Гидроэлектростанции их польза и вред
Гидроэлектростанция является электрической станцией, применяющей энергию сброса воды как источник энергии. Их чаще всего возводят на имеющихся водоемах, конструируя искусственные плотины и резервуары для хранения необходимого объема воды.
Для действенного получения электроэнергии на подобного рода станции нужно соблюдать два главных требования: круглогодичное беспрерывное снабжение водой и наличие резких склонов рек.
Технология получения электроэнергии на гидроэлектростанции представляет собой преобразование механической энергии воды, за счет наличия разноуровневых высот благодаря использованию двигателей и генераторов.
Сегодня имеются следующие типы гидроэлектростанций, которые отличаются друг от друга способом подачи воды – плотинные, деривационные и гидроаккумулирующие станции.
Плотинные гидроэлектростанции являются самым популярным и мощнейшим видом станций. Создается водоем посредством возведения искусственных перегородок для удерживания течения реки. Спуск воды происходит по двум причинам – когда возникает необходимость в электроэнергии и для образования необходимого уровня в водоеме.
Деривационный вид отличается тем, что не применяет все течение реки, а с помощью труб и системы водоотведения происходит забор нужного объема воды, которая затем отправляется в турбину.
Гидроаккумулирующие станции являются установками, которые запасают электрическую энергию и возвращает ее в систему при необходимости, применяется для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки.
Также используются и морские станции, которые работают посредством энергии приливов и волн.
Преимущества гидроэлектростанции
Гибкость. Гидроэнергия признана гибким источником электроэнергии потому что гидроэлектростанция легко и максимально оперативно может приспосабливаться к меняющимся потребностям в энергии, повышая или замедляя выпуск электроэнергии. Имеющаяся турбина запускается в течение всего нескольких минут.
Невысокие расходы на электроэнергию. Главным достоинством гидроэлектростанции признано отсутствие расходов на топливо и полная независимость от ископаемых типов горючего. Все подобные станции обладают огромным сроком использования, даже сегодня работают такие гидроэлектростанции, которые были возведены около 100 лет назад, к тому же для их обслуживания не требуется много сотрудников.
Использование в промышленных целях. Гидроэлектростанция применяется как для обслуживания населения, так и для обеспечения электроэнергией определенных заводов.
Минимальные выбросы углекислого газа. Сами гидроэлектростанции не способны вырабатывать углекислый газ, который чаще всего может образовываться только в ходе реализации строительных работ станции. Немецкий ученый Пауль Шеррер, проведя исследования, пришел к выводу, что гидроэнергетика занимает первое место по минимальному производству углекислого газа, после нее стоят ветер, ядерная энергетика и солнечная энергия.
Польза от создания водохранилища. Построенные водохранилища часто являются отличным вариантом для занятий водными видами спорта, а некоторые даже считаются достопримечательностями для приезжих гостей. Также вода из них отлично подойдет для полива или для разведения в ней различных видов рыб. Плюс ко всему искусственные плотины способствуют предотвращению наводнений.
Недостатки гидроэлектростанций
Нанесение вреда экологии и потеря земли. Огромные резервуары, которые требуются для работы гидроэлектростанций, являются причинами затопления колоссальных площадей земли, расположенной выше по течению плотины, а значит, происходит уничтожение лесов, полей, болот и их обитателей.
Заиление. Поток воды приносит с собой различные частицы и остатки, которые наносят вред, как плотине, так и электростанции. Подобные отложения способны уменьшить размер резервуара и ухудшить способность предотвращать наводнения. А также уменьшить производство электроэнергии.
Выбросы метана. Гидроэлектростанции, расположенные в тропических регионах, из-за огромного количества разлагающегося растительного сырья производят большие объемы метана. Поэтому прежде чем возводить гидроэлектростанцию и плотину необходимо произвести очистку территории от лесов в области образования искусственного водоема.
Переселение. Многие исследователи к значительным минусам строительства гидроэлектростанций относят необходимость переселения населения, которое проживает в районе будущего водохранилища. В начале XXI века Всемирная комиссия по плотинам опубликовала свою статистику, данные которой показали, что из-за возведения плотин практически 80 миллионов человек во всем мире пришлось покинуть места своего проживания.
Солнце служит источником энергии, оно испаряет воду. Вода превращается в пар, который конденсируется в виде дождя, затем выпадающего на возвышенностях и стекающего к морям. Гидроэлектростанции работают на перехвате энергии движущейся воды.
