Преимущества и недостатки ГЭС — как они работают, экологический вред от ГЭС

Что такое ГЭС и как они работают

Чаще всего для них на реках сооружаются плотины, благодаря которым образуются огромные хранилища водного ресурса.

При этом река, на которой предполагается строить электростанцию, должна быть полноводной, чтобы наверняка круглогодично обеспечивать водой турбины электрогенераторов. Кроме того, она должна иметь максимально большой уклон.

Идеальным вариантом для строительства ГЭС являются образуемые руслами рек каньоны.

Плюсы и минусы ГЭС

Необходимое электростанции оборудование для выработки электроэнергии монтируется непосредственно в помещении гидроэлектростанции. Там в отдельных залах устанавливаются агрегаты, которые напрямую преобразуют силу водяного потока в механическую энергию турбин, а затем в электроэнергию.

Плюсы и минусы ГЭС

Типы гидроэлектростанций

Несмотря на сходный принцип действия, существуют ГЭС разных типов. Так как при их строительстве в большинстве случаев используется естественный рельеф местности, то различия связаны с использованием конкретных преимуществ, которые предоставляют природные условия. Типы гидроэлектростанций:

  • Деривационные. Размещаются на горных реках, где перепад высот позволяет использовать энергию падающего потока, но сильное течение исключает строительство плотины. Потоки воды направляют в специальные отводы, наклон которых сооружают так, чтобы обеспечить необходимый напор.
  • Плотинные. Основной тип ГЭС, предусматривающий строительство плотины, перегораживающей русло реки и создающей водохранилище. Плотина часто также имеет функцию борьбы с наводнениями. Благодаря водному резервуару, с помощью которого можно регулировать поток воды, электростанция способна реагировать на изменение потребления энергии (снижать и увеличивать выработку) и адаптироваться к сезонным колебаниям количества проточной воды.
  • Смешанного типа. Применяются в тех случаях, когда для успешной работы деривационных ГЭС необходимо и возможно построить плотину для создания резерва воды с целью регулирования потока.
  • Аккумуляторные (ГАЭС). У них есть два резервуара для воды: верхний и нижний. В период низкого энергопотребления электростанция перекачивает воду из нижнего в верхний, таким образом накапливая потенциальную энергию (это насосная работа ГАЭС). В свою очередь, генератор начинает работать, когда энергопотребление возрастает. Вода поступает из верхнего резервуара, приводя в движение турбину, посредством которой вырабатывается электричество.
  • Приливные (ПЭС). Используют колебания уровня воды, часто в устьях рек, где приливные явления вызывают двунаправленный поток. На прибрежном участке возводят плотину. Для эффективной работы необходимо, чтобы перепад воды был не менее 5 м. Мощность таких электростанций невелика, это связано с низкой энергией проточной воды. Большинство ПЭС используют пропеллерные турбины. Некоторые из них имеют внушительные размеры. Во Франции турбины, расположенные в нижней части Ла-Манша, имеют диаметр 21 м и мощность около 2,2 МВт.

Гидроэнергетика России

Гидроэнергетика России

Существует классификация гидроэлектростанций по совокупной мощности установленных генераторов, позволяющая разделить малые и крупные ГЭС, но она отличается для разных стран. Например, в Португалии, Испании, Ирландии, Греции и Бельгии 10 МВт было принято в качестве верхнего предела для малых ГЭС, в Италии – 3 МВт, Швеции – 1,5 МВт, а в Польше – 5 МВт.

Однако эти границы достаточно условны и могут изменяться государственными нормативными актами. Так, В США сначала максимальная мощность малых ГЭС была равной 5 МВт, затем 15 МВт, а сейчас уже 30 МВт. В РФ также гидроэлектростанции мощностью более 30 МВт считаются крупными.

Плюсы ГЭС

Одним из самых главных положительных качеств этого вида станций является — возобновляемость ресурсов. Две трети нашей планеты занимает вода. Она находится в постоянной циркуляции, что обеспечивает ее возобновляемость для всей поверхности земного шара. Это позволяет ГЭС вырабатывать до 71% всей глобальной возобновляемой электроэнергии. Так около тысячи трехсот миллионов кубометров воды со всей земли, распределены следующим образом:

0,02% Реки и озера
1,7% Подземные воды
1,86% Льды и снега
96,4% Океаны

В отличие от АЭС или ТЭС, для этого типа не нужна доставка или закуп ресурсов для производства электроэнергии. Что также делает работу здесь намного безопаснее, без риска для здоровья сотрудников. Вода, в отличие от атомных ресурсов, не радиоактивна и не обладает ядерным потенциалом, поэтому здесь не возникнет проблем с утилизацией отходов. При правильной эксплуатации гидроэлектростанции не несут никакого загрязнения водоемам.

