إيجابيات وسلبيات طاقة النهر. ما هي مزايا وعيوب محطات الطاقة الهيدروليكية مقارنة بالحرارة؟ "إيجابيات" و "سلبيات" الطاقة المائية

تعد محطات الطاقة جزءًا أساسيًا من حياة كل شخص لأنها تحول الطاقة إلى كهرباء. المحطة الواحدة عبارة عن مجموعة كاملة من الأنشطة والأنظمة الفرعية الاصطناعية والطبيعية التي تعمل على تحويل وتوزيع جميع أنواع مصادر الطاقة. يمكن تقسيم العملية برمتها إلى عدة مراحل:

1. عملية استخراج ومعالجة مصدر الطاقة الأولية.
2. التسليم إلى محطة توليد الكهرباء.
3. عملية تحويل الطاقة الأولية إلى طاقة ثانوية.
4. توزيع ثانوي (كهربائي أو بين المستهلكين.

تشمل صناعة الطاقة الكهربائية إنتاج الطاقة في المحطة وتسليمها لاحقًا عبر خطوط الكهرباء. تختلف العناصر المهمة لهذه السلسلة مثل محطات الطاقة في نوع المصادر الأولية المتوفرة في منطقة معينة.

دعونا نفكر في بعض أنواع عمليات التحول بمزيد من التفصيل ، وكذلك مزايا وعيوب كل منها.

ينتمون إلى مجموعة الطاقة التقليدية ويشغلون حصة كبيرة من توليد الكهرباء في العالم (حوالي 40٪). يتم عرض مزايا وعيوب TPPs في الجدول التالي:

استخدم كمصدر أساسي للطاقة على سبيل المثال ، الخزانات والأنهار. يتم أيضًا تلخيص مزايا وعيوب HPPs في الجدول.

محطات الطاقة النووية (NPP) - مجموعة من المنشآت والأنشطة المعدة لها والتي يتم إطلاقها نتيجة لانشطار النوى الذرية ، إلى حرارية ، ثم إلى العنصر الأكثر أهمية في هذا النظام وهي أيضًا مجموعة معقدة من الأجهزة ذات الصلة. يوضح الجدول أدناه مزايا وعيوب محطات الطاقة النووية.

المرحلة التي لا تقل أهمية هي نقل موارد الوقود إلى محطة توليد الكهرباء. يمكن تنفيذ هذه العملية بعدة طرق ، ولكل منها مزاياها وعيوبها. ضع في اعتبارك وسائل النقل الرئيسية:

• النقل المائي. يتم التسليم بمساعدة الناقلات والمخابئ.
• النقل بالسيارات. يتم النقل في خزانات. تحدد القدرة على نقل الوقود السائل أو الغازي المزايا والعيوب الحالية للنقل البري.
• النقل بالسكك الحديدية. التسليم في الخزانات والعربات المكشوفة لمسافات طويلة.
• معلق ونادرًا ما يستخدم وللمسافات القصيرة جدًا فقط.

تقليديا ، محطات الطاقة الكهرومائية (HPPs) هي مصدر للطاقة الكهربائية الرخيصة. في نفوسهم ، يتم تحويل الطاقة الكامنة للكتل الضخمة من الماء إلى كهرباء.

ما هي محطات الطاقة الكهرومائية وكيف تعمل

في معظم الأحيان بالنسبة لهم بنيت على الأنهار السدود، بفضل الخزانات الضخمة لمورد المياه. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون النهر الذي من المفترض أن تُبنى عليه محطة توليد الكهرباء متدفقًا بالكامل من أجل توفير المياه بالتأكيد لتوربينات المولدات الكهربائية على مدار السنة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن يكون لها أكبر منحدر ممكن. الخيار المثالي لبناء محطات الطاقة الكهرومائية هو الأخاديد التي تكونت من مجاري الأنهار.

