Малая гес. Гидроэлектростанции и жизненная среда. Гидроэнергетический потенциал России и его использование

Гидроэнергетический потенциал России и его использование

Создание напора и основное оборудование ГЭС

Энергия и мощность ГЭС

Гидроаккумулирующие электростанции

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Подобные документы

Малые ГЭС

Типы мини ГЭС

Достоинства и недостатки различных систем миниГЭС

Конструкция малой гидростанции

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

Выгоды использования мини-ГЭС:

Особенности малых ГЭС

Преимущества и недостатки малых ГЭС

Регионы развития и технологические ограничения

Идеи для бизнеса. Займы. Дополнительный заработок / Монеты и банкноты / Малая гес. Гидроэлектростанции и жизненная среда. Гидроэнергетический потенциал России и его использование

26.12.2023

При помощи гидротурбин разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках (чаще всего — в руслах рек). Как правило, создание гидроэлектростанции требует возведения плотины, в которой устанавливаются гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.

Мы рассмотрим возможности производства энергии при помощи малых ГЭС и микро-ГЭС (МГЭС). В российской практике под микро-ГЭС подразумевают станции мощностью до 100 кВт, а под малыми - общей установленной мощностью до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром рабочего колеса гидротурбины до 3 м.

Как считают эксперты, подобная классификация затрудняет расчет валового энергетического потенциала малой гидроэнергетики, поскольку не позволяет определить технические параметры гидроэлектростанции. При этом под валовым потенциалом ВИЗ понимается его средний годовой объем, содержащийся в данном ресурсе, при полном его превращении в полезную энергию. На эту проблему следует обратить внимание, поскольку все расчеты потенциала возобновляемых энергоресурсов базируются на моделях и методиках, определяющих точность конечного результата, а значит и эффективность применения конкретного энергоресурса в конкретных условиях.

В наиболее полной работе по оценке гидроэнергетических ресурсов СССР, опубликованной в 1967 г., к категории МГЭС относились все гидроэлектростанции, создаваемые на равнинных реках, имеющие валовой потенциал до 2.0 МВт и горных - до 1.7 МВт. Эти классификационные признаки считаются оптимальными, поскольку не относятся к техническим параметрам будущих ГЭС.

В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых реках и водотоках. Хотя малые реки являются одним из наиболее распространенных типов водных объектов, единого подхода к их определению в настоящее время нет. Применяются различные критерии при определении понятия малая река (малый водоток).

Прежде всего используют количественные критерии. В соответствии с ГОСТ 17.1.1.02-77,; у малой реки площадь водосбора не превышает 2000 км2, а средний многолетний сток в период низкой межени (минимальный уровень I воды) не превышает 5 м3/с. В то же время, согласно другой систематике, площадь водосбоpa малой реки не должна превышать 200 км2, а ее длина должна быть не более 100 км. Также есть примеры того, как при классификации учитывается возможность хозяйственного использования малых рек. Но единого, общепринятого подхода к определению понятия «малая река» в России нет.

Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования.

В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Возможные проблемы, связанные с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее выражены, но о них также следует сказать.

Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей - ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).

Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики - разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.

Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики в России, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования - по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.

Гидропотенциал России, его использование

Согласно сделанным в начале 60-х годов XX века оценкам, СССР располагал 11.4% мировых гидроэнергетических ресурсов. Средняя годовая мощность гидроресурсов бывшего СССР оценивалась в 434 млн. кВт (3.800 млрд. кВт. ч отдачи энергии в год). Расчеты показывали, что технически возможно и экономически целесообразно получать около 1.700 млрд. кВ ч электроэнергии, что более чем в 5 раз превышало выработку всех электростанций страны в тот период.

Основная часть этого гидропотенциала (74%) располагалась на территории Российской Федерации. Средняя годовая потенциальная мощность гидроресурсов России оценивалась в 320 млн. кВт (производство - 2.800 млрд. кВт ч в год), из которых выработка более 1.340 млрд. кВт ч в то время была технически возможна.

Таблица 1 Характеристики некоторых действующ их в России МГЭС
Место расположения/назначение	Год создания		Установленная мощность (кВт)	Количество агрегатов	Общая мощность
Кировская обл./агроферма		микро-ГЭС-10
Адыгея/подача питьевой воды		микро-ГЭС-10
Адыгея/подача питьевой воды
Кабардино-Балкария/Акбаш
Краснодарский край/Краснодарская ТЭЦ
Республика Тыва/Уш Бельдыр		микро-ГЭС-10
Республика Тыва/пос. Кызыл Хая, р. Мочен-Бурен		микро-ГЭС-50ПР
Республика Алтай/Кайру
Карелия/Киви-Койву		микро-ГЭС-50Д
Карелия/Ланденпохский р-н		микро-ГЭС-10
Ленинградская обл./Лужский		микро-ГЭС-50ПР микро-ГЭС-10
Башкирия/Таналыкское водохранилище		микро-ГЭС-50ПР
Башкирия, пос. Табулды		микро-ГЭС-10
Башкирия/Узянское водохранилище		микро-ГЭС-50ПР
Башкирия/Соколки		микро-ГЭС-50ПР
Московская область, оз. Сенеж		Ветро-МГЭС		2 гидроагрегата 2 ветроагрегата
Ярославская обл. р. Нерль-Волжская		Восстановительная МГЭС
При составлении таблицы использованы источники: 1) Бляшко Я.И., Опыт МНТО ИНСЭТ по созданию и эксплуатации Оборудования для микро- и малых ГЭС, периодический научно-технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004; 2) Малик Л.К. Проблемы и перспективы создания малых ГЭС на малых реках, периодический научно-технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004; 3) Историк Б.Л., Усачев И.Н., Шполянский Ю.Б., Малая нетрадиционная морская, речная и геотермальная энергетика, периодический научно-технический журнал «Малая энергетика» № 1, 2004.

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива и соответствующим увеличением его стоимости, представляется необходимым обеспечить максимально возможное развитие гидроэнергетики, являющейся экологически чистым возобновляемым источником электроэнергии.

При оптимистическом и благоприятном вариантах развития выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях может возрасти до 180 млрд. кВт ч в 2010 г. и до 215 млрд. кВт ч в 2020 г. с дальнейшим увеличением до 350 млрд. кВт ч за счет сооружения новых гидроэлектростанций. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

Исторический экскурс

В настоящее время гидроэнергетический потенциал практически полностью реализуется за счет больших и гигантских ГЭС. Вместе с тем, согласно имеющимся данным, в 1913 г. число действовавших в России ГЭС составляло 78 единиц, общей мощностью 8.4МВт. Крупнейшей из них была ГЭС на р. Мургаб, мощностью 1.35 МВт. Таким образом, согласно современной классификации, все действовавшие в то время ГЭС являлись малыми.

Менее чем через 30 лет - в 1941 г. в России работали 660 малых сельских ГЭС, общей мощностью 330 МВт. На 40-е и 50-е годы XX века пришелся пик строительства МГЭС, когда ежегодно в эксплуатацию вводились до 1000 объектов. По разным оценкам, к 1955 г. на территории Европейской части России насчитывалось от 4000 до 5000 МГЭС. А общее количество МГЭС в СССР после окончания Великой Отечественной войны составляло 6500 единиц.

Правда, уже в начале 50-х годов, в связи с переходом к строительству гигантских энергетических объектов и присоединением сельских потребителей к централизованному электроснабжению, это направление энергетики утратило государственную поддержку, что привело практически к полному разрушению и упадку созданной прежде инфраструктуры. Прекратилось проектирование, строительство, изготовление оборудования и запасных частей для малой гидроэнергетики.

В 1962 г. в СССР насчитывалось 2665 малых и микро-ГЭС. В 1980 г. их было около 100 с суммарной мощностью 25 МВт. А к моменту распада СССР в 1990 г. действовавших МГЭС оставалось всего 55. Согласно данным разных источников, в настоящее время по всей России действуют от нескольких десятков (60-70) до нескольких сотен (200-300) единиц.

Программой развития гидроэнергетики СССР до 2000 г. предусматривалось увеличение мощности действующих ГЭС почти в два раза. Предполагалось построить 93 новых гидроэлектростанции, затопить 2 млн. га плодородных земель и переселить с затопляемых территорий более 200 тыс. человек. (Малым ГЭС в этих планах места не нашлось.) Распад СССР и экономический кризис не позволили реализовать эти грандиозные планы.

