Гидроэнергетика представляет процесс преобразования энергии водного ресурса в электрическую. Он экологически чистый, потому что он не выделяет парниковых газов в атмосферу, которые вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды и глобальное потепление. Однако даже у гидроэлектростанции есть преимущества и недостатки.
Особенности получения гидроэнергии
Поскольку источник гидроэнергии — вода, гидроэлектростанции должны располагаться на водном источнике. Электричество производится с помощью направления движущейся воды в электрические генераторы.
Гидроэнергетика – это универсальная, гибкая отрасль, которая в самом малом размере может питать один дом, а в самом большом — снабжать промышленность и население возобновляемой электроэнергией в национальном и даже региональном масштабе. Энергия рек нескончаема, также для получения электричества используется вода в океанах, природных бассейнах. Также в промышленных целях используются и большие водопады.
Классификация гидроэлектростанций
Гидростанции распространены в России и мест для их размещения много. В зависимости от типа задач, которые нужно решать, ГЭС делятся по:
· принципу действия;
· вырабатываемой мощности;
· напору воды.
По принципу действия
Выделяют русловые гидроэлектростанции. Если напор воды на равнинных реках небольшой, то сооружают русловые гидроэлектростанции. В данном случае здание, в котором размещены гидроагрегаты, представляет продолжение плотины.
Приплотинные ГЭС отличаются от предыдущих тем, что у них напористый фон перекрывается плотиной, а само здание ГЭС находится за ней и примыкает к нижнему бьефу. Это их преимущество. Между верхним и нижним бьефами приплотинных ГЭС размещают гидравлические трассы, включающие глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, турбинный водовод, спиральную камеру, отсасывающую трубу.
Деривационные ГЭС устанавливаются на реках с большими уклонами. Например, в горных и предгорных районах. Напор воды в них создаётся благодаря использованию естественного перепада уровней водотока из русла.
https://www.shutterstock.com/image-photo/clatteringshaws-loch-reservoir-galloway-forest-park-169482320
По вырабатываемой мощности
Все ГЭС поддаются разделению на различные классификации: мощные, средние и малые. Чаще идёт строительство средних или малых. Для строительства мощных ГЭС необходимо расположение водопада или мощного потока воды поблизости. Мвт-мощность ГЭС зависит от водного потенциала, то есть от природных условий.
По напору воды
Существует четыре широкие типологии гидроэнергетики:
- Речная гидроэлектростанция: объект, который направляет текущую воду из реки через канал или шток для вращения турбины. Проект "бег по реке" имеет небольшое или вообще не имеет хранилища. Русло реки обеспечивает непрерывную подачу электроэнергии (базовая нагрузка), с некоторой гибкостью работы при суточных колебаниях спроса за счет расхода воды, который регулируется объектом. Энергия воды в данном случае играет главную роль.
- Гидроэнергетика хранения: большая система, которая использует запруду, чтобы хранить воду в резервуаре. Электричество вырабатывается путем выпуска воды из резервуара через турбину, которая приводит в действие генератор. Накопительная гидроэлектростанция обеспечивает базовую нагрузку, а также возможность отключения и запуска в краткие сроки в соответствии с требованиями системы.
- Гидроэнергетика с насосным хранилищем: обеспечивает пиковую подачу нагрузки, используя воду, которая циркулирует между нижним и верхним резервуаром и насосами, которые используют избыточную энергию из системы в периоды низкого спроса. Когда спрос на электроэнергию высок, вода выпускается обратно в нижний резервуар через турбины для производства электроэнергии.
- Морская гидроэнергетика: менее устоявшаяся, но растущая группа. В данном случае используются приливные течения или мощность волн для производства электроэнергии из морской воды.
Плюсы и минусы гидроэлектростанций
Преимущества ГЭС:
- не тратятся природные ресурсы;
- низкая цена этой энергии;
- при работе ГЭС нет вредных выбросов.
Недостатки ГЭС также есть. Главный недостаток ГЭС заключается в том, что они затапливают ближайшие земли, возможны несчастные случаи, когда страдают целые поселки.
Важно также понимать, что существуют как плюсы, так и минусы водохранилищ.
Устройство и конструкция ГЭС
Обычные гидроэлектростанции включают четыре основных компонента:
- Дамба. Поднимает уровень воды в реке, чтобы создать энергию падающей воды. Также контролирует подачу воды. Образующийся резервуар – это, по сути, накопленная энергия.
- Турбина. Сила падающей воды, толкающей на лопатки турбины, заставляет турбину вращаться. Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия обеспечивается падающей водой вместо ветра. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию.
- Генератор Соединенный с турбиной, валами и, возможно, шестернями поэтому, когда турбина закручивается, генератору нужно также ей раскрутить. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как и генераторы на других типах электростанций, он нужен.
- Линии электропередач. Проводят электричество от гидроэлектростанции до жилых домов и предприятий.
- Запруда.
Это лишь краткий обзор ГЭС, на самом деле компонентов больше.
