Výhody a nevýhody říční energie. Jaké jsou výhody a nevýhody vodních elektráren oproti tepelným? Ekologické "klady" a "proti" vodní energie

Elektrárny jsou nezbytnou součástí života každého člověka, protože přeměňují energii na elektřinu. Jedna stanice je celý komplex činností, umělých i přírodních subsystémů, které slouží k přeměně a distribuci všech druhů zdrojů energie. Celý proces lze rozdělit do několika fází:

1. Proces těžby a zpracování primárního zdroje energie.
2. Dodávka do elektrárny.
3. Proces přeměny primární energie na sekundární energii.
4. Distribuce sekundárních (elektrických nebo mezi spotřebiteli.

Elektroenergetika zahrnuje výrobu energie na stanici a její následnou dodávku elektrickým vedením. Takové kritické prvky tohoto řetězce, jako jsou elektrárny, se liší typem primárních zdrojů, které jsou v daném regionu k dispozici.

Podívejme se podrobněji na některé typy transformačních procesů a také na výhody a nevýhody každého z nich.

Patří do skupiny tradiční energetiky a zaujímají významný podíl na světové výrobě elektřiny (cca 40 %). Výhody a nevýhody TPP jsou uvedeny v následující tabulce:

Použití jako primární zdroj energie například pro nádrže a řeky. Výhody a nevýhody HPP jsou také shrnuty v tabulce.

Jaderné elektrárny (JE) - soubor zařízení a činností určených ke kterým se uvolňuje v důsledku štěpení atomových jader do tepelného a do nejdůležitějšího prvku tohoto systému je pak také komplex navazujících zařízení. Níže uvedená tabulka ukazuje výhody a nevýhody jaderných elektráren.

Neméně důležitou etapou je doprava palivových zdrojů do elektrárny. Tento proces lze provést několika způsoby, z nichž každý má své výhody a nevýhody. Zvažte hlavní způsoby dopravy:

• Vodní doprava. Dodávka se provádí pomocí tankerů a bunkrů.
• Automobilová doprava. Přeprava se provádí v cisternách. Schopnost přepravovat pouze kapalné nebo plynné palivo určuje stávající výhody a nevýhody silniční dopravy.
• Železniční doprava. Dodávka v cisternách a otevřených vozech na velké vzdálenosti.
• Zavěšený a málo používaný a pouze na velmi krátké vzdálenosti.

Tradičně jsou vodní elektrárny (VVE) zdrojem levné elektrické energie. V nich se energetický potenciál obrovských mas vody přeměňuje na elektřinu.

Co jsou vodní elektrárny a jak fungují

Nejčastěji se pro ně staví na řekách přehrady, díky kterému vznikají obrovské rezervoáry vodního zdroje. Řeka, na které má být elektrárna postavena, přitom musí být plnoprůtočná, aby jistě poskytovala vodu do turbín elektrických generátorů po celý rok. Navíc by měla mít co největší sklon. Ideální variantou pro výstavbu vodních elektráren jsou kaňony tvořené koryty řek.

Přehrada vytvořená pro umístění stanice a dalších hydraulických staveb zajišťuje potřebný tlak vodního toku, který roztáčí lopatky hydraulických turbín a rotory elektrických generátorů. Kromě využití tlaku vody k výrobě elektřiny lze využít přirozený proud vodního toku, nazývaný derivace. Někdy se používají obě verze vodní energie současně.

Zařízení na výrobu energie požadované elektrárnou je instalováno přímo ve vodní elektrárně. Tam jsou v samostatných halách instalovány jednotky, které přímo přeměňují sílu vodního proudu na mechanickou energii turbín a následně na elektřinu.

Kromě toho musí být vodní elektrárna vybavena různými dalšími zařízeními, s jejichž pomocí je organizováno řízení provozu stanice a její řízení. Normální provoz stanice není možný bez zařízení, která distribuují a transformují elektřinu, a mnoha dalších systémů.

Jací jsou

Podle vyrobeného výkonu se VE obvykle dělí do kategorií. Je to způsobeno prouděním vody a silou jejího tlaku a také účinností generátorů a vodních turbín instalovaných na stanici. Zařízení produkující 25 MW nebo více jsou považovány za výkonné. Mezi středně výkonné patří ty, které produkují méně než 25 MW. Výkon nízkoenergetických stanic nepřesahuje 5 MW.

VE jsou vysokotlaké, kdy voda přichází z výšky více než 60 m, středotlaké z výšky 25 m a nízkotlaké, kde výška vody může být od 3 do 25 metrů. Jejich turbíny jsou umístěny v železobetonových nebo ocelových komorách. Mohou mít různá provedení a technické parametry související s ukazateli pracovního tlaku vody.

