Esu tikras, kad paprasto žmogaus paklausus apie hidraulinių ir šiluminių elektrinių skirtumus, jis atsakys: viena važiuoja hidraulika, kita kuru. Bet manau, kad atsakymas yra sudėtingesnis...
Elektrinių tipai
Šiandien yra trys pagrindiniai elektrinių tipai: hidraulinės, šiluminės ir branduolinės.
Atominių elektrinių efektyvumas yra didžiausias, palyginti su elektros energijos gamybos sąnaudomis. Jei branduolinė energija bus naudojama teisingai ir išmintingai, artimiausiu metu ji užims lyderio poziciją.
Taip pat yra vėjo ar saulės elektrinių, tačiau jų našumas šiandien yra nereikšmingas ir gali aprūpinti žmones elektra tik namų ūkio lygiu.
Hidraulinių elektrinių privalumai
Tarp hidraulinių elektrinių pranašumų, palyginti su šiluminėmis elektrinėmis, yra šie:
- mažesnė elektros kaina;
- mažesnė žala aplinkai;
- atsinaujinantis energijos konversijos šaltinis.
Norint pagaminti elektrą naudojant vandens srautą, reikia mažiau pinigų nei gaminti elektrą deginant kurą: nereikia brangiai kasti naudingųjų iškasenų ir kurti logistikos jų transportavimui.
Hidraulinė jėgainė eksploatacijos metu daro mažiau žalos aplinkai. Gaminant elektrą į atmosferą ir hidrosferą nepatenka šalutinių produktų ir kenksmingų medžiagų – dujų, kietųjų toksiškų atliekų ir panašiai.
Dėl natūralaus vandens ciklo elektros gamybos šaltinis (vanduo) gali būti naudojamas pakartotinai, priešingai nei vienkartinis kuro deginimas.
Hidraulinių elektrinių trūkumai
Hidraulinės elektrinės taip pat turi trūkumų:
- mažas efektyvumas, palyginti su kuro;
- didelių elektros perdavimo linijų statybos išlaidos;
- yra tam tikroje vietoje didelių upių pakrantėse, atokiau nuo pramonės centrų, o tai apsunkina blokų remonto darbus ir didelių gabaritų įrangos pristatymą į juos.
Tai yra šių dviejų tipų elektrinių gamybos ypatumai.
Kaip ir bet kuris kitas energijos gamybos būdas, mažųjų ir mini hidroelektrinių naudojimas turi ir privalumų, ir trūkumų.
Tarp ekonominių, aplinkosauginių ir socialinių mažų hidroelektrinių pranašumų yra šie. Jų sukūrimas didina regiono energetinį saugumą, užtikrina nepriklausomybę nuo kituose regionuose esančių kuro tiekėjų, taupo retąjį organinį kurą. Tokio energetinio objekto statyba nereikalauja didelių kapitalinių investicijų, daug energijos imlių statybinių medžiagų ir didelių darbo sąnaudų, o atsiperka gana greitai. Pažymėtina, kad anksčiau nebeeksploatuojamos mažosios hidroelektrinės rekonstrukcija kainuos 1,5-2 kartus pigiau. Nedideli energetikos objektai nereikalauja didelių rezervuarų su atitinkamu teritorijos užtvindymu ir milžiniška materialine žala.
Be to, yra galimybių sumažinti statybos kaštus suvienodinant ir sertifikuojant įrangą. Šiuolaikinės stotys yra paprasto dizaino ir visiškai automatizuotos, t.y. eksploatacijos metu nereikia žmogaus buvimo. Jų generuojama elektros srovė atitinka GOST reikalavimus dažniui ir įtampai, o stotys gali veikti autonominiu režimu, t.y. už regiono energetikos sistemos elektros tinklo ribų ir kaip šio elektros tinklo dalis. O pilnas stoties eksploatavimo laikas – mažiausiai 40 metų (bent 5 metai iki kapitalinio remonto).
Vienas iš pagrindinių mažųjų hidroelektrinių privalumų yra aplinkos sauga. Jų statybos ir vėlesnės eksploatacijos metu nėra žalingo poveikio vandens savybėms ir kokybei. Rezervuarai gali būti naudojami žvejybai ir kaip gyventojų vandens tiekimo šaltiniai. Hidroelektrinė gamindama elektrą neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų ir neteršia aplinkos degimo produktais bei nuodingomis atliekomis, o tai atitinka Kioto protokolo reikalavimus. Tokie objektai nesukelia indukuoto seismiškumo ir yra gana saugūs natūralių žemės drebėjimų metu. Jie neturi neigiamos įtakos gyventojų gyvenimo būdui, gyvūnų pasauliui ir vietinėms mikroklimato sąlygoms.
