Преимущества и недостатки гидроэлектростанций. Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЭС:

Гибкость

Гидроэнергия является гибким источником электроэнергии, так как ГЭС может очень быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям энергии, увеличивая или уменьшая производство электроэнергии. Гидротурбина имеет время запуска порядка нескольких минут. От 60 до 90 секунд требуется, чтобы принести устройство от холодного пуска до полной нагрузки; это гораздо меньше, чем для газовых турбин или паровых установок. Производство электроэнергии может также быть быстро уменьшено, когда есть избыточная мощность.

Электростанция Ffestiniog может развивать мощность 360 МВт в течении 60 секунд

Низкие затраты на электроэнергию

Основным преимуществом гидроэлектроэнергии является отсутствие стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти невосприимчива к увеличению стоимости ископаемого топлива, таких как нефть, природный газ или уголь, и никакой импорт не требуется. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции больше, чем 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час.

Гидроэлектростанции имеют долгий срок эксплуатации , некоторые ГЭС все еще дают электроэнергию после 50-100 лет работы.

Затраты на оперативное обслуживание небольшие , требуется немного людей для контроля работы ГЭС.

Плотина может использоваться сразу в нескольких целях: накапливать воду для ГЭС, защищать территории от наводнений, создавать водоем.

Пригодность для промышленного применения

В то время как многие гидроэлектростанции поставляют энергию в сети общего потребления электроэнергии, некоторые создаются для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Например, в Новой Зеландии электростанция была построена для снабжения электроэнергией алюминиевого завода в Тиваи Пойнт.

Снижение выбросов CO 2

Гидроэлектростанции не сжигают ископаемые виды топлива и непосредственно не производят углекислый газ. Хотя некоторый углекислый газ образуется в процессе производства и строительства проекта. Согласно исследованию Пауля Шеррера из Университета Штутгарта, гидроэнергетика производит меньше всего углекислого газа, среди прочих источников энергии. На втором месте был ветер, третьей стала ядерная энергия, энергия солнца оказалась на 4 месте.

Другие виды использования водохранилища

Водохранилища ГЭС часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта, и сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах, аквакультура в водоемах является распространенным явлением. Вода из водоемов может идти на полив сельскохозяйственных культур, в ней можно разводить рыбу. Кроме того плотины помогают предотвратить наводнение.

НЕДОСТАТКИ ГЭС:

Повреждение экосистемы и потеря земли

Большие резервуары, необходимые для работы гидроэлектростанций приводят к затоплению обширных земель выше по течению от плотины, уничтожая долины лесов и болота. Потеря земли часто усугубляется уничтожением среды обитания окружающих территорий, занятое водохранилищем.
ГЭС могут привести к уничтожению экосистем, так как вода, проходя через турбины очищается от естественных наносов. Особенно опасны ГЭС на крупных реках , которые ведут к серьезным изменениям среды обитания.

На фото изображен водоем, возникший в результате строительства плотины

Заиление

Когда течет вода, более тяжелые частицы сплывают вниз по течению.
Это оказывает негативное влияние на плотины и впоследствии их электростанций, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высокой степенью заиления. Ил может заполнить резервуар и уменьшить его способность контролировать наводнения, вызывая дополнительное горизонтальное давление на плотину. Уменьшение русла реки может привести к снижению вырабатываемой электроэнергии. К тому же даже жаркое лето или малое количество осадков может привести к уменьшению реки.

Выбросы метана (из водохранилищ)

Наибольшее воздействие оказывают ГЭС в тропических регионах, водоемы электростанций в тропических регионах производят значительные объемы метана. Это связано с наличием растительного материала в затопленных районах, распадающихся в анаэробной среде, и образующих метан и парниковый газ. Если верить докладу Всемирной комиссии по плотинам, в случаях, когда водохранилище большое по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и не была произведена очистка лесов в области водоема. То выбросы парниковых газов в резервуаре могут быть выше, чем у обычной ТЭС.

В последнее время, в качестве альтернативы классическим средне-высоконапорным плотинным ГЭС активно предлагаются низконапорные гидроузлы, работающие на естественном стоке, довольно широко распространенные в Западной Европе. Попробуем разобраться, что это ГЭС и каковы их плюсы и минусы.

Пример низконапорной русловой гидроэлектростанции — ГЭС Iffezheim на Рейне, введена в эксплуатацию в 1978 году. Фото отсюда

Концепция низконапорного руслового гидроузла предусматривает создание на равнинной реке ГЭС с напором в несколько метров, чье водохранилище как правило укладывается в зону естественного затопления поймы при сильных паводках. Такие гидроузлы имеют следующие преимущества:
* Небольшая площадь затопления, в которую как правило не попадают (или почти не попадают) застроенные земли. Следовательно, никого переселять не надо, влияние на экосистемы куда менее значительно.
* В низконапорные плотины гораздо проще интегрировать рыбоходы, да и вниз через турбины рыба проходит с меньшим травматизмом.

Саратовская ГЭС — самая низконапорная в Волжско-Камском каскаде.

Теперь перейдем к недостаткам:
* Такие ГЭС образуют небольшие водохранилища, пригодные в лучшем случае для суточного регулирования стока, а то и вовсе работающие на водотоке. В результате, выработка подобных ГЭС сильно зависит от сезона и погодных условий — в маловодные периоды она резко падает.
* Эффективность использования стока такими ГЭС гораздо меньше, чем классическими — не имея возможности аккумулировать сток в половодье и паводки, они вынуждены сбрасывать массу воды вхолостую.
* Не имея емкого водохранилища, такие гидроузлы не могут бороться с наводнениями.
* С точки зрения судоходства сооружение нескольких низконапорных гидроузлов вместо одного большого приводит к увеличению времени на шлюзование — вместо одного шлюза нужно проходить несколько.
* Низконапорные ГЭС умеют существенно большую удельную стоимость (в расчете на кВт мощности и кВт.ч. вырабатываемой электроэнергии). Чем меньше напор, тем больше габариты и соответственно металлоемкость оборудования, невозможность аккумулирования стока в водохранилище приводит к необходимости создания более мощных водопропускных сооружений, несколько шлюзов дороже, чем один и т.п. Для сравнения, можно привести низконапорную Полоцкую ГЭС в Белоруссии и высоконапорную Богучанскую ГЭС. Первая стоит примерно 4500$ за кВт, вторая — около 1000$ за кВт. Разница, как мы видим — в 4,5 раза.

ГЭС Тукуруи в Бразилии. В амазонской сельве, как и в сибирской тайге, более эффективны большие ГЭС.

Подведем итоги. Преимущества низконапорных ГЭС наиболее существенны в густонаселенных районах, где высокая стоимость земли и большое количество работ по переселению людей, выносу сооружений и инфраструктуры делают крупные ГЭС с большими водохранилищами неприемлемыми. Именно поэтому низконапорные ГЭС получили наибольшее распространение в Европе, где плотность населения высока, а собственных энергоресурсов мало, что вынуждает использовать весь доступный гидропотенциал, пусть и дорогими способами.
В то же время, в относительно малонаселенных регионах очевидны преимущества больших ГЭС — собственно, в основном там их и строят сейчас во всем мире (хотя критерии малонаселенности в разных странах существенно различаются, для Китая с его миллиардным населением переселение нескольких десятков тысяч человек вполне приемлемо).

Низконапорные русловые ГЭС не конкурируют со средне- и высоконапорными — у каждого типа гидроэлектростанций своя «экологическая ниша», в которой они наиболее эффективны. И ссылки на русловые ГЭС в Западной Европе при обсуждении гидроэнергетических проектов в Восточной Сибири являются сравнением несравнимого.

