В настоящее время широко обсуждается перспектива применения альтернативных источников энергии в мировой практике. Идет активная разработка и внедрение инновационных форм энергии, способных генерировать как электрическую, так и тепловую энергию, используя фактически бескрайние природные ресурсы и при этом минимизируя негативное воздействие на окружающую среду. Особое внимание привлекают гидроэлектростанции, которые выделяются несколькими преимуществами в данном контексте.
Что такое ГЭС?
Гидроэлектростанция (ГЭС) — это технологические сооружения, использующие энергию потока воды для производства электроэнергии. В настоящее время ГЭС занимают лидирующее положение среди наиболее распространенных источников возобновляемой энергии в мировой практике.
Основной принцип работы гидроэлектростанций заключается в преобразовании кинетической энергии движущейся воды в механическую энергию вращения турбины, последующем превращении ее в электрическую энергию. Для этого на реках строят плотины или дамбы, создавая водохранилища. Вода, направляемая к турбинам через специальные механизмы, подвергается процессу преобразования своей кинетической энергии в механическую энергию вращения турбины.
ГЭС — это эффективный метод производства электроэнергии, позволяющий использовать возобновляемые природные ресурсы, с минимальным воздействием на окружающую среду.
Виды гидроэлектростанций
Существует несколько категорий гидроэлектростанций, классифицируемых в зависимости от методов использования водных ресурсов.
Гидроэлектростанции с применением плотин
Этот разновидность гидроэлектростанций является наиболее распространенной, поскольку для обеспечения устойчивого давления и потока воды в реке или озере создается специальное водохранилище. Этот эффект может быть достигнут путем строительства плотины как на полноводных равнинных реках, так и на горных реках с узким руслом.
Преимущества
- Возобновляемый ресурс. Вода – возобновляемый источник энергии.
- Экологическая чистота. Не сопровождается выбросами загрязняющих веществ.
- Эффективность. Высокая эффективность в производстве электроэнергии.
- Регулируемость. Возможность регулирования мощности.
Недостатки
- Экологические изменения. Строительство водохранилищ и плотин влечет за собой изменения в природной среде.
- Социальные проблемы. Затопление территорий может привести к вынужденному переселению.
- Технические риски. Возможность аварийных ситуаций, таких как разрушение плотины.
- Воздействие на водные экосистемы. Может повлиять на водные экосистемы и рыбных обитателей.
- Зависимость от климатических условий. Эффективность зависит от климатических факторов, таких как количество осадков.
Приливные и отливные гидроэлектростанции (ПЭС)
Приливные и отливные гидроэлектростанции (ПЭС) представляют собой специальный вид энергетических установок, использующих энергию приливов и отливов. В этом типе электростанций в устье реки, впадающей в море или залив, устанавливается плотина с гидравлическими механизмами. Эти агрегаты объединяют в себе гидротурбины и гидрогенераторы. Промышленные гидроагрегаты способны генерировать электроэнергию в генераторном режиме и выполнять функцию насосов, перемещая воду через водохранилище в периоды отсутствия приливов или отливов. Важно подчеркнуть, что в случае второго варианта речь идет о гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС). Первая и, на данный момент, единственная экспериментальная станция в России, Кислогубская ПЭС (приливная электростанция) с мощностью 1,7 МВт, была построена в период с 1964 по 1968 годы. Расположена она в губе Кислая Баренцева моря, неподалеку от посёлка Ура-Губа в Мурманской области.
Преимущества
- Возобновляемый ресурс. Используют приливные и отливные движения воды.
- Экологическая чистота. Минимальное воздействие на окружающую среду, отсутствие выбросов загрязняющих веществ.
- Стабильность. Работают на основе предсказуемых приливных и отливных циклов.
- Высокая эффективность. Приливные и отливные движения предоставляют стабильный и высокий поток энергии.
Недостатки
- Ограниченная география. Возможность использования только в регионах с выраженными приливами и отливами.
- Строительные сложности. Требуют серьезных инженерных решений и высоких затрат на строительство.
- Воздействие на морскую среду. Могут влиять на экосистемы и морских обитателей.
- Зависимость от природных условий. Эффективность зависит от приливных и отливных режимов, что может изменяться с течением времени.
Бесплотинные гидроэлектростанции
Бесплотинные гидроэлектростанции представляют собой инновационный тип энергетических установок, основанный на отсутствии напора. Они разработаны для использования в качестве источника энергии для погруженных в воду генераторов различных конструкций, с постоянным расширением ассортимента. В России действует несколько десятков подобных гидроэлектростанций, отличающихся относительно невысокой производительностью в генерации энергии.
Преимущества
- Низкое воздействие на экосистему. Минимальные изменения в реках или водотоках, что способствует сохранению экологической устойчивости.
- Независимость от географии. Могут быть размещены в различных регионах, не ограничиваются присутствием приливов или отливов.
- Относительная простота строительства. Требуют меньше инженерных решений и времени на возведение по сравнению с плотинными ГЭС.
- Устойчивость производства. Работают в течение всего года, не завися от сезонных изменений в приливных или отливных условиях.
Недостатки
- Возможные воздействия на водные экосистемы. Воздействие на реки может повлиять на местные водные ресурсы и животный мир.
- Ограниченный потенциал. Могут иметь ограниченную производительность по сравнению с крупными плотинными ГЭС.
- Зависимость от речных условий. Эффективность может варьироваться в зависимости от уровня воды в реках.
- Необходимость в постоянном водоснабжении. Работоспособность зависит от постоянного потока воды, что может быть проблематично в периоды засухи.
Принцип действия гидроэлектростанций
Гидроэлектростанции (ГЭС) являются важным компонентом мировой энергетики, предоставляя эффективный и экологически чистый источник электроэнергии. Разберемся подробнее с принципами работы этих уникальных инженерных сооружений.
- Водохранилище и плотина. Основой работы гидроэлектростанции является создание водохранилища с использованием плотины. Плотина строится на реке для создания искусственного водоема, который накапливает воду и образует потенциальную энергию.
- Регулирование. Поток воды через плотину регулируется, что позволяет управлять количеством воды, поступающей к турбинам. Этот контроль определяет количество генерируемой энергии.
- Турбины и генераторы. Когда вода покидает водохранилище, она направляется к турбинам. Турбины приводятся в движение под действием потока воды, преобразуя кинетическую энергию в вращательное движение. Это вращение передается генератору, который преобразует механическую энергию в электрическую.
- Преобразование энергии. Генератор создает переменный ток (ВТ), который затем подается на подстанцию. В подстанции электричество трансформируется, поднимая его напряжение для передачи по линиям электропередачи.
- Трансмиссия и распределение. Электроэнергия передается по высоковольтным линиям электропередачи к потребителям.
Преимущества и недостатки гидроэлектростанций
Преимущества гидроэлектростанций широко известны и высоко ценятся с момента зарождения электроэнергетики. В 1878 году Уильям Джордж Армстронг, британский инженер, создал первую в мире гидроэлектростанцию в Нортумберленде. Эта станция обеспечивала электропитание для подсветки картинной галереи, используя дуговую лампу. Этот пионерский шаг подчеркнул многочисленные удобства и преимущества, которые приобретают высокую оценку в области энергетики и экономики.
Преимущества
- Экологически чистая энергия. ГЭС являются источником возобновляемой энергии, не производя выбросов вредных веществ в атмосферу.
- Низкие эксплуатационные расходы. После строительства эксплуатационные расходы относительно невысоки.
- Устойчивость к изменениям цен на топливо. Гидроэнергия не зависит от колебаний цен на топливо, что обеспечивает стабильные затраты на производство электроэнергии.
- Многозадачность. ГЭС могут выполнять и другие функции, такие как регулирование водных ресурсов и контроль наводнений.
Недостатки
- Воздействие на экосистему. Строительство ГЭС и формирование водохранилищ может оказывать негативное воздействие на окружающую природу.
- Затопление территорий. Формирование водохранилищ может привести к затоплению значительных территорий, что влияет на биоразнообразие и людские обитатели.
- Зависимость от климатических условий. Эффективность работы ГЭС зависит от климатических условий и уровня осадков.
- Высокие инвестиции в строительство. Строительство гидроэлектростанций требует значительных капиталовложений и времени.
Различия между гидроэлектростанцией (ГЭС) и тепловой электростанцией (ТЭЦ)
Гидроэлектростанция (ГЭС):
- ГЭС используют энергию потока воды для генерации электроэнергии.
- Относится к возобновляемым источникам энергии, с низкими выбросами углерода.
- Обычно строятся на реках и включают в себя создание водохранилищ.
- Обычно имеют низкие эксплуатационные расходы после строительства.
Тепловая электростанция (ТЭЦ):
- ТЭЦ используют тепловую энергию, полученную от сжигания топлива, для преобразования в электроэнергию.
- Может иметь высокие выбросы и оказывать негативное воздействие на окружающую среду.
- Могут строиться в различных местах, в том числе вблизи густонаселенных районов.
- Имеют высокие эксплуатационные расходы, связанные с закупкой и сжиганием топлива.
Обе станции играют важную роль в производстве электроэнергии, но их принципы работы и влияние на окружающую среду существенно различаются.