Малая гидроэнергетика Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС

Малая гидроэнергетика

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС) —гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Объекты малой гидроэнергетики условно делят: q «мини» - обеспечивающие единичную мощность до 5000 к. Вт, q «микро» - работающие в диапазоне от 3 до 100 к. Вт. В 50 -60 -х гг. в России работало несколько тысяч малых ГЭС. Сегодня их количество едва достигает нескольких сотен штук.

Гидроагрегат малой ГЭС (МГЭС) состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. По характеру используемых гидроресурсов МГЭС можно разделить на следующие категории: ü новые русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами; ü станции, использующие скоростную энергию свободного течения рек; ü станции, использующие существующие перепады уровней воды в самых различных объектах водного хозяйства - от судоходных сооружений до водоочистных комплексов (а сейчас уже существует опыт использования питьевых водов, а также промышленных и канализационных стоков).

Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии. Основные ресурсы малой гидроэнергетики в России сосредоточены на Северном Кавказе, Дальнем Востоке, Северо-Западе (Архангельск, Мурманск, Калининград, Карелия), на Алтае, в Туве, Якутии, Тюменской области.

Микро. ГЭС (мощностью до 100 к. Вт) можно установить практически в любом месте. Гидроагрегат состоит из энергоблока, водозаборного устройства и устройства автоматического регулирования. Используются микро. ГЭС как источники электроэнергии для дачных поселков, фермерских хозяйств, хуторов, а также для небольших производств в труднодоступных районах - там, где прокладывать сети невыгодно.

Малая энергетика востребована всего на 1%

К малой гидроэнергетике принято относить широкий спектр гидроэнергетических объектов разного типа, с установленной мощностью менее 25 МВт, в том числе мини-ГЭС с установленной мощностью менее 5 МВт и совсем небольшие микро. ГЭС мощностью от 3 к. Вт до 1 МВт. Принципиальное отличие малой энергетики от обычной заключается в отсутствии необходимости сооружения крупных гидротехнических объектов, что упрощает строительство и лицензирование.

Малые ГЭС в Карелии Фонд развития возобновляемых источников энергии “Новая энергия” и правительство Республики Карелия заключили соглашение о совместных действиях по развитию малой гидроэнергетики. Соглашение предполагает совместную разработку и реализацию программы развития малой гидроэнергетики Карелии. В документе оговорены условия взаимодействия и взаимные обязательства в вопросах строительства генерирующих мощностей на базе возобновляемых источников энергии – малых ГЭС.

Фонд “Новая энергия” рассматривает возможность строительства 2 гидроузлов на реках Водла и Чирко-Кемь в Карелии. Совокупная установленная мощность каскада малых ГЭС на реке Водла (Пудожская МГЭС и Верхне-Водлинская МГЭС) составляет 40, 8 МВт; каскада малых ГЭС на реке Чирко-Кемь (Ялгоньпорожская МГЭС и Железнопорожская МГЭС) – 29, 6 МВт. Проекты находятся на стадии предварительной проработки, ведется оценка исходных технико-экономических показателей и анализ их коммерческой эффективности.

Технологии Работа гидроэлектростанций основана на использовании кинетической энергии падающей воды. Для преобразования этой энергии применяются турбина и генератор. Сначала эти устройства вырабатывают механическую энергию, а затем уже электроэнергию. Турбины и генераторы могут устанавливаться непосредственно в дамбе или возле неё. В некоторых случаях используется трубопровод, посредством которого вода, находящаяся под давлением, подводится ниже уровня дамбы или к водозаборному узлу ГЭС.

Индикаторами мощности гидроэлектростанций являются две переменные: ü расход воды, который измеряется в кубических метрах; ü гидростатический напор. Гидростатический напор представляет собой разность высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на каком-то одном из этих показателей или на обоих.

Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные гидрогенераторы. Мощность, развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q, т. е. Р = Н*Q, Вт Мощность ГЭС определяется расходом и напором воды. На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной. Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины — нижним бьефом. Разность уровней верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н. Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии.

Принципиальная технологическая схема ГЭС

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 располагается все энергетическое оборудование. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию, дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и др.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности: ü мощные — вырабатывают от 25 МВТ и выше; ü средние — до 25 МВт; ü малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от: ü напора воды; ü КПД используемого генератора. Уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. Различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Плотина

Плотина - это массивная перемычка, цель которой – удерживать водный поток. В течение долгого времени теории строительства плотин не существовало. После обоснования теоретических постулатов в 1853 году французским инженером Сазилли стали появляться плотины, обеспечивающие повышение уровня воды в реке или её отвода (судоходство или орошение земель).

