Возобновляемые источники энергии: гидроэнергетические ресурсы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАБЕРЕЖНОЧЕЛНИНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КАЗАНСКИЙ (ПРИВОЛЖСКИЙ) ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра «Электроэнергетика и электротехника»

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Общая энергетика»

на тему: «Возобновляемые источники энергии: гидроэнергетические  ресурсы.»

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. 2131105

Галиуллина А.А.

Проверил: доцент

Гумеров А.З.

 

 

 

 

 

 

 

Набережные челны

2014

                                                                     Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              ВВЕДЕНИЕ 
           Энергию воды используют на протяжении многих веков. Вода вращала водяные колеса, использовавшиеся для разных целей. В наши дни построены огромные плотины и водохранилища, и вода применяется для выработки электроэнергии. Течение реки вращает колеса турбин, превращая энергию воды в электроэнергию. Турбина связана с генератором, который вырабатывает электроэнергию.

Гидроэнергетика, раздел энергетики, связанный с использованием потенциальной энергии водных ресурсов.

Человек ещё в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии научились строить водяные колёса, которые вращала вода; этими колёсами приводились в движение мельничные поставка и др. установки.

 Водяная мельница является  примером древнейшей гидроэнергетические  установки, сохранившейся во многих  местах до нашего времени почти  в первобытном виде. До изобретения  паровой машины водная энергия  была основной двигательной силой  на производстве. По мере совершенствования  водяных колёс увеличивалась  мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки, молоты, воздуходувные устройства  и т. п.            По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т.д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС).

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

По количеству вырабатываемой энергии на втором месте посте теплоэлектростанций находятся гидроэлектростанции (ГЭС). Гидроэлектростанции -  это электростанции,  которые преобразуют падающую воду в электроэнергию. Электроэнергия ГЭС наиболее дешева среди других видов, но строительство гидроэлектростанции дорого. Современные ГЭС позволяют производить до 7 млн. кВт энергии, что вдвое превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и, пока, АЭС, однако размещение ГЭС в Европе затруднено по причине дороговизны земли и невозможности затопления больших территорий в данных регионах. В России этой проблемы нет. Важным недостатком ГЭС является сезонность работы, столь неудобная для промышленности.

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В России большая часть ГЭС сооружалась на равнинных реках. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального судоходства и орошения. Во всех странах мира стараются отказаться от использования ГЭС на равнинных реках, переходя на быстрые горные реки или АЭС.

Гидроэлектростанции используют для выработки электроэнергии гидроэнергетические ресурсы, то есть силу падающей воды. Существует три основных вида ГЭС.

Гидроэлектрические станции. Технологическая схема их работы довольна проста. Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы с помощью строительства гидротехнических сооружений. Гидроэнергетические ресурсы используются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическая энергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию.

Приливные станции. Природа сама создает условия для получения напора, под которым может быть использована вода морей. В результате приливов и отливов уровень воды меняется на северных морях – Охотском, Беринговом, волна достигает 13 метров. Между уровнем бассейна и моря создается разница и таким образом создается напор. Так как приливная волна периодически изменяется, то в соответствии с ней меняется напор и мощность станций. Пока еще использование приливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком таких станций является вынужденный режим. Приливные станции (ПЭС) дают свою мощность не тогда, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов и отливов воды. Велика также стоимость сооружений таких станций.

Гидроаккумулирующие электростанции. Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами: верхним и нижним. В ночные часы, когда потребность электроэнергии мала, вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхний бассейн, потребляя при этом излишки энергии, производимой электростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потребление электричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатывая при этом энергию. Это выгодно, так как остановки ТЭС в ночное время невозможны. Таким образом, ГАЭС позволяет решать проблемы пиковых нагрузок. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС.

В настоящее время появился новый тип гидроэлектростанций – бесплотинная мини-электростанция. Её устройство несложно, а показатели мощности довольно неплохи. Это мобильная электростанция, что удобно в некоторых труднодостижимых местах. Рукавная электростанция – также относится с микро гидроэлектростанциям.

ИСТОРИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ В РОССИИ

Долгое время считалось, что серьезная гидроэнергетика в нашей стране начиналась в 20-х годах прошлого века. В царской России в 1913 г. было выработано тогдашними 74 гидростанциями всего 5 млн. кВт, то есть столько, сколько вырабатывает Красноярская ГЭС менее чем за час. Именно с малых гидроэлектростанций выросла гидроэнергетика нынешней России. Так вспомним же где и кем были построены эти предтечи нынешних гигантов.

К 1916 г. Министерство земледелия России зарегистрировало 24 гидроэлектростанции, мощностью от 150 кВт и более, построенных на мелких речках, дающих электроэнергию фабрикам, курортам, монастырям, поместьям и рудникам.

Чаще всего использовалась такая схема. В горных районах, где быстрые реки позволяли не затапливать окрестности, в верховьях возводилась небольшая плотина. Уровень воды повышался на несколько метров. Затем по склону прорывался канал или укладывались трубы, куда отводилась часть потока. Остальная вода, переливаясь через гребень плотины, продолжала свое течение по руслу. У подошвы склона сооружалась гидроэлектростанция, турбина крутила не очень мощный электрогенератор.

Первенцем гидроэнергетики в России следует считать станцию на Рудном Алтае, построенную в 1892 г. Эта четырехтурбинная ГЭС была создана под руководством инженера Кокшарова для шахтного водоотлива Зыряновского рудника. Здесь издавна были гидросливные установки, где с помощью воды вращались механизмы. Пристроив к ним турбины с генератором тока, можно было без дополнительных затрат получить электроэнергию. Кроме того, у рудника были именитые хозяева - русские цари.

Следующие по "возрасту" были ГЭС, построенные на Урале, в Восточной Сибири и под Петербургом. На Урале первые гидроэлектростанции появились там, где добывалась железная руда, в частности на Алапаевском месторождении бурых железняков. Мощность Алапаевской ГЭС, построенной в 1904 г., по тем временам была велика - 560 кВт.

В европейской части России первая промышленная гидроэлектростанция мощностью в 260 кВт была построена уже в 1896 г. на реке Охте, близ Петербурга. Она снабжала электроэнергией Охтинский пороховой завод. В ее создании участвовали инженеры В. Н. Чиколев и Р. Э. Классон.

18 октября 1898 г. стало знаменательной  датой для Ленских золотых  приисков: в этот день заработала  ГЭС, на которой впервые в России  были установлены генераторы трехфазного (переменного) тока. Трансформатор напряжением 10 кВ позволил передать ток на расстояние в 20 км. Для этого была специально сооружена высоковольтная линия. Через пару лет на Ленских приисках начали строить еще ряд ГЭС, так что их число к началу 1917 г. достигло шести, общая мощность - 2,5 тыс. кВт.

В Средней Азии ГЭС появились значительно позднее, чем в Сибири, но зато сюда, на реку Мургаб, была доставлена самая крупная в то время гидравлическая турбина, изготовленная в Риге. С ее помощью стала работать с 1910 г. гидроэлектростанция, поставлявшая электроэнергию для орошения земель, где выращивали фрукты для царского двора. Как это ни парадоксально, проводниками технического прогресса часто оказывались монастыри и курорты. Так, еще в 1902 г. под монастырем "Новый Афон", была построена Сухумская (или Псырцхская) ГЭС мощностью в 350 кВт.

И еще об одной гидростанции стоит рассказать - это ГЭС "Белый уголь", в создании которой принимал участие известный инженер М. А. Шателен. Построенная в 1903 г. на реке Подкумок .

Ни одна из гидроэлектростанций не была столь популярна. Впервые о ней писал в 1902 г. журнал "Электрический вестник". Возможно, что популярность станции стала причиной досадной ошибки: в некоторых изданиях ее называют первой ГЭС страны.

Более 110 лет минуло с тех пор, как наши соотечественники заставили воду работать для электроэнергетики. Пришла пора, наверное, считать первые ГЭС памятниками национальной технической культуры.

 

 

 

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ГЭС

Для более полного использования гидропотенциала, на реке, как правило, строят не одну, а несколько ГЭС. Такую группу ГЭС называют каскадом.

