Енергія рік плюси та мінуси. У чому переваги та недоліки гідравлічних електростанцій у порівнянні з тепловими? Екологічні «плюси» та «мінуси» гідроенергетики

Електричні станції є найважливішою частиною життя кожної людини, оскільки вони перетворюють енергію на електроенергію. Одна станція є цілим комплексом заходів, штучних і природних підсистем, які служать для перетворення і розподілу всіх видів джерел енергії. Весь процес можна поділити на кілька етапів:

1. Процес видобутку та переробки первинного джерела енергії.
2. Доставка на електростанцію.
3. Процес перетворення первинної енергії на вторинну.
4. Розподіл вторинної (електричної чи між споживачами).

Електроенергетика включає виробництво енергії на станції і подальшу її доставку по лініях електропередач. Такі найважливіші елементи даного ланцюжка, як електричні станції різняться на кшталт первинних джерел, які у цьому регіоні.

Розглянемо деякі види перетворювальних процесів докладніше, а також переваги та недоліки кожного з них.

Належать до групи традиційної енергетики та займають значну частку вироблення електроенергії світового масштабу (приблизно 40%). Переваги та недоліки ТЕС наведено у наступній таблиці:

Використовують як первинне джерело енергії наприклад, водосховища і річки. Переваги та недоліки ГЕС також зведені до таблиці.

Атомні електростанції (АЕС) - комплекс установок і заходів, призначених для виділення в результаті поділу атомних ядер, в теплову, а далі і в найважливішим елементом даної системи є а також комплекс супутніх пристроїв. У таблиці нижче наведено переваги та недоліки АЕС.

Не менш важливим етапом стає транспортування паливних ресурсів до електростанції. Цей процес може бути здійснений кількома способами, кожен з яких має свої переваги і недоліки. Розглянь основні способи транспортування:

• Водний транспорт. Доставка здійснюється за допомогою танкерів та бункерувальників.
• Автомобільний транспорт. Транспортування здійснюється у цистернах. Можливість перевозити лише рідке чи газоподібне паливо визначає існуючі переваги та недоліки автомобільного транспорту.
• Залізничний транспорт. Доставка у цистернах та відкритих вагонах на великі відстані.
• Підвісні та рідко використовуються і лише на дуже короткі відстані.

Традиційно джерелом дешевої електричної енергії є гідроелектростанції (ГЕС). Вони енергетичний потенціал великих мас води перетворюється на електроенергію.

Що таке ГЕС та як вони працюють

Найчастіше для них на річках споруджуються греблізавдяки яким утворюються величезні сховища водного ресурсу. При цьому річка, на якій передбачається будувати електростанцію, має бути повноводною, щоб напевно цілий рік забезпечувати водою турбіни електрогенераторів. Крім того, вона має мати максимально великий ухил. Ідеальним варіантом для будівництва ГЕС є утворювані руслами річок каньйони.

Створена для розміщення станції греблі та інші гідротехнічні споруди забезпечують необхідний напір водяного потоку, що обертає лопаті гідротурбін та ротори електрогенераторів. Крім використання напору води для електроенергії може використовуватися природний струм водяного потоку, званий деривацією. Іноді одночасно використовується обидва варіанти енергії води.

Необхідне електростанції обладнання вироблення електроенергії монтується безпосередньо у приміщенні гідроелектростанції. Там в окремих залах встановлюються агрегати, які безпосередньо перетворюють силу водяного потоку на механічну енергію турбін, а потім на електроенергію.

Крім того, ГЕС повинна бути оснащена іншим різним обладнанням, за допомогою якого організується контроль роботи станції, управління нею. Нормальна робота станції неможлива без пристроїв, які розподіляють та трансформують електроенергію, безлічі інших систем.

Якими вони бувають

Відповідно до генерованої потужності ГЕС прийнято ділити на категорії. Це пов'язано з витратою води та силою її напору, а також ефективністю встановлених на станції генераторів та водяних турбін. Станції, що дають 25 і більше МВт, вважаються сильними. До середньопотужних відносять ті, що виробляють менше 25 МВт. Продуктивність станцій, що належать до малопотужних, не перевищує 5 МВт.

ГЕС бувають високонапірними, коли вода надходить з висоти понад 60 м, середнього напору заввишки від 25 м та низьконапірними, де висота води може бути від трьох до 25 метрів. Їхні турбіни розташовуються в залізобетонних або сталевих камерах. Вони можуть бути різні конструкції та технічні параметри, пов'язані з показниками робочого напору води.