В начале гидроэлектростанции применяли воду рек в естественном виде, однако сегодня строятся плотины, которые повышают высоту падения воды и дают возможность выровнять ее поступление. Возведение гидроэлектростанций довольно дорого, однако их эксплуатация дешева, потому что вода является возобновляемым ресурсом и не стоит денег.
Гидроэлектростанция получает электричество, пользуясь энергией воды, которая течет из высшего к низшему уровню, и вращает турбину. Швейцария, Норвегия, Канада и Новая Зеландия за счет гидроэлектростанций получают почти всю внутреннюю электроэнергию.
Гидроэлектростанции, безусловно, имеют свои приоритеты: не загрязняют атмосферу, свободно управляется механизированный клапан приема поворота на подаче воды, потому сложностей, связанных с наивысшими нагрузками, не возникает. Однако гидроэлектростанции так же и наносят определенный вред. К примеру, тем, что требуют крупных объемов воды, затопления больших территорий. Это вызывает протест у многих людей.
К тому же станции могут отрицательно влиять на качество воды, которая, накапливаясь, затем постепенно спускается. Также подвергается негативным изменениям и русло реки. Если затопление большого количества площадей было прогнозируемым, то плохое качество воды, увы, нет. От влияния годового сезона, вода, поступающая в водохранилища, в своем составе может не иметь достаточно кислорода, а это впоследствии приводит к тому, что данная вода может стать неблагоприятной для жизни организмов. Также спускаемая вода может размывать русло потока.
Проблемы, появившиеся на станциях, которые используют ископаемое топливо при наибольших нагрузках, стали толчком к поощрению развития гидроэнергетики производителями электроэнергии. Одной последних идей в данной сфере — накачивание аккумуляторов. Этот способ может оказаться полезным и в иных системах, таких, как ветряная и солнечная энергетика. Вода, прошедшая через турбины, аккумулируется в крупных прудах. Ночью, после завершения пиковой нагрузки, ядерные или тепловые станции закачивают воду снова на верхний уровень.
При этом используются простаивающие или неиспользуемые мощности станций. Сегодня пиковые потребности в электроэнергии обеспечивают устаревшими электростанциями, что в будущем ведет к повышению потреблению жидкого топлива или газа, которые можно было использовать для лучших задач. Замена их на «накачиваемые» гидроаккумуляторы дает преимущества как экологические, так и экономические.
Не так давно были созданы новые турбины, позволяющие получать электроэнергию при гораздо меньшей разнице между уровнями воды. Такая энергия может вырабатываться при приливах, потоках, имеющих небольшой уклон, на оросительных каналах и на реках, находящихся ниже плотин.
Если обратиться к статистике, то гидроэнергия обеспечивает на данный момент 20 процентов общего мирового производства электроэнергии. Максимально перспективным в будущем является повышение ее выработки в развивающихся государствах мира.
На фото: одна из первых гидроэлектростанций СССР — ДнепроГЭС им. В.И.Ленина
Метки: генерация, ГЭС, электричество
Интересная статья? Поделитесь ей с друзьями:
Библиографическое описание:
Кондранова, А. М. О достоинствах и недостатках гидроэлектростанций / А. М. Кондранова, М. В. Куимова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 9 (89). — С. 465-467. — URL: https://moluch.ru/archive/89/18498/ (дата обращения: 07.09.2020).
Современное существование и удовлетворение потребностей человека невозможно без потребления энергии. Энергетика определяет прогресс общественного производства, развитие отраслей промышленности. В то же время энергетика является одним из источников неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека, так как оказывает влияние на атмосферу, гидросферу, литосферу.
Одним из источников энергии является гидроэлектростанция. Сила воды действует непрерывным и мощным потоком на турбины гидроэлектростанций. Вода считается обновляемым природой и неисчерпаемым энергоресурсом.
Гидроэнергия имеет ряд преимуществ по сравнению с углем или ядерным топливом:
– отсутствие необходимости добывать, обрабатывать, транспортировать топливо для работы гидроэлектростанции;
– отсутствие вредных отходов и выбросов в атмосферу;
– надежность и простота в эксплуатации;
– низкая себестоимость.
Более того, создание водохранилищ при сооружении ГЭС обеспечивает надежное и непрерывное водоснабжение промышленных центров [2]. Воду водохранилищ можно использоваться для разведения рыбы, полива сельского хозяйства. Вокруг водохранилищ можно создавать зоны отдыха.
Гидроэлектростанции классифицируются по:
– мощности (мелкие, малые, средние, крупные);
– напору (низконапорные, среднего напора, высоконапорные);
– использованию (электроэнергия для небольшого жилого комплекса, коммунального предприятия и т. д.) [1].
Рассматривая преимущества гидроэлектростанций можно отметить следующее:
– быстрая окупаемость ГЭС;
– работа ГЭС не сопровождается выделением угарного газа и углекислоты, пылевых загрязнителей, не загрязняет почву;
– производительность ГЭС легко контролировать (изменяя скорость потока воды);
– возможность аккумуляции энергии;
– как правило, вода в водохранилищах чистая, так как примеси осаждаются на дне [4, 5].
Тем не менее, у «чистой» гидроэнергии существует ряд недостатков:
– строительство гидроэлектростанции может создать загрязнение окружающей среды;
– изменение климата в зонах водохранилищ;
– повышение влажности воздуха;
– угроза затопления земель, пригодных для сельского хозяйства;
– сокращение рыбных запасов в случае плохой работы рыбоподъемников;
– плотина снижает уровень растворенного в воде кислорода;
– сейсмоактивность горных рек;
– разрушение гидроэлектростанций приведет к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой в десятки метров, которая может привести к наводнению ниже по течению реки и уничтожить близлежащие города [3, 6].
Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах. Засуха может повлиять на поток воды и снизить производительность. Строительство гидроэлектростанции:
– не может осуществляться в любой области, так как требует огромного пространства и определенных условий;
– связано со значительными финансовыми вложениями, однако обслуживание предполагает меньше рабочей силы, чем на других электростанциях.
Таким образом, при строительстве гидростанций необходимо тщательно исследовать вопросы, связанные с ее функционированием и влиянием на окружающую среду. Сооружение бесплотинных ГЭС может стать одним из альтернативных источников энергии, так как они строятся на малых реках, не требуют значительного водотока и способны обеспечивать электроэнергией небольшие районы или поселки.
Литература:
1. Аль-Бермани А. Г. Гидроэлектроэнергия // Молодой ученый. 2015. № 5. С. 115–118.
2. Гидроэнергетика — вред или польза для экологии. https://pinega-zapovednik.ru/58-gidroenergetika-vred-ili-polza-dlya-ekologii.html (дата обращения: 21.04.2015).
3. Достоинства и недостатки гидроэнергетики. https://altaempresa.ru/dostoinstva-i-nedostatki-gidroenergetiki/ (дата обращения: 21.04.2015).
4. Преимущества и недостатки гидроэлектростанций https://www.enersy.ru/energiya/preimuschestva-i-nedostatki-gidroelektrostantsiy.html (дата обращения: 21.04.2015).
5. Экологические проблемы энергетического обеспечения человечества https://nuclphys.sinp.msu.ru/ecology/ecol/ecol05.htm (дата обращения: 21.04.2015).
6. Экологические характеристики гидроэнергетики. https://lib4all.ru/base/B1836/B1836Part30–129.php (дата обращения: 21.04.2015).
Основные термины (генерируются автоматически): окружающая среда, сельское хозяйство, сооружение ГЭС, строительство гидроэлектростанции.
Традиционно источником дешевой электрической энергии являются гидроэлектростанции (ГЭС). В них энергетический потенциал огромных масс воды преобразуется в электроэнергию.
Что такое ГЭС и как они работают
Чаще всего для них на реках сооружаются плотины, благодаря которым образуются огромные хранилища водного ресурса. При этом река, на которой предполагается строить электростанцию, должна быть полноводной, чтобы наверняка круглогодично обеспечивать водой турбины электрогенераторов. Кроме того, она должна иметь максимально большой уклон. Идеальным вариантом для строительства ГЭС являются образуемые руслами рек каньоны.
Создаваемая для размещения станции плотина и другие гидротехнические сооружения обеспечивают нужный напор водяного потока, вращающего лопасти гидротурбин и роторы электрогенераторов. Помимо использования напора воды для производства электроэнергии может использоваться естественный ток водяного потока, называемый деривацией. Иногда одновременно используется оба варианта энергии воды.
Необходимое электростанции оборудование для выработки электроэнергии монтируется непосредственно в помещении гидроэлектростанции. Там в отдельных залах устанавливаются агрегаты, которые напрямую преобразуют силу водяного потока в механическую энергию турбин, а затем в электроэнергию.
Кроме того ГЭС должна быть оснащена другим различным оборудованием, с помощью которого организуется контроль работы станции, управление нею. Нормальная работа станции невозможна без устройств, которые распределяют и трансформируют электроэнергию, множества других систем.