يوفر السد الذي تم إنشاؤه لاستيعاب المحطة والهياكل الهيدروليكية الأخرى الضغط اللازم لتدفق المياه الذي يقوم بتدوير شفرات التوربينات الهيدروليكية ودوارات المولدات الكهربائية. بالإضافة إلى استخدام ضغط الماء لإنتاج الكهرباء ، يمكن استخدام التيار الطبيعي لتدفق المياه ، والذي يسمى الاشتقاق. في بعض الأحيان يتم استخدام كلا الإصدارين من طاقة الماء في وقت واحد.

يتم تركيب معدات توليد الطاقة التي تتطلبها محطة الطاقة مباشرة في محطة الطاقة الكهرومائية. هناك ، يتم تركيب الوحدات في قاعات منفصلة تقوم بتحويل قوة تدفق المياه مباشرة إلى طاقة ميكانيكية للتوربينات ، ثم إلى كهرباء.

بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون محطة الطاقة الكهرومائية مجهزة بمختلف المعدات الأخرى ، والتي يتم من خلالها تنظيم التحكم في تشغيل المحطة وإدارتها. التشغيل العادي للمحطة مستحيل بدون الأجهزة التي توزع وتحول الكهرباء والعديد من الأنظمة الأخرى.

ماذا يحبون

وفقًا للطاقة المتولدة ، يتم عادةً تقسيم HPPs إلى فئات. ويرجع ذلك إلى تدفق المياه وقوة ضغطها وكفاءة المولدات وتوربينات المياه المثبتة بالمحطة. تعتبر النباتات التي تنتج 25 ميغاواط أو أكثر قوية. تشمل المحركات متوسطة الطاقة تلك التي تنتج أقل من 25 ميغاواط. لا يتجاوز أداء محطات الطاقة المنخفضة 5 ميغاواط.

تعتبر HPPs عالية الضغط ، عندما تأتي المياه من ارتفاع يزيد عن 60 مترًا ، وضغط متوسط ​​من ارتفاع 25 مترًا وضغطًا منخفضًا ، حيث يمكن أن يكون ارتفاع المياه من ثلاثة إلى 25 مترًا. توجد توربيناتهم في غرف خرسانية أو فولاذية. قد يكون لديهم تصميمات مختلفة ومعايير فنية متعلقة بمؤشرات ضغط ماء العمل.

في محطات الضغط العالي ، يتم تشغيل التوربينات الشعاعية المحورية والجرافة. يتم تثبيتها في غرف لولبية خاصة مصنوعة من المعدن. تُستخدم التوربينات ذات الشفرات الشعاعية والمحورية والدوارة بشكل أساسي في المحطات التي يكون فيها متوسط ​​ضغط الرأس. تم تجهيز محطات الطاقة الكهرومائية منخفضة الضغط بشكل أساسي بتوربينات ذات ريش دوارة.

اعتمادًا على مخطط استخدام الموارد المائية ، تنقسم HPPs إلى:

1. قناة.
2. سد.
3. المشتق.
4. تراكم الماء.

في الشكل الأول ، يتم حظر النهر تمامًا بواسطة السد. يرتفع مستوى الماء فيها إلى ارتفاع التصميم. منه ، يتم تصريف المياه مباشرة إلى التوربينات الهيدروليكية. هذه المحطة مناسبة حيث يضيق مجرى النهر وعلى الأنهار التي تتدفق عبر الجبال.

يوجد أيضًا سد في مخطط السد ، لكن مبنى إنتاج HPP يقع في الجزء السفلي منه. هنا يكون ضغط الماء أقوى منه في إصدار القناة. وهذا يتطلب بناء أنفاق ضغط خاصة لتزويدها بالتوربينات.

في محطات التحويل ، يتدفق الماء مباشرة من خلال مبنى محطة الطاقة ، حيث يتم تركيب التوربينات.

تسمح مضخات HPP للتخزين بالضخ بتراكم الطاقة الكهرومائية للاستخدام خلال فترات ذروة الأحمال. في الوضع غير المجهد ، على سبيل المثال ، في الليل ، تعمل التوربينات المائية كمضخات ، تضخ المياه في الخزان العلوي. عندما تظهر أحمال الذروة ، يتم توجيه المياه منها إلى خط أنابيب يمدها إلى ريش التوربينات.