На станціях високого тиску експлуатуються радіально-осьові та ковшові турбіни. Їх встановлюють у спеціальних спіралеподібних камерах із металу. Радіально-осьові та поворотнолопатеві турбіни застосовують переважно на станціях, де середні показники напору. Низьконапірні ГЕС в основному обладнуються турбінами з лопатями, що повертаються.

Залежно від схеми використання водних ресурсів ГЕС поділяються на:

1. Руслові.
2. Прищілинні.
3. Дериваційні.
4. Гідроакумулюючі.

У першому варіанті греблею річка перегороджується повністю. Рівень води у ній піднімається на проектну висоту. З неї вода скидається прямо до гідротурбінів. Така станція зручна там, де русло річки звужується, і річках, що протікають через гори.

У приплотинной схемі також є гребля, проте виробничий корпус ГЕС розташовується в нижній частині. Тут тиск води сильніший, ніж у русловому варіанті. Це вимагає спорудження спеціальних напірних тунелів для її підведення до турбін.

У станціях дериваційного типу вода протікає безпосередньо через будівлю ГЕС, де встановлені турбіни.

Дозволяють акумулювати гідроенергію для використання її в періоди пікових навантажень ГЕС, що гідроакумулюють. У ненапруженому режимі, наприклад, вночі її гідротурбіни функціонують як насоси, перекачуючи воду у верхнє водосховище. Коли з'являються пікові навантаження, вода з нього прямує в трубопровід, що подає її на лопаті турбін.

Переваги гідроелектростанцій

Будівництво та експлуатація гідроелектростанцій супроводжується дискусіями щодо їх плюсів та мінусів.

Позитивним чинником такого виробництва електроенергії є відновлення використовуваних природних ресурсів. В результаті вартість отриманої таким чином електричної енергії істотно нижча, ніж на інших видах електростанцій. Наприклад, на ГЕС Росії вона вдвічі менша, ніж на теплових.

Гідростанції гнучкі в управлінні. За допомогою їх турбін можна регулювати потужність станції від мінімальної до граничної. При цьому на відміну від теплових та деяких інших станцій вони здатні швидко набирати робочу потужність із мінімальних показників.

Функціонування ГЕС не супроводжується шкідливим забрудненням повітря. До позитивних факторів можна і віднести вплив їх водосховищ на формування помірніших кліматичних показників у відповідному регіоні.

Будівництво гребель та освіта покращують судноплавство, впливають на збільшення рибних запасів у них, сприяють рибництву.

Їхні мінуси

Критики ГЕС обґрунтовано вказують на проблеми, насамперед екологічніякі викликаються їх появою. Насамперед, це затоплення великих масивів сільськогосподарських угідь, зокрема родючих земель. Заплавний грунт, що залишився, втрачає вологу. Зникають багато видів рослинності. У результаті моря і океани менше потрапляє цінних біогенних речовин.

Обмежені або зупиняються пропуски води на греблях змушують видозмінюватися унікальним екологічним системам у руслах та заплавах річок. В результаті річки меліють і забруднюються, скорочується чисельність риб, зникають деякі види. Греблі часом перешкоджають нересту прохідних риб, змушуючи місцеві рибгосподарства пристосовуватися до нових умов. Деякі безхребетні та інші водні тварини зникають з одночасною появою великої кількості мошок. Багато перелітні птахи втрачають звичні місця гніздування.

При проектуванні станцій та їх будівництві пріоритет віддається тільки місцевостям, що мають великі водні запаси. Вони найчастіше знаходяться набагато далі від споживачів, ніж ТЕС. При цьому інші фактори не завжди враховуються. Є потенційна небезпека ГЕС на гірських річках, які часом споруджуються в районах з високою сейсмічною небезпекою.

Вказується на значно більші капітальні витрати порівняно зі спорудженням теплових станцій. При спорудженні гребель необхідні великі витрати на будівництво шлюзів для переведення суден на необхідний рівень води.