Na vysokotlakých stanicích jsou provozovány radiálně-axiální a korečkové turbíny. Jsou instalovány ve speciálních spirálových komorách vyrobených z kovu. Radiálně-axiální a rotační-lopatkové turbíny se používají především na stanicích, kde je průměrný spádový tlak. Nízkotlaké vodní elektrárny jsou vybaveny především rotačními lopatkovými turbínami.

V závislosti na schématu využívání vodních zdrojů se VE dělí na:

1. Kanál.
2. Přehrada.
3. Derivát.
4. Hydroakumulační.

V první variantě je řeka zcela zablokována přehradou. Hladina vody v něm stoupá do návrhové výšky. Z něj je voda vypouštěna přímo do hydraulických turbín. Taková stanice je vhodná tam, kde se koryto řeky zužuje, a na řekách protékajících horami.

V schématu hráze je také hráz, ale výrobní budova VN se nachází v její spodní části. Zde je tlak vody silnější než u kanálové verze. To vyžaduje vybudování speciálních tlakových tunelů pro jeho přívod k turbínám.

V závodech diverzního typu voda protéká přímo budovou elektrárny, kde jsou instalovány turbíny.

Přečerpávací vodní elektrárny umožňují akumulaci vodní energie pro použití v obdobích špičkového zatížení. V nestresujícím režimu například v noci fungují jeho vodní turbíny jako čerpadla, čerpající vodu do horní nádrže. Když se objeví špičkové zatížení, voda z něj je nasměrována do potrubí, které ji přivádí k lopatkám turbíny.

Výhody vodních elektráren

Výstavbu a provoz vodních elektráren provázejí diskuse o jejich kladech a záporech.

Pozitivním faktorem takové výroby elektřiny je obnova využívaných přírodních zdrojů. V důsledku toho jsou náklady na takto získanou elektrickou energii výrazně nižší než u jiných typů elektráren, například v ruských vodních elektrárnách jsou poloviční oproti tepelným.

Hydrostanice jsou flexibilní v řízení. Pomocí jejich turbín můžete nastavit výkon stanice od minima po maximum. Přitom na rozdíl od termických a některých dalších stanic jsou schopny rychle získat provozní výkon z minimálního výkonu.

Provoz VE není provázen škodlivým znečištěním ovzduší. Mezi pozitivní faktory patří vliv jejich nádrží na tvorbu mírnějších klimatických ukazatelů v příslušné oblasti.

Výstavba přehrad a vzdělávání zlepšují plavbu, ovlivňují nárůst rybích populací v nich a podporují chov ryb.

Jejich zápory

Kritici HES správně poukazují především na problémy životního prostředí, které jsou způsobeny jejich vzhledem. V prvé řadě se jedná o zaplavení rozsáhlých ploch zemědělské půdy, včetně úrodné půdy. Zbývající lužní půda ztrácí vlhkost. Mnoho druhů vegetace mizí. Díky tomu se do moří a oceánů dostávají méně hodnotné živiny.

Omezené nebo zastavené vodní toky na přehradách nutí ke změně unikátních ekologických systémů v korytech řek a záplavových územích. V důsledku toho se řeky stávají mělkými a znečištěnými, snižuje se počet ryb a některé jejich druhy mizí. Přehrady někdy brání tření stěhovavých ryb, což nutí místní rybářství přizpůsobit se novým podmínkám. Někteří bezobratlí a další vodní živočichové mizí se současným výskytem velkého množství pakomárů. Mnoho stěhovavých ptáků ztrácí svá obvyklá hnízdiště.

Při návrhu stanic a jejich výstavbě mají přednost pouze území s velkými zásobami vody. Často jsou mnohem dále od spotřebitelů než tepelné elektrárny. Ne vždy se však berou v úvahu další faktory. Potenciální nebezpečí představují vodní elektrárny na horských řekách, které se někdy staví v oblastech s vysokým seismickým nebezpečím.

Ve srovnání s výstavbou tepelných elektráren jsou indikovány výrazně vyšší investiční náklady. Při stavbě přehrad jsou potřeba obrovské výdaje na stavbu zdymadel, aby se lodě přenesly na požadovanou hladinu vody.

