавливаются гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.

Мы рассмотрим возможности производства энергии при помощи малых ГЭС и микро-ГЭС (МГЭС). В российской практике под микро-ГЭС подразумевают станции мощностью до 100 кВт, а под малыми — общей установленной мощностью до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром рабочего колеса гидротурбины до 3 м.

Как считают эксперты, подобная классификация затрудняет расчет валового энергетического потенциала малой гидроэнергетики, поскольку не позволяет определить технические параметры гидроэлектростанции. При этом под валовым потенциалом ВИЗ понимается его средний годовой объем, содержащийся в данном ресурсе, при полном его превращении в полезную энергию. На эту проблему следует обратить внимание, поскольку все расчеты потенциала возобновляемых энергоресурсов базируются на моделях и методиках, определяющих точность конечного результата, а значит и эффективность применения конкретного энергоресурса в конкретных условиях.

В наиболее полной работе по оценке гидроэнергетических ресурсов СССР, опубликованной в 1967 г., к категории МГЭС относились все гидроэлектростанции, создаваемые на равнинных реках, имеющие валовой потенциал до 2.0 МВт и горных — до 1.7 МВт. Эти классификационные признаки считаются оптимальными, поскольку не относятся к техническим параметрам будущих ГЭС.

В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых реках и водотоках. Хотя малые реки являются одним из наиболее распространенных типов водных объектов, единого подхода к их определению в настоящее время нет. Применяются различные критерии при определении понятия малая река (малый водоток).

Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования.

В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Возможные проблемы, связанные с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее выражены, но о них также следует сказать.

Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей — ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).

Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики — разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.

Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики в России, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования — по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.

Гидропотенциал России, его использование

Согласно сделанным в начале 60-х годов XX века оценкам, СССР располагал 11.4% мировых гидроэнергетических ресурсов. Средняя годовая мощность гидроресурсов бывшего СССР оценивалась в 434 млн. кВт (3.800 млрд. кВт • ч отдачи энергии в год). Расчеты показывали, что технически возможно и экономически целесообразно получать около 1.700 млрд. кВ • ч электроэнергии, что более чем в 5 раз превышало выработку всех электростанций страны в тот период.

Основная часть этого гидропотенциала (74%) располагалась на территории Российской Федерации. Средняя годовая потенциальная мощность гидроресурсов России оценивалась в 320 млн. кВт (производство — 2.800 млрд. кВт • ч в год), из которых выработка более 1.340 млрд. кВт • ч в то время была технически возможна.

Характеристики некоторых действующ их в России МГЭС

При составлении таблицы использованы источники:

Согласно современным оценкам, опубликованным специалистами НИИ энергетических сооружений, технически достижимый потенциал МГЭС России позволяет производить 357 млрд. кВт • ч в год.

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива и соответствующим увеличением его стоимости, представляется необходимым обеспечить максимально возможное развитие гидроэнергетики, являющейся экологически чистым возобновляемым источником электроэнергии.

При оптимистическом и благоприятном вариантах развития выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях может возрасти до 180 млрд. кВт • ч в 2010 г. и до 215 млрд. кВт • • ч в 2020 г. с дальнейшим увеличением до 350 млрд. кВт • ч за счет сооружения новых гидроэлектростанций. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

Исторический экскурс

В настоящее время гидроэнергетический потенциал практически полностью реализуется за счет больших и гигантских ГЭС. Вместе с тем, согласно имеющимся данным, в 1913 г. число действовавших в России ГЭС составляло 78 единиц, общей мощностью 8.4МВт. Крупнейшей из них была ГЭС на р. Мургаб, мощностью 1.35 МВт. Таким образом, согласно современной классификации, все действовавшие в то время ГЭС являлись малыми.

Менее чем через 30 лет — в 1941 г. в России работали 660 малых сельских ГЭС, общей мощностью 330 МВт. На 40-е и 50-е годы XX века пришелся пик строительства МГЭС, когда ежегодно в эксплуатацию вводились до 1000 объектов. По разным оценкам, к 1955 г. на территории Европейской части России насчитывалось от 4000 до 5000 МГЭС. А общее количество МГЭС в СССР после окончания Великой Отечественной войны составляло 6500 единиц.

Правда, уже в начале 50-х годов, в связи с переходом к строительству гигантских энергетических объектов и присоединением сельских потребителей к централизованному электроснабжению, это направление энергетики утратило государственную поддержку, что привело практически к полному разрушению и упадку созданной прежде инфраструктуры. Прекратилось проектирование, строительство, изготовление оборудования и запасных частей для малой гидроэнергетики.