Гидростанции не производят вредных выбросов в атмосферу. Так как для их работы не нужны ни уголь, ни уран. Согласно исследованиям Европейской ассоциации электроэнергетики Eurelectric, производство электроэнергии на гидроэлектростанциях сокращает выброс углерода в атмосферу.

Так эксперты Мюнхенского Технического Университета подтвердили безопасность данного вида производства построив станцию под рекой. Работа генераторов на их станции обеспечивается за счет специальных шахт, построенных под водой. Поступает вода со дна реки, а выходит из-под плотины, что создает благоприятные условия для биосферы реки. Такая схема исключает попадание рыб и щебня в механизмы или турбины. Таким образом они могут легко мигрировать, а полезные для них частички деревьев не только создают условия для нереста, но и помогают при наводнениях.

Часто водохранилища используются как зоны отдыха давая возможность для развития туристического бизнеса. В их водах возможна организация работы судов и яхт, ловли рыбы, а также водных видов спорта. Рестораны, отели, парки и санатории — все это может приносить дополнительный доход региону.

На 2020 год около 20% электроэнергии в России вырабатываются на ГЭС. Это 48,51 ГВт электроэнергии. В то время как производство энергии на ТЭС упало на 18%. Исследователи отмечают, что к 2030 году доля выработки энергии на ГЭС будет составлять до 60%.

В то время как уже сегодня в Уругвае до 98% процентов энергии вырабатывают возобновляемые источники, 56% из которых занимают ГЭС. Избытки экспортируются в соседние страны. При этом стране также решился вопрос с перебоями и засухой.

Строительство возобновляемых источников энергии позитивно влияет на развитие экономики региона не только за счет производства электроэнергии, но и, в частности, благодаря созданию новых рабочих мест. Так, например, в ближайшие десять лет данный сектор экономики обеспечит работой до 900 000 человек.

Строительство таких станций помогает экономить ресурсы и упрощает процесс обеспечения электричеством отдаленных уголков страны. Эксплуатация таких станций на 2021 год заключается не только в использовании водных ресурсов. Благодаря развитию технологий мощность станций можно увеличивать за счет гибридных инноваций. Например, плавающих панелей, которые работают на солнечной энергии. Они особенно хороши для плотин, которые также занимаются орошением сельских угодий. Ведь они помогают снизить количество перебоев и сокращают расходы.

Такие панели уже функционируют на Нижне-Бурейской ГЭС в России. Каждая из семидесяти двух ячеек вырабатывает мощность до 370 Вт.

Как упоминалось ранее — это самый дешевый вид производства электроэнергии. Согласно данным на 2021 год, себестоимость электричества от ГЭС насчитывает 0,054 и 0,11 рублей за КВт*ч. В то время как ТЭС обычно обходятся в 0,18 и 0,45 рублей за КВт*ч.

Объемы производства ГЭС позволяют обеспечить электроэнергией крупные заводы и фабрики. В России пока не существует столь же безопасной альтернативы, которая могла бы сравниться с данным видом производства. При этом они легки в управлении и хорошо справляются с нагрузками. Запуск турбин занимает всего несколько минут. Они также могут работать в нескольких режимах, что невозможно для других видов производства в данном секторе. Эта возможность помогает легко управлять и настраивать агрегаты под нужды станции и собственноручно регулировать выработку энергии.

Вода водохранилищ также помогает орошать близлежащие сельские хозяйства. А стены плотины часто спасают людей и фермерские угодья от паводков и затоплений, тем самым контролируя уровень воды в реках. Многие безопасные ГЭС способствуют развитию рыболовства.

Недостатки

Несмотря на экономическую выгоду при эксплуатации ГЭС, затраты на ее строительство часто бывают намного выше. В сравнении с ТЭС, которые обходятся в сумму от 600-700 долларов на 1 кВт, на установку аналогичной мощности на ГЭС уходит от 1000 долларов и выше.

К тому же строительство дамбы это очень сложный процесс, так как ей придется в одиночку выдержать огромный напор. Поэтому зачастую на ее строительство уходит не один год.

Это также зачастую зависит от природных условий, в которых возводится конструкция,особенностей почвы, земной коры, сейсмичности, качества воды.

