Использование энергии малых рек, технические и экономические проблемы, конструкция гидротурбин и энергетические показатели

Билет №11

Дисциплина «Современные проблемы электроэнергетики»

Использование энергии малых рек, технические и экономические проблемы, конструкция гидротурбин и энергетические показатели.

Под малыми ГЭС обычно понимают гидроэлектростанции относительно небольшой мощности, сооружаемые преимущественно для изолированных потребителей или групп потребителей за их средства и с использованием их рабочей силы. К таким потребителям относятся сельскохозяйственные кооперативы, небольшие производственные предприятия, фермерские хозяйства, иногда крупные предприятия с небольшим электропотреблением и т.п. Принято считать, что к малым ГЭС относятся электростанции с установленной мощностью менее 20-30 МВт.

Возобновление интереса к малой гидроэнергетике обусловлено совпадением нескольких факторов:

1. Стратегическими подходами к энергетическим источникам в связи с обостряющимися периодическими топливными кризисами.

2. Ограничением возможностей для строительства крупных гидроэнергетических комплексов во многих странах мира, в основном в развитых странах, связанных с тем, что при их строительстве и эксплуатации возникали значительные негативные экологические последствия.

3. Быстрый прогресс в области создания миниатюрных автономных электронных устройств по контролю и регулированию технологических процессов, в том числе и по дистанционному управлению малыми гидрогенераторами, работающими в сети или автономно.

Гидравлические станции для производства электроэнергии используют механическую энергию падающей воды. Необходимый для этого напор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС), гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и приливными электростанциями (ПЭС). Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды.

Малые гидроэлектростанции не требуют сверхвысоких капитальных вложений, а расходы на их строительство окупаются за 2-4 года.

В зависимости от размера и мощности малых гидроэлектростанций рассчитывается и режим их использования: автономный или сетевой, постоянный или «дублирующий», резервный для центрального энергоснабжения.

Энергетическое оборудование для малой гидроэнергетики можно разделить

По мощности:

-агрегаты для Микро ГЭС мощностью до 100 кВт включительно;

-агрегаты для Мини ГЭС мощностью до 1000 кВт включительно.

По условиям эксплуатации:

- работа параллельно с промышленной сетью;

- работа на изолированного потребителя.

Гидроэлектростанции малой мощности по характеру исполнения подразделяются на:

-стационарные приплотинные, с совмещением плотины и здания ГЭС;

-стационарные безплотинные с трубопроводом напорной деривации;

-мобильные в контейнерном исполнении, с использованием в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов;

-переносные мощностью до 10 кВт, при использовании их, как путём сооружения небольшой плотины, так и с напорной деривацией;

- погружные безплотинные мощностью до 5 кВт (при скорости течения воды в водотоке порядка 3 метров в секунду).

Преимущества:

- возобновляемый источник энергии;

- экологически чистый источник;

- параллельное использование водохранилищ как оросительных систем или как сдерживающих наводнения платин.

Микро и Малых ГЭС достаточно просты в управлении и обладают довольно высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.

Недостатки:

- разрушения природных речных систем;

- потенциальная возможность наводнений, затопления прилегающих территорий;

- нарушение естественной инфраструктуры региона (негативное влияние на экосистему – флору и фауну

районов, прилегающих к электростанциям.)

- ухудшение качества поверхностных и грунтовых вод, учащение случаев техногенного загрязнения

глубоких водоносных горизонтов.

В гидротурбине энергия водного потока преобразуется в механическую энергию вращения вала, от которого приводится во вращение ротор гидрогенератора, где механическая энергия преобразуется в электрическую. Тип гидротурбин выбирается, исходя из условий их работы, определяемых напором, энергетическими и кавитационными показателями, обеспечением высоких значений к.п.д. в заданном диапазоне напоров и нагрузок.

По принципу действия гидротурбины делятся на реактивные и активные. Основным рабочим органом турбины, в котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо. Вода к рабочему колесу в реактивных турбинах подводится через направляющий аппарат, а в активных – через сопла. В реактивной турбине давление воды перед рабочим колесом больше атмосферного, а за ним может быть как больше, так и меньше атмосферного давления. В активной турбине вода перед рабочим колесом и за ним имеет давление, равное атмосферному.

Строительство малых ГЭС является целесообразным как с экологической, так и с экономической точки зрения. В настоящее время во многих странах мира определяется потенциал малой гидроэнергетики и разрабатываются национальные программы его освоения. Например, в Китае имеется более 90 тыс. действующих малых и мини ГЭС суммарной мощностью 8,5 млн.кВт, ежегодно вводятся более 300 МГЭС. Малые ГЭС, обеспечивают до 35% потребности сельского хозяйства Китая.

В США имеется около 10 тыс. действующих малых ГЭС суммарной мощностью более 7 млн. кВт. Намечается восстановить 2150 из 3000 ранее выведенных из эксплуатации малых ГЭС. Проектируются и вводятся в эксплуатацию новые МГЭС. По оценкам специалистов это позволит сэкономить ежегодно 65 млн. тонн минерального топлива. Предпринимателям, строящим МГЭС, правительство США предоставляет существенные кредитные и налоговые льготы. доля малой энергетики достигает 50% от всей гидроэнергетики США.
В Японии действует 1350 малых ГЭС, суммарной мощностью 7 млн. кВт, предусмотрено более 900 МГЭС.

Интенсивно идет строительство и ввод мощностей в странах Западной Европы, в Австрии 950, в Италии 1200, в Норвегии 500, в Финляндии 170, во Франции 1100, в ФРТ 800 в Швеции 1200 МГЭС.

В настоящее время в ООН разрабатываются проекты строительства малых ГЭС для более 50 слабых и развивающихся стран. Учитывая большой опыт Китая в строительстве малых ГЭС, ООН заключила с Китаем соглашение о создании в г. Хангжауе международного центра по исследованию и развитию малых ГЭС.