Каскад – это группа ГЭС,  построенных на одной реке для более полного использования гидропотенциала. Самые крупные каскады расположены на Волге и Каме, Енисее и Ангаре, формируются на реке Амур. Волжско-Камский каскад состоит из Нижегородской ГЭС, Чебоксарской ГЭС, Жигулёвской ГЭС, Саратовский ГЭС, Волжской ГЭС, которые располагаются на реке Волга. Камская, Воткинская и Нижнекамская ГЭС на реке Каме. Самый крупной на Волге является Волгоградская ГЭС, её мощность составляет 2653 МВт.  
            Самая крупная ГЭС России Саяно-Шушенская ГЭС и её мощность составляет 6400 МВт. Она входит в 10 самых мощных ГЭС мира.

 

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ РОССИИ.

Водные ресурсы — это воды рек, озер и подземные воды, они служат основным источником водоснабжения страны. Вода нужна и коммунальному хозяйству, и промышленным предприятиям, и сельскому хозяйству для орошения. В целом страна хорошо обеспечена водными ресурсами, но по ее территории они распределены неравномерно. Хорошо обеспечены северные районы, Сибирь (80% пресных вод сосредоточено в озере Байкал), однако все наиболее освоенные части страны испытывают недостаток воды, особенно это касается южной половины европейской части страны.

Главная проблема водоснабжения — нехватка чистой воды, загрязнение вод рек и озер бытовыми и промышленными стоками, стоками животноводческих комплексов. Нужно шире внедрять системы оборотного водоснабжения, очистки сточных вод и их использования.

Водные ресурсы России значительны и разнообразны. Запасы пресной воды содержатся не только в реках, озерах, водохранилищах, но также и в подземных водоемах, ледниках, многолетней мерзлоте и болотах.

По водообеспеченности Россия значительно опережает любую соседнюю республику нового зарубежья. Но распределение водных ресурсов крайне неравномерно. Значение этой диспропорции еще более усиливается, если учесть, что наименее обеспеченные водой районы являются главными потребителями воды.

Россия обладает огромными гидроэнергетическими ресурсами. Но они используются менее чем на 20%. Большая часть гидроэнергетических ресурсов приходится на Сибирь и Дальний Восток (80%). Особенно велики они в бассейнах рек Енисея, Лены, Оби, Ангары, Иртыша, Амура. Богаты гидроэнергоресурсами реки Северного Кавказа.

Строительство ГЭС не только выгодно, но имеет и отрицательные последствия: затопление земель, изменение уровня грунтовых вод, микроклимата, ухудшаются условия для размножения многих ценных видов рыб.

Велико значение рек для развития межрайонных и внутрихозяйственных связей. В России — самая разветвленная речная сеть в мире; протяженность судоходных речных путей по России — свыше 400 тыс. км.[1]

РОССИЙСКИЕ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Новосибирская ГЭС, построена на р. Оби, вблизи г. Новосибирска (ныне - в черте города). Проектная мощность станции 400 МВт, среднегодовая выработка электроэнергии 1687 млн. кВт/ч. В состав гидроузла входят водосливная бетонная плотина высотой 33 м, длиной по гребню 198,5 м, земляная намывная плотина длиной 4382 м, здание ГЭС длиной 283,6 м, в котором установлено 7 гидроагрегатов мощностью по 57,2 МВт, и трёхкамерный однониточный шлюз. Плотина образует Новосибирское водохранилище. Строительство станции начато в 1950, 1-й агрегат пущен в 1957, в 1959 введена в эксплуатацию на полную мощность. Энергия, вырабатываемая ГЭС, поступает в объединённую энергосистему Сибири.

Верхнесвирская ГЭС, на р. Свирь в Ленинградской области. Сооружение ГЭС начато в 1935, в 1941 (в связи с войной) строительство прервано, возобновлено в 1947, пущена в 1952. Установленная мощность 160 Мвт (160 тыс. кВт). Среднегодовая выработка электроэнергии 620 млн. кВт/ч. В состав гидроузла входят: трёхпролётная бетонная водосливная плотина (длина 111 м), совмещенная ГЭС (длина 117,8 м), земляная намывная плотина (длина 312,8 м, наибольшая высота 31 м) и однокамерный судоходный шлюз. Общая длина напорного фронта 620 м. В машинном зале установлены 4 гидротурбины поворотно-лопастного типа. Электроэнергия по высоковольтным линиям электропередачи напряжением 220 кв передаётся в Объединённую энергосистему Северо-Запада.