مزايا محطات الطاقة الكهرومائية

يصاحب إنشاء وتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية مناقشات حول مزاياها وعيوبها.

العامل الإيجابي لإنتاج الكهرباء هذا هو تجديد الموارد الطبيعية المستخدمة. ونتيجة لذلك ، فإن تكلفة الطاقة الكهربائية التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة أقل بكثير مما هي عليه في أنواع أخرى من محطات الطاقة ، على سبيل المثال ، في محطات الطاقة الكهرومائية الروسية تبلغ نصف تكلفة المحطات الحرارية.

تعتبر Hydrostations مرنة في الإدارة. بمساعدة توربيناتهم ، يمكنك ضبط قوة المحطة من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى. في الوقت نفسه ، على عكس المحطات الحرارية وبعض المحطات الأخرى ، يمكنهم الحصول بسرعة على قوة التشغيل من الحد الأدنى من الأداء.

لا يترافق تشغيل HPP مع تلوث الهواء الضار. تشمل العوامل الإيجابية تأثير خزاناتها على تكوين مؤشرات مناخية أكثر اعتدالًا في المنطقة المقابلة.

بناء السدود والتعليم يحسن الملاحة ويؤثر على زيادة المخزون السمكي فيها ويعزز تربية الأسماك.

سلبياتهم

يشير منتقدو HES بحق إلى المشاكل ، في المقام الأول بيئي، والتي تحدث بسبب مظهرها. بادئ ذي بدء ، هذا هو إغراق مساحات كبيرة من الأراضي الزراعية ، بما في ذلك الأراضي الخصبة. التربة المتبقية في السهول الفيضية تفقد الرطوبة. أنواع كثيرة من الغطاء النباتي تختفي. نتيجة لذلك ، تدخل المغذيات الأقل قيمة إلى البحار والمحيطات.

تدفقات المياه المحدودة أو المتوقفة في السدود تجبر النظم البيئية الفريدة في مجاري الأنهار والسهول الفيضية على التغيير. ونتيجة لذلك ، تصبح الأنهار ضحلة وملوثة ، ويقل عدد الأسماك ، وتختفي بعض أنواعها. تمنع السدود في بعض الأحيان تفريخ الأسماك المهاجرة ، مما يجبر مصايد الأسماك المحلية على التكيف مع الظروف الجديدة. تختفي بعض اللافقاريات والحيوانات المائية الأخرى مع الظهور المتزامن لوفرة من البراغيش. تفقد العديد من الطيور المهاجرة مواقع تعشيشها المعتادة.

في تصميم المحطات وبنائها ، تعطى الأولوية فقط للمناطق ذات الاحتياطيات المائية الكبيرة. غالبًا ما تكون أبعد بكثير عن المستهلكين من محطات الطاقة الحرارية. ومع ذلك ، لا تؤخذ العوامل الأخرى في الاعتبار دائمًا. تمثل محطات الطاقة الكهرومائية على الأنهار الجبلية ، والتي يتم بناؤها أحيانًا في مناطق ذات مخاطر زلزالية عالية ، خطرًا محتملاً.

يشار إلى ارتفاع تكاليف رأس المال بشكل ملحوظ بالمقارنة مع إنشاء محطات الطاقة الحرارية. أثناء بناء السدود ، هناك حاجة إلى نفقات ضخمة لبناء الأقفال لنقل السفن إلى مستوى المياه المطلوب.

تعتبر السلامة البيئية من المزايا الرئيسية لمنشآت الطاقة الكهرومائية الصغيرة. أثناء البناء والتشغيل اللاحق ، لا توجد آثار ضارة على خصائص ونوعية المياه. يمكن استخدام الخزانات في أنشطة صيد الأسماك وكمصادر لإمدادات المياه للسكان. ومع ذلك ، بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والصغيرة بالعديد من المزايا. المحطات الحديثة بسيطة في التصميم ومؤتمتة بالكامل ، أي لا تتطلب وجود شخص أثناء العملية. يلبي التيار الكهربائي الناتج عنهم متطلبات GOST من حيث التردد والجهد ، ويمكن للمحطات أن تعمل في وضع مستقل ، أي خارج شبكة الطاقة لنظام الطاقة في المنطقة أو المنطقة ، وكجزء من شبكة الطاقة هذه. وعمر الخدمة الكامل للمحطة 40 عامًا على الأقل (5 سنوات على الأقل قبل الإصلاح). حسنًا ، والأهم من ذلك ، لا تتطلب مرافق الطاقة صغيرة الحجم تنظيم خزانات كبيرة مع الفيضانات المقابلة للمنطقة والأضرار المادية الهائلة.

أثناء بناء وتشغيل SHPPs ، يتم الحفاظ على المناظر الطبيعية ، ولا يوجد عمليا أي حمل على النظام البيئي. يمكن أن تشمل مزايا الطاقة الكهرومائية الصغيرة - مقارنة بمحطات توليد الطاقة بالوقود الأحفوري -: تكلفة منخفضة للكهرباء وتكاليف التشغيل ، واستبدال غير مكلف نسبيًا للمعدات ، وعمر خدمة أطول لمحطات الطاقة الكهرومائية (40-50 سنة) ، والاستخدام المتكامل لموارد المياه (الكهرباء ، وإمدادات المياه ، واستصلاح الأراضي ، وحماية المياه ، ومصايد الأسماك).

لا توفر العديد من محطات توليد الطاقة الكهربائية الصغيرة دائمًا توليدًا مضمونًا للطاقة ، كونها محطات طاقة موسمية. في فصل الشتاء ، ينخفض ​​إنتاجهم من الطاقة بشكل حاد ، ويمكن للغطاء الثلجي وظواهر الجليد (الجليد والحمأة) ، وكذلك انخفاض المياه في الصيف وتجفيف الأنهار ، تعليق عملهم بشكل عام. تتطلب الطبيعة الموسمية لمضخات HPP الصغيرة مصادر طاقة زائدة عن الحاجة ؛ يمكن أن يؤدي عدد كبير منها إلى فقدان موثوقية إمدادات الطاقة. لذلك ، في العديد من المجالات ، لا تعتبر قدرة HPPs الصغيرة هي القدرة الرئيسية ، ولكن كنسخة احتياطية.

تتأثر خزانات محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة ، خاصة المناطق الجبلية وسفوح التلال ، بشكل حاد للغاية بمشكلة غمرها وما يرتبط بها من مشكلة ارتفاع منسوب المياه ، والفيضانات والفيضانات ، والحد من إمكانات الطاقة الكهرومائية للأنهار وتوليد الكهرباء. من المعروف ، على سبيل المثال ، أن خزان Zemonechalskaya HPP على نهر Kura قد تم تجميده بنسبة 60 ٪ في غضون 5 سنوات.

بالنسبة لمصايد الأسماك ، تعتبر السدود الخاصة بمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة أقل خطورة من السدود المتوسطة والكبيرة ، والتي تسد طرق هجرة الأسماك المهاجرة وشبه المهاجرة وتعيق مناطق التكاثر. على الرغم من أن إنشاء منشآت الطاقة الكهرومائية ، بشكل عام ، لا يقضي تمامًا على الأضرار التي لحقت بمخزون الأسماك في الأنهار الرئيسية ، حيث حوض النهر هو نظام بيئي واحد وانتهاكات روابطه الفردية تؤثر حتما على النظام ككل.

أنا متأكد من أنه إذا تم طرح سؤال على الشخص العادي حول الاختلافات بين محطات الطاقة الهيدروليكية والحرارية ، فسوف يجيب: أحدهما يعمل في الهيدروليكا والآخر على الوقود. لكني أعتقد أن الإجابة أكثر تعقيدًا ...

أنواع محطات التوليد

يوجد اليوم ثلاثة أنواع رئيسية من محطات الطاقة: هيدروليكية ، وحرارية ، ونووية.

كفاءة محطات الطاقة النووية هي الأعلى بالنسبة لتكلفة توليد الكهرباء. مع الاستخدام السليم والمعقول ، ستحتل الطاقة النووية مكانة رائدة في المستقبل القريب.

لا تزال هناك محطات لتوليد الطاقة من الرياح أو الطاقة الشمسية ، لكن إنتاجيتها اليوم لا تكاد تذكر ، وهي قادرة على تزويد الفرد بالكهرباء على مستوى المنزل فقط.

مزايا محطات الطاقة الهيدروليكية

من بين مزايا محطات الطاقة الهيدروليكية فوق الحرارية ، يمكن تمييز ما يلي:

• انخفاض تكلفة الكهرباء
• أقل ضررا على البيئة ؛
• مصدر متجدد لتحويل الطاقة.

يتطلب إنتاج الكهرباء باستخدام تدفق المياه تمويلًا أقل من إنتاج الكهرباء عن طريق حرق الوقود: ليست هناك حاجة لإجراء تعدين مكلف وبناء لوجستيات لنقلهم.

تسبب محطة الطاقة الهيدروليكية أضرارًا أقل للبيئة أثناء التشغيل. لا توجد انبعاثات في الغلاف الجوي والغلاف المائي من المنتجات الثانوية والمواد الضارة من إنتاج الكهرباء - الغازات والنفايات الصلبة السامة وما شابه ذلك.

نظرًا لدورة المياه الطبيعية ، يمكن استخدام مصدر إنتاج الكهرباء (الماء) بشكل متكرر ، على عكس احتراق الوقود لمرة واحدة.

عيوب محطات الطاقة الهيدروليكية

محطات الطاقة الهيدروليكية لها عيوب أيضًا:

• كفاءة منخفضة مقارنة بالوقود ؛
• تكلفة بناء خطوط النقل بطول كبير ؛
• تقع في مكان معين على ضفاف الأنهار الكبيرة ، على مسافة من المراكز الصناعية ، مما يعقد أعمال إصلاح الوحدات وتسليم المعدات الضخمة إليها.

هذه هي ميزات إنتاج هذين النوعين من محطات الطاقة.

محطة الطاقة الكهرومائية هي محطة طاقة تستخدم طاقة المياه المفرغة كمصدر للطاقة. غالبًا ما يتم تشييدها على الخزانات الموجودة ، وبناء السدود والخزانات الاصطناعية لتخزين الحجم المطلوب من المياه.

من أجل التوليد الفعال للكهرباء في هذا النوع من المحطات ، يجب تلبية مطلبين رئيسيين: إمدادات المياه غير المنقطعة على مدار العام ووجود منحدرات نهرية حادة.

تكنولوجيا توليد الكهرباء محطات الطاقة الكهرومائيةهو تحول للطاقة الميكانيكية للمياه ، وذلك لوجود مستويات مختلفة من الارتفاعات من خلال استخدام المحركات والمولدات.

اليوم ، هناك الأنواع التالية من محطات الطاقة الكهرومائية ، والتي تختلف عن بعضها البعض في طريقة توفير المياه - السدود والتحويل ومحطات التخزين بالضخ.

محطات توليد الطاقة الكهرومائية للسد هي أكثر أنواع المحطات شعبية وقوة. يتم إنشاء الخزان عن طريق إقامة حواجز اصطناعية لعقد تدفق النهر. يحدث نزول الماء لسببين - عندما تكون هناك حاجة للكهرباء وتشكيل المستوى المطلوب في الخزان.

يختلف نوع التحويل من حيث أنه لا يستخدم مجرى النهر بالكامل ، ولكن بمساعدة الأنابيب ونظام الصرف ، يتم أخذ الحجم المطلوب من المياه ، والذي يتم إرساله بعد ذلك إلى التوربينات.