Принцип работы и получения энергии
Чтобы производить гидроэлектричество, должны присутствовать три вещи: движущаяся вода, турбина и генератор. Энергия воды играет главную роль. ГЭС используют кинетическую энергию движущейся воды. Тогда как работают гидроэлектростанции? Это заводы, которые преобразуют энергию падающей воды в поток электронов, обычно известных как электричество. Плотина строится через реку, чтобы поднять уровень воды, с которого может осуществляться падение, необходимое для развития движущей силы.
В этом заключается принцип работы ГЭС, направленный на получение гидравлической энергии. Падая вода после этого направлена к колесу турбины на более низком уровне. Проточная вода поворачивает колесо турбины, которое соединено с генератором. Генератор имеет ротор, который вращается турбиной. Поворот ротора генератора производит электричество. КПД используемых турбин и генераторов повышается с помощью ограничения влажности.
Условия для строительства ГЭС
Гидроагрегаты различаются по размеру от «микро-гидрос», которые отдают энергию нескольким сооружениям, до огромных платин, охватывающих не несколько домов, и даже не десяток, а целые города. Размер гидроэлектростанции влияет на её мощность, однако это далеко не все важные характеристики, влияющие на эффективность ГЭС.
Важно место расположения ГЭС. Материалы, которые используются для создания стен плотины, должны быть прочными, чтоб удерживать поток воды. Электростанция должна быть расположена вдоль реки, озера, моря или другой воды.
Чтобы построить ГЭС нужны большие вложения и в дальнейшем постоянный надзор над работой станции.
Существующие крупные ГЭС
Самые крупные гидроэлектростанции известны во всём мире.
В России
Гидроэнергетические ресурсы России обширны, так как в России много рек, озер. История гидроэнергетики РФ насчитывает не один век.
Богучанская ГЭС большая и уникальная. Ступенчатый выброс воды помогает во время паводка. Станция не будет затоплена, а это, по расчётам учёных возможно через 10 000 лет.
Усть-Илимская ГЭС расположена в Красноярском крае. Это одна из самых больших станций в России. Однако знаменитой делает её не это, а тот факт, что на ней работают уникальные агрегаты.
В мире
Черчилл-Фолс в Канаде ГЭС одна из двух гидростанций в мире, имеющих машинный вал, расположенный под землёй. Симона Боливара или «Гури» находится в штате Боливар, Венесуэла. Высота плотины составляет 162 м, длина – 1,3 км.
Много крупных ГЭС расположены в США, Канаде и в целом в Европе. Они работают более 100 лет.
Способы применения гидроэнергии
Гидроэнергетика решает многие вопросы. Водные и гидроэнергетические ресурсы широко используются в России и во всем мире. Строительство ГЭС требует финансовых расходов, но они все оправданы, так как в итоге государство получает много преимуществ:
- Энергия поступает постоянно и не требует дополнительного (помимо строительства станции) вмешательства.
- Энергия необходима для быстрого и качественного развития производства.
- ГЭС решает проблему водоснабжения различных районов страны.
- Появляется пресная вода. Более того, на некоторых станциях начали устанавливать фильтры для очистки воды.
- Так как дамба перекрывает циркуляцию воды, то это способствует разведению рыб, что удачно сказывается на рыболовстве.
Этот список далеко не полон. Существует много преимуществ ГЭС, которые позволяют назвать данный способ получения энергии наиболее комфортным для населения и экологии страны.
Влияние ГЭС на экологию
Хотя гидроэнергетика более экологична, чем другие источники, она не лишена своих проблем. Плотины могут оказывать негативное воздействие на окружающие экосистемы, например, снижать численность рыбных популяций, а также снижать качество самой воды. Работа ГЭС шумная и может помешать таким отраслям как: сельское хозяйство. В связи с этим гидроэлектростанции должны строиться с учетом окружающей среды, с гарантиями восстановления любых возможных потерь, которые они могут понести, наряду с постоянным мониторингом воздействия на окружающую среду. Однако при всех минусах также есть и важные плюсы, которые заключаются в экологичности метода.Проблемы данной области энергетики
Гидроэнергетика имеет достоинства и недостатки. Часто происходят случаи затапливание ближайших районов. Также страдает экосистема, что несомненно является недостатком.
Перспективы и потенциал гидроэнергетики
Гидроэнергетика — наиболее эффективный и удобный метод производства электроэнергии. Современные гидротурбины настолько инновационные, что способны конвертировать более 90% доступной энергии в электроэнергию. Это намного лучше по сравнению с лучшим объектом ископаемого топлива, который является только на 50% эффективным.
Гидроэлектростанция играет важнейшую роль в современном балансе электроэнергии, обеспечивая более 16% выработки электроэнергии во всем мире. Хотя есть и другие возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и геотермальная ожидается, что благодаря быстрому накоплению пара гидроэнергетика будет обеспечивать энергией большинство мировых экономик в течение многих последующих лет.
