Гідроенергетика

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
Лоєвський державний педагогічний коледж
ГІДРОЕНЕРГЕТИКИ
Реферат учнівської
4 «А» групи
Маслової Марини Ігорівни
2006

Зміст
Введення
1. Трохи про історію
2. Гідроенергетика в Білорусі
3. Основні схеми використання водної енергії
4. Опис роботи ГЕС
5. Вплив гідроенергетичних об'єктів на навколишнє середовище і охорона природи
6. Висновок
7. Література

ВСТУП
Енергетика ділиться на традиційну і нетрадиційну. Традиційна енергетика базується на використанні викопного пального або ядерного палива і енергії води великих річок. Вона підрозділяється на теплоенергетику, електроенергетику, ядерну енергетику і гідроенергетику. (Табл. 1)
Багато тисячоліть вірно служить людині енергія, ув'язнена в поточній воді. Запаси її на Землі колосальні. Недарма деякі вчені вважають, що нашу планету правильніше було б називати не Земля, а Вода - адже близько трьох чвертей поверхні планети покриті водою. Величезним акумулятором енергії служить Світовий океан, що поглинає велику її частину, що поступає від Сонця. Тут хлюпають хвилі, відбуваються припливи і відливи, виникають могутні океанські течії. Народжуються могутні річки, що несуть величезні маси води в моря й океани. Зрозуміло, що людство в пошуках енергії не могло пройти мимо таких гігантських її запасів. Раніше за все люди навчилися використовувати енергію річок.
Винахід парової машини, здавалося б, зупинило багатовікове тріумфальний хід водяних коліс. Маленькі пихкаюче двигуни, які можна було встановлювати де завгодно, а не тільки на березі річки, приводили в рух верстати і ковальські молоти і сукновальні, спокусилися навіть на споконвічне призначення водяних коліс - на зрошення полів. Одне за іншим йшли на злам гігантські водяні колеса, здавалося, багатовікова історія водяний енергетики наближається до завершення.
Але коли настав золотий вік електрики, відбулося відродження водяного колеса, правда, вже в іншому образі - у вигляді водяної турбіни. Електричні генератори, що виробляють енергію потрібно було крутити, а це цілком успішно могла робити вода.

1. ТРОХИ ПРО ІСТОРІЮ
Гідроенергія, так само як і м'язова енергія людей і тварин, а також сонячна енергія, використовується дуже давно. Згадка про використання енергії води на водяних млинах для помелу зерна і дуття повітря при виплавці металу відноситься до кінця II ст. до н. е.. З плином століть розміри та ефективність водяних коліс збільшилися. У XI ст. в Англії і Франції одна млин припадала на 250 чоловік. У цей час сфера застосування млинів розширилася. Їх почали використовувати в сукновальної виробництві, при варінні пива, розпилювання лісу, для роботи откачивающих насосів, на олійницю. Можна вважати, що сучасна гідроенергетика народилася в 1891 році. У цьому році російський інженер Михайло Осипович Доліво-Добровольський, який емігрував до Німеччини через «політичну неблагонадійність», повинен був демонструвати на електротехнічній виставці у Франкфурті-на-Майні винайдений ним двигун змінного струму. Цей двигун потужністю близько 100 кіловат в епоху панування постійного електричного струму сам по собі повинен був стати цвяхом виставки, але винахідник вирішив для його живлення побудувати ще й зовсім несподіване на ті часи споруда - гідроелектростанцію. У невеликому містечку Лауффен Доліво-Добровольський встановив генератор трифазного струму, який обертала невелика водяна турбіна. Електрична енергія передавалася на територію виставки за неймовірно протяжної для тих років ліній передачі довжиною 175 кілометрів (це зараз лінії передач довжиною у тисячі кілометрів нікого не дивують, тоді ж подібне будівництво було одностайно визнано неможливим). Всього за кілька років до цієї події найвизначніший англійський інженер і фізик Осборн Рейнольдс у своїх канторівскої лекціях незаперечно, здавалося б довів, що при передачі енергії по коштах трансмісії втрати енергії становлять лише 1,4% на милю, в той час як при передачі електричної енергії по проводах на таку ж відстань втрати складуть 6%. Спираючись на дані досліджень, він зробив висновок про те, що при використанні електричного струму на іншому кінці лінії передачі навряд чи вдасться мати более15-20% початкової потужності. У той же час, вважав він, можна бути впевненим у тому, що при передачі енергії привідним тросом збережеться 90% потужності. Цей «незаперечний» висновок був успішно спростують практикою роботи первістка гідроенергетики в Лауффене.