Jednou z hlavních výhod malých vodních elektráren je ekologická bezpečnost. Při jejich výstavbě a následném provozu nedochází ke škodlivým vlivům na vlastnosti a kvalitu vody. Nádrže lze využít jak k rybářské činnosti, tak jako zdroje zásobování obyvatel vodou. Kromě toho však mají mikro a malé vodní elektrárny mnoho výhod. Moderní stanice jsou designově jednoduché a plně automatizované, tzn. nevyžadují přítomnost osoby během provozu. Jimi generovaný elektrický proud splňuje požadavky GOST z hlediska frekvence a napětí a stanice mohou pracovat jak v samostatném režimu, tzn. mimo elektrickou síť energetické soustavy regionu nebo regionu a jako součást této rozvodné sítě. A plná životnost stanice je minimálně 40 let (nejméně 5 let před generální opravou). No, a co je nejdůležitější, malá energetická zařízení nevyžadují organizaci velkých nádrží s odpovídajícím zaplavením území a kolosálními materiálními škodami.

Při výstavbě a provozu MVE je zachována přírodní krajina, prakticky nedochází k zatížení ekosystému. Mezi výhody malých vodních elektráren - oproti elektrárnám na fosilní paliva - lze dále zařadit: nízké náklady na elektřinu a provozní náklady, relativně levná výměna zařízení, delší životnost VE (40-50 let), integrované využívání vodních zdrojů (el. , zásobování vodou, rekultivace, ochrana vod, rybářství).

Mnohé z malých vodních elektráren ne vždy poskytují garantovanou výrobu energie, protože se jedná o sezónní elektrárny. V zimě jejich výdej energie prudce klesá, sněhová pokrývka a ledové jevy (led a kal), stejně jako letní nízká voda a vysychání řek mohou jejich práci obecně pozastavit. Sezónní charakter malých VE vyžaduje redundantní zdroje energie, velký počet z nich může vést ke ztrátě spolehlivosti dodávek energie. V mnoha oblastech je proto kapacita malých VE považována nikoli za hlavní, ale jako záložní.

Nádrže malých vodních elektráren, zejména horské a podhorské oblasti, jsou velmi akutně postiženy problémem jejich zanášení as tím souvisejícím problémem stoupající hladiny, záplav a záplav, snižování hydroenergetického potenciálu řek a výroby elektřiny. Je například známo, že nádrž VE Zemonechalskaja na řece Kura byla zanesena o 60 % během 5 let.

Pro rybářství jsou hráze malých vodních elektráren méně nebezpečné než střední a velké, které blokují migrační trasy stěhovavých a semianadromních ryb a blokují trdliště. Ačkoli obecně vytvoření hydroenergetických zařízení zcela neodstraní škody na rybí obsádce na hlavních řekách, protože povodí je jednotný ekologický systém a narušení jeho jednotlivých vazeb nevyhnutelně ovlivňuje systém jako celek.

Jsem si jist, že když se průměrného člověka zeptá na rozdíly mezi vodními a tepelnými elektrárnami, odpoví: jedna pracuje na hydraulice, druhá na palivu. Ale myslím, že odpověď je složitější...

Typy elektráren

Dnes existují tři hlavní typy elektráren: hydraulické, tepelné a jaderné.

Účinnost jaderných elektráren je v poměru k nákladům na výrobu elektřiny nejvyšší. Při správném a rozumném využívání bude jaderná energie v blízké budoucnosti zastávat vedoucí pozici.

Stále existují větrné nebo solární elektrárny, ale jejich produktivita je dnes mizivá a jsou schopny zajistit člověku elektřinu pouze na úrovni domácnosti.

Výhody vodních elektráren

Mezi výhody hydraulických elektráren oproti tepelným elektrárnám lze rozlišit následující:

• nižší náklady na elektřinu;
• menší poškození životního prostředí;
• obnovitelný zdroj přeměny energie.

Výroba elektřiny pomocí toku vody vyžaduje méně financí než výroba elektřiny spalováním paliva: není potřeba provádět nákladnou těžbu a budovat logistiku pro jejich přepravu.

Hydraulická elektrárna během provozu méně poškozuje životní prostředí. Do atmosféry a hydrosféry nedochází k emisím vedlejších produktů a škodlivých látek z výroby elektřiny – plynů, tuhých toxických odpadů a podobně.

Vzhledem k přirozenému koloběhu vody lze zdroj výroby elektřiny (vodu) využívat opakovaně, na rozdíl od jednorázového spalování paliva.

Nevýhody vodních elektráren

Hydraulické elektrárny mají také nevýhody:

• nízká účinnost ve srovnání s palivem;
• náklady na vybudování značné délky přenosových vedení;
• se nacházejí na určitém místě na březích velkých řek, ve vzdálenosti od průmyslových center, což komplikuje opravy jednotek a dodávky objemného zařízení k nim.

