Экологические характеристики гидроэнергетики
Беляева Ю., Чуб. И. , 216 гр.
Гидравлическая электростанция (ГЭС) - комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из: - последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора; - и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую вращаясь, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.
Типы гидроэлектростанций по мощности:
малые – мощностью до 3тыс. кВт
средние – мощностью от 3тыс. до 50 тыс. кВт
крупные – мощностью – свыше 50 тыс. кВт
В зависимости от конструктивных особенностей различают плотинные и деривационные гидроэлектростанции. К плотинным относят гидроэлектростанции, в комплексе сооружений которых имеется плотина, служащая для подъема воды и создания необходимого напора. Наиболее мощными гидроэлектростанциями, как правило, бывают плотинные.
Деривационные станции могут работать и без плотины, для более крупных станций ее обычно сооружают. Воду к их турбинам подводят по каналу или трубам, называемым деривационными. Такие гидроэлектростанции строят на горных реках, имеющих большой естественный напор воды.
По высоте напора воды гидроэлектростанции подразделяют на низконапорные, имеющие высоту напора ниже 25 м, средненапорные – от 25 до 75 м и высоконапорные – свыше 75 м. Низконапорные станции, как правило, строят на равнинных реках. Высокий напор характерен для гидростанций в горных районах.
Каждая плотинная гидроэлектростанция, построенная на судоходной или сплавной реке, представляет собой комплекс важнейших сооружений (гидроузел). В его состав входят плотина, здание самой электростанции, судоходные шлюзы и др. Плотина, поднимает уровень воды в реке. Она создает постоянную разность уровней воды выше и ниже плотины, или в верхнем и нижнем бьефах (эту разность уровней бьефов называют напором или подпором воды). В результате этого становится возможным использование энергии равнинных рек, имеющих незначительный уклон русла и слабое течение.
Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции — гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления — пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.
Структура выработки электроэнергии в России
Вид станции:
|
э/э в % (2000 г)
|
Тепловые
|
66,3
|
Гидростанции
|
18,8
|
Атомные
|
14,9
|
Рассматривая мировое распространение гидроэнергетики можно отметить, что сегодня уже задействовано около 10% существующих гидроресурсов. Большим потенциалом для развития гидроэнергетики обладают страны Азии и Африки. В настоящее время в мире установлены ГЭС суммарной мощностью 630 000 МВт. Эти данные неточны, поскольку вклад от малых гидроэлектростанций и частных систем трудно подсчитать, но предполагается, что эти источники энергии могут добавить лишь несколько процентов к основному показателю. Годовое мировое производство электроэнергии - 2200 млрд кВт·ч; это означает, что ГЭС работают на 40% своей мощности.
Стоимость. Благодаря относительно низким затратам и конкурентоспособной цене за электроэнергию, выработанной на ГЭС, гидроэлектростанции представляют собой очень привлекательный бизнес для инвесторов. Кроме того, срок эксплуатации ГЭС намного превышает срок службы энергогенерирующих станций, работающих на ископаемом топливе. Существуют ГЭС, находящиеся в эксплуатации практически 100 лет.
Преимущества ГЭС:
- стоимость кВТ/ч в 10раз ниже, чем на ТЭС;
- более маневренные;
- высокий КПД = 90%;
- не загрязняет атмосферу.
Недостатки ГЭС:
- очень высокая стоимость и продолжительность строительства;
- приходится затапливать много земель;
- заболачивание территории;
- изменение микроклимата территории;
- страдают рыбные ресурсы.
Проблемы гидроэнергетики. Основной причиной того, что ГЭС не строят повсеместно, является высокая стоимость их строительства, а также необходимость наличия больших водных ресурсов в относительной близости к населенным пунктам. К другим проблемам, связанным со строительством ГЭС, относятся: воздействие дамб на речные экосистемы и социальные проблемы, в частности, связанные с переселением жителей.
Воздействие гидроэнергетики на экологию:
-Дамба может блокировать миграционные пути рыбы;
-Уровень грунтовых вод;
-Чрезмерное удобрение — эутрофикация;
-Затопление;
-Социальные последствия;
-Влияют на развитие эпидемий связанных с водой
(малярия, сонная болезнь, желтая лихорадка);
-Вероятность прорыва дамбы.