Але ера гідроенергетики тоді ще не настала. Переваги гідроелектростанцій очевидні - постійно поновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища. Та й досвід будівництва та експлуатації водяних коліс міг би надати не малу допомогу гідроенергетика. Проте на будівництво греблі великої гідроелектростанції виявилося завданням куди складнішою, ніж будівництво невеличкий загати для обертання млинового колеса. Щоб привести в обертання могутні гідротурбіни, потрібно накопичити за турбіною величезний запас води. Для побудови греблі потрібно укласти таку кількість матеріалів, що обсяг гігантських єгипетських пірамід в порівнянні з ним покажеться нікчемним. Тому на початку ХХ століття було побудовано всього кілька гідроелектростанцій. Це було лише початком. Освоєння гідроенергоресурсов здійснювалося швидкими темпами, і в 30-ті роки ХХ століття була завершена реалізація таких великих проектів, як ГЕС Гувер в США потужністю 1,3 Гіговатт. Будівництво подібних потужних ГЕС викликало зростання використання енергії в промислово розвинених країнах, а це, у свою чергу, дало поштовх програмами освоєння великих гідроенергетичних потенціалів.
В даний час використання енергії води, як і раніше залишається актуальним, а основним напрямком є ​​виробництво електроенергії.

2. Гідроенергетики в БІЛОРУСІ
У Білорусі місць для будівництва таких великих гідроелектростанцій немає. Всі наші великі ріки Дніпро, Прип'ять, Двіна, Німан - течуть на рівнинах. Проте ще в радянські часи, коли ціни на вуглецеве паливо були на порядки нижче нинішніх, ГЕС в УРСР будували. Отже, певний економічний потенціал у білоруської гідроенергетики є. Тим більше що при постійному подорожчанні природного газу будь заміщення паливних носіїв - безсумнівне благо.
Зараз для введення потужності 1 кВт на газі потрібно затратити 1 умовну грошову одиницю, а той же кіловат у вигляді гідроелектростанції буде коштувати в два рази дорожче - до 2,1 умовної грошової одиниці. Виходить, ніби як невигідно. Але ж і сам газ вже сьогодні коштує близько 55 доларів, і, як показує практика ціна на нього зупинятися не збирається. Тому ГЕС з точки зору енергетичної безпеки країни, поза сумнівом, вигідні.
На початок 2004 року встановлена ​​потужність 21 ГЕС, що входять в концерн «Біленерго», склала 10,9 МВт, а їх річне вироблення електроенергії - близько 29 млн. кВт, год, що дозволяє замістити близько 8 тис. тонн умовного палива. У той же час потенційна потужність усіх водотоків Білорусі складає 850 МВт, в тому числі технічно доступна - 520 МВт, а економічно доцільна - 250 МВт. (Діагр. 1)
Відповідно до Концепції енергетичної безпеки Республіки Білорусь, до 2020 року за рахунок гідроресурсів можна отримати до 0,8-0,9 млрд. кВт, ч У рік і, відповідно, замістити 220-250 тис. тонн умовного палива. Проте, щоб реалізувати такі грандіозні плани, зробити треба чимало. Це і зведення каскаду ГЕС на основних водних артеріях, і будівництво нових міні-ГЕС на малих річках, а також відновлення занедбаних міні-станцій з частковою заміною їх обладнання.
