Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
Лоевский государственный педагогический колледж
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА
Реферат учащейся
4 «А» группы
Масловой Марины Игоревны
2006 год
Содержание
Введение
1. Немного об истории
2. Гидроэнергетика в Беларуси
3. Основные схемы использования водной энергии
4. Описание работы ГЭС
5. Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду и охрана природы
6. Заключение
7. Литература
ВВЕДЕНИЕ
Энергетика делится на традиционную и нетрадиционную. Традиционная энергетика базируется на использовании ископаемого горючего или ядерного топлива и энергии воды крупных рек. Она подразделяется на теплоэнергетику, электроэнергетику, ядерную энергетику и гидроэнергетику. (табл. 1)
Многие тысячелетия верно служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы иотливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.
Изобретение паровой машины, казалось бы, остановило многовековое триумфальное шествие водяных колес. Маленькие пыхтящие двигатели, которые можно было устанавливать где угодно, а не только на берегу реки, приводили в движение станки и кузнечные молоты и сукновальни, покусились даже на извечное предназначение водяных колёс – на орошение полей. Одно за другим шли на слом гигантские водяные колёса, казалось, многовековая история водяной энергетики близится к завершению.
Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье – в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода.
1. НЕМНОГО ОБ ИСТОРИИ
Гидроэнергия, равно как и мускульная энергия людей и животных, а также солнечная энергия, используется очень давно. Упоминание об использовании энергии воды на водяных мельницах для помола зерна и дутья воздуха при выплавке металла относится к концу IIв. до н. э. С течением столетий размеры и эффективность водяных колёс увеличились. В XIв. в Англии и Франции одна мельница приходилась на 250 человек. В это время сфера применения мельниц расширилась. Они стали использоваться в сукновальном производстве, при варке пива, распилке леса, для работы откачивающих насосов, на маслобойнях. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. В этом году русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский, эмигрировавший в Германию по причине «политической неблагонадёжности», должен был демонстрировать на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне изобретённый им двигатель переменного тока. Этот двигатель мощностью около 100 киловатт в эпоху господства постоянного электрического тока сам по себе должен был стать гвоздём выставки, но изобретатель решил для его питания построить ещё и совершенно неожиданное по тем временам сооружение – гидроэлектростанцию. В небольшом городке Лауффен Доливо-Добровольский установил генератор трёхфазного тока, который вращала небольшая водяная турбина. Электрическая энергия передавалась на территорию выставки по невероятно протяжённой для тех лет линий передачи длиной 175 километров (это сейчас линии передач длиной в тысячи километров никого не удивляют, тогда же подобное строительство было единодушно признано невозможным). Всего за несколько лет до этого события виднейший английский инженер и физик Осборн Рейнольдс в своих Канторовских лекциях неопровержимо, казалось бы доказал, что при передаче энергии по средствам трансмиссии потери энергии составляют всего лишь 1,4% на милю, в то время как при передачи электрической энергии по проводам на такое же расстояние потери составят 6%. Опираясь на данные опытов, он сделал вывод о том, что при использовании электрического тока на другом конце линии передачи вряд ли удастся иметь более15-20% начальной мощности. В то же время, считал он, можно быть уверенным в том, что при передаче энергии приводным тросом сохранится 90% мощности. Этот «неоспоримый» вывод был успешно опровергнут практикой работы первенца гидроэнергетики в Лауффене.
Но эра гидроэнергетики тогда ещё не наступила. Преимущества гидроэлектростанций очевидны – постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колёс мог бы оказать не малую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалось задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за турбиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объём гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале ХХ века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Это было лишь началом. Освоение гидроэнергоресурсов осуществлялось быстрыми темпами, и в 30-е годы ХХ века была завершена реализация таких крупных проектов, как ГЭС Гувер в США мощностью 1,3 Гиговатт. Строительство подобных мощных ГЭС вызвало рост использования энергии в промышленно развитых странах, а это, в свою очередь, дало толчок программам освоения крупных гидроэнергетических потенциалов.
В настоящее время использование энергии воды по-прежнему остается актуальным, а основным направлением является производство электроэнергии.
2. ГИДРОЭНЕРГЕТИКА В БЕЛАРУСИ
В Беларуси мест для строительства столь крупных гидроэлектростанций нет. Все наши большие реки Днепр, Припять, Двина, Неман - текут на равнинах. Тем не менее еще в советские времена, когда цены на углеродное топливо были на порядки ниже нынешних, ГЭС в БССР строили. Следовательно, определенный экономический потенциал у белорусской гидроэнергетики есть. Тем более что при постоянном подорожании природного газа любое замещение топливных носителей - несомненное благо.
Сейчас для ввода мощности 1 кВт на газе нужно затратить 1 условную денежную единицу, а тот же киловатт в виде гидроэлектростанции будет стоить в два раза дороже - до 2,1 условной денежной единицы. Получается, вроде как невыгодно. Но ведь и сам газ уже сегодня стоит около 55 долларов, и, как показывает практика цена на него останавливаться не собирается. Поэтому ГЭС с точки зрения энергетической безопасности страны, несомненно, выгодны.
На начало 2004 года установленная мощность 21 ГЭС, входящих в концерн «Белэнерго», составила 10,9 МВт, а их годовая выработка электроэнергии - около 29 млн. кВт,ч, что позволяет заместить около 8 тыс. тонн условного топлива. В то же время потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступная - 520 МВт, а экономически целесообразная - 250 МВт. (диагр. 1)
Согласно Концепции энергетической безопасности Республики Белорусь, к 2020 году за счет гидроресурсов можно получить до 0,8-0,9 млрд. кВт,ч В год и, соответственно, заместить 220-250 тыс. тонн условного топлива. Однако, чтобы реализовать такие грандиозные планы, сделать предстоит немало. Это и возведение каскадов ГЭС на основных водных артериях, и строительство новых мини-ГЭС на малых реках, а также восстановление заброшенных мини-станций с частичной заменой их оборудования .
К слову, мини-ГЭС способны решить множество локальных проблем, что они доказали еще в советские времена. Например, только в Гродненской области их было 29 (а всего по стране около 180). Однако во времена развития крупной энергетики в бывшем СССР (60-е годы) мини-ГЭС в условиях Беларуси были признаны низкоэффективными и их стали повсеместно закрывать. В последние годы идет активное восстановление таких электростанций. На той же Гродненщине, например, в 2005 году начала работать мини-ГЭС «Немново» на Августовском канале. Мощность станции - 250 кВт, и этого достаточно, чтобы обеспечить светлом и теплом местный поселок Сапоцкино. Окупится установка уже через 11 лет, а служить будет как минимум целый век. А всего до 2010 года в Беларуси будет насчитываться около 30 мини-ГЭС.
Интерес к мини-ГЭС проявляют и ученые. Специалисты Института энергетики АПК Национальной академии наук разработали эффективный электрогенератор для таких станций мощностью 15 кВт. Генератор изготовлен с использованием широкодоступных магнитов, производимых в республике. Испытания экспериментального образца генератора выявили его способность в 1,5 раза повысить надежность мини-ГЭС, при этом кпд новой разработки на 10-15% выше аналогов. Столь высокие показатели эффективности и надежности данного агрегата достигнуты за счет замены редуктора в конструкции на постоянные магниты.
По мнению главного специалиста концерна «Белэнерго» Владимира Кордуба, вполне вероятно, что на равнинную белорусскую землю придет и крупная гидроэнергетика. В обозримом будущем, например, возможно строительство Гродненской и Полоцкой ГЭС. Более того, на Западной Двине прорабатывается строительство целого каскада гидроэлектростанций (Витебской, Полоцкой, Бешенковичской и Верхнедвинской) общей мощностью около 130 МВт.
Уже сейчас обсуждаются различные варианты строительства больших ГЭС. В частности, согласно одному из проектов, Неманская ГЭС в Гродно сможет вырабатывать 81,2 млн. кВт·ч электроэнергии (мощность 17 МВт), что составляет примерно 15 % всей энергии, которую потребляет Гродненская область. А водохранилище при станции позволит увеличить запасы рыбы и объемы пресной воды.