Гидроэнергетика. Перспективы развития в Республике Беларусь.
Упоминание об использовании энергии воды на водяных мельницах для помола зерна и дутья воздуха при выплавке металла относится к концу второго века до нашей эры. В Европе гидроэнергия широко применялась в 10-13 веках. Так в 11 веке в Англии и Франции одна мельница приходилась на 250 человек. В это время сфера применения мельниц расширилась. Они стали использоваться в сукновальном производстве, при варке пива, распилке леса и в других отраслях. В 18 веке во всех странах Европы, включая Россию, технологический уклад был основан на использовании водяных колос.
В настоящее время использование энергии воды по-прежнему остается актуальным, а основным направлением является производство электрической энергии.
Источником гидроэнергии является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая затем преобразуется в механическую работу и электроэнергию.
Потенциал гидроресурсов определяется объемным расходом потока Q(м3/с) и высотой падения потока или напором H(м). Максимальная мощность Р(Вт), развиваемая потоком падающей воды без учета потерь напора,
P0=pqHQ
Где р – плотность, кг/м3; q—ускорение свободного падения, м/с2.
Поддержание постоянного напора Н осуществляется с помощью плотины, которая образует водохранилище, служащее аккумулятором гидроэнергии. В связи с этим при строительстве ГЭС предъявляются определенные требования к рельефу местности, который должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины.
Для преобразования энергии воды в механическую работу используют гидротурбины. Различают активные и реактивные гидротурбины.
В активной турбине кинетическая энергия потока преобразуется в механическую. Дополнительные устройства, обеспечивающие работу турбины – водовод и сопло. Из сопла выходит струя, обладающая кинетической энергией, которая направляется на лопасти турбины, находящейся в воздухе. Сила, действующая со стороны струи на лопасти, приводит во вращение колесо турбины, с валом которого непосредственно или через привод сопряжен электрогенератор. КПД реальных турбин колеблется от 50 до 90%. В гидротурбинах малой мощности КПД ниже.
В реактивной гидротурбине рабочее колесо полностью погружено в поток, который постоянно воздействует на лопасти турбины. Вода поступает в рабочее колесо радиально. Зазор между колесом и камерой – переменный. После взаимодействия потока с колесом он разворачивается на 90˚. Переменный зазор и поворот потока повышают эффектность турбины. Данный тип турбин распространен в меньшей степени из-за больших перепадов давления.
В Беларуси более 20 тыс. рек и 11 тыс. озёр. Однако не все из них могут использоваться для получения энергии. В настоящее время в энергосистеме Беларуси эксплуатируется немногим более десяти малых ГЭС со среднегодовой выработкой электроэнергии 33 млн. кВт час, что составляет 0,1% от общего потребления электроэнергии в стране. Основной гидроэнергетический потенциал РБ сосредоточен на трех реках: Западной Двине, Немане и Днепре. Возможности использования для сооружения ГЭС на реках Сож и Припять ограничены зоной загрязненной радионуклидами.
Один из недостатков гидроэлектростанций – невозможность обеспечения гарантированной выработки электроэнергии, потому что они являются сезонными энергоагрегатами. Снежный покров, ледовые явления, летнее мелководье и пересыхание рек, могут вообще приостановить их работу.