До слова, міні-ГЕС здатні вирішити безліч локальних проблем, що вони довели ще в радянські часи. Наприклад, тільки в Гродненській області їх було 29 (а всього по країні близько 180). Проте за часів розвитку великої енергетики в колишньому СРСР (60-і роки) міні-ГЕС в умовах Білорусі були визнані низькоефективними і їх стали повсюдно закривати. В останні роки йде активне відновлення таких електростанцій. На тій же Гродненщині, наприклад, у 2005 році почала працювати міні-ГЕС «Немново» на Августовському каналі. Потужність станції - 250 кВт, і цього достатньо, щоб забезпечити світлому і теплому місцевий селище Сапоцкіно. Окупиться установка вже через 11 років, а служити буде як мінімум ціле століття. А всього до 2010 року в Білорусі буде налічуватися близько 30 міні-ГЕС.
Інтерес до міні-ГЕС виявляють і науковці. Фахівці Інституту енергетики АПК Національної академії наук розробили ефективний електрогенератор для таких станцій потужністю 15 кВт. Генератор виготовлений з використанням широкодоступних магнітів, вироблених в республіці. Випробування експериментального зразка генератора виявили його здатність в 1,5 рази підвищити надійність міні-ГЕС, при цьому коефіцієнт корисної дії нової розробки на 10-15% вище аналогів. Настільки високі показники ефективності і надійності даного агрегату досягнуті за рахунок заміни редуктора в конструкції на постійні магніти.
На думку головного спеціаліста концерну «Беленерго» Володимира Кордуба, цілком ймовірно, що на рівнинну білоруську землю прийде і велика гідроенергетика. У доступному для огляду майбутньому, наприклад, можливе будівництво Гродненській і Полоцької ГЕС. Більш того, на Західній Двіні опрацьовується будівництво цілого каскаду гідроелектростанцій (Вітебської, Полоцької, Бешенковічской і Верхньодвінському) загальною потужністю близько 130 МВт.
Вже зараз обговорюються різні варіанти будівництва великих ГЕС. Зокрема, відповідно до одного з проектів, Неманська ГЕС в Гродно зможе виробляти 81,2 млн. кВт · год електроенергії (потужність 17 МВт), що становить приблизно 15% всієї енергії, яку споживає Гродненська область. А водосховище при станції дозволить збільшити запаси риби та обсяги прісної води.
Проте остаточне рішення про будівництво цієї та інших станцій поки не прийнято.

3. ОСНОВНІ СХЕМИ ВИКОРИСТАННЯ ВОДНОЇ ЕНЕРГІЇ
Є три основні схеми створення зосередженого напору ГЕС:
1. Плотинна схема, коли натиск створюється платиною;
2. дериваційна схема, коли натиск створюється посредствам деривації, здійснюваної вигляді каналу, тунелю або трубопроводу;
3. гребле-дереваціонная схема, коли натиск створюється і греблею, і деривацией Греблі є у всіх трьох схемах.
Плотинна схема (рис.3) здійснюється переважно при великих витратах води в річці і малих ухилах її вільної поверхні.
У греблі схемою залежно від напору ГЕС може бути руслової або пригреблева.
Руслової називається така ГЕС, у якої будівля ГЕС поряд з платиною входить до складу споруд, що створюють напір (рис. 4) руслова ГЕС може бути побудована при порівняно невеликому напорі.
При середніх і великих напорах, що перевищують діаметр турбіни більш ніж в 4-5 разів, будівля ГЕС не може входити до складу напірного фронту. У таких випадках будують приплотинних ГЕС, будівля якої розташовується за греблею і не сприймає повного тиску води (рис. 5)
При дериваційної схемою (рис.6) висота греблі може бути не великий. На рис. Наведено схему ГЕС з деривацией у вигляді відкритого каналу. Гребля створює невеликий підпор. З підпертий б'єфу вода по дериваційного каналу надходить в напірний басейн, звідки вона подається по трубопроводах до турбін ГЕС. Від турбін вода по отводящему каналу направляється в річку чи в деривацію наступної ГЕС або ж в іригаційний зрошувальний канал.
При пересіченому або гірському рельєфі місцевості, деривацію можна виконати у вигляді тунелю, прорізуються гірський масив (рис.7) або у вигляді трубопроводу, покладеного по поверхні землі.
У гребле-дериваційної схемі використовуються вигідні властивості обох попередніх схем, тобто може бути створено водосховище і використано падіння річки нижче платини (рис.8)

4. ОПИС РОБОТИ ГЕС
Джерелом гідроенергії є перетворена енергія Сонця у вигляді запасеної потанцеальной енергії води, яка потім перетворюється на механічну роботу і електроенергію. Дійсно під впливом сонячного випромінювання вода випаровується з поверхні озер, річок, морів і океанів. Пара піднімається у верхні шари атмосфери, утворюючи хмари, потім він, конденсуючись, випадає у вигляді дощу, поповнюючи запаси води у водоймах.
Перетворення потанцеальной енергії води в електричну відбувається на гідроелектростанції (рис.1).
Підтримка постійного напору здійснюється за допомогою платини, яка утворює водосховище, що служить акамулятором гідроенергії. У зв'язку з цим при будівництві ГЕС пред'являються певні вимоги до рельєфу місцевості, який повинен дозволити організувати водосховище і створити необхідний натиск за рахунок греблі. Все це пов'язано зі значними витратами, і вартість будівельних робіт може перевищувати вартість обладнання ГЕС. Разом з тим питома вартість електроенергії, що генерується ГЕС, є найнижчою порівняно з собівартістю енергії, виробленої іншими джерелами. Як правило, термін окупності малих ГЕС не перевищує 10 років.
Для перетворення енергії води в механічну роботу використовуються гідротурбіни (рис.2)
Розрізняють активні і реактивні турбіни.
В активній турбіні кінетична енергія потоку перетворюється в механічну. Додаткові пристрої, що забезпечують роботу турбіни, - водовід і сопло. З сопла виходить струмінь, що має кінетичну енергію, що спрямовується на лопаті турбіни, що знаходиться в повітрі. Сила, що діє з боку струменя на лопаті, приводить в обертання колесо турбіни, з валом якого безпосередньо або через привід пов'язаний електрогенератор. ККД реальних турбін коливається від 50 до 90%. У гідротурбінах малої потужності ККД нижче. Максимальне значення ККД, дорівнює 100%. Воно може бути досягнуто, якщо струмінь після взаємодії з лопатками буде рухатися вертикально вниз тільки під дією сили тяжіння. ККД активної гідротурбіни може бути підвищений за рахунок обмеженого збільшення числа сопів, так як при великому їх кількості буде позначатися взаємний вплив струменів.
У реактивної гідротурбіні робоче колесо повністю занурене в потік, який постійно впливає на лопаті турбіни. У найбільш поширеною турбіні Френсіса обертання колеса здійснюється за рахунок різниці тиску потоку на вході і на виході вода надходить у робоче колесо радіально. Зазор між робочим колесом і камерою - змінний. Після взаємодії потоку з колесом він розгортається на 90 °. Змінний зазор і поворот потоку підвищує ефективність турбіни. Є й інші конструктивні рішення реактивних гідротурбін, наприклад пропелерна турбіна Каплана. Проте цей тип турбін поширений у меншій мірі із-за перепаду тиску.
ГЕС бувають самих різних потужностей - від 3 кВт до 12 ГВт. Малими ГЕС (які іменуються також мікро-ГЕС та сільські ГЕС) називаються ГЕС встановленою потужністю менше 500 кВт. Спорудження їх здійснюється зазвичай в якості складової частини комплексу, який передбачає також розвиток сільськогосподарського виробництва, водопостачання і регулювання стоку.

5. Вплив гідроенергетичних об'єктів на навколишнє середовище і охорона природи
Гідроенергетичні об'єкти мають істотний вплив на навколишнє природне середовище. Цей вплив є локальним. Проте спорудження каскадів великих водоймищ, намічаючи перекидання частини стоку річок Сибіру в Середню Азію та інші великі водогосподарські заходи можуть змінити природні умови в регіональному масштабі. При розгляді впливу гідроенергетичних об'єктів на навколишнє середовище необхідно розрізняти період будівництва гідроенергетичних об'єктів та період їх експлуатації.