Reikšmingas privalumas taip pat yra tai, kad statybos ir eksploatacijos metu netrikdomas natūralus kraštovaizdis ir aplinka, taip pat beveik visiška nepriklausomybė nuo oro sąlygų. Pigios elektros energijos tiekimas vartotojui užtikrinamas bet kuriuo metų laiku. ??????????????? ????????????? ???????
Be to, mini hidroelektrinės turbinos taip pat gali būti naudojamos kaip energijos sugėrikliai, esant skirtingiems geriamųjų ir kitų vamzdynų, skirtų įvairių tipų skystiems produktams siurbti, aukščiams.
Galimos problemos, susijusios su mažųjų hidroenergetinių objektų kūrimu ir naudojimu, yra ne tokios ryškios, tačiau jas taip pat reikėtų paminėti.
Kaip ir bet kuris lokalizuotas energijos šaltinis, izoliuoto naudojimo atveju mažas hidroelektrinis yra pažeidžiamas gedimų, dėl kurių vartotojai lieka be elektros energijos tiekimo (problemos sprendimas – bendrų arba rezervinių generavimo pajėgumų sukūrimas - vėjo turbina, kogeneracinė mini katilinė naudojant biokurą, fotovoltinė instaliacija ir kt.).
Dažniausia avarijų rūšis mažuosiuose hidroelektrinėse – užtvankos ir hidraulinių mazgų sunaikinimas dėl perpildymo per užtvankos keterą, netikėtai pakilus vandens lygiui ir sugedus uždarymo įtaisams. Kai kuriais atvejais MHE prisideda prie rezervuarų uždumblėjimo ir daro įtaką kanalų formavimo procesams.
Elektros gamyboje yra tam tikras sezoniškumas (pastebimas nuosmukis žiemą ir vasarą), todėl kai kuriuose regionuose mažoji hidroelektrinė laikoma rezervine (dubliuojančia) gamybos galia.
Tarp mažosios hidroenergetikos plėtrą stabdančių veiksnių dauguma ekspertų įvardija nepilną potencialių vartotojų informuotumą apie mažųjų hidroenergetinių įrenginių naudojimo naudą; nepakankamas mažųjų vandentakių hidrologinio režimo ir debitų išmanymas; žema esamų metodų, rekomendacijų ir SNiP kokybė, o tai sukelia rimtų skaičiavimų klaidų; nesukurti galimo poveikio aplinkai ir ūkinei veiklai vertinimo ir prognozavimo metodai; silpna įmonių, gaminančių hidroenergetinę įrangą mažoms hidroelektrinėms, gamybinė ir remonto bazė, o masinė mažų hidroelektrinių statyba įmanoma tik masinės įrangos gamybos atveju, atsisakius individualaus projektavimo ir kokybiškai naujo požiūrio į įrangos patikimumą ir kainą. - palyginti su senais, išimtais įrenginiais.
Energijos šaltiniai
Mažos hidroelektrinės energijos šaltiniai yra:
* mažos upės, upeliai,
* natūralūs aukščių skirtumai ant ežerų išsiliejimo takų ir laistymo sistemų drėkinimo kanalų,
* technologiniai vandentakiai (pramoniniai ir kanalizacijos išleidimai),
* geriamųjų vamzdynų, vandens ruošimo sistemų ir kitų vamzdynų, skirtų įvairių rūšių skystiems produktams siurbti, aukščių skirtumai.
Pastaruoju metu kaip alternatyva klasikinėms vidutinio aukšto slėgio užtvankos hidroelektrinėms aktyviai siūlomos Vakarų Europoje gana plačiai paplitusios žemo slėgio hidroelektrinės, veikiančios natūraliu srautu. Pabandykime išsiaiškinti, kas yra šios hidroelektrinės ir kokie yra jų privalumai ir trūkumai.
Žemo slėgio upės hidroelektrinės pavyzdys yra Iffezheim hidroelektrinė prie Reino, pradėta eksploatuoti 1978 m. Nuotrauka iš čia
Žemo slėgio upės takų hidroelektrinės komplekso koncepcija apima hidroelektrinės sukūrimą ant plokščios kelių metrų aukščio upės, kurios rezervuaras paprastai yra natūralioje potvynių zonoje didelių potvynių metu. Tokie vandentiekio įrenginiai turi šiuos privalumus:
* Nedidelis potvynių plotas, į kurį dažniausiai neįeina (arba beveik neapima) užstatytos žemės. Vadinasi, niekas neturi būti perkeltas, o poveikis ekosistemoms yra daug mažesnis.