Однією з основних переваг об'єктів малої гідроенергетики є екологічна безпека. У процесі їх спорудження та подальшої експлуатації шкідливих впливів на властивості та якість води немає. Водойми можна використовувати і для рибогосподарської діяльності, як джерела водопостачання населення. Однак і крім цього у мікро та малих ГЕС чимало переваг. Сучасні станції прості конструкції і повністю автоматизовані, тобто. не вимагають присутності людини під час експлуатації. Вироблюваний ними електричний струм відповідає вимогам ГОСТу за частотою і напругою, причому станції можуть працювати як автономному режимі, тобто. поза електромережею енергосистеми краю чи області, і у складі цієї електромережі. А повний ресурс роботи станції – не менше 40 років (не менше 5 років до капітального ремонту). Ну а головне – об'єкти малої енергетики не вимагають організації великих водосховищ із відповідним затопленням території та колосальним матеріальним збитком.

Під час будівництва та експлуатації МГЕС зберігається природний ландшафт, практично відсутнє навантаження на екосистему. До переваг малої гідроенергетики – порівняно з електростанціями на викопному паливі – можна також віднести: низьку собівартість електроенергії та експлуатаційні витрати, відносно недорогу заміну обладнання, більш тривалий термін служби ГЕС (40-50 років), комплексне використання водних ресурсів (електроенергетика, водопостачання, меліорація, охорона вод, рибне господарство).

Багато малих ГЕС не завжди забезпечують гарантовану вироблення енергії, будучи сезонними електростанціями. Взимку їхня енерговіддача різко падає, сніговий покрив і льодові явища (лід і шуга) так само, як і літнє маловоддя та пересихання річок можуть взагалі призупинити їхню роботу. Сезонність малих ГЕС вимагає дублюючих джерел енергії, велика кількість може призвести до втрати надійності енергопостачання. Тому в багатьох районах потужність малих ГЕС розглядається не як основна, а як дублююча.

У водосховищ малих ГЕС, особливо гірських і передгірських районів, дуже гостро стоїть проблема їх замулення та пов'язана з цим проблема підйому рівня води, затоплень та підтоплень, зниження гідроенергетичного потенціалу річок та вироблення електроенергії. Відомо, наприклад, що водосховище Земонечальської ГЕС на річці Курі було замулено на 60% протягом 5 років.

Для рибного господарства греблі малих ГЕС менш небезпечні, ніж середніх і великих, прохідних і напівпрохідних риб, що перекривають міграційні шляхи, і перекривають нерестилища. Хоча загалом виробництво гідровузлів не усуває повністю шкоди рибному стаду основних річках, т.к. Річковий басейн - це єдина екологічна система та порушення її окремих ланок неминуче відбиваються на системі в цілому.

Упевнений, якщо обивателю поставити питання про відмінності гідравлічних та теплових електростанцій, він відповість: одна працює на гідравліці, інша – на паливі. Але я думаю, що відповідь складніша...

Види електростанцій

Сьогодні розрізняють три основні види електростанцій: гідравлічна, теплова та атомна.

ККД атомних є найбільшим у співвідношенні до витрат на виробництво електрики. При правильному та розумному використанні атомна енергетика триматиме найближчим часом лідируючі позиції.

Ще є вітряні або сонячні електростанції, але їхня продуктивність сьогодні мізерно мала і здатна забезпечити людину електрикою лише на побутовому рівні.

Переваги гідравлічних електростанцій

Серед гідравлічних плюсів перед тепловими електростанціями можна виділити наступне:

• нижча вартість електроенергії;
• менша шкода, що завдається навколишньому середовищу;
• джерело перетворення енергії, що поповнюється.

Для виробництва електроенергії за допомогою потоку води потрібні менші фінанси, ніж виробництво електрики способом спалювання палива: немає необхідності вести витратний видобуток корисних копалин та вибудовувати логістику для їхнього підвезення.

Гідравлічна електростанція в процесі експлуатації завдає менших збитків навколишньому середовищу. Відсутні викиди в атмосферу та гідросферу побічних та шкідливих речовин від виробництва електроенергії – газів, твердих токсичних відходів тощо.

За рахунок природного кругообігу води джерело виробництва електроенергії (воду) можна використовувати багаторазово, на відміну від разового спалювання палива.

Недоліки гідравлічних електростанцій

Є у гідравлічних електростанцій і недоліки:

• низький ККД у порівнянні з паливними;
• витрати на зведення значних за довжиною ЛЕП;
• розміщуються у певному місці на берегах великих річок, на відстані від промислових центрів, що ускладнює проведення ремонтних робіт агрегатів та доставку до них громіздкого обладнання.