Перший період порівняно короткочасний - кілька років. У цей час у районі будівництва порушується природний ландшафт. У зв'язку з прокладанням доріг, будівництвом промислової бази і селища різко підвищується рівень шуму. Вода, яка використовується для різноманітних будівельних робіт, повертається в річку з механічними домішками - частками піску, глини і т. п. Можливо забруднення води комунально-побутовими стоками будівельного селища. Підйом рівня води у верхньому б'єфі починається зазвичай в період будівництва. У результаті похідного при цьому наповненні водосховища змінюються витрати і рівні води в нижньому б'єфі.
У період експлуатації відбувається різнобічно вплив гідроенергетичних об'єктів на навколишнє середовище. Найбільш істотний вплив на природу надають водосховища:
1. Затоплення у верхньому б'єфі. Створення водосховищ веде за собою затоплення території (див. рис. 9) У зону затоплення можуть потрапити сільськогосподарські угіддя, родовища корисних копалин, промислові та цивільні споруди, пам'ятки старовини, дороги, лісові масиви, місця постійного проживання тварин і рослин і т. д. Найбільш заселені і освоєні прируслові ділянки річки і райони в гирлах приток. На схилах гір мало сільськогосподарських угідь, зазвичай там відсутні промислові об'єкти. Тому створення водосховищ у гірських умовах приносить значно менший збиток, ніж на рівнинах.
2. Підтоплення. Підтоплення прилеглих до водосховища земель відбувається внаслідок підйому рівня грунтових вод. У зоні надмірного зволоження підтоплення тягне за собою негативні наслідки - перезволоження коренів рослин і їх відмирання. Зі зміною водно-повітряного режиму грунту може відбутися заболочування і оглеєні грунтів, що погіршує якість грунту і знижує її продуктивність. У посушливих районах підтоплення покращує умови зростання рослин при відповідних глибинах грунтових вод. У несприятливих умовах може відбуватися засолення грунту.
3. Переробка берегів. Внаслідок підйому та зниження рівня води у водосховищі при регулюванні стоку і хвильових явищ проходить переробка берегів водосховища, Вона полягає в розмиванні і обваленні крутих схилів, зрізку мисів і кіс. Розміри переробки берегів залежать від їх геологічної будови, режиму рівнів води і глибини водосховища, конфігурації берегів, панівних вітрів і т. п. Відносна стабілізація берегів відбувається через 5-20 років після наповнення водосховища.
4. Якість води. Внаслідок зниження швидкості течії та зменшення переміщення води по глибині істотно змінюються фізико-хімічні характеристики води по відношенню до побутових умов ріки до створення водосховища. На якість у роки у водосховище впливає заселеність зони затоплення, видовий та віковий склад лісу, підліска і лісової підстилки, наявність приток, режим і глибина спрацювання водосховища і т. п. Якість води погіршують стічні води промислових, гірничорудних і тваринницьких комплексів, комунально-побутові стічні води і винесення добрив з сільськогосподарських угідь. Для південних районів неприємним наслідком перенасичення води у водосховищах органічними і біогенними речовинами (в основному іонами азоту і фосфору) є бурхливий розвиток в теплій воді синьо-зелені водоростей. При створенні водосховищ необхідно ретельно вивчити Спільне вплив усіх факторів з урахуванням перспектив будівництва каскаду ГЕС і вживати заходів для підтримки якості води. Якість води - характеристика складу і властивостей води, яка визначає придатність її для конкретних видів водокористування .. Повинна проводитися ретельна очистка стічних вод, що надходять у водосховище. Використовувати прилеглі землі в сільському господарстві треба, застосовуючи передові методи агротехніки, що обмежують винос добрив у водосховище.
5. Вплив водосховищ на мікроклімат. Водосховища підвищують вологість повітря, змінюють вітровий режим прибережної зони, а також температурний і крижаною режим водотоку. Це призводить до зміни природних умов, а також життя і господарської діяльності населення, мешкання тварин, риб. Ступінь впливу великих водосховищ на мікроклімат різна для окремих регіонів країни. Інтегральне вплив, який чиниться акваторією на розвиток рослинності, сприятливо в умовах степової та лісостепової зони і несприятливо в лісовій.