В 1962 г. в СССР насчитывалось 2665 малых и микро-ГЭС. В 1980 г. их было около 100 с суммарной мощностью 25 МВт. А к моменту распада СССР в 1990 г. действовавших МГЭС оставалось всего 55. Согласно данным разных источников, в настоящее время по всей России действуют от нескольких десятков (60-70) до нескольких сотен (200-300) единиц.

Программой развития гидроэнергетики СССР до 2000 г. предусматривалось увеличение мощности действующих ГЭС почти в два раза. Предполагалось построить 93 новых гидроэлектростанции, затопить 2 млн. га плодородных земель и переселить с затопляемых территорий более 200 тыс. человек. (Малым ГЭС в этих планах места не нашлось.) Распад СССР и экономический кризис не позволили реализовать эти грандиозные планы.

В течение последних 10 лет доля вырабатываемой на гидростанциях электроэнергии в общем энергетическом балансе России снижается. В 1995 г. она составляла 21%, в 1996 г. — 18%, в 1997 г. — 16%. Это связано как с устареванием и износом оборудования на гидроэнергетических гигантах прошлого, так и с увеличением в энергобалансе страны доли более удобного энергоресурса — природного газа.

Некоторые характеристики действующих в России МГЭС

* КИУМ — коэффициент использования установленной мощности.

** КИРМ — коэффициент использования располагаемой мощности.

При составлении таблицы использованы источники информации:

1) Проблемы и перспективы развития вощзобновляемых источников энергии в России (материалы круглого стола), Российский союз нгаучных и инженерных обществ, Комитет Российского НИО по проблем ам использования возобновляемых источников энергии. Москва, 2003.

По мнению экспертов, в ближайшем будущем выработка электроэнергии на гидростанциях будет увеличиваться. Это будет происходить преимущественно в регионах с децентрализованным электроснабжением за счет ввода в действие новых малых ГЭС, которые будут замещать устаревающие и неэкономичные дизельные электростанции.

Место малой гидроэнергетики среди других ВИЗ

В производстве электроэнергии малая гидроэнергетика России делит первенство с тепловыми электростанциями на биотопливе. Согласно имеющимся данным за 2002 и 2003 гг., на МГЭС и био-ТЭС было произведено примерно равное количество электроэнергии — по 2.4 млрд. кВт • ч (2002 г.) и по 2.5- 2.6 млрд. кВт • ч (2003 г.). То есть вклад каждого из этих ресурсов в выработку электроэнергии в России составлял менее 0.3%.

Несмотря на финансовые проблемы, производится строительство новых и восстановление действовавших прежде, но остановленных и частично разрушенных МГЭС. В большинстве случаев их строительство и ввод в эксплуатацию производится без участия средств федерального бюджета. Для этого привлекаются средства из местных бюджетов, средства спонсоров и инвесторов.

В новом строительстве преобладают микро-ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 10 до 50 кВт, объединенные в системы по 2-5 единиц. Строятся малые ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 200 до 550 кВт, объединенных в системы по 2-7 единиц.

Как правило, МГЭС создаются в удаленных районах, где существует проблема с завозом органического топлива (в большинстве случаев — дизельного топлива, реже — угля). В Адыгее построены 2 МГЭС мощностью 50 и 200 кВт, используемые для подачи питьевой воды. В Кабардино-Балкарии построена МГЭС мощностью 1100 кВт. В 2003 г. в Краснодарском крае установлены 7 гидроагрегатов по 350 кВт. В республике Тыва и на Алтае построены 3 МГЭС с агрегатами 10, 50 и 200 кВт, объединенные по 2-3 единицы. В Карелии и Ленинградской обл. — 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. В Башкирии также 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. Кроме этого были построены заново или восстановлены другие МГЭС.

Ожидаемые сдвиги в энергобалансе

По мнению экспертов, основное назначение МГЭС в ближайшие годы будет заключаться в замещении завозимого в удаленные регионы России органического топлива (в первую очередь — дизельного) с целью снижения расходов федерального бюджета и повышения эффективности и энергетической безопасности энергодефицитных регионов. Строительство МГЭС производится на охраняемых природных территориях и в местах с достаточно стабильным режимом водности малых водотоков.

Планируется создание 5 МГЭС на реках Корякского АО. Это позволит заместить в энергобалансе до 18 тыс. т дизельного топлива, что составляет 30% от общего объема, ежегодно завозимого в регион.

В Дальневосточном регионе в настоящее время действуют более 3000 дизельных электростанций (ДЭС) мощностью до 500 кВт. Электроснабжение региона полностью зависит от стабильности поставок дизельного топлива и качества оборудования для его сжигания. Стоимость как самого дизельного топлива, так и его доставки в настоящее время столь высока, что возникла срочная необходимость в его замещении другими энергоресурсами. Кроме того, износ оборудования большинства ДЭС так велик, что необходимо срочно решать вопрос стабильности электроснабжения региона.

В этих условиях организации, проектирующие МГЭС и производящие соответствующие обследования малых водотоков выявили более 200 мест для строительства МГЭС, что позволит, по приблизительным оценкам, производить до 1.5 млрд. кВт • ч электроэнергии в год. В соответствии с более поздними исследованиями, электроснабжение ряда населенных пунктов Дальнего Востока и Приморья может быть оптимизировано за счет строительства 7-8 МГЭС, расположенных вблизи потребителей и объединенных в местную энергосистему.

Реализация этих проектов поможет сократить объем завозимого в регион дизельного топлива на 28 тыс. т в год, что высвободит автотранспорт и сократит загрузку местных портов. Все это существенно увеличит энергетическую независимость Дальнего Востока и Приморья.

Возможности восстановления разрушенных МГЭС

В разных регионах России до настоящего времени встречаются руины МГЭС, которые еще в середине XX века снабжали населенные пункты и сельскохозяйственные предприятия электроэнергией. Проведенные в последние годы инженерные обследования разрушенных МГЭС показали, что на многих объектах сохранились бетонные сооружения, восстановление которых может быть экономически оправданно.

Начиная с 1995 г. в НИИ энергетического строительсва производят работы по созданию базы данных гидротехнических сооружений и МГЭС на малых реках Европейской части России. В настоящее время база данных содержит сведения о 200 подобных объектах на реках бассейна верхней и средней Волги, а также северо-запада России. По 100 объектам выполнено инженерное обследование сооружений. Ряд объектов имеет проектную документацию. Практически все гидротехнические объекты, включенные в базу данных, имели в составе гидроэлектрические установки. На реках строились каскады из 2- 6 МГЭС, которые формировали хозяйственную прибрежную инфраструктуру. Кроме того, каскады обеспечивали защиту от наводнений.

Специалисты НИИЭС провели обследования некоторых частично разрушенных МГЭС и выполнили технико-экономические обоснования их восстановления. Среди обследованных объектов Веселовская МГЭС (Ростовская обл.), Копылковская МГЭС (р. Великая, Псковская обл.), Петровская и Мирславльская МГЭС (р. Нерль, Ивановская обл.).

Суммарная мощность гидро-ветрокомплекса составляет 70 кВт. Он состоит из двух ветроагрегатов по 10 кВт и двух гидроагрегатов мощностью 45 и 5 кВт. В ходе испытаний предполагается проверить способность комплексной системы работать на сеть и на локальную нагрузку, что позволит использовать подобные энергокомплексы для электроснабжения потребителей в удаленных регионах.

Малая гидроэнергетика ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

ВВЕДЕНИЕ

Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода; этими колесами приводились в движение мельничные постава и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т. д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС) Малые и микроГЭС — объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет). Строительство МГЭС имеет также широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами.

В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 10 МВт (в некоторых странах до 50 МВт).

Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков. В малых, микроили нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны. Они не имеют многих недостатков, характерных для больших ГЭС, а именно: дорогостоящие трансмиссии, проблемы, связанные с негативным воздействием на окружающую среду.

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

1.1 В МИРЕ Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение во многих странах мира. Например, в 2005 году суммарная мощность малых ГЭС в мире выросла на 8% (5 ГВт) и достигла 66 ГВт, причем она составила 36% от суммарной мощности всех возобновляемых источников энергии (исключая большую гидроэнергетику) и 1.6% от общих электроэнергетических мощностей. Таким образом, можно сказать, что МГЭС являются одним из основных источников получения электроэнергии среди возобновляемых ресурсов.

Развивающиеся страны строят малые ГЭС в качестве автономных источников электроэнергии в сельской местности.

В Швейцарии доля производства электроэнергии на МГЭС достигла 8,3%, в Испании — 2,8%, в Швеции — почти 3%, а в Австрии — 10%. Лидирующие позиции по совокупным генерирующим мощностям МГЭС занимают: Китай (47 ГВт), Япония (4 ГВт), США (3,4 ГВт), Италия и Бразилия.

По данным ESHA (European Small Hydropower Association), в 2011 году суммарная установленная мощность МГЭС в мире составила 87 ГВт.

Суммарные мощности МГЕС:

Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика будет оставаться одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии. Латинская Америка, Северная Америка и Европа имеют значительный гидроэнергетический потенциал, большая часть которого уже использована. В Восточной, Южной Азии и Африке малая гидроэнергетика еще недостаточно развита, что говорит о большом потенциале ее использования в этих странах.

1.2 В РОССИИ возобновляемый источник гидроэнергетика малый В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны. До сих пор тут можно встретить населенные пункты, в которых электричества не было никогда. Причем не всегда это поселения Крайнего Севера или Сибири. Электрификация не затронула, например, некоторые уральские поселки — края, который вряд ли назовешь неблагополучным с точки зрения энергетики. Между тем, электрификация отдаленных и труднодоступных населенных селений — дело не такое уж и сложное. Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.