В течение последних 10 лет доля вырабатываемой на гидростанциях электроэнергии в общем энергетическом балансе России снижается. В 1995 г. она составляла 21%, в 1996 г. - 18%, в 1997 г. - 16%. Это связано как с устареванием и износом оборудования на гидроэнергетических гигантах прошлого, так и с увеличением в энергобалансе страны доли более удобного энергоресурса - природного газа.

По мнению экспертов, в ближайшем будущем выработка электроэнергии на гидростанциях будет увеличиваться. Это будет происходить преимущественно в регионах с децентрализованным электроснабжением за счет ввода в действие новых малых ГЭС, которые будут замещать устаревающие и неэкономичные дизельные электростанции.

Место малой гидроэнергетики среди других ВИЗ

В производстве электроэнергии малая гидроэнергетика России делит первенство с тепловыми электростанциями на биотопливе. Согласно имеющимся данным за 2002 и 2003 гг., на МГЭС и био-ТЭС было произведено примерно равное количество электроэнергии - по 2.4 млрд. кВт ч (2002 г.) и по 2.5- 2.6 млрд. кВт ч (2003 г.). То есть вклад каждого из этих ресурсов в выработку электроэнергии в России составлял менее 0.3%.

Общая установленная мощность 59 МГЭС, сведениями о которых мы располагаем, составляла 610 МВт в 2001 г. Согласно экспертным оценкам, в настоящее время этот показатель выше. При этом средние значения КИУМ для действующих МГЭС составляли 38-53%, а столь важный для расчета эффективности энергоустановки показатель, как расход электроэнергии на собственные нужды, не превышал 1.5%.

Принятая в 1997 г. Федеральная целевая программа «Топливо и энергетика» предусматривала ускорение создания МГЭС, но слабое бюджетное финансирование не позволило выполнить ее в полном объеме.

Несмотря на финансовые проблемы, производится строительство новых и восстановление действовавших прежде, но остановленных и частично разрушенных МГЭС. В большинстве случаев их строительство и ввод в эксплуатацию производится без участия средств федерального бюджета. Для этого привлекаются средства из местных бюджетов, средства спонсоров и инвесторов.

В новом строительстве преобладают микро-ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 10 до 50 кВт, объединенные в системы по 2-5 единиц. Строятся малые ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 200 до 550 кВт, объединенных в системы по 2-7 единиц.

Как правило, МГЭС создаются в удаленных районах, где существует проблема с завозом органического топлива (в большинстве случаев - дизельного топлива, реже - угля). В Адыгее построены 2 МГЭС мощностью 50 и 200 кВт, используемые для подачи питьевой воды. В Кабардино-Балкарии построена МГЭС мощностью 1100 кВт. В 2003 г. в Краснодарском крае установлены 7 гидроагрегатов по 350 кВт. В республике Тыва и на Алтае построены 3 МГЭС с агрегатами 10, 50 и 200 кВт, объединенные по 2-3 единицы. В Карелии и Ленинградской обл. - 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. В Башкирии также 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. Кроме этого были построены заново или восстановлены другие МГЭС.

Ожидаемые сдвиги в энергобалансе

По мнению экспертов, основное назначение МГЭС в ближайшие годы будет заключаться в замещении завозимого в удаленные регионы России органического топлива (в первую очередь - дизельного) с целью снижения расходов федерального бюджета и повышения эффективности и энергетической безопасности энергодефицитных регионов. Строительство МГЭС производится на охраняемых природных территориях и в местах с достаточно стабильным режимом водности малых водотоков.

Планируется создание 5 МГЭС на реках Корякского АО. Это позволит заместить в энергобалансе до 18 тыс. т дизельного топлива, что составляет 30% от общего объема, ежегодно завозимого в регион.

В Дальневосточном регионе в настоящее время действуют более 3000 дизельных электростанций (ДЭС) мощностью до 500 кВт. Электроснабжение региона полностью зависит от стабильности поставок дизельного топлива и качества оборудования для его сжигания. Стоимость как самого дизельного топлива, так и его доставки в настоящее время столь высока, что возникла срочная необходимость в его замещении другими энергоресурсами. Кроме того, износ оборудования большинства ДЭС так велик, что необходимо срочно решать вопрос стабильности электроснабжения региона.

В этих условиях организации, проектирующие МГЭС и производящие соответствующие обследования малых водотоков выявили более 200 мест для строительства МГЭС, что позволит, по приблизительным оценкам, производить до 1.5 млрд. кВт ч электроэнергии в год. В соответствии с более поздними исследованиями, электроснабжение ряда населенных пунктов Дальнего Востока и Приморья может быть оптимизировано за счет строительства 7-8 МГЭС, расположенных вблизи потребителей и объединенных в местную энергосистему.

Реализация этих проектов поможет сократить объем завозимого в регион дизельного топлива на 28 тыс. т в год, что высвободит автотранспорт и сократит загрузку местных портов. Все это существенно увеличит энергетическую независимость Дальнего Востока и Приморья.

Возможности восстановления разрушенных МГЭС

В разных регионах России до настоящего времени встречаются руины МГЭС, которые еще в середине XX века снабжали населенные пункты и сельскохозяйственные предприятия электроэнергией. Проведенные в последние годы инженерные обследования разрушенных МГЭС показали, что на многих объектах сохранились бетонные сооружения, восстановление которых может быть экономически оправданно.

Среди преимуществ реконструкции и восстановления разрушенных МГЭС эксперты называют следующие: автономность снабжения местных потребителей электроэнергией, независимость от сетей РАО «ЕЭС России»; уменьшение расходов на создание местных линий электропередач; уменьшение нагрузки на локальные электрические сети РАО ЕЭС России; уменьшение расходов на дорогостоящее органическое топливо; экологическая чистота гидроэнергетики.

Начиная с 1995 г. в НИИ энергетического строительсва производят работы по созданию базы данных гидротехнических сооружений и МГЭС на малых реках Европейской части России. В настоящее время база данных содержит сведения о 200 подобных объектах на реках бассейна верхней и средней Волги, а также северо-запада России. По 100 объектам выполнено инженерное обследование сооружений. Ряд объектов имеет проектную документацию. Практически все гидротехнические объекты, включенные в базу данных, имели в составе гидроэлектрические установки. На реках строились каскады из 2- 6 МГЭС, которые формировали хозяйственную прибрежную инфраструктуру. Кроме того, каскады обеспечивали защиту от наводнений.

Специалисты НИИЭС провели обследования некоторых частично разрушенных МГЭС и выполнили технико-экономические обоснования их восстановления. Среди обследованных объектов Веселовская МГЭС (Ростовская обл.), Копылковская МГЭС (р. Великая, Псковская обл.), Петровская и Мирславльская МГЭС (р. Нерль, Ивановская обл.).

Для поиска оптимальных инженерно-технических решений по восстановлению МГЭС в 2003 г. была построена Хоробровская МГЭС (р. Нерль-Волжская, Ярославская обл.) мощностью 160 кВт, вырабатывающая 840 тыс. кВт ч электроэнергии. Она была восстановлена как постоянно действующая опытно-экспериментальная база ОАО НИИЭС РАО «ЕЭС России» для испытания в натурных условиях новых технологий и оборудования для технического перевооружения гидроэнергетики - в т.ч. малой. Эта МГЭС работает в полностью автоматическом режиме как в отношении выработки электроэнергии, так и при пропуске паводков. На водосливной плотине МГЭС установлены экспериментальные автоматические затворы и Гидроплюс, выполненные при участии французских специалистов.

В 2004 г. на оз. Сенеж (Московская обл.) введена в эксплуатацию восстановленная малая гидроэнергетическая установка XIX века барона Кноппа, построенная на основе гидроэнергетических сооружений середины XVIII века. Гидроэнергетическое оборудование восстановленной МГЭС представляет собой ортогональную гидротурбину, позволяющую эффективно использовать низконапорные плотины, изготовленную на предприятии «Прометей» в подмосковном Чехове. В дополнение к МГЭС, на ее плотине установлены ортогональные энергетические ветроустановки с новой конструкцией аэродинамического торможения. Сочетание работы МГЭС и ветровых машин позволит оптимизировать производство электрической мощности, поставляемой в местную электросеть.

Суммарная мощность гидро-ветрокомплекса составляет 70 кВт. Он состоит из двух ветроагрегатов по 10 кВт и двух гидроагрегатов мощностью 45 и 5 кВт. В ходе испытаний предполагается проверить способность комплексной системы работать на сеть и на локальную нагрузку, что позволит использовать подобные энергокомплексы для электроснабжения потребителей в удаленных регионах.

В целом можно сказать, что малая гидроэнергетика в своем развитии испытывает те же проблемы, что и энерготехнологии на остальных возобновляемых источниках энергии. Если бы всего несколько процентов от тех субсидий, которые направляются из федерального бюджета на поддержку тепловой или атомной энергетики, или так называемого «северного топливного завоза», направлялись государственными структурами на развитие возобновляемой энергетики, - наша страна могла бы смотреть в будущее с гораздо большим оптимизмом.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода; этими колесами приводились в движение мельничные постава и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т.д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС)

Малые и микроГЭС - объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет). Строительство МГЭС имеет также широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами.

В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 10 МВт (в некоторых странах до 50 МВт).

Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков. В малых, микро- или нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны. Они не имеют многих недостатков, характерных для больших ГЭС, а именно: дорогостоящие трансмиссии, проблемы, связанные с негативным воздействием на окружающую среду.

1. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ

Малая гидроэнергетика за последние десятилетия заняла устойчивое положение во многих странах мира. Например, в 2005 году суммарная мощность малых ГЭС в мире выросла на 8% (5 ГВт) и достигла 66 ГВт, причем она составила 36% от суммарной мощности всех возобновляемых источников энергии (исключая большую гидроэнергетику) и 1.6% от общих электроэнергетических мощностей. Таким образом, можно сказать, что МГЭС являются одним из основных источников получения электроэнергии среди возобновляемых ресурсов.

Развивающиеся страны строят малые ГЭС в качестве автономных источников электроэнергии в сельской местности.

В Швейцарии доля производства электроэнергии на МГЭС достигла 8,3%, в Испании - 2,8%, в Швеции - почти 3%, а в Австрии - 10%. Лидирующие позиции по совокупным генерирующим мощностям МГЭС занимают: Китай (47 ГВт), Япония (4 ГВт), США (3,4 ГВт), Италия и Бразилия.

По данным ESHA (European Small Hydropower Association), в 2011 году суммарная установленная мощность МГЭС в мире составила 87 ГВт.

Суммарные мощности МГЕС:

Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика будет оставаться одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии. Латинская Америка, Северная Америка и Европа имеют значительный гидроэнергетический потенциал, большая часть которого уже использована. В Восточной, Южной Азии и Африке малая гидроэнергетика еще недостаточно развита, что говорит о большом потенциале ее использования в этих странах.

1.2 В РОССИИ

возобновляемый источник гидроэнергетика малый

В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны. До сих пор тут можно встретить населенные пункты, в которых электричества не было никогда. Причем не всегда это поселения Крайнего Севера или Сибири. Электрификация не затронула, например, некоторые уральские поселки - края, который вряд ли назовешь неблагополучным с точки зрения энергетики. Между тем, электрификация отдаленных и труднодоступных населенных селений - дело не такое уж и сложное. Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.

Технико-экономический потенциал малой гидроэнергетики в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых. В настоящее время он определен в размере 60 млрд. кВт-ч в год. Но используется этот потенциал крайне слабо: всего на 1%. Не так давно, в 1950-60-х годах, у нас действовало несколько тысяч МГЭС. Сейчас - всего лишь несколько сотен - сказались результаты перекосов в ценовой политике и недостаточное внимание к совершенствованию конструкций оборудования, к применению более совершенных материалов и технологий.

В России малая гидроэнергетика представлена бесплотинными гидроэлектростанциями (ГЭС), мощность которых не превышает 30 МВт, а мощность единичного гидроагрегата составляет менее 10 МВт.

В настоящее время по всей России количество действующих МГЭС оценивается от нескольких десятков (60-70 единиц) до нескольких сотен (200-300 единиц).

1.3 В УКРАИНЕ

То, что после Второй мировой войны энергоснабжение Украины осуществлялось в основном за счет малой гидроэлектроэнергетики, помнят разве что историки и специалисты отрасли. Всего на начало 1960-х насчитывалось около 956 малых ГЭС общей мощностью 30 тыс. кВт. Для сравнения: в 1948 году в республике действовали 3 тыс. малых гидроустановок. Однако вследствие развития централизованного электроснабжения и концентрации производства электроэнергии на мощных тепло- и гидростанциях строительство малых ГЭС было остановлено. Началась их консервация, демонтаж, сотни мини-гидроэлектростанций были разрушены, а оборудование разворовано.

К концу 1980-х удалось сохранить всего 49 станций, и до 1995 года малой гидроэнергетикой в Украине практически никто не занимался. Только в 1996 году появились первые энтузиасты, проявившие к ней интерес. Несколько лет назад и на государственном уровне было принято решение пересмотреть энергополитику и заняться возрождением малых ГЭС. Согласно данным ассоциации «Укргидроэнерго», в Украине сегодня работают 81 малая гидроэлектростанция и семь микроустановок общей мощностью 111,75 МВт, что составляет всего около 5% технически возможного потенциала страны.

Из действующих в настоящее время МГЭС государственных - 25, при этом пять из них находятся на балансе Госводхоза и 20 принадлежат соответствующим облэнерго («Винницаоблэнерго» - пять, «Закарпатье облэнерго» - три, «Киевэнерго» - две, «Кировоградоблэнерго» - четыре и т. д.). В случае приватизации облэнерго в частные руки переходят и ГЭС. Кроме этого, многие малые станции находились в коллективной собственности, поскольку были построены колхозами. Именно их сегодня почти полностью выкупили частные собственники. Частными являются и уже восстановленные станции (к примеру, Яблунецкая МГЭС была выкуплена ассоциацией «Новосвит» еще в 2002 году).

Эксплуатация минигидроэлектростанций в Украине дает возможность производить около 250 млн кВт·год электроэнергии на год, что эквивалентно ежегодной экономии до 75 тыс. тонн органического топлива.

2. ПЛЮСЫ И МИНУСЫ МГЭС

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы, т.е. не требуют присутствия человека при эксплуатации. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, т.е. вне электросети энергосистемы края или области, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта). Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики - по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе - можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40-50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

Многие из малых ГЭС не всегда обеспечивают гарантированную выработку энергии, являясь сезонными электростанциями. Зимой их энергоотдача резко падает, снежный покров и ледовые явления (лед и шуга) так же, как и летнее маловодье и пересыхание рек могут вообще приостановить их работу. Сезонность малых ГЭС требует дублирующих источников энергии, большое их количество может привести к потере надежности энергоснабжения. Поэтому во многих районах мощность малых ГЭС рассматривается не в качестве основной, а в качестве дублирующей.

У водохранилищ малых ГЭС, особенно горных и предгорных районов, очень остро стоит проблема их заиления и связанная с этим проблема подъема уровня воды, затоплений и подтоплений, снижения гидроэнергетического потенциала рек и выработки электроэнергии. Известно, например, что водохранилище Земонечальской ГЭС на реке Куре было заилено на 60% в течение 5 лет.

Для рыбного хозяйства плотины малых ГЭС менее опасны, чем средних и крупных, перекрывающих миграционные пути проходных и полупроходных рыб и перекрывающих нерестилища. Хотя в целом создание гидроузлов не устраняет полностью урон рыбному стаду на основных реках, т.к. речной бассейн - это единая экологическая система и нарушения ее отдельных звеньев неизбежно отражаются на системе в целом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из всего вышеизложенного следует, что малая гидроэнергетика занимает устойчивое положение как в мире, так и в Украине.

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствуют мощные источники тока. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные села электричеством. Энергия, выработанная малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями, соответственно, снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергообеспечения. Кроме того, ГЭС могут выполнять и другие задачи, к примеру, защищать прилегающие территории от сезонных паводков.

С учетом ограниченности гидроресурсов в мире можно предположить, что в период до 2030 года темпы развития гидроэнергетики заметно снизятся, но при этом будет поддерживаться диверсификация малой гидроэнергетики. При темпе роста в 4.5-4.7% производство электроэнергии на малых ГЭС достигнет к 2030 году 770-780 ТВт.ч, что будет составлять более 2% всего производства электроэнергии в мире. Таким образом, можно сказать, что малая гидроэнергетика в обозримой перспективе останется одним из самых важных и конкурентоспособных возобновляемых источников энергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Березовский Н.И. и др. Технология энергосбережения

2. Волков С.Г., Гидроэнергетика, СПб, 1997г.

3. Источники энергии. Факты, проблемы, решения, М., Наука и техника, 1997г.

4. Михайлов Л.П. Малая гидроэнергетика

5. Мунц В.А. Энергосбережение в энергетике и теплотехнологиях

6. Непорожний П.С., Попков В.И., Энергетические ресурсы мира, М., Энергоатомиздат, 1995г.

7. Самойлов М.В. Основы энергоргосбережения

Размещено на Allbest.ru

Немного об истории. Гидроэнергетика в Беларуси. Основные схемы использования водной энергии. Описание работы ГЭС. Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду и охрана природы.

реферат , добавлен 01.06.2007

Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.

курсовая работа , добавлен 30.07.2012

Доля альтернативных источников энергии в структуре потребления РФ. Производство биогаза из органических отходов. Технический потенциал малой гидроэнергетики. Использование низкопотенциальных геотермальных источников тепла в сочетании с теплонасосами.

курсовая работа , добавлен 20.08.2014

Изучение альтернативной гидроэнергетики, ее истории и использование в современный период. Исследование энергии волн, морских приливов и отливов. Создание геликоидных турбин. Особенности применения гидроэнергетики в различных областях науки и техники.

реферат , добавлен 14.11.2014

Виды нетрадиционных возобновляемых источников энергии, технологии их освоения. Возобновляемые источники энергии в России до 2010 г. Роль нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в реформировании электроэнергетического комплекса Свердловской обл.

реферат , добавлен 27.02.2010

Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.

реферат , добавлен 18.10.2013

Анализ энергосбережения (экономии энергии) как правовых, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и на внедрение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

реферат , добавлен 24.10.2011

Этапы развития гидроэнергетики Украины. Важность решений проблемы покрытия пиковых мощностей специальными способами. Анализ эффективности малой гидроэнергетики. Значение работы гидроакумулирующих станций, перспективы их применения. Принцип работы плотин.

реферат , добавлен 13.06.2009

Изучение опыта использования возобновляемых источников энергии в разных странах. Анализ перспектив их массового использования в РФ. Основные преимущества возобновляемых альтернативных энергоносителей. Технические характеристики основных типов генераторов.

реферат , добавлен 07.05.2009

Изучение истории рождения энергетики. Использование электрической энергии в промышленности, на транспорте, в быту, в сельском хозяйстве. Основные единицы ее измерения выработки и потребления. Применение нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Под малой гидроэнергетикой понимают производство электроэнергии при помощи гидротурбин разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках. Как правило, создание гидроэлектростанции (ГЭС) требует возведения плотины, в которой устанавливаются гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.

Под микро-ГЭС подразумевают станции мощностью до 100 кВт, а под малыми (МГЭС) - общей установленной мощностью до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром рабочего колеса гидротурбины до 3 м. В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых реках и водотоках. МГЭС могут работать на зарегулированном стоке или без подпора на естественном стоке. Для МГЭС используют также холостые сбросы через плотины крупных гидроузлов и шлюзов, перепады уровней больших масс воды на промышленных предприятиях, сбросы воды горно-обогатительных комбинатов, ТЭЦ, ГРЭС, АЭС и т. д. МГЭС строятся также на ирригационных каналах.

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и микро-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Проблемой малых ГЭС является их уязвимость с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения. Решением проблемы является создание резервных генерирующих мощностей - ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной, фотоэлектрической установки и т.д.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии, когда в зимний и летний периоды в силу снижения расхода на водотоке мощность МГЭС значительно уменьшается.

Факторами, тормозящими развитие малой гидроэнергетики в России, являются:

отсутствие информации у потенциальных пользователей о преимуществах применения МГЭС;
слабая изученность гидрологического режима малых водотоков;
отсутствие научно обоснованных методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность;
низкая производственная и ремонтная база предприятий, производящих оборудование для МГЭС;
отсутствие серийного оборудования для массового строительства МГЭС.

Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода. Этими колесами приводились в движение мельничные жернова и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины энергия воды была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки. В первой половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС).

Малые и микро-ГЭС – объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт). Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном, из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, изза возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств. Строительство МГЭС имеет также широкие перспективы развития в различных регионах мира с трансграничными речными бассейнами.

В настоящее время нет общепринятого для всех стран понятия малой ГЭС. Однако во многих странах в качестве основной характеристики такой ГЭС принята ее установленная мощность. К малым, как правило, относятся ГЭС мощностью до 30 МВт. Малая гидроэнергетика свободна от многих недостатков крупных ГЭС и признана одним из наиболее экономичных и экологически безопасных способов получения электроэнергии, особенно при использовании небольших водотоков. В малых, микро- или нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны.

В последние годы широко распространена практика установки малых гидроэлектростанций. Электростанция подобного типа представляет собой установку, все виды оборудования которого являются гидроэлектрическими устройствами. В зависимости от мощностей установок, они градуируются на мини-ГЭС с мощностью, не превышающей 10 МВт, микроГЭС с мощностью, не превышающей 0,1 МВт, и малые гидроэлектростанции с мощностью от 10 до 30 МВт. Схема устройства гидроэлектростанции приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Схема устройства гидроэлектростанции: 1 – водохранилище; 2 – затвор; 3 – трансформаторная подстанция с распределительным устройством; 4 – гидрогенератор; 5 – гидравлическая турбина

Гидроагрегат малой гидроэлектростанции состоит из энергоблока, водозаборной установки и элементов управления. По виду гидроресурсов, которые используются при работе малых ГЭС, их можно подразделить на:

станции руслового или приплотинного типа, имеющие небольшие по объёму водохранилища;
мини-станции стационарного характера, в работе которых используется энергия свободного потока рек;
гидроэлектростанции, работающие с использованием энергии существующих перепадов уровня воды.

Турбины для гидроагрегатов малых гидроэлектростанций существуют:

осевого типа;
радиально-осевого исполнения;
ковшовой конструкции;
с поворотно-лопастными устройствами.

Турбины применяют в зависимости от напора воды, используемого гидроэлектростанцией. Так, турбины ковшового и радиально-осевого действия разработаны и применяются для высоконапорных мини-станций. Турбины с поворотно-лопастными и радиально-осевыми устройствами применяют на средненапорных ГЭС. На низконапорных станциях малой мощности устанавливают турбины поворотно-лопастного действия.

Принцип действия всех видов турбин одинаков, под напором поступающей на лопасти воды, они осуществляют вращательные движения. Мощность всех гидроэлектрических мини-станций зависит от напора воды и её расхода, от КПД установленных генераторов и турбин.

Выбирая ГЭС малой мощности необходимо учитывать, что всё оборудование должно быть адаптировано для конкретных условий, соответствовать нуждам и назначению объекта и отвечать определённым аспектам. Всё оборудование должно быть оснащено автоматическими системами управления и контроля работы с возможностью перехода на ручное управление в случаях аварийных ситуаций и внезапного отключения электроэнергии. Малые ГЭС должны быть оборудованы надёжными системами защиты и безопасности.

Одним из основных достоинств объектов малой гидроэнергетики является экологическая безопасность. В процессе их сооружения и последующей эксплуатации вредных воздействий на свойства и качество воды нет. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения. Однако и помимо этого у микро- и малых ГЭС немало достоинств. Современные станции просты в конструкции и полностью автоматизированы. Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению, причем станции могут работать как в автономном режиме, так и в составе электросети. Объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

При строительстве и эксплуатации МГЭС сохраняется природный ландшафт, практически отсутствует нагрузка на экосистему. К преимуществам малой гидроэнергетики, по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе, можно также отнести: низкую себестоимость электроэнергии и эксплуатационные затраты, относительно недорогую замену оборудования, более длительный срок службы ГЭС (40–50 лет), комплексное использование водных ресурсов (электроэнергетика, водоснабжение, мелиорация, охрана вод, рыбное хозяйство).

Строительство и реконструкция малых ГЭС позволит не только получить экологически чистую электроэнергию, но и обеспечить электричеством энергодефицитные районы, где отсутствует централизованное электроснабжение. Развитие малой гидроэнергетики способствует децентрализации общей энергетической системы, что позволяет стабильно обеспечивать труднодоступные регионы электричеством. Энергия, вырабатываемая малыми ГЭС, используется ближайшими потребителями. При этом снижаются траты на ее транспортировку, и повышается надежность энергоснабжения.

Малая гидроэнергетика является одним из наиболее понятных для инвесторов направлений развития возобновляемых источников энергии. Развитие малой гидроэнергетики сейчас перспективно в районах с высокой плотностью гидроэнергетических ресурсов, особенно в регионах отсутствия централизованного электроснабжения и дефицита мощностей (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Гидроэнергетические ресурсы регионов Российской Федерации

Наиболее перспективными регионами Российской Федерации для развития малой гидроэнергетики являются Республики Северного Кавказа: Дагестан, Чечня, Ингушетия, Карачаево-Черкессия, Кабардино-Балкария, Северная Осетия, Адыгея, а также Ставропольский и Краснодарский край, Карелия, Мурманская область, Южная Сибирь, Прибайкалье и регионы Дальнего Востока.

Гидроэнергетический потенциал, подобно другим природным ресурсам, оценивается по нескольким категориям для отражения природнофизических, технических и социально-экономических аспектов. Определяются три категории оценки:

валовой гидроэнергетический потенциал, т.е. полный запас энергии, которые несут реки;
технический гидроэнергетический потенциал - часть валового, освоение которой в принципе осуществимо с помощью известных технических средств;
экономический гидроэнергетический потенциал - часть технического, освоение которой представляется экономически эффективным, целесообразным.

Валовой потенциал (теоретические или потенциальные гидроэнергетические ресурсы) определяется по формуле

где Э - энергия, кВт ·ч; Q i - средний годовой расход реки на i -м рассматриваемом участке, м 3 /с; H i - падение уровня реки на этом участке, м; n - число участков; 8760 - число часов в году.

Он подсчитываются в предположении, что весь сток будет использован для выработки электроэнергии без потерь при преобразовании гидравлической энергии в электрическую.

Мировые потенциальные гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 35000 млрд кВт·ч в год, потенциальные ресурсы России составляют 2896 млрд кВт·ч.

Технические гидроэнергетические ресурсы всегда меньше теоретических, так как они учитывают потери:

гидравлических напоров в водоводах, бьефах, на неиспользуемых участках водотоков;
расходов воды на испарение из водохранилищ, фильтрацию, холостые сбросы и т.п.;
энергии в различном гидроэнергетическом оборудовании.

Технические ресурсы характеризуют возможность получения энергии на современном этапе.

Технические гидроэнергетические ресурсы России составляют 1670 млрд кВт·ч в год, в том числе по МГЭС - 382 млрд кВт·ч в год.

Выработка электроэнергии на действующих ГЭС России в 2002 г. составила 170,4 млрд кВт·ч, в том числе на МГЭС - 2,2 млрд кВт·ч.

Экономические гидроэнергетические ресурсы существенно зависят от прогресса в энергетике, удаленности ГЭС от места подключения к энергосистеме, обеспеченности рассматриваемого региона другими энергетическими ресурсами, их стоимостью, качеством и т.п.

В табл.4.1 приведены значения экономически эффективного гидроэнергетического потенциала России.

Таблица 4.1 Экономически эффективный гидроэнергетический потенциал России, ТВт·с/год

В 2003 г. на МГЭС России было выработано около 2,5 млрд кВт·ч электроэнергии, что составило менее 0,3% от общей выработки электроэнергии в России. Для сравнения, на конец 1980-х гг., малыми ГЭС США и Китая соответственно вырабатывалось 28 и 11 млрд кВт·ч электроэнергии.

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива и соответствующим увеличением его стоимости, представляется необходимым обеспечить максимально возможное развитие гидроэнергетики. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

Примерно 17% общего гидроэнергетического потенциала страны приходится на малые реки. Полный энергетический потенциал этих рек оценивается в 360 млн т у.т. в год, из которого технический - 125 млн т у.т. (35%), экономический - 65 млн т у.т. (18%). Он может быть реализован путем строительства малых ГЭС.

Около 40% гидроэнергетического потенциала рек Северного Кавказа приходится на Дагестан, что в общем энергетическом потенциале составляет 50,8 млрд кВт·ч в год. До 1990-х гг. экономически целесообразный потенциал рек Дагестана оценивался в 16 млрд кВт·ч. Из них 12 млрд кВт·ч предполагалось освоить большими и средними ГЭС, а 4 млрд кВт·ч - малыми ГЭС. В настоящее время идет переоценка экономически целесообразного потенциала рек Дагестана, в сторону его увеличения, в том числе и доли, приходящейся на малые ГЭС.

На 1940–1950-е гг. пришелся пик строительства МГЭС, когда ежегодно в эксплуатацию вводились до 1000 объектов. По разным оценкам к 1955 г. на территории Европейской части России насчитывалось от 4000 до 5000 МГЭС. А общее количество МГЭС в СССР после окончания Великой Отечественной войны составляло 6500 единиц.

В начале 1950-х гг., в связи с переходом к строительству крупных энергетических объектов и присоединением сельских потребителей к централизованному электроснабжению, это направление энергетики утратило государственную поддержку, что привело практически к полному разрушению и упадку созданной прежде инфраструктуры. Прекратилось проектирование, строительство, изготовление оборудования и запасных частей для малой гидроэнергетики.

К моменту распада СССР в 1990 г. действовавших МГЭС оставалось всего 55. Согласно данным разных источников, в настоящее время по всей России действуют от 70 до 350 МГЭС.

В последние годы доля вырабатываемой на гидростанциях электроэнергии в общем энергетическом балансе России снижается. В 1995 г. она составляла 21%, в 1996 г. - 18%, 1997 г. - 16%. Это связано как с устареванием и износом оборудования на гидроэнергетических гигантах прошлого, так и с увеличением в энергобалансе страны доли более удобного энергоресурса - природного газа.

По мнению экспертов, в ближайшем будущем выработка электроэнергии на гидростанциях будет увеличиваться. Это будет происходить преимущественно в регионах с децентрализованным электроснабжением за счет ввода в действие новых МГЭС, которые будут замещать устаревающие и неэкономичные дизельные электростанции.

Основное назначение МГЭС в ближайшие годы будет заключаться в замещении завозимого в удаленные регионы России органического топлива с целью снижения расходов федерального бюджета и повышения эффективности и энергетической безопасности энергодефицитных регионов.

В Дальневосточном регионе действуют более 3000 дизельных электростанций. Электроснабжение региона полностью зависит от стабильности поставок дизельного топлива. Из-за высокой стоимость дизельного топлива и его доставки возникла необходимость в его замещении другими энергоресурсами. Электроснабжение региона может быть оптимизировано за счет строительства МГЭС.

В последние годы разработаны схемы использования гидроресурсов и определены первоочередные объекты возможного строительства с учетом нужд потребителей. На Камчатском полуострове планируется строительство 20 МГЭС. В первую очередь намечено ввести в эксплуатацию шесть ГЭС общей установленной мощностью 50,2 МВт. Эти электростанции будут возводиться на реках, где не развито промысловое рыбоводство, или же они будут строиться без плотин. Во вторую очередь будут введены в строй еще 11 ГЭС общей мощностью 132,8 МВт. До 2015 г. завершится строительство еще трех ГЭС, суммарная мощность которых составит 300 МВт.

Северный Кавказ также относится к энергодефицитным регионам. В последние годы построены МГЭС в Адыгее (250 кВт), КабардиноБалкарии (1100 кВт), Краснодарском крае (2450 кВт).

По программе строительства малых ГЭС в Дагестане отобрано 20 наиболее перспективных проектов в бассейне р. Сулак с суммарной мощностью 46200 кВт, выработкой электроэнергии 274,4 млн кВт · ч и 12 наиболее перспективных МГЭС в Южном Дагестане с общей мощностью 11700 кВт, с суммарной среднегодовой выработкой электроэнергии 68 млн кВт·ч. Пущены в эксплуатацию Ахтинская МГЭС (1800 кВт), Агульская МГЭС (600 кВт), Аракульская МГЭС (1200 кВт), Амсарская МГЭС (1000 кВт), Курушская МГЭС (480 кВт), Бавтугайская МГЭС (600 кВт), Гунибская МГЭС (15000 кВт), Магинская МГЭС (1200 кВт), Шиназская МГЭС (1400 кВт).