6. Вплив водосховищ на фауну. Багато тварин із зони затоплення змушені мігрувати на територію з більш з високими оцінками. При цьому видовий склад і чисельність тварин значно зменшується. У ряді випадків водосховища сприяють збагаченню фауни новими видами водоплавних птахів і особливо риб: Карасьова, сазана, щуки і т. п. При ранній спрацюванні водосховища після весняного водопілля осушуються мілководдя, що негативно впливає на нерест риби у верхньому б'єфі. Глибока зимова спрацювання водосховища в середній смузі країни може спричинити за собою загибель риби на мілководних ділянках водосховища.
Також на навколишнє середовище впливають гідротехнічні споруди. Зведення платин гідровузлів призводить до підйому рівнів води у верхньому б'єфі та утворення водосховищ. Греблі, що перегороджують річки ускладнюють прохід риб до місць природних нерестовищ у верхів'ях річок. Але платини, будівлі ГЕС шлюзи канали і т. п., вдало вписані в рельєф місцевості і добре архітектурно оформлені, створюють разом з акваторією верхнього б'єфу монументальні і мальовничі ансамблі.
Руйнування ГЕС при військових діях призведе до спуску води водосховища, виникнення хвилі заввишки десятки метрів, яка може знищити міста, розташовані нижче ГЕС. Будівництво ГЕС призводить до наведеної сейсмічності, зокрема в США та Індії виникали землетрусу, що зруйнували ГЕС.
Заходи з охорони природи Виробництво робіт по зведенню гідроенергетичних об'єктів слід проектувати з мінімальною шкодою природі. При розробці будгенпланом необхідно раціонально вибирати кар'єри, місце розташування доріг і т. п. До моменту завершення будівництва повинні бути проведені необхідні роботи з рекультивації порушення земель та озелененні території. По водосховищу найбільш ефективним природоохоронним заходом є інженерний захист. Наприклад, будівництво дамб обвалування зменшує площа затоплення і зберігає для господарського використання землі, родовища корисних копалин, зменшує площу мілководь і покращує санітарні умови водосховища, зберігає природні природні комплекси. Якщо будівля дамб економічно не виправдана, то мілководдя можуть бути використані для розведення птахів і для інших господарських потреб. При збереженні необхідних рівнів води мілководдя можуть бути використані для рибного господарства, як нерестовище і кормова база.
Для запобігання або зменшення переробки берегів виробляють берегоукріплення. Підприємства, залізні дороги, житлові та комунально-побутові споруди, пам'ятники старовини виносяться із зони затоплення.
Для забезпечення високої якості води необхідна санітарна очистка ложа водосховища до його затоплення водою. З цією метою проводять агротехнічні заходи для зменшення забрудненого поверхневого стоку і будуються очисні споруди.
У випадках необхідності організовуються заповідники, заказники, вилов і переміщення тварин, виробляються лісопосадки. З метою риборозведення створюють штучні нерестовища, нерестно-вирощувальні господарства, будуються рибопропускних споруд для проходу риби на нерест з нижнього б'єфу в верхній. Великі роботи з інженерного захисту проводяться в нижньому б'єфі.

8. Література
1. Володін В.В., Хазановський П.М. «Енергія, століття двадцять перше: Науково-художня література». - М.: Дет. лит., 1989р.
2. Андріжіевскій А.А., Володін В.І. «Енергозбереження та енергетичний менеджмент». - Мн: «Вишейшая школа» 2005р.
3. Журнал «Економіка Білорусі» - № 3 (4) / 2005р.
4. Щавелєв Ю. С. І ін - 2-е вид. - Л.: Енергоіздат, 1981р
5. Р. Кларк «Більш ніж достатньо?» - М.: Енергоіздат, 1984р.

7. Висновок
Аналізуючи вищевикладений матеріал та інформацію, що отримується з засобів масової інформації можна зробити наступні висновки.
На тлі подій у країнах ближнього і далекого зарубіжжя нам просто необхідно освоювати нові види енергоресурсів, які в подальшому могли б забезпечити республіку більше дешевими енергоносіями. Так як нашу республіку називають краєм річок і озер розвиток гідроенергетики в нашої республіки, а зокрема міні-ГЕС, можна вважати перспективним і цілком рентабельним.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
49.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Гідроенергетика України
Гідроенергетика України
Мала гідроенергетика Росії
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru