Гидроэлектростанция является электрической станцией, применяющей энергию сброса воды как источник энергии. Их чаще всего возводят на имеющихся водоемах, конструируя искусственные плотины и резервуары для хранения необходимого объема воды.
Для действенного получения электроэнергии на подобного рода станции нужно соблюдать два главных требования: круглогодичное беспрерывное снабжение водой и наличие резких склонов рек.
Технология получения электроэнергии на гидроэлектростанции представляет собой преобразование механической энергии воды, за счет наличия разноуровневых высот благодаря использованию двигателей и генераторов.
Сегодня имеются следующие типы гидроэлектростанций, которые отличаются друг от друга способом подачи воды - плотинные, деривационные и гидроаккумулирующие станции.
Плотинные гидроэлектростанции являются самым популярным и мощнейшим видом станций. Создается водоем посредством возведения искусственных перегородок для удерживания течения реки. Спуск воды происходит по двум причинам – когда возникает необходимость в электроэнергии и для образования необходимого уровня в водоеме.
Деривационный вид отличается тем, что не применяет все течение реки, а с помощью труб и системы водоотведения происходит забор нужного объема воды, которая затем отправляется в турбину.
Гидроаккумулирующие станции являются установками, которые запасают электрическую энергию и возвращает ее в систему при необходимости, применяется для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки.
Также используются и морские станции, которые работают посредством энергии приливов и волн.
Преимущества гидроэлектростанции
Гибкость. Гидроэнергия признана гибким источником электроэнергии потому что гидроэлектростанция легко и максимально оперативно может приспосабливаться к меняющимся потребностям в энергии, повышая или замедляя выпуск электроэнергии. Имеющаяся турбина запускается в течение всего нескольких минут.
Невысокие расходы на электроэнергию. Главным достоинством гидроэлектростанции признано отсутствие расходов на топливо и полная независимость от ископаемых типов горючего. Все подобные станции обладают огромным сроком использования, даже сегодня работают такие гидроэлектростанции, которые были возведены около 100 лет назад, к тому же для их обслуживания не требуется много сотрудников.
Использование в промышленных целях. Гидроэлектростанция применяется как для обслуживания населения, так и для обеспечения электроэнергией определенных заводов.
Минимальные выбросы углекислого газа. Сами гидроэлектростанции не способны вырабатывать углекислый газ, который чаще всего может образовываться только в ходе реализации строительных работ станции. Немецкий ученый Пауль Шеррер, проведя исследования, пришел к выводу, что гидроэнергетика занимает первое место по минимальному производству углекислого газа, после нее стоят ветер, ядерная энергетика и солнечная энергия.
Польза от создания водохранилища. Построенные водохранилища часто являются отличным вариантом для занятий водными видами спорта, а некоторые даже считаются достопримечательностями для приезжих гостей. Также вода из них отлично подойдет для полива или для разведения в ней различных видов рыб. Плюс ко всему искусственные плотины способствуют предотвращению наводнений.
Недостатки гидроэлектростанций
Нанесение вреда экологии и потеря земли. Огромные резервуары, которые требуются для работы гидроэлектростанций, являются причинами затопления колоссальных площадей земли, расположенной выше по течению плотины, а значит, происходит уничтожение лесов, полей, болот и их обитателей.
Заиление. Поток воды приносит с собой различные частицы и остатки, которые наносят вред, как плотине, так и электростанции. Подобные отложения способны уменьшить размер резервуара и ухудшить способность предотвращать наводнения. А также уменьшить производство электроэнергии.
Выбросы метана. Гидроэлектростанции, расположенные в тропических регионах, из-за огромного количества разлагающегося растительного сырья производят большие объемы метана. Поэтому прежде чем возводить гидроэлектростанцию и плотину необходимо произвести очистку территории от лесов в области образования искусственного водоема.
Переселение. Многие исследователи к значительным минусам строительства гидроэлектростанций относят необходимость переселения населения, которое проживает в районе будущего водохранилища. В начале XXI века Всемирная комиссия по плотинам опубликовала свою статистику, данные которой показали, что из-за возведения плотин практически 80 миллионов человек во всем мире пришлось покинуть места своего проживания.
ПРЕИМУЩЕСТВА ГЭС:
Гибкость
Гидроэнергия является гибким источником электроэнергии, так как ГЭС может очень быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям энергии, увеличивая или уменьшая производство электроэнергии. Гидротурбина имеет время запуска порядка нескольких минут. От 60 до 90 секунд требуется, чтобы принести устройство от холодного пуска до полной нагрузки; это гораздо меньше, чем для газовых турбин или паровых установок. Производство электроэнергии может также быть быстро уменьшено, когда есть избыточная мощность.
Электростанция Ffestiniog может развивать мощность 360 МВт в течении 60 секунд
Низкие затраты на электроэнергию
Основным преимуществом гидроэлектроэнергии является отсутствие стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти невосприимчива к увеличению стоимости ископаемого топлива, таких как нефть, природный газ или уголь, и никакой импорт не требуется. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции больше, чем 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час.
Гидроэлектростанции имеют долгий срок эксплуатации , некоторые ГЭС все еще дают электроэнергию после 50-100 лет работы.
Затраты на оперативное обслуживание небольшие , требуется немного людей для контроля работы ГЭС.
Плотина может использоваться сразу в нескольких целях: накапливать воду для ГЭС, защищать территории от наводнений, создавать водоем.
Пригодность для промышленного применения
В то время как многие гидроэлектростанции поставляют энергию в сети общего потребления электроэнергии, некоторые создаются для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Например, в Новой Зеландии электростанция была построена для снабжения электроэнергией алюминиевого завода в Тиваи Пойнт.
Снижение выбросов CO 2
Гидроэлектростанции не сжигают ископаемые виды топлива и непосредственно не производят углекислый газ. Хотя некоторый углекислый газ образуется в процессе производства и строительства проекта. Согласно исследованию Пауля Шеррера из Университета Штутгарта, гидроэнергетика производит меньше всего углекислого газа, среди прочих источников энергии. На втором месте был ветер, третьей стала ядерная энергия, энергия солнца оказалась на 4 месте.
Другие виды использования водохранилища
Водохранилища ГЭС часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта, и сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах, аквакультура в водоемах является распространенным явлением. Вода из водоемов может идти на полив сельскохозяйственных культур, в ней можно разводить рыбу. Кроме того плотины помогают предотвратить наводнение.
НЕДОСТАТКИ ГЭС:
Повреждение экосистемы и потеря земли
Большие резервуары, необходимые для работы гидроэлектростанций приводят к затоплению обширных земель выше по течению от плотины, уничтожая долины лесов и болота. Потеря земли часто усугубляется уничтожением среды обитания окружающих территорий, занятое водохранилищем.
ГЭС могут привести к уничтожению экосистем, так как вода, проходя через турбины
очищается от естественных наносов. Особенно опасны ГЭС на крупных реках , которые ведут к серьезным изменениям среды обитания.
На фото изображен водоем, возникший в результате строительства плотины
Заиление
Когда течет вода, более тяжелые частицы сплывают вниз по течению.
Это оказывает негативное влияние на плотины и впоследствии их электростанций, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высокой степенью заиления. Ил может заполнить резервуар и уменьшить его способность контролировать наводнения, вызывая дополнительное горизонтальное давление на плотину. Уменьшение русла реки может привести к снижению вырабатываемой электроэнергии. К тому же даже жаркое лето или малое количество осадков может привести к уменьшению реки.
Выбросы метана (из водохранилищ)
Наибольшее воздействие оказывают ГЭС в тропических регионах, водоемы электростанций в тропических регионах производят значительные объемы метана. Это связано с наличием растительного материала в затопленных районах, распадающихся в анаэробной среде, и образующих метан и парниковый газ. Если верить докладу Всемирной комиссии по плотинам, в случаях, когда водохранилище большое по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и не была произведена очистка лесов в области водоема. То выбросы парниковых газов в резервуаре могут быть выше, чем у обычной ТЭС.
Недостатки гидроэлектростанций
- Большие водохранилища затопляют значительные участки земли, которые могли бы использоваться с другими целями. Целые города становились жертвами водохранилищ, что вызывало массовые переселения, недовольство и экономические трудности.
- Разрушение или авария плотины большой ГЭС практически неминуемо вызывает катастрофическое наводнение ниже по течению реки.
- Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах.
- Протяженная засуха снижает и может даже прервать производство электроэнергии. ГЭС.
- Уровень воды в искусственных водохранилищах постоянно и резко меняется. На их берегах строить загородные дома не стоит!
- Плотина снижает уровень растворенного в воде кислорода, поскольку нормальное течение реки практически останавливается. Это может привести к гибели рыбы в искусственном водохранилище и поставить под угрозу растительную жизнь в самом водохранилище и вокруг него.
- Плотина может нарушить нерестовый цикл рыбы. С этой проблемой можно бороться, сооружая рыбоходы и рыбоподъемники в плотине или перемещая рыбу в места нереста с помощью ловушек и сетей. Однако это приводит к удорожанию строительства и эксплуатации ГЭС.
Вопрос
С учетом всех проблем использования природного топлива и ядерной энергии для производства электричества почему бы не сооружать больше гидроэлектростанций? В мире огромное количество рек. Разве не стоит строить как можно больше гидростанций?
Ответ
Большинство мест для строительства гидроэлектростанций уже используются. Количество плотин и водохранилищ, которые можно построить на реке, ограниченно. Энергия, отбираемая электростанцией у реки, уже не может использоваться ниже по течению. Если на реке построить слишком много электростанций, неминуемы экономические конфликты, связанные с распределением энергии.
Электростанцией называется комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенный для выработки электрической энергии. То есть, электростанции преобразуют различные виды энергий в электрическую. Наиболее распространенными типами электростанций являются:
— гидроэлектростанции;
— тепловые;
— атомные.
Гидроэлектростанция (ГЭС) — это электростанция, преобразующая энергию движущейся воды в электрическую энергию. Устанавливаются ГЭС на реках. При помощи плотины создается перепад высот воды (до и после плотины). Возникающий напор воды приводит в движение лопасти турбины. Турбина приводит в действие генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.
В зависимости от мощности , гидроэлектростанции подразделяются на: малые (до 5 МВт), средние (5-25 МВт) и мощные (свыше 25 МВт). По максимально используемому напору они делятся на: низконапорные (максимальный напор — от 3 до 25 м), средненапорные (25-60 м) и высоконапорные (свыше 60 м). Также ГЭС классифицируют по принципу использования природных ресурсов: плотинные, приплотинные, деривационные и гидроаккумулирующие.
Преимуществами гидроэлектростанций являются: выработка дешевой электроэнергии, использование возобновляемой энергии, простота управления, быстрый выход на рабочий режим. Кроме того, ГЭС не загрязняют атмосферу. Недостатки: привязанность к водоемам, возможное затопление пахотных земель, пагубное влияние на экосистему рек. ГЭС можно строить только на равнинных реках (из-за сейсмической опасности гор).
Тепловая электростанция (ТЭС)
вырабатывает электроэнергию за счет преобразования тепловой энергии, полученной в результате горения топлива. Топливом на ТЭС является: природный газ, уголь, мазут, торф или горячие сланцы.
В результате горения топлива в топках паровых котлов, происходит преобразование питательной воды в перегретый пар. Этот пар с определенной температурой и давлением по паропроводу подается в турбогенератор, где и происходит получение электрической энергии.
Тепловые электростанции подразделяются на:
— газотурбинные;
— котлотурбинные;
— комбинированного цикла;
— на базе парогазовых установок;
— на основе поршневых двигателей.
Котлотурбинные ТЭС , в свою очередь делятся на конденсационные (КЭС или ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Преимущества теплоэлектростанций
— малые финансовые затраты;
— высокая скорость строительства;
— возможность стабильной работы вне зависимости от сезона.
Недостатки ТЭС
— работа на невозобновляемых ресурсах;
— медленный выход на рабочий режим;
— получение отходов.
Атомная электростанция (АЭС)
— станция, в которой получение электроэнергии (или тепловой энергии) происходит за счет работы ядерного реактора. За 2015 год все почти 11% электроэнергии.
Ядерный реактор при работе передает энергию теплоносителю первого контура. Этот теплоноситель поступает в парогенератор, где нагревает воду второго контура. В парогенераторе происходит преобразование воды в пар, который поступает в турбину и приводит в движение электрогенераторы. Пар после турбины поступает в конденсатор, где охлаждается водой из водохранилища. В качестве теплоносителя первого контура используется, в основном, вода. Однако, для этой цели можно использовать еще свинец, натрий и другие жидкометаллические теплоносители. Количество контуров может быть разным.
АЭС классифицируются по типу используемого реактора. В атомных электростанциях используются два вида реакторов: на тепловых и на быстрых нейтронах. Реакторы первого типа подразделяются на: кипящие, водоводяные, тяжеловодные, газоохлаждаемые, графито-водные.
В зависимости от вида получаемой энергии, атомные электростанции бывают двух типов:
Станции, предназначенные для выработки электроэнергии.
Станции, предназначенные для получения электрической и тепловой энергии (АТЭЦ).
Преимущества атомных электростанций:
— независимость от источников топлива;
— экологическая чистота;
Главный недостаток станций этого типа — тяжелые последствия в случае аварийных ситуаций.
Кроме перечисленных электростанций еще бывают: дизельные, солнечные, приливные, ветровые, геотермальные.
Легко. 1. ТЭС. Тепловые Энерго (электро) Станции. Базируются на переработке (сжигании) твердых топливных носителей, таких, как например уголь. Плюсы: 1. Большой объем выработки электроэнергии. 2. Наиболее просты в эксплуатации. 3. Сам принцип работы и постройка их очень просты. 4. Дешевы, легкодоступны. 5. Дают рабочие места. Минусы: 1. Дают меньше электроэнергии, чем ГЭС и АЭС 2. Экологически опасны - загрязнение окружающей среды, парниковый эффект, требуют потребления невозобновляемых ресурсов (как уголь). 3. В силу своего примитивизма являются просто морально устаревшими. ГЭС - Гидро Электро Станция. Базируются на использовании водных ресурсов, реки, приливно-отливные циклы. Плюсы: 1. Относительно экологически безопасны. 2. Дают в разы больше электроэнергии, чем ТЭС. 3. Могут давать дополнительные подпроизведственные структуры. 4. Рабочие места. 5. Более просты в эксплуатации, чем АЭС. . Минусы: 1. Опять же, экологическая безопасность относительна (взрыв плотины, загрязнение воды при отсутствии очистительного цикла, нарушение баланса). 2. Большие затраты на строительство. 3. Дают меньше энергии, чем АЭС. АЭС - Атомные Электростанции. Самые совершенные на данный момент ЭС по уровню мощности. Используют урановые стержни изотопа урана -278 и энергию атомной реакции. Плюсы: 1. Относительно малое потребление ресурсов. Самый главный - уран. 2. Мощнейшие по выработке электроэнергии ЭС. Одна ЭС может обеспечивать целые города и мегаполисы, ближлежащие районы, вообщем, охватывают огромные территории. 3. Более современны, чем ТЭС. 4. Дают большое количство рабочих место. 5. Открывают пути к созданию более совершенных ЭС. Минусы: 1. Постоянное загрязнение окружающей среды. Смог, радиация. 2. Потребление редких ресурсов - уран. 3. Использование воды, загрязнение ее. 4. Вероятная угроза экологической суперкатастрофы. При потере контроля за ядерными реакциями, нарушениями цикла охлаждения (ярчайший пример обоих ошибок - Чернобыль; АЭС до сих пор закрыта саркофагом, самая страшная экологическая катастрофа в истории человечества) ,внешнем в воздействии (землетрясение, прмер - Фукусима), военной атаке или подрыве террористами - весьма вероятна (или - почти стопроцентна) экологическая катастрофа, а также весьма вероятна угроза взрыва АЭС, - это взрыв, ударная волна, и самое главное, радиоактивное заражение обширной территории, отзвуки такой катастрофы могут поразить весь мир. Потому АЭС является наравне с ОМП (Оружием Массового Поражения) одним из самых опасных достижений человечества, хотя АЭС - это Мирный атом. Впервые АЭС была создана в СССР. Энергетику необходимо развивать отнюдь не только в направлении использования возонбновляемых ресурсов, а еще также развивать более совершенные типы ЭС, которые будут принципиально новыми по своей основе и типу работы. Гипотетически, в скором времени начнется освоения космоса, также проникновение в другие тайны микромира и вообще, физики могут дать поразительные результаты. Доведение до максимального совершенства АЭС - также перспективный путь развития энергетики. На данном этапе конечно же, наиболее вероятным и реализуемым является вариант развития ветрогонных комплексов, солнечных батарей и ДОВЕДЕНИЕ до максимального совершенства ГЭС и АЭС.