* Daug lengviau integruoti žuvų praėjimus į žemo slėgio užtvankas, o žuvys per turbinas leidžiasi mažiau susižalojusios.
Saratovo hidroelektrinė yra žemiausio slėgio kaskadoje Volga-Kama.
Dabar pereikime prie trūkumų:
* Tokios hidroelektrinės sudaro nedidelius rezervuarus, geriausiu atveju tinkančius kasdieniam srauto reguliavimui ar net darbui vandens telkinyje. Dėl to tokių hidroelektrinių gamyba labai priklauso nuo sezono ir oro sąlygų – žemo vandens laikotarpiais ji smarkiai krenta.
* Tokių hidroelektrinių nuotėkio panaudojimo efektyvumas yra daug mažesnis nei klasikinių – negalėdamos sukaupti nuotėkio per didelius vandenis ir potvynius, jos yra priverstos išleisti daug vandens.
* Be talpaus rezervuaro tokios hidroelektrinės negali kovoti su potvyniais.
* Navigacijos požiūriu, pastačius kelis žemo slėgio hidroelektrinių kompleksus vietoj vieno didelio, pailgėja užrakinimo laikas – vietoj vieno šliuzo reikia pereiti kelis.
* Žemo slėgio hidroelektrinės turi žymiai didesnę vieneto savikainą (skaičiuojant už kW galios ir pagamintos elektros kWh). Kuo mažesnis slėgis, tuo didesni įrenginio matmenys ir atitinkamai metalo sąnaudos, nesugebėjimas kaupti nuotėkio rezervuare, todėl reikia sukurti galingesnes pralaidų konstrukcijas, keli šliuzai yra brangesni už vieną ir pan. Palyginimui galime paminėti žemo slėgio Polocko hidroelektrinę Baltarusijoje ir aukšto slėgio Boguchanskaya hidroelektrinę. Pirmasis kainuoja apie 4500 USD už kW, antrasis – apie 1000 USD už kW. Skirtumas, kaip matome, yra 4,5 karto.
Hidroelektrinė Tucurui Brazilijoje. Amazonės džiunglėse, kaip ir Sibiro taigoje, didelės hidroelektrinės yra efektyvesnės.
Apibendrinkime. Žemo slėgio hidroelektrinių privalumai ryškiausi tankiai apgyvendintose vietovėse, kur dėl didelės žemės kainos ir didelio darbo kiekio perkeliant žmones, šalinant statinius ir infrastruktūrą didelės hidroelektrinės su dideliais rezervuarais yra nepriimtinos. Štai kodėl žemo slėgio hidroelektrinės labiausiai paplitusios Europoje, kur gyventojų tankumas didelis ir nuosavų energijos išteklių mažai, o tai verčia išnaudoti visą turimą hidro potencialą, nors ir brangiai.
Tuo pačiu metu santykinai retai apgyvendintuose regionuose didelių hidroelektrinių pranašumai yra akivaizdūs – iš tikrųjų jos dabar daugiausia statomos visame pasaulyje (nors reto gyventojų kriterijai įvairiose šalyse labai skiriasi, Kinijai , kuriame gyvena milijardai žmonių, kelių dešimčių tūkstančių žmonių persikėlimas yra gana priimtinas).
Žemo slėgio upių takų hidroelektrinės nekonkuruoja su vidutinio ir aukšto slėgio hidroelektrinėmis – kiekvienas hidroelektrinių tipas turi savo „ekologinę nišą“, kurioje jos yra efektyviausios. O nuorodos į Vakarų Europos hidroelektrines, kuriose vyksta upė, kalbant apie hidroenergijos projektus Rytų Sibire, yra neprilygstamų dalykų palyginimas.
HPP PRIVALUMAI:
Lankstumas
Hidroenergija yra lankstus elektros energijos šaltinis, nes hidroelektrinės gali labai greitai prisitaikyti prie kintančių energijos poreikių, didinant ar mažinant elektros gamybą. Hidraulinės turbinos paleidimo laikas yra maždaug kelios minutės. Įrenginį nuo šalto užvedimo iki visos apkrovos reikia nuo 60 iki 90 sekundžių; tai daug mažiau nei dujų turbinoms ar garo jėgainėms. Elektros gamybą taip pat galima greitai sumažinti, kai yra energijos perteklius.