Программа ОАО «ГидроОГК» по строительству и восстановлению МГЭС предусматривает ввод 300 МВт мощностей на малых гидростанциях к 2010 г. и 3000 МВт мощностей к 2020 г. (преимущественно на Северном Кавказе).

Расширение сети МГЭС позволит снабжать горные районы электроэнергией в полном объеме, что приведет к резкому улучшению социальных условий жизни горцев, расширению существующих и созданию новых производств (оросительных систем, цехов по выпуску строительных материалов, систем водоснабжения и водоотведения, агропромышленных комплексов и т.п.) и, соответственно, к созданию дополнительных рабочих мест. В конечном итоге снабжение электроэнергией горных районов на основе использования возобновляемой и экологически чистой гидравлической энергии будет способствовать возрождению и развитию отдаленных горных селений и закреплению на местах коренного населения.

Для создания напора на ГЭС могут использоваться следующие схемы:

плотинная, при которой напор создается плотиной;
деривационная, когда напор создается с помощью деривации (отведения, отклонения), выполняемой в виде канала, туннеля или трубопровода;
комбинированная, в которой напор создается плотиной и деривацией.

Плотинная схема предусматривает создание подпора уровня водотока путем сооружения плотины. Образующееся при этом водохранилище может использоваться в качестве регулирующей емкости, позволяющей периодически накапливать запасы воды и более полно использовать энергию водотока.

В деривационной схеме отвод воды из естественного русла осуществляется по искусственному водоводу, имеющему меньший продольный уклон. Уровень воды в конце такого водовода оказывается выше уровня воды в реке, и эта разность уровней является напором ГЭС. Чем больше уклон реки и длиннее деривация, тем больший напор может быть получен. Деривация может быть безнапорной - канал, лоток, безнапорный туннель или напорной - напорный туннель, трубопровод. В практике встречаются смешанные схемы ГЭС: плотинно-деривационные, в которых напор создается как плотиной, так и деривацией, и смешанные деривационные, в которых имеются и напорные и безнапорные водоводы.

Деривационные ГЭС сооружают на горных реках и предгорных участках, где имеются значительные уклоны. С помощью деривации могут быть получены напоры 1000 м и более.

Основным энергетическим оборудованием ГЭС являются гидротурбины и генераторы.

Гидравлическая турбина преобразует энергию движения воды в механическую энергию вращения ее рабочего колеса. В зависимости от принципа преобразования энергии гидротурбины разделяются на активные и реактивные.

Активные турбины используют кинетическую часть энергии потока (скоростной напор).

Реактивные турбины (рис.4.1) используют преимущественно потенциальную энергию потока (энергия давления).

Рис. 4.1. Реактивная осевая турбина

На ГЭС турбина и генератор связаны общим валом. Частоты их вращения зависят от числа пар полюсов ротора генератора и частоты переменного тока, которая должна соответствовать стандартной. Чтобы получить скорости агрегатов, близкие к оптимальным, при больших напорах используют турбины с малыми значениями коэффициента быстроходности, а при больших напорах - с большими значениями этого коэффициента.

Объединение «ИНСЭТ» (г. Санкт-Петербург) выпускает гидроагрегаты для МГЭС единичной мощностью до 5000 кВт и для микро-ГЭС мощностью от 3 до 100 кВт. Гидроагрегаты предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками и выпускаются с пропеллерными, радиально-осевыми и ковшовыми турбинами. В комплект поставки входят, как правило, турбина, генератор и система автоматического управления гидроагрегатом.

АО «Тяжмаш» (г. Сызрань) поставляет гидротурбины мощностью 15000 для МГЭС, а также производит ремонт и восстановление отдельных узлов, монтаж и наладку оборудования.

Гидроэнергетическое оборудование для МГЭС разрабатывает НПО «РАНД» (г. Санкт-Петербург). Созданы гидротурбины, позволяющие эффективно использовать низкие напоры. Мощность таких установок составляет от 6–20 до 2500 кВт.

В последние годы разработаны погружные свободнопроточные гидротурбины, использующие для получения мощности скорость течения воды в водотоках и не требующие возведения плотин. Для размещения погружных гидротурбин можно использовать водотоки, имеющие достаточную ширину и глубину, а также скорость течения воды порядка 3 м/с.

Переносные погружные гидротурбины могут найти широкое применение при необходимости в быстром получении электроэнергии с минимальными временными и финансовыми затратами.

Микро-ГЭС (мощностью до 100 кВт) можно установить практически в любом месте. Гидроагрегат состоит из энергоблока, водозаборного устройства и устройства автоматического регулирования (рис.4.2).

Рис. 4.2. Микро-ГЭС

Микро-ГЭС отличаются простотой. Они надежны, экологичны, компактны, быстро окупаемы. В первую очередь микро-ГЭС востребованы как источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств; мельниц, небольших производств в отдаленных, горных и труднодоступных районах, где нет поблизости линий электропередач (а строить такие линии сейчас и дольше, и дороже, чем приобрести и установить микро-ГЭС).

Большое число микро-ГЭС может быть построено на гидроузлах водоснабжения и ирригации. В системах водоснабжения на участках трассы с большой разницей отметок поверхности вместо различного рода гасителей энергии (напора) могут быть построены микро-ГЭС. При расходах воды в пределах от 5 до 100 л/с их мощность может достигать от 20 до 200 кВт.

Интересные конструктивные решения реализуют некоторые зарубежные фирмы. На рис.4.3 представлена конструкция надувной водосливной плотины, предлагаемой фирмой «Dyrhoff». Вместо традиционных для плотин материалов: бетона, стали и дерева фирма использует «пузырь» из армированной резины. Для создания напора плотину надувают воздухом или наполняют водой с давлением, на 20–30% большим напора (h).

Рис. 4.3. Надувная водосливная плотина

На бетонном основании «пузырь» удерживается с помощью анкеров. Компрессор или насос связаны со внутренней полостью плотины через трубопровод, расположенный в бетонном основании. Удобство такой конструкции заключается в том, что, при необходимости можно быстро и легко выпустить воздух из полости и «пузырь» опустится на дно, позволяя воде беспрепятственно проходить вниз по течению. Это свойство плотины наилучшим образом может быть использовано на реках с быстро нарастающими многоводными паводками для транзитного пропуска воды. Возможно применение этих плотин при сезонном пропуске рыбы и льда. Достоинствами этой плотины по данным фирмыпроизводителя является низкий уровень стоимости, простота работы и минимальные эксплуатационные расходы.

Рис. 4.4. Плотина с экраном Coanda

Другим, не менее интересным проектом является водозаборная плотина с экраном Coanda (рис.4.4). На сегодня более 40 водозаборов малых ГЭС в Европе оборудованы такими экранами. Эти экраны обладают свойством самоочищения и поэтому требуют незначительных эксплуатационных расходов. По существу, водозабор состоит из водосливной плотины, через гребень которой переливается вода и на низовой стороне которой располагается наклонная профилированная поверхность экрана, выполненного из коррозионностойкого материала. Через решетчатую структуру экрана вода проваливается вниз и попадает в трубопровод или канал, подающий воду на ГЭС. За счет специальной конфигурации прутьев решетки плавающий мусор, наносы и рыба скатываются по экрану вниз с некоторой частью воды. Экран Coanda способен устранить 90% частиц размером от 0,5 мм.

К ускоренному развитию малой гидроэнергетики могут подтолкнуть аварии, участившиеся в энергосистеме страны, поскольку гидроагрегаты могут быть источниками автономного питания. Другой фактор ускорения - экологические требования к вырабатываемой энергии, что стало еще более актуальным в связи с введением в действие Киотского протокола.

Сегодня малые ГЭС (микро-ГЭС) получили уже распространение во многих странах мира. Они характеризуются большой часовой наработкой, значительными конструктивными запасами и высокой надежностью, не требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала. Экологические последствия от строительства и эксплуатации МГЭС минимальны. Малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу электроэнергии потребителю. МГЭС вырабатывают дешевую электроэнергию, и срок их окупаемости не превышает 3–5 лет.

Мощность (кВт) на валу гидротурбины определяется как

где Q т - расход воды через гидротурбину м 3 /с; H - напор турбины с учетом потерь, м; η т - коэффициент полезного действия (КПД) турбины (η т = 0,93–0,96).

Электрическая мощность генератора

где η ген - КПД гидрогенератора, обычно равный 0,97.

Регулирование мощности агрегата производится изменением расхода воды, проходящей через гидротурбину. Мощность ГЭС в i -й момент времени равна

где Q г i , H г i , η г i - расход, напор и КПД ГЭС в i -й момент времени.

Выработка электроэнергии ГЭС (кВт · ч) за период времени T (ч) определяется по формуле

Годовая выработка электроэнергии ГЭС не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от объема стока, поступившего в водохранилище, степени его регулирования и условий эксплуатации ГЭС.

Электрическая мощность, подведенная к потребителю, меньше мощности, производимой ГЭС. Сумма всех потерь при передаче электроэнергии от ГЭС к потребителю оцениваются при помощи КПД системы передачи и преобразования η пер = 0,92–0,93.

Установленная мощность ГЭС N уст определяется как сумма номинальных (паспортных) мощностей установленных на ней генераторов. Она соответствует максимальной мощности, которую может развивать ГЭС.

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. За счет потребляемой энергии она перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Принципиальная схема ГАЭС

В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как ГЭС. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. В процессе работы ГАЭС за счет разности тарифов потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую в период пика нагрузки (ночью себестоимость электроэнергии ниже из-за небольшого спроса, а днем электроэнергии не хватает). Заполняя провалы нагрузки в энергосистеме, ГАЭС позволяет эксплуатировать тепловые и атомные электростанции в наиболее экономичном и безопасном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме.

Таким образом, ГАЭС не вырабатывает энергию, а лишь перераспределяет ее во времени перекачкой воды из нижнего бассейна в верхний в ночное время и использования запасенной энергии в периоды максимальной нагрузки путем пропуска воды из верхнего бассейна в нижний через турбины ГАЭС.

Достоинством ГАЭС является малый объем требуемых удельных капиталовложений и численности обслуживающего персонала. Они не требуют наличия крупных рек, оказывают меньшее влияние на окружающую среду по сравнению с другими энергоисточниками, хорошо работают и широко используются в режиме синхронного компенсатора, вырабатывая реактивную мощность.

На ГАЭС используют преимущественно обратимые гидромашины, работающие как в насосном, так и в турбинном режиме, и реверсивные электромашины, работающие как генератор или электродвигатель. Обратимые гидромашины создают для напоров до 1000 м.

Эффективность ГАЭС в значительной степени зависит от величины используемого напора: чем он выше, тем эффективнее ГАЭС, что связано прежде всего с уменьшением емкости бассейнов. Так, удельные капиталовложения в ГАЭС при увеличении напора со 100 до 500 м снижаются на 20–25 %.

В промышленно развитых странах интенсивный ввод новых гидроэнергетических мощностей обеспечивается, как правило, строительством ГАЭС.

Загорская ГАЭС-1 является первой и пока единственной ГАЭС в России. ГАЭС-1 располагается в 100 км севернее Москвы на реке Кунья, подпитывающей нижний бассейн ГАЭС. При ее строительстве был использован природный перепад высот между верхним и нижним бассейнами, достигающий 100 м. С пуском последнего агрегата в 2000 г. ГАЭС-1 вышла на проектную мощность 1200 МВт. Для решения энергообеспечения Центрального региона России необходимо построить еще четыре аналогичные станции.

В отличие от ГЭС, ГАЭС использует для выработки электроэнергии воду в замкнутом цикле и наносят минимальный ущерб окружающей среде. Для восполнения потерь воды на испарение и просачивание в грунт осуществляется подпитка воды, циркулирующей между обоими бассейнами. Подпитка осуществляется из открытого источника и ее расход намного ниже циркуляционного расхода.

В малых, микро- или нано-ГЭС сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны. Они не имеют многих недостатков, характерных для больших ГЭС, а именно: дорогостоящие трансмиссии, проблемы, связанные с негативным воздействием на окружающую среду. Кроме того, использование малой гидроэнергетики ведёт к децентрализованному использованию электроэнергии, способствует развитию данного региона, главным образом основанном на самодостаточности и использовании местных ресурсов.

Большинство из них не имеют больших водохранилищ, то есть вода не собирается позади дамбы. Они вырабатывают электроэнергию, если естественный уровень воды в реке достаточен, но в периоды высыхания реки или падения скорости потока ниже определенной величины производство электроэнергии приостанавливается.

Высокие капитальные затраты - самый большой барьер на пути широкомасштабного развития малой гидроэнергетики. Однако, несмотря на этот факт и длительный срок окупаемости (7-10 лет в некоторых странах, например в Словакии), малые ГЭС являются рентабельными из-за их продолжительного срока службы (более 70 лет) и низких затрат на техническое обслуживание.

Малая гидроэнергетика

1. Формулировка проблемы по рассматриваемому методу (технологии) повышения энергоэффективности; прогноз перерасхода энергоресурсов, или описание других возможных последствий в масштабах страны при сохранении существующего положения

Технологии:

Объекты малой гидроэнергетики условно делят на два типа: «мини» - обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и «микро» - работающие в диапазоне от 3 до 100 кВт. Использование гидроэлектростанций таких мощностей для России вовсе не новое, а хорошо забытое старое: в 50-60-х гг. в стране работало несколько тысяч малых ГЭС. Сегодня их количество едва достигает нескольких сотен штук.

Гидроагрегаты для малых ГЭС предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками. «Экологическая чистота» малых ГЭС проявляется прежде всего в гораздо меньших площадях затоплений и подтоплений, плотины и водохранилища малых ГЭС в значительно меньшей степени, чем другие виды энергообъектов нарушают нормальную естественную среду обитания человека и животного мира.

Вопросы развития малой гидроэнергетики широко освещаются в литературе, СМИ, на конференциях, конгрессах и т.д.

В России до 2015 года планируется ввести в эксплуатацию 65 малых гидроэлектростанций (18 - на территории Республики Тува, 35 - в Республике Алтай, 12 - в Бурятии). Разработана концепция развития и схема размещения объектов малой гидроэнергетики для этих республик. Уже построены две станции и ведется строительство еще трех. Микро-ГЭС в Туве была построена в 1995 г. на курорте Уш-Белдир, в 2001 г. была введена в строй микро-ГЭС «Кызыл-Хая».

2. Краткое описание предлагаемого метода, его новизна и информированность o нём, наличие программ развития; результат при массовом внедрении в масштабах страны

В России более чем на 80 крупных водохранилищах не сооружены ГЭС. По предварительным оценкам 58% средних и еще 90% небольших водохранилищ (а это 20 и 1 млн м3 соответственно) не используются для выработки электроэнергии. Очевидно, что первоочередными объектами рассмотрения должны быть существующие и незадействованные гидроузлы.

В настоящее время разработана методика определения эффективности и программы освоения энергетического потенциала малых водостоков. Микро-ГЭС в основном предназначены для покрытия местных нужд и изолированной работы от энергосистем.

Малые ГЭС в настоящее время могут быть рентабельными при упрощении схемы их управления (например, за счет балластной нагрузки) и работы без обслуживающего персонала. Эффективность микро ГЭС может быть повышена за счет многоцелевого использования ее сооружений, а также при выдаче мощности в местную сеть (без протяженных высоковольтных линий). При работе микро-ГЭС на изолированную нагрузку возникает необходимость регулирования частоты и напряжения. Если водохранилище имеет достаточную емкость, можно обеспечивать суточное и недельное регулирование, в противном случае рекомендуется регулирование с помощью балластной нагрузки.

По данным МНТО «ИНСЭТ» (г. Санкт-Петербург) при строительстве малой ГЭС установленной мощностью около 500 кВт стоимость строительно-монтажных работ составляет порядка 14,5-15,0 млн руб. При совмещенном графике разработки проектной документации, изготовления оборудования, строительства и монтажа малая ГЭС вводится в эксплуатацию за 15-18 месяцев. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на подобной ГЭС, составляет не более 0,45-0,5 рублей за 1 кВт×ч, что в 1,5 раза ниже, чем стоимость электроэнергии, фактически реализуемой энергосистемой. Таким образом, затраты на строительство окупятся за 3,5-5 лет.

3. Прогноз эффективности метода в перспективе c учётом:
- роста цен на энергоресурсы;
- роста благосостояния населения;
- введением новых экологических требований;
- других факторов.

Прогноз эффективности:

Снижение стоимости вырабатываемой электроэнергии;
- дополнительные мощности в энергодефицитных регионах.

4. Перечень групп абонентов и объектов, где возможно применение данной технологии c максимальной эффективностью; необходимость проведения дополнительных исследований для расширения перечня

Большее число микро-ГЭС может быть построено на эксплуатируемых и намеченных к сооружению водоснабжающих и ирригационных гидроузлах и их сооружениях (быстротоки, гасители энергии, пороги, отклонители), на водосборных каналах и системах каптажа крупных гидроузлов.

В системах водоснабжения на участках трассы с большой разницей отметок поверхности вместо различного рода шахтных сопряжений, энергогасителей и других сооружений могут быть построены микро-ГЭС. При расходах воды в пределах от 5 до 100 л/с их мощность может достигать от 20 до 200 кВт.

5. Наличие технических и других ограничений применения метода на различных объектах; при отсутствии сведений по возможным ограничениям необходимо их определить проведением испытаний

Причины законодательного характера: отсутствие соответствующих государственных приоритетов и объективных стимулов для развития данных технологий.

Технологические ограничения (подробнее см. п. 7):

Сезонность работы электростанций;
- проблемы заиления водохранилищ;
- проблемы разрушения плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств.

Ограничения по применению технологий.

6. Существующие меры поощрения, принуждения, стимулирования для внедрения предлагаемого метода и необходимость их совершенствования

Для использования технологии меры поощрения, понуждения отсутствуют.

7. Необходимость разработки новых или изменения существующих законов и нормативно-правовых актов

Со стороны государства требуется закон о малой энергетике.

8. Наличие постановлений, правил, инструкций, нормативов, требований, запретительных мер и других документов, регламентирующих применение данного метода и обязательных для исполнения; необходимость внесения в них изменений или необходимость изменения самих принципов формирования этих документов; наличие ранее существовавших нормативных документов, регламентов и потребность в их восстановлении

Отсутствие материалов по режиму малых рек затрудняет разработку конкретных проектов и оценку степени обеспеченности водными ресурсами отдельных регионов. Положение дел осложняется отсутствием современных методов оценки стока малых рек, так как использование действующих СНиП и рекомендаций нередко приводит к грубым просчетам.

9. Наличие внедрённых пилотных проектов, анализ их реальной эффективности, выявленные недостатки и предложения по совершенствованию технологии с учётом накопленного опыта

Существует положительный опыт применения в России и за рубежом.

ОАО «РусГидро» для реализации проекта строительства малой гидроэлектростанции «Чибит» создало в Алтайском крае 100% «дочку» - ОАО «Малые ГЭС Алтая».

МГЭС «Чибит» станет пилотным проектом в реализации программы развития малой гидрогенерации на Алтае, которую "РусГидро" готово создать на основе результатов анализа потенциала республики в части строительства объектов малой гидроэнергетики.

Пилотный проект предусматривает строительство малой гидроэлектростанции «Чибит» мощностью 24 МВт на реке Чуя в Улаганском районе Республики Алтай.

В Алтайском крае будет реализован инвестиционный проект по строительству малых гидроэлектростанций - соответствующее соглашение подписал глава региона с компаниями "МРСК Сибири", "Алтайэнергосбыт" и "Инжиниринговая компания "Энергия", сообщили в краевой администрации.

Специалисты уже провели на Алтае предварительный анализ возможных площадок под строительство малых ГЭС. Как наиболее перспективная выбрана бурная река Ануй, протекающая в предгорьях. "В ближайшие два месяца инвесторы окончательно определяться с местом расположения створа малой ГЭС и приступят к предпроектным изысканиям. Параметры будущей ГЭС, выбор оборудования и сроки реализации проекта будут зависеть от выбора площадки для строительства", - уточнили в краевом управлении по промышленности и энергетике.

10. Возможность влияния на другие процессы при массовом внедрении данной технологии (изменение экологической обстановки, возможное влияние на здоровье людей, повышение надёжности энергоснабжения, изменение суточных или сезонных графиков загрузки энергетического оборудования, изменение экономических показателей выработки и передачи энергии и т.п.)

Влияние на другие процессы:

Снижение потребления углеводородного ископаемого топлива;
- снижение общих выбросов парниковых газов и других вредных выбросов в окружающую среду;
- вклад в решение проблем энергодефицитных регионов.

11. Наличие и достаточность производственных мощностей в России и других странах для массового внедрения метода

Присутствуют мощности для внедрения.

12. Необходимость специальной подготовки квалифицированных кадров для эксплуатации внедряемой технологии и развития производства

При внедрении необходим квалифицированный персонал.

13. Предполагаемые способы внедрения:
1) коммерческое финансирование (при окупаемости затрат);
2) конкурс на осуществление инвестиционных проектов, разработанных в результате выполнения работ по энергетическому планированию развития региона, города, поселения;
3) бюджетное финансирование для эффективных энергосберегающих проектов с большими сроками окупаемости;
4) введение запретов и обязательных требований по применению, надзор за их соблюдением;
5) другие предложения.

Предполагаемые способы внедрения:

Коммерческое финансирование.

Дополнительно, как указывалось в п. 5 необходимо определить соответствующие государственные приоритеты и объективные стимулы для развития данных технологий.

Для того чтобы добавить описание энергосберегающей технологии в Каталог, заполните опросник и вышлите его на c пометкой «в Каталог» .

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС ) - гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии и основано на гидроэнергетических установках мощностью от 1 до 3000 кВт. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Установки для малой гидроэнергетики классифицируют по мощности на:

оборудование для мини гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
оборудование для микро гидроэлектростанций мощностью до 1000 кВт.

Из известной классической триады: солнечные батареи , ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные мини ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств.

Водяное колесо - это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная мини-ГЭС - представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье - это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер - это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

Недостатки гирляндной МГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер .

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

Русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;

Стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;

МГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных объектах водного хозяйства;

Мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:

Осевыми турбинами;

Радиально-осевыми турбинами;

Ковшовыми турбинами;

Поворотно-лопастными турбинами.

МГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на :

Высоконапорные - более 60 м;

Средненапорные - от 25 м;

Низконапорные - от 3 до 25 м.

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях. На низконапорных малых гидростанциях(МГЭС) устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

Что касается принципа работы турбины мини ГЭС, то он во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды. Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте - стальной или железобетонной.

Мощность миниГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. 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.

При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:

Наличие надежных и удобных в эксплуатации средств управления и контроля над работой оборудования;

Управление оборудованием в автоматическом режиме с возможностью перехода при необходимости на ручное управление;

Генератор и турбина гидроагрегата должны иметь надежную защиту от вероятных аварийных ситуаций;

Площади и объемы строительных работ для установки малых ГЭС должны быть минимальными.

Таблица 2

Некоторые характеристики действующих в России МГЭС

Количество установок (по годам)

Общая установленная мощность (по годам) (МВт)

Общая располагаемая мощность (по годам) (МВт)

КИУМ* (по годам)(%)

КИРМ** (по годам) (%)

Расход электроэнергии на собственные нужды (% от выработки)

Малые ГЭС, принадлежащие АО Энерго

Малые ГЭС, не входящие в АО Энерго

* КИУМ - коэффициент использования установленной мощности.

** КИРМ - коэффициент использования располагаемой мощности.

При составлении таблицы использованы источники информации:

1) Проблемы и перспективы развития вощзобновляемых источников энергии в России (материалы круглого стола), Российский союз нгаучных и инженерных обществ, Комитет Российского НИО по проблем ам использования возобновляемых источников энергии. Москва, 2003.

2) Вашкевич К.П., Маслов Л.А., Николаев В.Г. Опыт и преспективы развития ветроэнергии в России, периодический научно-технический жэурнал «Малая энергетика», № 1-2, 2005.

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды. Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов. Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы. Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте. При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное - объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов. Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций. Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ .

Материалы по теме:

Карта сайта