To jsou rysy výroby těchto dvou typů elektráren.

Vodní elektrárna je elektrárna, která jako zdroj energie využívá energii vypouštěné vody. Nejčastěji se staví na stávajících nádržích, staví umělé přehrady a nádrže k akumulaci potřebného objemu vody.

Pro efektivní výrobu elektřiny na tomto druhu stanice musí být splněny dva hlavní požadavky: celoroční nepřerušená dodávka vody a přítomnost ostrých svahů řek.

Technologie pro výrobu elektřiny vodní elektrárny je přeměna mechanické energie vody v důsledku přítomnosti různých úrovní výšek pomocí motorů a generátorů.

Dnes existují následující typy vodních elektráren, které se od sebe liší způsobem zásobování vodou - přehradní, převáděcí a přečerpávací stanice.

Přehradní vodní elektrárny jsou nejoblíbenějším a nejvýkonnějším typem elektráren. Nádrž je vytvořena postavením umělých přepážek k udržení toku řeky. Klesání vody nastává ze dvou důvodů - při potřebě elektřiny a pro vytvoření požadované hladiny v nádrži.

Typ odklonu je odlišný v tom, že nevyužívá celý tok řeky, ale pomocí potrubí a drenážního systému se odebírá požadovaný objem vody, která je následně posílána do turbíny.

Hydroskladovací stanice jsou zařízení, která ukládají elektrickou energii a v případě potřeby ji vracejí do systému, slouží k vyrovnání denní heterogenity plánu elektrické zátěže.

Používají se také námořní stanice, které fungují prostřednictvím energie přílivu a odlivu a vln.

Výhody vodní elektrárny

Flexibilita. Vodní energie je uznávána jako flexibilní zdroj elektřiny, protože vodní elektrárna se může snadno a rychle přizpůsobit měnícím se energetickým potřebám a zvýšit nebo zpomalit výrobu elektřiny. Stávající turbína je v provozu během několika minut.

Nízké náklady na elektřinu. Hlavní výhodou vodní elektrárny je absence nákladů na palivo a naprostá nezávislost na fosilních palivech. Všechny takové stanice mají obrovskou životnost, i dnes existují vodní elektrárny, které byly postaveny asi před 100 lety a navíc nevyžadují mnoho zaměstnanců na jejich údržbu.

Použití pro průmyslové účely. Vodní elektrárna se používá jak ke službě obyvatelstvu, tak k poskytování elektřiny některým elektrárnám.

Minimální uhlíková stopa. Vodní elektrárny samy o sobě nejsou schopny produkovat oxid uhličitý, který může nejčastěji vznikat až při stavebních úpravách stanice. Německý vědec Paul Scherrer po provedení výzkumu dospěl k závěru, že na prvním místě z hlediska minimální produkce oxidu uhličitého je vodní energie, následovaná větrnou, jadernou a solární energií.

Výhody vytvoření nádrže. Vybudované nádrže jsou často skvělou možností pro vodní sporty a některé jsou dokonce považovány za turistické atrakce. Také voda z nich je perfektní pro zavlažování nebo pro chov různých druhů ryb v ní. Navíc umělé přehrady pomáhají předcházet povodním.

Nevýhody vodních elektráren

Škody na životním prostředí a ztráta půdy. Obrovské nádrže, které jsou nutné pro provoz vodních elektráren, jsou příčinou zaplavování obrovských oblastí země nacházející se proti proudu přehrady, což znamená, že jsou ničeny lesy, pole, bažiny a jejich obyvatelé.

Zamlžování. Proudění vody s sebou přináší různé částice a zbytky, které škodí přehradě i elektrárně. Takové usazeniny mohou zmenšit velikost nádrže a zhoršit schopnost zabránit záplavám. A také snížit výrobu elektřiny.

Emise metanu. Vodní elektrárny umístěné v tropických oblastech kvůli obrovskému množství rozkládajících se rostlinných materiálů produkují velké objemy metanu. Před výstavbou vodní elektrárny a přehrady je proto nutné vyčistit území od lesů v oblasti, kde se tvoří umělá nádrž.

Znovuosídlení. Mnoho badatelů považuje nutnost přesídlení obyvatel žijících v oblasti budoucí nádrže za významné nevýhody výstavby vodních elektráren. Světová komise pro přehrady zveřejnila na začátku 21. století své statistiky, z jejichž údajů vyplynulo, že kvůli výstavbě přehrad muselo opustit svá bydliště téměř 80 milionů lidí na celém světě.