Ffestiniog elektrinė gali pagaminti 360 MW per 60 sekundžių
Mažos energijos sąnaudos
Pagrindinis hidroelektrinės pranašumas yra kuro sąnaudų nebuvimas. Hidroelektrinės eksploatavimo kaštai yra beveik atsparūs iškastinio kuro, pvz., naftos, gamtinių dujų ar anglies, kainų padidėjimui, todėl nereikia importuoti. Vidutinė elektros kaina iš didesnės nei 10 megavatų hidroelektrinės yra nuo 3 iki 5 JAV centų už kilovatvalandę.
Hidroelektrinės turi ilgą tarnavimo laiką, kai kurios hidroelektrinės po 50-100 eksploatavimo metų vis dar tiekia elektrą.
Eksploatacinės priežiūros išlaidos yra mažos, hidroelektrinės darbui kontroliuoti reikia nedaug žmonių.
Užtvanka vienu metu gali būti naudojama keliems tikslams: kaupti vandenį hidroelektrinėms, apsaugoti teritorijas nuo potvynių, sukurti rezervuarą.
Tinkamas pramoniniam naudojimui
Nors daugelis hidroelektrinių užtvankų tiekia energiją į komunalinius tinklus, kai kurios yra sukurtos tam, kad aptarnauti konkrečias pramonės įmones. Pavyzdžiui, Naujojoje Zelandijoje buvo pastatyta elektrinė, tiekianti elektrą Tiwai Point aliuminio lydyklai.
Sumažintas CO 2 išmetimas
Hidroelektrinės nedegina iškastinio kuro ir tiesiogiai negamina anglies dioksido. Nors projekto gamybos ir statybos proceso metu susidaro šiek tiek anglies dvideginio. Remiantis Paulo Scherrero iš Štutgarto universiteto tyrimu, hidroenergija išskiria mažiausiai anglies dvideginio iš kitų energijos šaltinių. Antroje vietoje buvo vėjas, trečioje – branduolinė, 4 – saulės energija.
Kiti rezervuaro naudojimo būdai
Hidroelektriniai rezervuarai dažnai suteikia galimybę užsiimti vandens sportu ir patys tampa turistų traukos objektais. Kai kuriose šalyse akvakultūra rezervuaruose yra įprasta. Vandenį iš rezervuarų galima naudoti pasėliams laistyti, jame galima auginti žuvis. Užtvankos taip pat padeda išvengti potvynių.
HIDROJĖGINĖS TRŪKUMAI:
Ekosistemų žala ir žemės praradimas
Dideli rezervuarai, reikalingi hidroelektrinių užtvankoms eksploatuoti, užlieja didžiulius žemės plotus prieš srovę nuo užtvankos, sunaikindami miško slėnius ir pelkes. Žemės praradimą dažnai apsunkina buveinių sunaikinimas aplinkinėse teritorijose, kurias užima rezervuaras.
Hidroelektrinės gali sunaikinti ekosistemas, nes vanduo teka per turbinasišvalytas nuo natūralių nuosėdų. Didžiųjų upių hidroelektrinės yra ypač pavojingos, nes jos sukelia rimtus aplinkos pokyčius.
Nuotraukoje pavaizduotas rezervuaras, susidaręs pastačius užtvanką.
Dumblėjimas
Kai vanduo teka, sunkesnės dalelės plūduriuoja pasroviui.
Tai daro neigiamą poveikį užtvankoms, o vėliau ir jų elektrinėms, ypač upėse arba baseinuose, kuriuose yra didelis uždumblėjimas. Dumblas gali užpildyti rezervuarą ir sumažinti jo gebėjimą kontroliuoti potvynius, todėl užtvanka daro papildomą horizontalų spaudimą. Sumažinus upės vagą, gali sumažėti elektros gamyba. Be to, net karšta vasara ar mažas kritulių kiekis gali lemti upės sumažėjimą.
Metano išmetimas (iš rezervuarų)
Didžiausią poveikį turi atogrąžų regionų hidroelektrinės, o atogrąžų regionų elektrinių rezervuarai gamina daug metano. Taip yra dėl to, kad užtvindytose vietose yra augalinės medžiagos, kuri anaerobinėje aplinkoje suyra ir gamina metaną bei šiltnamio efektą sukeliančias dujas. Remiantis Pasaulinės užtvankų komisijos ataskaita, tais atvejais, kai rezervuaras yra didelis, palyginti su generuojamomis galiomis (mažiau nei 100 vatų kvadratiniam metrui paviršiaus ploto) ir miškai rezervuaro teritorijoje nebuvo iškirsti. . Tuomet šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisija rezervuare gali būti didesnė nei įprastos šiluminės elektrinės.
Hidroelektrinių privalumai:
Atsinaujinančios energijos naudojimas.
Labai pigi elektra.
Darbas nėra lydimas kenksmingų išmetimų į atmosferą.
Greita (palyginti su CHP/CHP) prieiga prie darbinės galios išvesties režimo įjungus stotį.
Hidroelektrinių trūkumai:
Ariamos žemės užliejimas
Statybos vykdomos ten, kur yra dideli vandens energijos rezervai
Kalnų upės pavojingos dėl didelio vietovių seismiškumo
Energetikos požiūriu jie turi nemažai pranašumų, palyginti su visų tipų šiluminėmis elektrinėmis ir atominėmis elektrinėmis.
Pirma, jiems visiškai nereikia kuro, dėl to jų energija yra 5-6 kartus pigesnė nei šiluminių elektrinių ir 8-10 kartų pigesnė už atominių elektrinių energiją. Hidroelektrinių naudingumo koeficientas yra labai didelis, 80-90 proc.
Antra, hidroelektrinės pasižymi išskirtinai dideliu manevringumu: veikiantis hidraulinis agregatas galią padidinti gali beveik akimirksniu, o sustojusio hidraulinio agregato paleidimas užtrunka vos 1-2 minutes. Apkrovos grafiko netolygumas hidroelektrinės darbo efektyvumui praktiškai neturi įtakos. Dėl šių savybių hidroelektrinės yra būtinos dirbti piko grafiko metu, o šiluminių elektrinių apkrova išlyginama ir kuro sąnaudos sumažėja.
Tačiau neabejotini hidroelektrinių energetiniai pranašumai nesudaro pagrindo jas priešpriešinti su kitų tipų elektrinėmis.
Daugelyje šalių ir ekonominių regionų hidroenergijos išteklių nepakanka arba jie nutolę nuo energijos vartojimo centrų.
Energijos gamyba hidroelektrinėse smarkiai svyruoja priklausomai nuo metų vandens prieinamumo.
Hidroelektrinių statybos pradinės išlaidos dažnai būna didesnės nei šiluminių, o statybos laikas ilgesnis. Su potvyniais susijusios išlaidos kuriant rezervuarą ne visada yra pagrįstos. Tuo pačiu metu hidroelektrinių eksploatavimas yra daug pigesnis nei šiluminių ir atominių elektrinių. Nėra kuro sąnaudų, aplinkosaugos mokesčių už išmetamuosius teršalus, mažesnės remonto išlaidos ir nedidelis personalo skaičius.
Šios aplinkybės nulėmė hidroelektrinių vietą pasaulio energetikos sektoriuje. Hidroelektrinių dalyvavimo energetikos sektoriuje dalis daugelyje šalių yra skirtinga, tai lemia skirtinga kuro ir energijos balanso struktūra bei skirtingos energetikos plėtros tradicijos. Hidroelektrinės pagamina apie 20% Rusijos ir pasaulio elektros energijos. Daugelyje šalių hidroenergijos dalis yra žymiai didesnė. Pavyzdžiui, Kanadoje, kuri gamtinėmis sąlygomis yra arčiausiai Rusijos, hidroelektrinės pagamina 58% elektros energijos, Brazilijoje – 86%, griežtais aplinkosaugos teisės aktais garsėjančioje Norvegijoje – 99%.
Hidroenergija yra kito svarbaus šalies ūkio sektoriaus – vandentvarkos – sudedamoji dalis.
Vanduo, ypač gėlas vanduo, kuris sudaro tik 2,5% pasaulio vandens atsargų, yra nepakeičiamas gamtos išteklius, vienas iš gyvybės Žemėje pamatų. Gėlo vandens atsargos daugiausia randamos upėse, kurių vidutinis metinis debitas visame pasaulyje yra apie 39 000 km3.
Jei praeitais amžiais daugumoje planetos dalių vanduo atrodė kaip nemokama ir neišsenkama gamtos dovana, tai XX amžiuje spartus pramonės ir miestų gyventojų augimas.
lėmė tai, kad į vandenį imta žiūrėti kaip į brangią, o kai kuriais atvejais ir menką žaliavą.
Vandens išteklių naudojimas yra neatsiejamai susijęs su jų apsaugos priemonėmis, pirmiausia siekiant užtikrinti reikiamą vandens kokybę. Vykdant hidrotechnikos statybą, kuri iš esmės keičia gamtines sąlygas, turi būti kruopščiai atsižvelgta į visus jos poveikio aplinkai veiksnius.