Технико-экономический потенциал малой гидроэнергетики в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых. В настоящее время он определен в размере 60 млрд. кВт-ч в год. Но используется этот потенциал крайне слабо: всего на 1%. Не так давно, в 1950;60-х годах, у нас действовало несколько тысяч МГЭС. Сейчас — всего лишь несколько сотен — сказались результаты перекосов в ценовой политике и недостаточное внимание к совершенствованию конструкций оборудования, к применению более совершенных материалов и технологий.

В России малая гидроэнергетика представлена бесплотинными гидроэлектростанциями (ГЭС), мощность которых не превышает 30 МВт, а мощность единичного гидроагрегата составляет менее 10 МВт.

В настоящее время по всей России количество действующих МГЭС оценивается от нескольких десятков (60−70 единиц) до нескольких сотен (200−300 единиц).

1.3 В УКРАИНЕ То, что после Второй мировой войны энергоснабжение Украины осуществлялось в основном за счет малой гидроэлектроэнергетики, помнят разве что историки и специалисты отрасли. Всего на начало 1960;х насчитывалось около 956 малых ГЭС общей мощностью 30 тыс. кВт. Для сравнения: в 1948 году в республике действовали 3 тыс. малых гидроустановок. Однако вследствие развития централизованного электроснабжения и концентрации производства электроэнергии на мощных теплои гидростанциях строительство малых ГЭС было остановлено. Началась их консервация, демонтаж, сотни мини-гидроэлектростанций были разрушены, а оборудование разворовано.

Эксплуатация минигидроэлектростанций в Украине дает возможность производить около 250 млн кВт· год электроэнергии на год, что эквивалентно ежегодной экономии до 75 тыс. тонн органического топлива.

2. ПЛЮСЫ И МИНУСЫ МГЭС Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы, т. е. не требуют присутствия человека при эксплуатации. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т. е. вне электросети энергосистемы края или области, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции — не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта). Ну, а главное — объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики — по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе — можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40−50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

Многие из малых ГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии, являясь сезонными электростанциями. Зимой их энергоотдача резко падает, снежный покров и ледовые явления (лед и шуга) так же, как и летнее маловодье и пересыхание рек могут вообще приостановить их работу. Сезонность малых ГЭС требует дублирующих источников энергии, большое их количество может привести к потере надежности энергоснабжения. Поэтому во многих районах мощность малых ГЭС рассматривается не в качестве основной, а в качестве дублирующей.

У водохранилищ малых ГЭС, особенно горных и предгорных районов, очень остро стоит проблема их заиления и связанная с этим проблема подъема уровня воды, затоплений и подтоплений, снижения гидроэнергетического потенциала рек и выработки электроэнергии. Известно, например, что водохранилище Земонечальской ГЭС на реке Куре было заилено на 60% в течение 5 лет.

Для рыбного хозяйства плотины малых ГЭС менее опасны, чем средних и крупных, перекрывающих миграционные пути проходных и полупроходных рыб и перекрывающих нерестилища. Хотя в целом создание гидроузлов не устраняет полностью урон рыбному стаду на основных реках, т.к. речной бассейн — это единая экологическая система и нарушения ее отдельных звеньев неизбежно отражаются на системе в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из всего вышеизложенного следует, что малая гидроэнергетика занимает устойчивое положение как в мире, так и в Украине.

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствуют мощные источники тока. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные села электричеством. Энергия, выработанная малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями, соответственно, снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергообеспечения. Кроме того, ГЭС могут выполнять и другие задачи, к примеру, защищать прилегающие территории от сезонных паводков.

С учетом ограниченности гидроресурсов в мире можно предположить, что в период до 2030 года темпы развития гидроэнергетики заметно снизятся, но при этом будет поддерживаться диверсификация малой гидроэнергетики. При темпе роста в 4.5−4.7% производство электроэнергии на малых ГЭС достигнет к 2030 году 770−780 ТВт. ч, что будет составлять более 2% всего производства электроэнергии в мире. Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика в обозримой перспективе останется одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии.

1. Березовский Н. И. и др. Технология энергосбережения

2. Волков С. Г. , Гидроэнергетика, СПб, 1997 г.

3. Источники энергии. Факты, проблемы, решения, М., Наука и техника, 1997 г.

4. Михайлов Л. П. Малая гидроэнергетика

5. Мунц В. А. Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях

6. Непорожний П. С. , Попков В. И. , Энергетические ресурсы мира, М., Энергоатомиздат, 1995 г.

Читайте также: