Гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются в 33 000 ТВт-ч в год, но по техническим и экономическим соображениям из всех запасов доступны от 4 до 25 %. Общий гидропотенциал рек России исчисляется в 4000 млн МВт-ч (450 тыс. МВт среднегодовой установленной мощности), что составляет приблизительно 10…12% от мирового. В табл. 1.7 приведены данные о гидроресурсах в различных странах мира.

Известно, что первоисточником гидроэнергии является солнечная энергия. Вода океанов и морей, испарясь под действием солнечной энергии, конденсируется в высоких слоях атмосферы в виде капелек, собирающихся в облака. Вода облаков падает в виде дождя в моря, океаны и на сушу или образует мощный снеговой покров гор. Дождевая вода дает начало рекам, питающимся подземными источниками. Круговорот воды в природе происходит под влиянием солнечной энергии, благодаря которой появляются начальные процессы круговорота — испарение воды и движение облаков. Таким образом, кинетическая энергия движущейся в реках воды есть, образно говоря, освобожденная энергия Солнца.


В отличие от невозобновляемой химической энергии, запасенной в органическом топливе, кинетическая энергия движущейся в реках воды возобновляема — на гидроэлектростанциях она превращается в электрическую энергию.

Свойство возобновляемости гидроэнергии является важным преимуществом ГЭС. К их преимуществам также относятся:

· небольшая стоимость эксплуатации и отсюда низкая себестоимость вырабатываемой энергии;

· большая надежность работы, объясняемая отсутствием высоких температур и давлений в гидротурбинах и относительно невысокими скоростями вращения этих турбин и гидрогенераторов;

· высокая маневренность, определяемая небольшим временем, требующимся для включения в работу и набора нагрузки (это время составляет всего несколько минут).

 

Таблица 1.7. Гидроресурсы различных стран


Страна Мощность, ГВт Страна Мощность, ГВт
при среднегодовых расходах воды (обеспеченность 50 %) при минимальных расходах воды (обеспеченность 95 %) при среднегодовых расходах воды (обеспеченность 50%) при минимальных расходах воды (обеспеченность 95%)
Россия 230,4 79,5 Франция 5,8 3,4
США 53,9 25,0 Италия 5,2 2,8
Канада 25,1 15,85 Швейцария 3,8 2,4
Япония 13,2 5,6 Испания 5,0 1,5
Норвегия 20,0 12,0 Германия 3,7 0,6
Швеция 8,9 2,9 Англия 1,2 0,6

 

Строительство ГЭС во многих случаях решает также задачи снабжения водой городов, промышленности и сельского хозяйства (орошение).

Работа ГЭС в отличие от ТЭС не ухудшает санитарного состояния воздушной среды и качества воды в водоемах. Недостатками ГЭС являются их более высокая стоимость и большой срок строительства в сравнении с ТЭС. Однако эти недостатки обычно компенсируются преимуществами ГЭС.

Значительный интерес представляет энергия приливов и отливов. Наибольшей высоты приливы достигают в некоторых заливах и окраинных морях Атлантического океана — 14…18 м. В Тихом океане у побережья России максимальные приливы бывают в Пенжинской губе Охотского моря — 12,9 м. У берегов Кольского полуострова в Баренцевом море они не превышают 7 м, но в Белом море, в Мензенской губе достигают 10 м. В окраинных морях Северного Ледовитого океана приливы невелики — 0,2…0,3 м (редко 0,5 м). Во внутренних морях — Средиземном, Балтийском, Черном — приливы почти незаметны.


Доступный для использования потенциал приливов в европейской части России оценивается в 40 млн МВт (16 тыс. МВт среднегодовой установленной мощности), а на Дальнем Востоке — в 170 млн МВт.

Течения и волнения в Мировом океане велики и чрезвычайно разнообразны. Скорости течений достигают высоких значений, например у Гольфстрима 2,57 м/с (9,2 км/ч) при глубине 700 м и ширине 30 км. Правда, чаще они не превышают нескольких сантиметров в секунду.

Максимальные параметры волнений: высота волн —15 м, длина — 800 м, скорость — 38 м/с, период — 23 с. В толще вод возникают и внутренние волны, обнаруженные впервые Ф. Нансеном в 1902 г., амплитуда их может составлять от 35 до 200 м. При амплитуде в 1 м, ширине 5 м и скорости распространения 10 м/с энергия волны достигает 267 кВт.

Из приведенных данных видно, как велики запасы энергии в этих источниках энергии.

В настоящее время построено несколько мощных электростанций, использующих энергию приливов.

Однако большая стоимость сооружения таких станций, трудности, связанные с неравномерностью их работы (пульсирующий характер выдачи мощности), не позволяют пока считать приливные станции достаточно эффективными, в связи с чем развитие их идет медленно.

Общая мощность приливных волн оценивается в 2…3 ТВт, однако мощность приливов в местах, удобных для ее использования, значительно меньше.


 

Контрольные вопросы

 

1. Перечислите основные возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы.

2.Назовите элементарный состав твердого топлива и виды массы топлива.

3.Что является основной характеристикой любого вида топлива?

4.Что такое условное топливо?

5.Назовите основной принцип получения тепловой энергии на атомных электростанциях.

 

Гидравлическая энергия является возобновляемым источником энергии. Запасы поверхностного стока по территории России распределены неравномерно, что весьма неблагоприятно для народного хозяйства, в том числе и для энергетики. Более 80 % речного стока российских рек приходится на еще мало освоенные территории бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов.

Особенностью стока реки является его неравномерное распределение как по годам, так и в течение года.

Многолетняя неравномерность стока неблагоприятна для всех отраслей народного хозяйства и прежде всего для энергетики. Различают: многоводные, средневодные и маловодные годы. В маловодные годы обычно значительно снижается выработка энергии на гидроэлектростанциях.

Неравномерность стока в течение года неблагоприятна для энергетики. Для большинства рек России маловодный период наблюдается зимой, когда потребность в электроэнергии наибольшая. Механическая энергия речного стока (или гидравлическая энергия) может быть преобразована в электрическую посредством гидротурбин и генераторов. В естественных условиях энергия водотока расходуется на преодоление внутреннего сопротивления движения воды, сопротивления на трение на стенках русла, размыв дна, берегов и т.п.


Гидроэнергетика использует возобновимые источники энергии, что позволяет экономить минеральное топливо. На гидроэлектростанциях (ГЭС) энергия текущей воды преобразуется в электрическую энергию. Основная часть ГЭС — плотина, создающая разницу уровней воды и обеспечивающая ее падение на лопасти генерирующих электрический ток турбин. К преимуществам ГЭС следует отнести высокий кпд — 92—94% (для сравнения у АЭС и ТЭС — около 33%), экономичность, простоту управления. Гидроэлектростанцию обслуживает сравнительно немногочисленный персонал: на 1 МВт мощности здесь занято 0,25 чел. (на ТЭС — 1,26 чел., на АЭС — 1,05 чел.). ГЭС наиболее маневренны при изменении нагрузки выработки электроэнергии, поэтому этот тип энергоустановок имеет важнейшее значение для пиковых режимов работы энергосистем, когда возникает необходимость в резервных объемах электроэнергии. ГЭС имеют большие сроки строительства — 15—20 лет (АЭС и ТЭС — 3—4 года) и требуют на этом этапе больших капиталовложений, но все минусы компенсируются длительными сроками эксплуатации (до 100 лет и больше) при относительной дешевизне поддерживающего обслуживания и низкой себестоимости выработанной электроэнергии.


Любая ГЭС — комплексное гидротехническое сооружение: она не только вырабатывает электроэнергию, но и регулирует сток реки, плотина используется для транспортных связей между берегами. В нашей стране при крупных ГЭС часто создавались значительные промышленные центры, использовавшие мощности строительной индустрии, высвободившиеся после сооружения плотины, и ориентированные на дешевую электроэнергию гидроустановок. Таковы Тольятти при Волжской ГЭС им. Ленина, Набережные Челны при Нижнекамской ГЭС, Братск при Братской ГЭС, Балаково при Саратовской ГЭС, Новочебоксарск при Чебоксарской ГЭС, Чайковский при Воткинской ГЭС, Волжский при Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС. Похожим образом создавался промышленный центр Саяногорск в Хакасии в относительном удалении от Саяно-Шушенской ГЭС.

Гидроэлектростанция

Гидроэлектростанция. Фото: Jean-Etienne Minh-Duy Poirrier

Бесспорные преимущества ГЭС несколько приуменьшает относительная «капризность» этого типа электростанций: для их размещения необходим выгодный створ в речной долине, относительно большое падение воды, сравнительно равномерный сток по сезонам года, создание водохранилища и затопление прирусловых территорий, которые прежде использовались в хозяйственной деятельности и для расселения людей. Более полно гидроэнергетические ресурсы используют серии ГЭС на одной реке — каскады. Наиболее мощные каскады ГЭС в России построены на Енисее, Ангаре, Волге, Каме. По числу отдельных ГЭС на протяжении небольшого участка русла в России нет равных каскадам Кольского полуострова: Нивскому (6 ГЭС общей установленной мощностью 578 МВт), Пазскому (5 ГЭС, 188 МВт), Серебрянскому (4 ГЭС, 512 МВт).


Гидроэнергетический потенциал рек России оценивается величиной 852 млрд. кВт ч в год. Это так называемый экономический потенциал, пригодный для промышленного использования. По величине гидроэнергопотенциала Россия занимает 2-е место в мире, уступая только Китаю.

Распределение гидроэнергоресурсов по территории страны крайне неравномерно. На Европейскую часть России приходится 25 %, на Сибирь 40% и 35% на Дальний Восток. В наиболее промышленно развитой части страны – Центре Европейской части, гидроэнергопотенциал использован практически полностью. Возможности развития гидроэнергетики в Европейской части имеются на Северо-Западе и Северном Кавказе. В целом по Европейской части России использование гидроэнергопотенциала составляет 46%.

Необходимо отметить, что в наиболее развитых странах мира процент использования гидроэнергетических ресурсов, как правило, существенно выше. Если же такие страны располагают существенным гидропотенциалом, то они практически полностью обеспечивают себя электроэнергией за счет ГЭС – Норвегия, Швейцария, Австрия и др. Особенно показателен пример Норвегии. Она является абсолютным мировым лидером по производству электроэнергии на душу населения – 24 000 кВт час в год, 99,6 % из которых производится на ГЭС. Именно эти страны обладают наивысшими рейтингам качества жизни.


В России наиболее богатым гидроэнергоресурсами регионом является Сибирь. Здесь протекают крупнейшие реки России – Енисей, Ангара Лена и др. На сегодня гидроэнергоресурсы Сибири использованы на 20%. Здесь построены крупнейшие ГЭС России – Красноярская, Братская, Усть-Илимская, Саяно-Шушенская. На базе этих ГЭС возник мощный промышленно развитый регион, основу которого составили предприятия с энергоемкими производствами: металлургические, химические, лесоперерабатывающие и др.

Наименее освоены гидроэнергоресурсы Дальневосточного региона. Из крупных ГЭС здесь действуют только Зейская и Колымская ГЭС, заканчивается строительство Бурейской. Потенциал региона освоен только примерно на 4 %.

Крупнейшие гидроэлектростанции России

Братская ГЭС в России

 



гидроэнергетические ресурсы

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector