Esmu pārliecināts, ka, ja vidusmēra cilvēkam jautās par atšķirībām starp hidroelektrostacijām un termoelektrostacijām, viņš atbildēs: viens darbojas ar hidrauliku, otrs ar degvielu. Bet es domāju, ka atbilde ir daudz sarežģītāka...
Elektrostaciju veidi
Mūsdienās ir trīs galvenie spēkstaciju veidi: hidrauliskās, termiskās un kodolelektrostacijas.
Atomelektrostaciju efektivitāte ir visaugstākā attiecībā pret elektroenerģijas ražošanas izmaksām. Ja to izmantos pareizi un saprātīgi, kodolenerģija tuvākajā nākotnē ieņems vadošo pozīciju.
Ir arī vēja vai saules elektrostacijas, taču to produktivitāte mūsdienās ir niecīga un var nodrošināt cilvēkus ar elektrību tikai mājsaimniecības līmenī.
Hidraulisko spēkstaciju priekšrocības
Starp hidraulisko spēkstaciju priekšrocībām salīdzinājumā ar termoelektrostacijām ir šādas:
- zemākas elektroenerģijas izmaksas;
- mazāks kaitējums videi;
- atjaunojams enerģijas pārveides avots.
Lai ražotu elektroenerģiju, izmantojot ūdens plūsmu, ir nepieciešams mazāk naudas nekā elektrības ražošanai, sadedzinot degvielu: nav jāveic dārga derīgo izrakteņu ieguve un jāveido loģistika to transportēšanai.
Hidrauliskā spēkstacija darbības laikā rada mazāku kaitējumu videi. No elektroenerģijas ražošanas atmosfērā un hidrosfērā nenotiek blakusproduktu un kaitīgo vielu emisijas - gāzes, cietie toksiskie atkritumi un tamlīdzīgi.
Pateicoties dabiskajam ūdens ciklam, elektroenerģijas ražošanas avotu (ūdeni) var izmantot atkārtoti, atšķirībā no vienreizējās kurināmā sadedzināšanas.
Hidraulisko spēkstaciju trūkumi
Hidrauliskajām elektrostacijām ir arī trūkumi:
- zema efektivitāte salīdzinājumā ar degvielu;
- ievērojamu elektropārvades līniju būvniecības izmaksas;
- atrodas noteiktā vietā lielu upju krastos, attālumā no rūpniecības centriem, kas apgrūtina agregātu remontdarbus un lielgabarīta aprīkojuma piegādi tiem.
Šīs ir šo divu veidu spēkstaciju ražošanas iezīmes.
Tāpat kā jebkurai citai enerģijas ražošanas metodei, mazo un mini hidroelektrostaciju izmantošanai ir gan priekšrocības, gan trūkumi.
Starp mazo hidroelektrostaciju ekonomiskajām, vides un sociālajām priekšrocībām ir šādas. To izveide palielina reģiona enerģētisko drošību, nodrošina neatkarību no citos reģionos esošajiem degvielas piegādātājiem un ietaupa deficītu organisko degvielu. Šāda energoobjekta būvniecība neprasa lielus kapitālieguldījumus, lielu energoietilpīgu būvmateriālu daudzumu un ievērojamas darbaspēka izmaksas, turklāt atmaksājas salīdzinoši ātri. Jāpiebilst, ka iepriekš likvidētas mazās hidroelektrostacijas rekonstrukcija izmaksās 1,5-2 reizes lētāk. Nelieliem energoobjektiem nav nepieciešama lielu rezervuāru organizēšana ar atbilstošu teritorijas applūšanu un milzīgiem materiāliem zaudējumiem.
Turklāt ir iespējas samazināt būvniecības izmaksas, veicot iekārtu unifikāciju un sertifikāciju. Mūsdienu stacijas ir vienkārša dizaina un pilnībā automatizētas, t.i. ekspluatācijas laikā nav nepieciešama cilvēka klātbūtne. To radītā elektriskā strāva atbilst GOST prasībām attiecībā uz frekvenci un spriegumu, un stacijas var darboties autonomā režīmā, t.i. ārpus reģiona energosistēmas elektrotīkla un kā daļa no šī elektrotīkla. Un stacijas pilnais kalpošanas laiks ir vismaz 40 gadi (vismaz 5 gadi pirms kapitālā remonta).
Viena no galvenajām mazo hidroelektrostaciju priekšrocībām ir vides drošība. To būvniecības un turpmākās ekspluatācijas laikā nav kaitīgas ietekmes uz ūdens īpašībām un kvalitāti. Rezervuārus var izmantot makšķerēšanai un kā iedzīvotāju ūdensapgādes avotus. Elektroenerģijas ražošanas procesā hidroelektrostacija neizdala siltumnīcefekta gāzes un nepiesārņo vidi ar sadegšanas produktiem un toksiskajiem atkritumiem, kas atbilst Kioto protokola prasībām. Šādi objekti neizraisa inducētu seismiskumu un ir samērā droši zemestrīču dabiskās norises laikā. Tiem nav negatīvas ietekmes uz iedzīvotāju dzīvesveidu, dzīvnieku pasauli un vietējiem mikroklimata apstākļiem.
Būtiska priekšrocība ir arī dabas ainavas un vides traucējumu neesamība būvniecības procesā un ekspluatācijas stadijā, kā arī gandrīz pilnīga neatkarība no laikapstākļiem. Lētas elektroenerģijas piegāde patērētājam tiek nodrošināta jebkurā gada laikā. ??????????????? ????????????? ???????
Turklāt mini-hidroelektriskās turbīnas var izmantot arī kā enerģijas absorbētājus pie dzeršanas un citu cauruļvadu augstuma atšķirībām, kas paredzēti dažāda veida šķidro produktu sūknēšanai.
Iespējamās problēmas, kas saistītas ar mazo hidroelektrostaciju izveidi un izmantošanu, ir mazāk izteiktas, taču tās arī jāpiemin.
Tāpat kā jebkurš lokāls enerģijas avots, izolētas izmantošanas gadījumā maza hidroelektrostacija ir neaizsargāta pret atteici, kā rezultātā patērētāji paliek bez elektroapgādes (problēmas risinājums ir kopīgu vai rezerves ģenerēšanas jaudu izveidošana - vēja turbīna, koģenerācijas mini katlu māja, izmantojot biodegvielu, fotoelementu iekārta utt.).
Visizplatītākais negadījumu veids mazajās hidroelektrostacijās ir dambja un hidraulisko agregātu iznīcināšana pārplūdes rezultātā pār dambja virsotni negaidītas ūdens līmeņa paaugstināšanās un slēgierīču atteices rezultātā. Dažos gadījumos MHES veicina rezervuāru aizsērēšanu un ietekmē kanālu veidošanās procesus.
Elektroenerģijas ražošanā ir vērojama zināma sezonalitāte (ievērojami kritumi ziemā un vasarā), kas noved pie tā, ka atsevišķos reģionos mazā hidroenerģija tiek uzskatīta par rezerves (dublēto) ražošanas jaudu.
Pie mazo hidroenerģētikas attīstību kavējošiem faktoriem lielākā daļa ekspertu min nepilnīgu potenciālo lietotāju informētību par mazo hidroelektrostaciju izmantošanas priekšrocībām; nepietiekamas zināšanas par mazo ūdensteču hidroloģisko režīmu un caurteces apjomiem; esošo metožu, ieteikumu un SNiP zema kvalitāte, kas rada nopietnas kļūdas aprēķinos; neizstrādātas metodes iespējamās ietekmes uz vidi un saimniecisko darbību novērtēšanai un prognozēšanai; vāja ražošanas un remonta bāze uzņēmumiem, kas ražo hidroelektrostaciju iekārtas mazām hidroelektrostacijām, un mazu hidroelektrostaciju masveida celtniecība ir iespējama tikai iekārtu masveida ražošanas, individuāla dizaina atteikuma un kvalitatīvi jaunas pieejas iekārtu uzticamības un izmaksu gadījumā. - salīdzinājumā ar vecajām iekārtām, kas izņemtas no ekspluatācijas.
Enerģijas avoti
Mazās hidroenerģijas enerģijas avoti ir:
* mazas upītes, strautiņi,
* dabiskās augstuma atšķirības uz ezeru nogāzēm un apūdeņošanas sistēmu apūdeņošanas kanāliem,
* tehnoloģiskās ūdensteces (rūpnieciskās un kanalizācijas novades),
* dzeršanas cauruļvadu, ūdens attīrīšanas sistēmu un citu cauruļvadu, kas paredzēti dažāda veida šķidro produktu atsūknēšanai, augstumu atšķirības.
Pēdējā laikā kā alternatīva klasiskajām vidēja augstspiediena aizsprostu hidroelektrostacijām aktīvi tiek piedāvātas Rietumeiropā diezgan izplatītās zemspiediena hidroelektrostacijas, kas darbojas uz dabiskās plūsmas. Mēģināsim noskaidrot, kas ir šīs hidroelektrostacijas un kādi ir to plusi un mīnusi.
Zema spiediena upes hidroelektrostacijas piemērs ir Ifheimas hidroelektrostacija pie Reinas, kas tika nodota ekspluatācijā 1978. gadā. Foto no šejienes
Zemspiediena upes noteces hidroelektrostacijas kompleksa koncepcija paredz hidroelektrostacijas izveidi uz līdzenas upes ar vairāku metru augstumu, kuras ūdenskrātuve parasti atrodas palienes dabiskajā plūdu zonā lielu palu laikā. Šādām ūdens iekārtām ir šādas priekšrocības:
* Neliela applūstošā teritorija, kurā parasti neietilpst (vai gandrīz neietilpst) apbūvētās zemes. Līdz ar to neviens nav jāpārvieto, un ietekme uz ekosistēmām ir daudz mazāka.
* Zivju ejas ir daudz vieglāk integrēt zema spiediena aizsprostos, un zivis nolaižas pa turbīnām ar mazākām traumām.
Saratovas hidroelektrostacija ir zemākā spiediena spēkstacija Volga-Kama kaskādē.
Tagad pāriesim pie trūkumiem:
* Šādas hidroelektrostacijas veido mazus rezervuārus, kas labākajā gadījumā ir piemēroti ikdienas plūsmas regulēšanai vai pat darbam uz ūdensteces. Līdz ar to šādu hidroelektrostaciju ražošana ir ļoti atkarīga no gadalaika un laikapstākļiem - mazūdens periodos tā strauji samazinās.
* Šādu hidroelektrostaciju noteces izmantošanas efektivitāte ir daudz mazāka nekā klasiskajām - nespējot uzkrāt noteci lielu ūdeņu un plūdu laikā, tās ir spiestas iztukšot daudz ūdens.
* Bez ietilpīga rezervuāra šādas hidroelektrostacijas nevar cīnīties ar plūdiem.
* No navigācijas viedokļa vairāku zemspiediena hidroelektrostaciju kompleksa izbūve viena liela vietā palielina bloķēšanas laiku - vienas slūžas vietā jāiziet cauri vairākiem.
* Zema spiediena hidroelektrostacijām ir ievērojami augstākas vienības izmaksas (rēķinot uz kW jaudas un saražotās elektroenerģijas kWh). Jo zemāks spiediens, jo lielāki ir iekārtas izmēri un attiecīgi arī metāla patēriņš, nespēja uzkrāt noteci rezervuārā rada jaudīgākas caurteku konstrukcijas, vairākas slūžas ir dārgākas par vienu utt. Salīdzinājumam var minēt zema spiediena Polockas hidroelektrostaciju Baltkrievijā un augstspiediena Bogučanskas hidroelektrostaciju. Pirmais maksā aptuveni 4500 USD par kW, otrais - aptuveni 1000 USD par kW. Atšķirība, kā redzam, ir 4,5 reizes.
Hidroelektrostacija Tucurui Brazīlijā. Amazones džungļos, tāpat kā Sibīrijas taigā, lielās hidroelektrostacijas ir efektīvākas.
Apkoposim. Zemspiediena hidroelektrostaciju priekšrocības visbūtiskākās ir blīvi apdzīvotās vietās, kur zemes augstās izmaksas un lielais darbs, kas saistīts ar cilvēku pārvietošanu, būvju un infrastruktūras likvidēšanu, padara lielas hidroelektrostacijas ar lieliem rezervuāriem nepieņemamas. Tāpēc zemspiediena hidroelektrostacijas ir visizplatītākās Eiropā, kur ir liels iedzīvotāju blīvums un maz pašu energoresursu, kas liek izmantot visu pieejamo hidropotenciālu, lai arī dārgi.
Tajā pašā laikā salīdzinoši mazapdzīvotos reģionos lielo hidroelektrostaciju priekšrocības ir acīmredzamas - patiesībā tās šobrīd lielākoties tiek būvētas visā pasaulē (lai gan retās apdzīvotības kritēriji dažādās valstīs ievērojami atšķiras, Ķīnai , kurā ir miljards cilvēku, vairāku desmitu tūkstošu cilvēku pārvietošana ir diezgan pieņemama).
Zemspiediena upju noteces hidroelektrostacijas nekonkurē ar vidēja un augsta spiediena hidroelektrostacijām - katram hidroelektrostaciju veidam ir sava “ekoloģiskā niša”, kurā tās ir visefektīvākās. Un atsauces uz Rietumeiropas hidroelektrostacijām, apspriežot hidroenerģijas projektus Austrumsibīrijā, ir nesalīdzināmā salīdzinājums.
HES PRIEKŠROCĪBAS:
Elastīgums
Hidroenerģija ir elastīgs elektroenerģijas avots, jo hidroelektrostacijas var ļoti ātri pielāgoties mainīgajām enerģijas prasībām, palielinot vai samazinot elektroenerģijas ražošanu. Hidrauliskās turbīnas palaišanas laiks ir vairākas minūtes. Ierīces ieslēgšana no aukstās palaišanas līdz pilnai slodzei aizņem 60 līdz 90 sekundes; tas ir daudz mazāk nekā gāzes turbīnām vai tvaika iekārtām. Elektroenerģijas ražošanu var arī ātri samazināt, ja ir jaudas pārpalikums.
Ffestiniog spēkstacija spēj saražot 360 MW 60 sekundēs
Zemas enerģijas izmaksas
Galvenā hidroelektrostacijas priekšrocība ir degvielas izmaksu neesamība. Hidroelektrostacijas ekspluatācijas izmaksas ir gandrīz imūnas pret fosilā kurināmā, piemēram, naftas, dabasgāzes vai ogļu, izmaksu pieaugumu, un nav nepieciešams imports. Vidējās izmaksas par elektroenerģiju no hidroelektrostacijas, kas lielāka par 10 megavatiem, ir 3 līdz 5 ASV centi par kilovatstundu.
Hidroelektrostacijām ir ilgs kalpošanas laiks, dažas hidroelektrostacijas joprojām nodrošina elektroenerģiju pēc 50-100 darbības gadiem.
Ekspluatācijas uzturēšanas izmaksas ir zemas, hidroelektrostacijas darbības kontrolei ir nepieciešami maz cilvēku.
Dambi var izmantot vienlaikus vairākiem mērķiem: uzkrāt ūdeni hidroelektrostacijām, aizsargāt teritorijas no plūdiem, izveidot ūdenskrātuvi.
Piemērots rūpnieciskai lietošanai
Lai gan daudzi hidroelektrostaciju aizsprosti piegādā enerģiju komunālajiem tīkliem, daži ir izveidoti, lai apkalpotu konkrētas rūpniecības iekārtas. Piemēram, Jaunzēlandē tika uzcelta spēkstacija, lai piegādātu elektroenerģiju Tiwai Point alumīnija kausēšanai.
Samazinātas CO 2 emisijas
Hidroelektrostacijas nededzina fosilo kurināmo un tieši nerada oglekļa dioksīdu. Lai gan projekta ražošanas un būvniecības procesā rodas neliels oglekļa dioksīda daudzums. Saskaņā ar Pola Šerera no Štutgartes universitātes pētījumu, hidroenerģija starp citiem enerģijas avotiem rada vismazāk oglekļa dioksīda. Vējš bija otrajā vietā, kodolenerģija bija trešajā vietā, saules enerģija bija 4. vietā.
Citi rezervuāra lietojumi
Hidroelektrostacijas nereti sniedz iespējas nodarboties ar ūdens sporta veidiem un paši kļūst par tūrisma objektiem. Dažās valstīs akvakultūra rezervuāros ir izplatīta. Ūdeni no rezervuāriem var izmantot ražas apūdeņošanai, un tajā var audzēt zivis. Aizsprosti arī palīdz novērst plūdus.
HIDROEKCIJAS TRŪKUMI:
Ekosistēmu bojājumi un zemes zudums
Lielie rezervuāri, kas nepieciešami hidroelektrostaciju aizsprostu darbībai, applūst plašas zemes platības augšpus dambja, iznīcinot meža ielejas un purvus. Zemes zudumu bieži papildina biotopu iznīcināšana apkārtējās teritorijās, ko aizņem rezervuārs.
Hidroelektrostacijas var izraisīt ekosistēmu iznīcināšanu, jo ūdens iet cauri turbīnāmattīrīts no dabīgiem nosēdumiem. Īpaši bīstamas ir hidroelektrostacijas lielajās upēs, jo tās rada nopietnas izmaiņas vidē.
Fotoattēlā redzams rezervuārs, kas radies dambja būvniecības rezultātā.
Sasmērēšanās
Kad ūdens plūst, smagākas daļiņas peld lejup pa straumi.
Tas negatīvi ietekmē aizsprostus un pēc tam to spēkstacijas, jo īpaši upēs vai sateces baseinos ar augstu nosēdumu līmeni. Nogulsnes var piepildīt rezervuāru un samazināt tā spēju kontrolēt plūdus, radot papildu horizontālu spiedienu uz aizsprostu. Upes gultnes samazināšana var izraisīt elektroenerģijas ražošanas samazināšanos. Turklāt pat karsta vasara vai mazs nokrišņu daudzums var izraisīt upes samazināšanos.
Metāna emisijas (no rezervuāriem)
Vislielākā ietekme ir hidroelektrostacijām tropu reģionos, tropu reģionu spēkstaciju rezervuāri rada ievērojamu daudzumu metāna. Tas ir saistīts ar augu materiāla klātbūtni appludinātās vietās, kas anaerobā vidē sadalās un rada metānu un siltumnīcefekta gāzi. Saskaņā ar Pasaules Dambju komisijas ziņojumu gadījumos, kad ūdenskrātuve ir liela salīdzinājumā ar ģenerēšanas jaudu (mazāk par 100 vatiem uz kvadrātmetru virsmas) un meži ūdenskrātuves teritorijā nav izcirsti. . Tad siltumnīcefekta gāzu emisijas rezervuārā var būt lielākas nekā parastajai termoelektrostacijai.
Hidroelektrostaciju priekšrocības:
Atjaunojamās enerģijas izmantošana.
Ļoti lēta elektrība.
Darbu nepavada kaitīgas emisijas atmosfērā.
Ātra (attiecībā uz CHP/CHP) piekļuve darba jaudas izvades režīmam pēc stacijas ieslēgšanas.
Hidroelektrostaciju trūkumi:
Aramzemes applūšana
Būvniecība tiek veikta tur, kur ir lielas ūdens enerģijas rezerves
Kalnu upes ir bīstamas apgabalu augstās seismiskuma dēļ
No enerģētikas viedokļa tiem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar visu veidu termoelektrostacijām un atomelektrostacijām.
Pirmkārt, tiem vispār nav vajadzīga degviela, kā dēļ to enerģija ir 5-6 reizes lētāka nekā termoelektrostaciju enerģija un 8-10 reizes lētāka nekā atomelektrostaciju enerģija. Hidroelektrostaciju efektivitāte ir ļoti augsta, 80-90%.
Otrkārt, hidroelektrostacijām ir ārkārtīgi augsta manevrēšanas spēja: darbojošs hidrauliskais bloks var palielināt jaudu gandrīz uzreiz, un apturēta hidrauliskā agregāta iedarbināšana aizņem tikai 1-2 minūtes. Slodzes grafika nevienmērīgums praktiski neietekmē hidroelektrostaciju darbības efektivitāti. Šīs īpašības padara hidroelektrostacijas neaizstājamas darbam grafika maksimuma daļā, vienlaikus izlīdzinot termoelektrostaciju slodzes un samazinot to degvielas patēriņu.
Hidroelektrostaciju nenoliedzamās enerģētiskās priekšrocības tomēr nedod pamatu tās pretstatīt cita veida elektrostacijām.
Vairākās valstīs un ekonomiskajos reģionos hidroenerģijas resursi ir vai nu nepietiekami, vai arī atrodas tālu no enerģijas patēriņa centriem.
Enerģijas ražošana hidroelektrostacijās krasi svārstās atkarībā no gada ūdens pieejamības.
Hidroelektrostaciju būvniecības sākotnējās izmaksas nereti ir augstākas nekā termoelektrostacijām, un būvniecības laiks ir ilgāks. Izmaksas, kas saistītas ar plūdiem, veidojot rezervuāru, ne vienmēr ir pamatotas. Tajā pašā laikā hidroelektrostaciju darbība ir daudz lētāka nekā termoelektrostaciju un atomelektrostaciju darbība. Nav degvielas izmaksu, vides maksas par emisijām, zemākas remonta izmaksas un neliels darbinieku skaits.
Šie apstākļi noteica hidroelektrostaciju vietu pasaules enerģētikas sektorā. Hidroelektrostaciju līdzdalības īpatsvars enerģētikas sektorā vairākās valstīs ir atšķirīgs, kas saistīts ar atšķirīgo kurināmā un enerģijas bilances struktūru un atšķirīgām enerģētikas attīstības tradīcijām. Hidroelektrostacijas nodrošina aptuveni 20% no Krievijas un pasaules elektroenerģijas ražošanas. Daudzās valstīs hidroenerģijas īpatsvars ir ievērojami lielāks. Piemēram, Kanādā, kas dabas apstākļu ziņā ir vistuvāk Krievijai, hidroelektrostacijas saražo 58% elektroenerģijas, Brazīlijā - 86%, Norvēģijā, kas pazīstama ar stingro vides likumdošanu, - 99%.
Hidroenerģija ir citas nozīmīgas tautsaimniecības nozares - ūdenssaimniecības - sastāvdaļa.
Ūdens, īpaši saldūdens, kas veido tikai 2,5% no pasaules ūdens rezervēm, ir neaizvietojams dabas resurss, viens no dzīvības pamatiem uz Zemes. Pieejamie saldūdens krājumi galvenokārt atrodami upēs, kuru vidējā gada caurplūde visā pasaulē ir aptuveni 39 000 km3.
Ja iepriekšējos gadsimtos lielākajā daļā planētas ūdens šķita kā bezmaksas un neizsmeļama dabas dāvana, tad 20. gadsimtā strauji pieauga rūpniecības un pilsētu iedzīvotāju skaits.
noveda pie tā, ka ūdeni sāka uzskatīt par dārgu un dažos gadījumos arī nepietiekamu izejvielu.
Ūdens resursu izmantošana ir nesaraujami saistīta ar pasākumiem to aizsardzībai, galvenokārt, lai nodrošinātu nepieciešamo ūdens kvalitāti. Veicot hidrotehnisko būvniecību, kas būtiski maina dabiskos apstākļus, rūpīgi jāņem vērā visi tās ietekmes uz vidi faktori.