Такими є особливості виробництва цих двох видів електростанцій.

Гідроелектростанція є електричною станцією, яка застосовує енергію скидання води як джерело енергії. Їх найчастіше зводять на наявних водоймах, конструюючи штучні греблі та резервуари для зберігання необхідного об'єму води.

Для ефективного отримання електроенергії на подібного роду станції необхідно дотримуватися двох основних вимог: цілий безперервне постачання водою і наявність різких схилів річок.

Технологія отримання електроенергії на гідроелектростанціїє перетворення механічної енергії води, за рахунок наявності різнорівневих висот завдяки використанню двигунів і генераторів.

Сьогодні є такі типи гідроелектростанцій, які відрізняються один від одного способом подачі води - греблі, дериваційні та гідроакумулюючі станції.

Гребельні гідроелектростанції є найпопулярнішим і найпотужнішим видом станцій. Створюється водоймище за допомогою зведення штучних перегородок для утримання течії річки. Спуск води відбувається з двох причин – коли виникає потреба в електроенергії та для утворення необхідного рівня у водоймі.

Дериваційний вигляд відрізняється тим, що не застосовує всю течію річки, а за допомогою труб та системи водовідведення відбувається забір потрібного об'єму води, яка потім вирушає в турбіну.

Гідроакумулюючі станції є установками, які запасають електричну енергію і повертають її в систему при необхідності, застосовується для вирівнювання добової неоднорідності графіка електричного навантаження.

Також використовуються і морські станції, які працюють за допомогою енергії припливів та хвиль.

Переваги гідроелектростанції

Гнучкість. Гідроенергія визнана гнучким джерелом електроенергії тому що гідроелектростанція легко і максимально оперативно може пристосовуватися до потреб, що змінюються в енергії, підвищуючи або уповільнюючи випуск електроенергії. Наявна турбіна запускається протягом кількох хвилин.

Низькі витрати на електроенергію. Головною перевагою гідроелектростанції визнано відсутність витрат на паливо та повну незалежність від викопних типів пального. Всі подібні станції мають величезний термін використання, навіть сьогодні працюють такі гідроелектростанції, які були зведені близько 100 років тому, до того ж для їх обслуговування не потрібно багато співробітників.

Використання у промислових цілях. Гідроелектростанція застосовується як обслуговування населення, так забезпечення електроенергією певних заводів.

Мінімальний викид вуглекислого газу. Самі гідроелектростанції не здатні виробляти вуглекислий газ, який найчастіше може утворюватися лише під час реалізації будівельних робіт станції. Німецький вчений Пауль Шеррер, провівши дослідження, дійшов висновку, що гідроенергетика посідає перше місце з мінімального виробництва вуглекислого газу, після неї стоять вітер, ядерна енергетика та сонячна енергія.

Користь від створення водосховища. Побудовані водосховища часто є чудовим варіантом для занять водними видами спорту, а деякі навіть вважаються визначними пам'ятками для гостей. Також вода з них відмінно підійде для поливу або для розведення різних видів риб. Плюс до всього штучні греблі сприяють запобіганню повеням.

Недоліки гідроелектростанцій

Нанесення шкоди екології та втрата землі. Величезні резервуари, які потрібні для роботи гідроелектростанцій, є причинами затоплення колосальних площ землі, розташованої вище за греблю, отже, відбувається знищення лісів, полів, боліт та їх мешканців.

Замулення. Потік води приносить із собою різні частинки та залишки, які завдають шкоди як греблі, так і електростанції. Подібні відкладення здатні зменшити розмір резервуара та погіршити здатність запобігати повені. А також зменшити виробництво електроенергії.

Викиди метану. Гідроелектростанції, розташовані в тропічних регіонах, через величезну кількість рослинної сировини, що розкладається, виробляють великі обсяги метану. Тому перш ніж зводити гідроелектростанцію і греблю необхідно провести очищення території від лісів у галузі утворення штучної водойми.

Переселення. Багато дослідників до значних мінусів будівництва гідроелектростанцій відносять необхідність переселення населення, яке мешкає в районі майбутнього водосховища. На початку XXI століття Всесвітня комісія з гребель опублікувала свою статистику, дані якої показали, що через зведення гребель практично 80 мільйонів людей у ​​всьому світі довелося залишити місця свого проживання.