Легко. 1. ТЭС. Тепловые Энерго (электро) Станции. Базируются на переработке (сжигании) твердых топливных носителей, таких, как например уголь. Плюсы: 1. Большой объем выработки электроэнергии. 2. Наиболее просты в эксплуатации. 3. Сам принцип работы и постройка их очень просты. 4. Дешевы, легкодоступны. 5. Дают рабочие места. Минусы: 1. Дают меньше электроэнергии, чем ГЭС и АЭС 2. Экологически опасны - загрязнение окружающей среды, парниковый эффект, требуют потребления невозобновляемых ресурсов (как уголь). 3. В силу своего примитивизма являются просто морально устаревшими. ГЭС - Гидро Электро Станция. Базируются на использовании водных ресурсов, реки, приливно-отливные циклы. Плюсы: 1. Относительно экологически безопасны. 2. Дают в разы больше электроэнергии, чем ТЭС. 3. Могут давать дополнительные подпроизведственные структуры. 4. Рабочие места. 5. Более просты в эксплуатации, чем АЭС. . Минусы: 1. Опять же, экологическая безопасность относительна (взрыв плотины, загрязнение воды при отсутствии очистительного цикла, нарушение баланса). 2. Большие затраты на строительство. 3. Дают меньше энергии, чем АЭС. АЭС - Атомные Электростанции. Самые совершенные на данный момент ЭС по уровню мощности. Используют урановые стержни изотопа урана -278 и энергию атомной реакции. Плюсы: 1. Относительно малое потребление ресурсов. Самый главный - уран. 2. Мощнейшие по выработке электроэнергии ЭС. Одна ЭС может обеспечивать целые города и мегаполисы, ближлежащие районы, вообщем, охватывают огромные территории. 3. Более современны, чем ТЭС. 4. Дают большое количство рабочих место. 5. Открывают пути к созданию более совершенных ЭС. Минусы: 1. Постоянное загрязнение окружающей среды. Смог, радиация. 2. Потребление редких ресурсов - уран. 3. Использование воды, загрязнение ее. 4. Вероятная угроза экологической суперкатастрофы. При потере контроля за ядерными реакциями, нарушениями цикла охлаждения (ярчайший пример обоих ошибок - Чернобыль; АЭС до сих пор закрыта саркофагом, самая страшная экологическая катастрофа в истории человечества) ,внешнем в воздействии (землетрясение, прмер - Фукусима), военной атаке или подрыве террористами - весьма вероятна (или - почти стопроцентна) экологическая катастрофа, а также весьма вероятна угроза взрыва АЭС, - это взрыв, ударная волна, и самое главное, радиоактивное заражение обширной территории, отзвуки такой катастрофы могут поразить весь мир. Потому АЭС является наравне с ОМП (Оружием Массового Поражения) одним из самых опасных достижений человечества, хотя АЭС - это Мирный атом. Впервые АЭС была создана в СССР. Энергетику необходимо развивать отнюдь не только в направлении использования возонбновляемых ресурсов, а еще также развивать более совершенные типы ЭС, которые будут принципиально новыми по своей основе и типу работы. Гипотетически, в скором времени начнется освоения космоса, также проникновение в другие тайны микромира и вообще, физики могут дать поразительные результаты. Доведение до максимального совершенства АЭС - также перспективный путь развития энергетики. На данном этапе конечно же, наиболее вероятным и реализуемым является вариант развития ветрогонных комплексов, солнечных батарей и ДОВЕДЕНИЕ до максимального совершенства ГЭС и АЭС.

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. Необходимо отметить, что реконструкция выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5- 2 раза дешевле. Объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования. 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 региона, так и в составе этой электросети. А полный ресурс работы станции - не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта).

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. 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.

Значительным преимуществом также является отсутствие нарушения природного ландшафта и окружающей среды в процессе строительства и на этапе эксплуатации, а также практически полная независимость от погодных условий. Обеспечивается подача потребителю дешевой электроэнергии в любое время года. ??????????????? ????????????? ???????

Кроме того, турбины мини-ГЭС можно также использовать в качестве гасителей энергии на перепадах высот питьевых и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов.

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, 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.

Источники энергии

Источниками энергии для малой гидроэнергетики являются:

* небольшие реки, ручьи,

* естественные перепады высот на озерных водосбросах и на оросительных каналах ирригационных систем,

* технологические водотоки (промышленные и канализационные сбросы),

* перепады высот питьевых трубопроводов, систем водоподготовки и других трубопроводов, предназначенных для перекачки различных видов жидких продуктов.

Преимущества ГЭС:

Использование возобновляемой энергии.

Очень дешевая электроэнергия.

Работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

Быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки ГЭС:

Затопление пахотных земель

Строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды

На горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов

С энергетической точки зрения имеют ряд преимуществ по сравнению со всеми типами ТЭС и АЭС.

Во-первых, они вообще не нуждаются в топливе, благодаря чему их энергия в 5-6 раз дешевле энергии ТЭС и 8-10 раз дешевле энергии АЭС. КПД гидроэлектростанций очень высок, 80-90%.

Во-вторых, ГЭС обладают исключительно высокими маневренными свойствами: работающий гидроагрегат может увеличить мощность практически мгновенно, а запуск остановленного гидроагрегата занимает всего 1-2 мин. Неравномерность графика нагрузки практически не влияет на экономичность работы ГЭС. Эти качества делают ГЭС незаменимыми для работы в пиковой части графика, при этом выравниваются нагрузки на ТЭС и снижается их расход топлива.

Бесопорные энергетические преимущества ГЭС не дают тем не менее основания противопоставлять их электростанциям других типов.

В ряде стран и экономических районов гидроэнергоресурсы либо недостаточны, либо отдалены от центров потребления энергии.

Выработка энергии на ГЭС резко колеблется в зависимости от водности года.

Начальные затраты на строительство ГЭС чаще всего выше, чем на ТЭС, а сроки строительства длиннее. Не всегда оправданы затраты, связанные с затоплениями при создании водохранилища. В то же время эксплуатация ГЭС значительно дешевле тепловых и атомных электростанций. Отсутствуют затраты на топливо, экологические платежи за выбросы, меньше расходы на ремонт, небольшая численность персонала.

Эти обстоятельства и определили место ГЭС в мировой энергетике. Доля участия ГЭС в энергетическом хозяйстве ряда стран различная, что связано с различной структурой топливно-энергетического баланса и различными традициями в развитии энергетики. Гидроэлектростанции обеспечивают порядка 20% российской и мировой выработки электроэнергии. Во многих странах доля гидроэнергетики существенно выше. Например, в наиболее близкой к России по природным условиям Канаде ГЭС производят 58% электроэнергии, в Бразилии - 86%, в Норвегии, известной жесткостью экологического законодательства, - 99%.

Гидроэнергетика является компонентом и другой важнейшей отрасли народного хозяйства - водного хозяйства.

Вода, особенно пресная, которая составляет всего 2,5% мировых запасав воды,- незаменимое природное богатство, одна из основ жизни на Земле. Доступные запасы пресной воды находятся в основном в реках, среднегодовой сток которых во всем мире составляет около 39000 км3.

Если в прошлые столетия в большинстве районов планеты вода казалась бесплатным и неисчерпаемым природным даром, то в XX веке стремительный рост промышленности и городского населения при-

вел к тому, что вода стала рассматриваться как недешевое и в ряде случаев дефицитное сырье.

Использование водных ресурсов неразрывно связано с мероприятиями по их охране, прежде всего для обеспечения необходимого качества воды. При осуществления гидротехнического строительства, вносящего значительные изменения в природные условия, должны тщательно учитываться все факторы его воздействия на окружающую среду.