Проект ГЭС

Нельзя ли построить ГЭС на расстоянии от речного берега?

Можно. Существует несколько вариантов решения проблемы. Авторы идеи утверждают, что главное условие существования установки – наличие воды и напора – можно обеспечить и вдали от рек. Для создания напора предлагается использовать силу взрывной волны. Благодаря этому энергия воды направляется на лопасти гидротурбины.

Представим одиночный энергоблок, который будет состоять из корпуса (железобетонный или металлический цилиндр, заполненный водой) и взрывной камеры. Предполагаемый диаметр цилиндра – от восьмидесяти до ста двадцати сантиметров, высота достигает двух метров. На высоте полутора метров устанавливается гидротурбина, лопасти которой сконструированы особым образом: ось выходит на крышку цилиндра, где соединяется через редуктор с генератор тока.

Как же такое устройство обеспечивает преобразование энергии воды в электроэнергию? В камере происходит взрыв определенного количества вещества. Взрывная волна жидкости проходит по стволу и попадает в цилиндр. Вследствие этого происходит вращение лопастей турбины, что, в свою очередь, является причиной работы гидрогенератора.

По мнению разработчиков проекта, самым важным условием для обеспечения эффективности изобретения является правильный расчёт веса взрывной волны, необходимого для производства волны, а не всплеска. Должна быть точно рассчитана периодичность взрывов, что позволит избежать перерывов в действии устройства и не снижать скорость вращения лопастей. На стадии разработки находятся и другие варианты подобных установок.

+ ü Возможность децентрализованной подачи энергии ü Нет многих недостатков, характерных для больших ГЭС, а именно: дорогостоящие трансмиссии, проблемы, связанные с негативным воздействием на окружающую среду. ü Как правило, не имеют больших водохранилищ, то есть вода не собирается позади дамбы. ü Рентабельными из-за их продолжительного срока службы (более 70 лет) и низких затрат на техническое обслуживание.

Ø Вырабатывают электроэнергию, если естественный уровень воды в реке достаточен, но в периоды высыхания реки или падения скорости потока ниже определенной величины производство электроэнергии приостанавливается. Ø Высокие капитальные затраты - самый большой барьер на пути широкомасштабного развития малой гидроэнергетики. Ø Срок окупаемости 7 -10 лет

Гидроаккумулирующие электростанции

В период малых нагрузок гидроагрегаты станции заняты перекачкой воды из низового водоёма в верховой. Во время повышенной нагрузки происходит использование запасённой воды для выработки пиковой энергии. Обратимые гидроагрегаты обеспечивают работу турбинных и насосных режимов и представляют собой соединение синхронной электрической машины и гидравлической насос-турбины.

Несомненным преимуществом данного типа гидростанций является наличие высокого напора. Это позволяет устанавливать более эффективные аккумуляторы. Встречаются и станции смешанного типа. Часть установленных гидроагрегатов способна работать в двух режимах: турбинном и насосном. Другая часть работает только в турбинном режиме. Использование таких станций позволяет накапливать большее количество воды и вследствие этого производить больше электроэнергии в периоды повышенной нагрузки.

Приливные электростанции

Для создания экономичной приливной станции должен быть большой перепад уровней во время отлива и прилива (не менее 6 метров), особенности береговой линии, которые позволяют создать плотину и водный бассейн соответствующих размеров. Проекты приливных электростанций обычно предусматривают наличие двух бассейнов. Это верховой и низовой водоёмы. Каждый из них должен быть дополнен водопропускными отверстиями и затворами. Во время прилива верховой бассейн заполняется водой, а затем отдаёт всю воду низовому, который опорожняется при отливе.

Водяная мельница

Гидроэнергетика в девятнадцатом столетии Водяная турбина

Гидроэлектроэнергетика в двадцатом веке

Лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина являются Норвегия, Исландия и Канада Китай является мировым лидером по количеству малых гидроэлектростанций. Наиболее крупные ГЭС расположены на территории Китая (Санься на реке Янцзы), Бразилии (Итайпу на реке Парана и Тукуруи на реке Токантин), Венесуэлы (Гури на реке Карони).

На территории Российской Федерации функционируют сто две гидроэлектростанции. Суммарная мощность всех работающих российских гидроагрегатов – сорок пять миллионов киловатт. При этом доля гидроэлектростанций в общем объёме получаемой российской энергии составляет двадцать один процент. Россия находится на втором месте по экономическому потенциалу гидроресурсов (около 852 миллиардов киловатт в час).