محطات التخزين المائي هي منشآت تقوم بتخزين الطاقة الكهربائية وإعادتها إلى النظام إذا لزم الأمر ، وتستخدم لموازنة عدم التجانس اليومي لجدول الحمل الكهربائي.

كما تستخدم المحطات البحرية التي تعمل من خلال طاقة المد والجزر والأمواج.

مزايا محطة الطاقة الكهرومائية

المرونة. يتم التعرف على الطاقة الكهرومائية كمصدر مرن للكهرباء لأن محطة الطاقة الكهرومائية يمكن أن تتكيف بسهولة وسرعة مع احتياجات الطاقة المتغيرة ، مما يؤدي إلى زيادة أو إبطاء إنتاج الكهرباء. التوربين الحالي جاهز للعمل في غضون دقائق قليلة.

انخفاض تكاليف الكهرباء. الميزة الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية هي عدم وجود تكاليف الوقود والاستقلال التام عن الوقود الأحفوري. تتمتع جميع هذه المحطات بعمر افتراضي طويل ، حتى اليوم توجد محطات طاقة كهرومائية تم بناؤها منذ حوالي 100 عام ، بالإضافة إلى أنها لا تتطلب العديد من الموظفين لصيانتها.

استخدم للأغراض الصناعية. تستخدم محطة الطاقة الكهرومائية لخدمة السكان وتوفير الكهرباء لمحطات معينة.

الحد الأدنى من البصمة الكربونية. محطات الطاقة الكهرومائية نفسها غير قادرة على إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، والذي يمكن أن يتشكل في أغلب الأحيان فقط أثناء أعمال بناء المحطة. توصل العالم الألماني بول شيرير ، بعد إجراء بحث ، إلى استنتاج مفاده أن الطاقة الكهرومائية تحتل المرتبة الأولى من حيث الحد الأدنى من إنتاج ثاني أكسيد الكربون ، تليها طاقة الرياح والطاقة النووية والطاقة الشمسية.

فوائد إنشاء الخزان. غالبًا ما تكون الخزانات المبنية خيارًا رائعًا للرياضات المائية ، وبعضها يعتبر مناطق جذب سياحي. كما أن الماء منها مثالي للري أو لتربية أنواع مختلفة من الأسماك فيه. بالإضافة إلى ذلك ، تساعد السدود الاصطناعية على منع الفيضانات.

عيوب محطات الطاقة الكهرومائية

الأضرار البيئية وفقدان الأرض. الخزانات الضخمة اللازمة لتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية هي سبب فيضان مساحات شاسعة من الأراضي الواقعة أعلى منبع السد ، مما يعني تدمير الغابات والحقول والمستنقعات وسكانها.

الطمي. يجلب تدفق المياه معه جزيئات وبقايا مختلفة تضر بكل من السد ومحطة الطاقة. يمكن أن تقلل هذه الرواسب من حجم الخزان وتضعف القدرة على منع الفيضانات. وكذلك تقليل إنتاج الكهرباء.

انبعاثات الميثان. تنتج محطات الطاقة الكهرومائية الموجودة في المناطق الاستوائية ، بسبب الكم الهائل من المواد النباتية المتحللة ، كميات كبيرة من الميثان. لذلك ، قبل بناء محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية وسد ، من الضروري تطهير المنطقة من الغابات في المنطقة التي يتشكل فيها خزان اصطناعي.

إعادة التوطين. يعتبر العديد من الباحثين الحاجة إلى نقل السكان الذين يعيشون في منطقة الخزان المستقبلي إلى العيوب الكبيرة لبناء محطات الطاقة الكهرومائية. في بداية القرن الحادي والعشرين ، نشرت اللجنة العالمية للسدود إحصاءاتها ، والتي أظهرت بياناتها أنه بسبب بناء السدود ، اضطر ما يقرب من 80 مليون شخص حول العالم إلى مغادرة أماكن إقامتهم.