6. Большая и малая гидроэнергетика

1. Большая гидроэнергетика

Гидроэнергия, под которой обычно понимается энер­гия рек, также является возобновляемой и обязана своим происхождением солнечной энергии. Солнце испаряет воду морей и океанов, которая потом проливается дож­дями над всей территорией земного шара, порождая хо­рошо известный нам со школьных времен круговорот воды в природе. Гид­роэнергию человек начал использовать еще в глубокой древности. Но только в сочетании с производством элек­троэнергии этот источник энергии занял заметное мес­то в топливно-энергетическом балансе мира.

Запасы гидроэнергии в мире исчисляются как энер­гия, которая может быть получена, если перегородить плотинами все крупные реки на Земле. Эти запасы до­статочно велики. Они оцениваются в целом для земного шара примерно в 33000 млрд. кВт-ч электроэнергии в год (или в 3,810¹² Вт), что составляет немногим менее половины всей производимой энергии.

В отличие от солнечной гидроэнергия распределена в мире очень неравномерно. Из мировых потенциальных запасов гидроэнергии к настоящему времени используется лишь немногим бо­лее 5%.

Украина располагает около 2% мировых гидроэнергетических ресурсов - 600 млрд. кВт-ч/год. На рис. 6.1 показаны распределения гидроресурсов по территории Украины.

Рисунок 6.1 – Гидроэнергетический потенциал Украины

Из них считаются технически возможными для использо­вания около 350 млрд. кВт-ч/год. Сооружение крупных гидроэлектростанций представляет довольно сложную инженерную задачу. Тем не менее на вели­ких сибирских реках сооружены самые мощные в мире ГЭС - Красноярская мощностью 6 млн. кВт и Брат­ская — 4,3 млн. кВт. Еще более мощной будет строящаяся на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС.

Со строительством электростан­ций связываются планы коренного преобразования райо­нов расположения ГЭС, создания на базе ГЭС крупных территориально-промышленных комплексов, концентра­ции в них энергоемких производств (например производ­ства алюминия электролитическим способом).

Принцип действия ГЭС общеизвестен. Основными элементами являются плотина, комплекс регулирующих шлюзов, машзал и др (рис. 6.2).

1. водоприемник; 2 – камера турбины; 3 – гидротурбина; 4 – гидрогенератор; 5 – отсасывающая труба; 6 – электрораспределительное устройство; 7 – трансформатор; 8, 9 – краны; 10 – донный водосброс.

Рисунок 6.2 - Схема гидроэлектростанции

Важной особенностью ГЭС является то, что она может работать при переменной нагрузке. Чрезвычайно полезно объединение ГЭС в од­ной энергосистеме с базовыми атомными и тепловыми электростанциями. В этом случае ГЭС покрывает всю переменную часть графика, давая возможность базовым станциям работать в номинальном режиме при максимальном КПД. Уменьшение нагрузки на ГЭС достигается уменьшением расходов воды через ее турбины. Неизрасходованная вода при этом остается в верхнем водохранилище электростанции и позволяет получить дополнительную мощность, когда нагрузка вновь возрастает.

В этом смысле ГЭС в сочетании с водохранилищем может рассматриваться как аккумулирующая установка. Строительство мощных ГЭС связано с огромным объемом подготовительных работ по сооружению водохранилищ, плотин, водосбросов. Такие сооружения стали возможны только в последние тридцатилетие, когда строители стали располагать мощной техникой. Но даже и при использовании этой техники сооружение крупной ГЭС длится многие годы. Обычно ГЭС является составной частью целого комплекса, включающего устройства для регулирования стока воды, ирригационные сооружения, устройства для рыбоводства, курортные зоны. Создание больших водохранилищ существенным образом влияет на местный климат, состояние почв и растительности. Таким образом, несмотря на то, что гидроэнергия считается «чистой», возможное влияние ГЭС на окружающую среду должно в каждом конкретном случае являться предметом пристального изучения.