Получение энергии на ГЭС
Электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции (ГЭС) обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Гидроресурсы — возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного топлива для будущих поколений.
Для эффективного производства электричества на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции (ГЭС) располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля за работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
· мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
· средние — до 25 МВт;
· малые гидроэлектростанции (ГЭС) — до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции (ГЭС).
Гидроэлектростанции (ГЭС) также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
· высоконапорные — более 60 м;
· средненапорные — от 25 м;
· низконапорные — от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях (ГЭС) применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.
Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:
Русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции (ГЭС) строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
Плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
Деривационные гидроэлектростанции (ГЭС). Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида безнапорные, или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный газопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.
• ГЭС являются ключевым элементом обеспечения системной надежности единой энергетической системы страны.
• Отсутствие топливной составляющей в производстве электроэнергии ГЭС способствует снижению зависимости стоимости электроэнергии от изменения стоимости органического топлива.
• Для производства электроэнергии ГЭС используют возобновляемые источники энергии, что способствует глобальным усилиям в борьбе за сокращение выбросов парниковых газов.
На 2005 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновимой и до 19 % всей электричества в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.
Лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций (ГЭС) мира.
«Золотой век» отечественной гидроэнергетики пришелся на период с 1930 по 1990 гг. До этого времени в России и СССР работало лишь небольшое число гидростанций. Общая установленная мощность гидроагрегатов в СССР к 1930 г. не превышала 600 тыс. кВт. Спустя 60 лет наша страна вышла на второе место в мире по установленной мощности ГЭС (65 млн. кВт.), уступая только США, а по производству электроэнергии на ГЭС (233 млрд кВт·ч/год) на третье место после США и Канады.
В настоящее время на территории России работают 102 гидростанции мощностью свыше 100 МВт. Общая установленная мощность гидроагрегатов на ГЭС в России составляет примерно 45 млн кВт (5 место в мире), а выработка порядка 165 млрд кВт·ч/год (также 5 место) — в общем объеме производства электроэнергии в России доля ГЭС не превышает 21 %. При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место в мире (порядка 852 млрд кВт·ч, после Китая), однако, по степени их освоения — 20 % — уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Так, во Франции и Швейцарии этот показатель превышает 90 %, Канаде и Норвегии — 70 %, США и Бразилии — 50%.
Государственная политика в сфере использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на период до 2030 года предусматривает принятие мер по поддержке данного направления и созданию благоприятных условий для привлечения инвестиций. Объявлен плановый показатель производства электроэнергии на базе ВИЭ к 2030 году не менее 80–100 млрд кВт*ч в год
Проблемы
За прошедшие годы возникли серьезные опасения по поводу влияния гидроэлектростанций на экологию. Гидроэлектростанции изменяют поток реки до и после дамбы. Это подрывает экосистему реки. Дамба препятствует миграции рыб, двигающихся вверх по течению. Турбины уничтожают часть рыбы, мигрирующей вниз по течению. Так как меняется скорость течения, падает уровень кислорода в воде. Это вредит флоре и фауне в самой реке и на ее берегах. Уровень воды повышается и понижается в зависимости от потребления энергии, заставляя водные виды жить в условиях частых изменений уровня.
Создатели гидроэлектростанций предусмотрели шаги
для решения этих проблем. На некоторых электростанциях есть так называемые лестницы для рыб: серия неглубоких ступеней, между которыми могут переплывать рыбы или специальные лифты, помогающие рыбе мигрировать вверх по течению для нереста. В некоторых дамбах предусмотрены специальные разделительные каналы, направляющие рыб, мигрирующих вниз, на других уменьшается скорость вращения тубин в пик миграции. На многих станциях с помощью различных методик в воду добавляется кислород, чтобы улучшить ее качество для жизни флоры и фауны.
Масштабность некоторых новых проектов вызывает обеспокоенность у людей, живущих в этих регионах. В ходе реализации огромного проекта «Три ущелья» был переселен 1 миллион человек. Исторические города и постройки погружаются в воду по мере наполнения водохранилища. Дамбы находятся в зоне землетрясений, разрушение дамбы повлечет катастрофические последствия.
Данные последних исследований показывают, что гидроэлектростанции в тропических регионах могут вырабатывать столько же метана (парникового газа), что и станции, работающие на ископаемом топливе. Причина: разложение растительных веществ. Часть растений уничтожается изначально при заполнении водохранилища. Позже растения растут и разлагаются по мере того как уровень воды увеличивается и уменьшается. Этот вопрос в настоящий момент изучается.
По течению
В развивающихся странах строятся небольшие гидроэлектростанции для удовлетворения локальных нужд. В таких странах как США и Канада есть множество маленьких гидроэлектростаций, которые уже не работают. Теоретически их можно обновить и вернуть в эксплуатацию. Однако экологи предпочитают разрушать неиспользуемые дамбы и высвобождать реки. Старые дамбы чаще убирают, а не восстанавливают.
Технологии, используемые на гидроэлектростанциях, продолжают улучшаться. К примеру, сейчас появились более эффективные турбины.
Источник
Основные способы генерации электроэнергии в России
Чтобы более точно прогнозировать производственные показатели, выручку и себестоимость генерирующих компаний для их последующего фундаментального анализа, необходимо понимать как производится электроэнергия и какие факторы влияют на ее выработку.
Производство электроэнергии
Невозобновляемые источники энергии:
Возобновляемые источники энергии:
Электрическая энергия, по большей части, образуется за счет механической энергии от вращения турбины. Отличия лишь в том, за счет чего приводится в движение эта турбина.
Производство электроэнергии можно разделить по способам получения на 2 основных типа: из невозобновляемых источников энергии (использование в качестве топлива такого сырья как природный газ, уголь, мазут или дизельное топливо) и из возобновляемых источников энергии, где в качестве ресурсов используется энергия воды, ветра, солнца и пр.
Еще есть атомная энергетика, где в качестве источника электроэнергии используется ядерная энергия, выделяемая при делении атомов. Подробно рассмотрен этот тип не будет, т.к. в России все атомные электростанции (АЭС) принадлежат государственной корпорации «Росатом», акции которой не котируются на Московской бирже.
Тепловая генерация
К производству электроэнергии из невозобновляемых источников относится тепловая генерация. Электричество производится на тепловых электростанциях (ТЭС), которые бывают двух типов: конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ). Принцип работы одинаковый, а отличие лишь в том, что КЭС производят в основном электроэнергию, а ТЭЦ еще и тепловую энергию, используемую для отопления и горячего водоснабжения. КЭС называют ГРЭС — государственная районная электростанция, которые часто можно спутать с ГЭС — гидроэлектростанция, о них будет рассказано другой части статьи.
На данный момент тепловая генерация — это самый популярный способ производства энергии основными генерирующими компаниями, которые торгуются на Московской бирже («Интер РАО», «РусГидро», «Юнипро», «Мосэнерго», «ОГК-2», «ТГК-1», «Энел Россия»).
На картинке представлена схема работы компании «Мосэнерго»:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/
В тепловой генерации, как следует из названия, приводит в движение турбину тепловая энергия в виде пара, которая образуется в результате сжигания органического топлива.
Более детальная схема работы ТЭЦ «Мосэнерго» представлена на картинке:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/tpp-operation-sheme/
Еще более наглядно узнать про принцип работы ТЭЦ можно в коротком познавательном видео:
Все больше компаний, акции которых торгуются на Московской бирже, на своих ТЭС переходят на газ, как более экологически чистое топливо, постепенно отказываясь от угля и прочих видов топлива. Это важно, т.к. львиную долю в себестоимости генерирующих компаний составляет топливообеспечение, которое формируется в зависимости от цен, в основном, на газ.
Если ТЭЦ производят электроэнергию и тепло, то котельные производят только тепловую энергию, которая направляется потребителям для отопления помещений и обеспечения горячего водоснабжения.
Принцип работы котельной «Мосэнерго» представлен на рисунке:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/boiler-operation-sheme/
Котельные существенно уступают в энергоэффективности ТЭЦ, которые вырабатывают еще и электроэнергию. Поэтому компании, у которых еще есть котельные постепенно от них отказываются, перенаправляя нагрузку на ТЭЦ, что позволяет повысить эффективность работы и экономит топливо.
Перейдем к рассмотрению производства электроэнергии благодаря возобновляемым источникам энергии. Так называемая «зеленая» энергия образуется за счет постоянно восстанавливающихся или неиссякаемым по человеческим меркам ресурсов. Это может быть поток воды, ветер, солнечный свет или тепловая энергия недр Земли.
Гидрогенерация
На гидроэлектростанциях (ГЭС) вращает турбину поток воды. Обычно строится плотина, которая перекрывает реку. В месте перекрытия образуется водохранилище. В плотине есть специальные водозаборные отверстия, через которые вода по трубам поступает к турбине, вращает ее и продолжает свой путь обратно в русло реки, расположенное ниже уровня водохранилища. Вращающаяся турбина приводит в движение генератор, который, непосредственно, и вырабатывает электроэнергию. Таким образом энергия водного потока преобразуется в электрическую.
Схема работы гидроэлектростанции (ГЭС):
https://www.kp.ru/best/krsk/metalenergy/
На динамику выработки электроэнергии ГЭС влияет уровень воды в водохранилищах. Чем он выше, тем больше выработка.
Из достоинств стоит отметить дешевизну электроэнергии по сравнению с тепловой генерацией.
В России явным лидером в гидрогенерации является «РусГидро».
Ветряная генерация
На ветряных электростанциях (ВЭС) в движение турбину приводит ветер. Ветряная электростанция представляет собой ветропарк, который состоит из нескольких ветрогенераторов. Принцип работы простой: ветер вращает лопасти, которые соединены с генератором, производящим электроэнергию. Необходимая скорость ветра для размещения ветряной электростанции составляет от 4,5 м/с. Так как скорость ветра возрастает с повышением высоты, то ВЭС стараются строить на возвышенности, а сами ветрогенераторы высотой 30-60 метров.
Схема работы ветрогенератора:
http://tdap.ru/press/news/podshipniki-dlya-vetrogeneratorov/
На российском рынке на ветряную генерацию делает ставку и активно развивает данное направление «Энел Россия».
Следующие виды генерации электроэнергии не используются в российской энергетике широко.
Солнечная генерация
Солнечные электростанции (СЭС) состоят из большого количества солнечных батарей, которые чаще всего представляют собой фотоэлемент, являющийся полупроводниковым устройством, преобразующим солнечную энергию в электрическую.
Отличительной особенностью от других видов генераций, является иной принцип преобразования энергии без использования турбин. Из недостатков следует отметить зависимость от погодных условий и времени суток, сезонность в средних и высоких широтах, необходимость использования довольно большой площади.
В России солнечную генерацию использует «РусГидро».
Геотермальная генерация
На геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) электрическая энергия вырабатывается за счет тепловой энергии из недр Земли. Принцип работы аналогичен тепловым электростанциям, но нет необходимости в сжигании топлива, т.к. тепло уже имеется в виде пара или горячей воды, благодаря гейзерам.
В России ГеоТЭС расположены в Камчатском крае и принадлежат ПАО «Камчатскэнерго», которое входит в группу «РусГидро».
Ниже представлена сводная таблица с разбивкой установленных мощностей основных генерирующих компаний, представленных на Московской бирже, по видам производства энергии:
Источник