Какими они бывают
В соответствии с генерируемой мощностью ГЭС принято делить на категории. Это связано с расходом воды и силой ее напора, а также эффективностью установленных на станции генераторов и водяных турбин. Станции, дающие 25 и более МВт, считаются мощными. К среднемощностным относят те, которые производят менее 25 МВт. Производительность станций, относящихся к маломощным, не превышает 5 МВт.
ГЭС бывают высоконапорными, когда вода поступает с высоты свыше 60 м, среднего напора высотой от 25 м и низконапорными, где высота воды может быть от трех до 25 метров. Их турбины располагаются в железобетонных или стальных камерах. У них могут быть разные конструкции и технические параметры, связанные с показателями рабочего напора воды.
На станциях высокого напора эксплуатируются радиально-осевые и ковшовые турбины. Их устанавливают в специальных спиралевидных камерах из металла. Радиально-осевые и поворотнолопастные турбины применяют преимущественно на станциях, где средние показатели напора. Низконапорные ГЭС в основном оборудуются турбинами с поворачивающимися лопастями.
В зависимости от схемы использования водных ресурсов ГЭС подразделяются на:
- Русловые.
- Приплотинные.
- Деривационные.
- Гидроаккумулирующие.
В первом варианте плотиной река перегораживается полностью. Уровень воды в ней поднимается на проектную высоту. С нее вода сбрасывается прямо к гидротурбинам. Такая станция удобна там, где русло реки сужается, и на реках, протекающих через горы.
В приплотинной схеме также присутствует плотина, однако производственный корпус ГЭС располагается в нижней ее части. Здесь давление воды сильнее, чем в русловом варианте. Это требует сооружения специальных напорных тоннелей для ее подвода к турбинам.
В станциях деривационного типа вода протекает непосредственно через здание ГЭС, где установлены турбины.
Позволяют аккумулировать гидроэнергию для использования ее в периоды пиковых нагрузок гидроаккумулирующие ГЭС. В ненапряженном режиме, например, ночью ее гидротурбины функционируют как насосы, перекачивая воду в верхнее водохранилище. Когда появляются пиковые нагрузки, вода из него направляется в трубопровод, подающий ее на лопасти турбин.
Достоинства гидроэлектростанций
Строительство и эксплуатация гидроэлектростанций сопровождается дискуссиями относительно их плюсов и минусов.
Положительным фактором подобного производства электроэнергии является возобновление используемых природных ресурсов. В результате стоимость полученной таким образом электрической энергии существенно ниже, чем на прочих видах электростанций, Например, на ГЭС России она вдвое меньше, чем на тепловых.
Гидростанции гибки в управлении. С помощью их турбин можно регулировать мощность станции от минимальной до предельной. При этом отличие от тепловых и некоторых других станций они способны быстро набирать рабочую мощность с минимальных показателей.
Функционирование ГЭС не сопровождается вредными загрязнениями воздуха. К положительным факторам можно и отнести влияние их водохранилищ на формирование более умеренных климатических показателей в соответствующем регионе.
Строительство плотин и образование улучшают судоходство, влияют на увеличение рыбных запасов в них, способствуют рыбоводству.
Их минусы
Критики ГЭС обоснованно указывают на проблемы, в первую очередь экологические, которые вызываются их появлением. Прежде всего, это затопление больших массивов сельскохозяйственных угодий, в том числе плодородных земель. Оставшаяся пойменная почва теряет влагу. Исчезают многие виды растительности. В результате в моря и океаны меньше попадает ценных биогенных веществ.
Ограниченные или останавливаемые пропуски воды на плотинах вынуждают видоизменяться уникальным экологических системам в руслах и поймах рек. В результате реки мелеют и загрязняются, сокращается численность рыб, исчезают их некоторые виды. Плотины порой препятствуют нересту проходных рыб, заставляя местные рыбхозяйства приспосабливаться к новым условиям. Некоторые беспозвоночные и другие водные животные исчезают с одновременным появлением обилия мошек. Многие перелетные птицы лишаются привычных мест гнездования.
При проектировании станций и их строительстве приоритет отдается только местностям, располагающим большими водными запасами. Они зачастую находятся намного дальше от потребителей, чем ТЭС. При этом другие факторы не всегда учитываются. Представляют потенциальную опасность ГЭС на горных реках, которые порой сооружаются в районах с высокой сейсмической опасностью.
Указывается на значительно большие капитальные затраты по сравнению с сооружением тепловых станций. При сооружении плотин нужны огромные затраты на строительство шлюзов для перевода судов на нужный уровень воды.