Флора и фауна. Затопление и изменение потока воды, кроме того, вызывает изменение фауны и флоры вне русла реки. Из-за постоянных или периодических затоплений под ударом окажется животный и растительный мир района, где находится ГЭС. Если животные могут частично переместиться в новые места обитания вне области водоема, (естественно, если соответствующие условия среды будут найдены), то растительность затопляемых областей считается утраченной. Трудно предсказать, какие произойдут изменения вне затопленной области. Локальные климатические изменения и изменения уровня грунтовых вод могут воздействовать на флору и фауну. Ценные виды и природные разновидности могут быть потеряны навсегда. Общее увеличение активности в районе (транспорт, шум и т.д.), особенно характерные для периода строительства, также воздействует на фауну отрицательным образом.
Рыба. Для некоторых видов рыб могут возникнуть препятствия для их размножения из-за возможного изменения уровня воды во время периода нереста. В искусственном водоеме обычно обитают меньше видов рыб, чем в естественном озере. Изменения потока воды могут радикально влиять на питательные вещества и условия икрометания вниз по течению. Также изменяется и "образование" пищи, как и ее доступность для рыбы. В дамбе и на местах сброса воды от турбин может выделяться избыточный газ, преимущественно азот, что может быть смертельным для рыбы.
Здоровье. Большие ГЭС могут влиять на развитие эпидемий заболеваний, связанных с водой. Водохранилище может улучшать проживание и условия размножения паразитических организмов, вызывающих различные заболевания. Среди них можно упомянуть сыпной тиф, холеру, дизентерию и другие. К заболеваниям, связанным с водной средой обитания основных переносчиков, относятся биляриоз, малярия, филариоз, сонная болезнь и желтая лихорадка. Водохранилища, где находится большое количество стоячей воды с низкими колебаниями ее уровня, создают благоприятные условия для жизни болезнетворных организмов. Растительность в водохранилище также "улучшает" среду обитания для некоторых типов переносчиков инфекции. К тому же, исследования показали, что разновидность москитов - разносчиков малярии и филариоза - существует благодаря растительности в водоемах. Если водоем спользуется и для ирригации, и для снабжения технической и питьевой водой, имеется риск заражения болезнетворными организмами, живущими в воде. Такая инфекция может распространяться на обширные территории.
Условия, наличие которых необходимо для развития большой гидроэнергетики: большое централизованное энергопотребление; крупная промышленность, мегаполисы, городские районы; международная, национальная и региональная центральные энергосистемы; большие корпорации или государственные предприятия с высококвалифицированным и хорошо оплачиваемым штатом; долгосрочная оценка потенциала, долгосрочное планирование и длительный период строительства с применением сложной техники и технологии. В зависимости от потенциала большая гидроэнергетика может внести значительный вклад в решение вопроса национального энергообеспечения.
Заключение. Имея свои недостатки, энергия, вырабатываемая с помощью ГЭС, самая дешевая. Прежде всего, используя возобновляющиеся источники энергии, они позволяют экономить огромное количество топлива. Срок службы гидроэлектростанций, значительно более продолжителен, чем тепловых.
Несмотря на более крупные капитальные затраты на их строительство, гидроэлектростанции дают возможность получать электроэнергию по себестоимости более низкой, чем на тепловых,а так же их легче не только механизировать, но и полностью автоматизировать, намного менее трудоемкая эксплуатация.
Литература:
Плоткин М.Р. Основы промышленного производства: учеб. пособие для университетов и педагогических институтов. М., «Высш. школа», 1997.- 304 с.
Большая энциклопедия эрудита. Москва «Махаон» 2004. – 487 с.
Экологические проблемы ядерной энергетики
Слесаренко О., Филимонова А., Бушанова О., Иванова Е., 226 гр.
Историческая ответственность за ложное развитие в области ядерной энергии. Первую атомную бомбу создали Соединенные Штаты Америки и несут историческую ответственность за военное использование атомной энергии, за Хиросиму, за испытательные взрывы, за расползание ядерного оружие по всему миру. СССР создал первую атомную электростанцию, направив этим самым развитие мирной атомной энергетики по ложному и опасному пути, результатом которого стал Чернобыль. На СССР и его правопреемнике России лежит историческая ответственность за этот ложный и опасный путь мирного использования ядерной энергии. И эта ответственность может быть снята, если именно Россия направит ядерную энергетику по безопасному пути.
История развития идей подземной атомной энергетики. Идеи подземной атомной энергетики имеют длительную историю. Самые первые ядерные реакторы в СССР размещались и до сих пор работают под землей (в Красноярске и возможно в других атомных центрах). В некоторых странах, например, в Норвегии, были построены подземные атомные электростанции. Горячим приверженцем подземной ядерной энергетики был академик Андрей Дмитриевич Сахаров. При создании советских ядерных реакторов для подводных лодок специалисты уже тогда высказывали предложения о размещении этих реакторов под землей для целей энергетики. Однако, эти идеи до сих пор не нашли своего развития ввиду дороговизны подземных атомных станций. Автор впервые высказал идею подземной атомной энергетики в 1979 году, и тогда же им была направлена заявка на изобретение. В ней и была сформулирована концепция подземно-наземной ядерной энергетики. По этому вопросу в начале восьмидесятых годов автор имел научные контакты с Андреем Дмитриевичем Сахаровым, и в своем обращении к Президенту АН СССР Г.И.Марчуку после чернобыльской катастрофы с предложением развивать подземную атомную энергетику А.Д.Сахаров ссылался на мои работы. Отметим, что в первых своих работах А.Д.Сахаров говорил о подземных атомных электростанциях, но в последней своей работе по атомной энергетике, опубликованной незадолго до смерти в журнале “Искусство кино”, он перенес акцент на подземные ядерные реакторы. В 1987 году автором была опубликована на тему ядерной энергетики статья в журнале “Изобретатель и рационализатор”. Но делопроизводство по заявке автором было прекращено в связи с некоторыми жизненными обстоятельствами. После Чернобыля автор обращался с предложениями в Минатом и ГКНТ, но проявленный в первое время после Чернобыля интерес быстро угас.
Атомное тепло России. Россия — северная, холодная страна. Нигде в мире не живет в таких северных условиях такое количество людей, нигде нет большей части страны в таких северных и холодных условиях. И тепло есть главная проблема России, самый ценный для нее продукт. В свое время существовала даже партия “Субтропическая Россия”, которая ставила своей целью создать в России субтропики. Конечно, это была “прикольная партия”. Но сама мечта об обеспечении России теплом вовсе не шуточна. И именно атомное тепло сможет решить ту задачу, которую ставила себе “Субтропическая Россия”. Ведь обеспечение северных городов России дешевым атомным теплом меняет все. Создает комфортные условия жизни даже в самых суровых условиях, дает возможность круглогодично обеспечить овощами и тропическими фруктами население северов, дает возможность общаться с цветущей флорой в самые трескучие морозы путем создания оранжерей и теплиц. Так, как это имеет место в суровой и безлесной Исландии, которая в изобилии обеспечена дешевым теплом подземных недр. Программа “Атомное тепло России” — это программа создания сотен атомных станций тепло и электроснабжения. Это очень дешевые станции, стоимость строительства которых при полной разработке технологии будут составлять буквально несколько миллионов долларов, а эксплуатационные расходы вообще будет стоить не более чем обслуживание гидроэлектростанций. И они могут работать десятки и сотни лет. Не загрязняя ни поверхность земли, ни атмосферу, и лишь в малой степени воздействуя на подземную среду, в которой, впрочем, человек ведь и не обитает. Эти станции изменят само лицо страны, позволят, наконец, создать даже в северных регионах конкурентную индустрию, ибо именно большие затраты на тепло и являются главным фактором слабой конкурентоспособности российской индустрии. Наконец, это также и создание станций электроводоснабжения в степных и пустынных районах Волгоградской, Астраханской, Ставропольской областей, Калмыкии и Дагестана, а это обеспечение страны сельскохозяйственной продукции. “Атомное тепло России” — программа для России двадцать первого века.
Современная ядерная энергетика. Современная ядерная энергетика пошла по пути механического использования пароводяного цикла и конструкции тепловой (угольной) электростанции, в которой угольная топка лишь заменена ядерной. Образно говоря, газифицировали сельские дома, вставив газовую горелку в русскую печь. Это величайшая инженерная ошибка. Ведь ни одно из преимуществ ядерного топлива не использовано, ни один недостаток не нейтрализован. Любую АЭС можно легко заменить на ТЭЦ и наоборот. Единственное, пожалуй, исключение — это атомные подводные лодки, в которых ядерный реактор дал принципиально новое качество. К тому же и сама АЭС получилась низкокачественной, с низким КПД, так как характеристики ядерного топлива и ядерного реактора, в отличие от угля и угольной топки, плохо сопрягаются с пароводяным термодинамическим циклом.
Подземный ядерный реактор. Подземный ядерный реактор — устройство гораздо более простое и дешевое, чем наземный.
В земле делается полость, которая футеруется слоем бетона. В сравнительно рыхлых породах толщина его может составлять, к примеру, метр, в скальных — порядка двадцати сантиметров. Внутри эта полость облицовывается металлом, который несет не силовую, а лишь изоляционную нагрузку. Толщина его может составлять 5-10 миллиметров, а не десятки сантиметров, как в наземных. Сверху эта полость закрывается крышкой, к которой прикреплены тепловыделяющие элементы и стержни управления. Размеры ядерного реактора и его конфигурация могут быть любыми.
|