Стоит отметить, что самую большую опасность несут в себе именно крупные гидростанции. Но такие плотины не только опасны огромными объемами воды. Для их использования часто приходится затапливать большое количество плодородных земель. Так как чаще всего плотины возводятся в горной местности, ущельях, каньонах, они несут угрозу местной флоре и фауне. В таких далеких от цивилизации землях зачастую обитает множество диких животных, птиц, рыб и насекомых, миграция или вымирание которых может нанести непоправимый вред местной и глобальной экосистеме.

В некоторых случаях при постройке плотин, неизбежно переселение людей. Так, например, строительство плотины в Калифорнии вынудило десять тысяч человек покинуть свои дома. И это также может стать экономической угрозой для данного региона, так как многие жители живущие у речных массивов зарабатывают на жизнь рыболовством. По данным BBC, потери могут составлять в сумме до 2 миллиардов долларов.

При нарушениях в эксплуатации ГЭС могут произойти серьезные изменения в направлении русел рек или полное их высыхание. Если в турбины попадает рыба или древесина, это также может привести к вымиранию водных организмов. Ведь древесина играет немаловажную роль для биологической среды водных экосистем, как уже отмечалось ранее.

По данным некоторых исследователей испарения воды в большом количестве могут оказывать воздействие на изменение климата и стать причиной глобального потепления и таяния ледников.

Еще одной частой проблемой для данной отрасли считается заиление стоков. Ил может собираться в трубах водостока и ухудшить их пропускную способность. В обычные дни такая проблема никак не скажется на работе станции, однако при выпадении больших объемов осадков это может привести к серьезным проблемам. Так, например, в 1975 году это стало одной из причин разрушения дамбы Баньцяо в Китае. Тогда в водостоки забилось большое количество ила, а тайфун с рекордным количеством осадков принес с собой тысячи кубометров воды. Дамба просто не справилась с нагрузкой и рухнула.

Заиление это также следствие снижения способности рек к самоочищению за счет частого простоя. Это может вызвать рост появления ядовитых водорослей и последующее загрязнение воды, от состояния которой напрямую зависит жизнь ее обитателей. При ухудшении ее качества велика вероятность гибели рыб от различных заболеваний.

И хотя ГЭС практически не выделяют вредных выбросов в атмосферу, для тропических стран существует ряд исключений. Из-за особенностей климата, такие ГЭС могут стать причиной образования парниковых газов. Причиной этому стало анаэробное разложение растительности с затопленных земель и неправильная подготовка заготовительных работ. Здесь выбросы метана превышают показатели угольных станций, хотя в северных регионах обычно такие выбросы составляют от 2% до 8%.

Крупнейшие ГЭС

В мире двумя самыми крупными ГЭС являются:

  1. Итайпу, расположенная на границе между Бразилией и Парагваем, с высотой падения воды 195 м, максимальной выходной мощностью 14 тыс. МВт (20 турбогенераторов мощностью 700 МВт каждый).
  2. «Три ущелья» на реке Янцзы в Китае с перепадом воды 185 м и максимальной установленной мощностью 22 500 МВт.

На территории РФ построено много ГЭС, входящих в список крупнейших в мире:

  • Саяно-Шушенская;
  • Красноярская;
  • Братская;
  • Усть-Илимская;
  • Богучанская;
  • Волжская;
  • Жигулевская;
  • Бурейская;
  • Саратовская;
  • Чебоксарская.

Крупнейшая аккумулирующая электростанция в РФ – Загорская ГАЭС. Она также присутствует среди 10 мировых самых мощных станций подобного типа.

Саяно-Шушенская ГЭС

Она расположена возле реки Енисей, в высоту достигает почти 250 м и считается самой высокой плотиной России. На строительство станции ушло 37 лет, оно завершилось только в 2000 году. Из-за своих масштабов гидроэлектростанция вырабатывает самую дешевую энергию: 1 кВт⋅ч стоит всего 1,62 руб. Она обеспечивает энергией рудники, заводы и предприятия пищевой промышленности.

Долгое время станцию считали примером для остальных, но в 2009 году произошла техногенная катастрофа, из-за которой гидроагрегат выбросило со своего места под высоким напором. Вода попала внутрь здания, после чего автоматические системы сломались. Сотрудникам пришлось вручную закрывать затворы водоприемников. Из-за этого погибли 75 человек, на полное восстановление ГЭС потребовалось 5 лет.

что такое гидроэлектростанция

Красноярская ГЭС

Расположена возле Енисея, в его состав входит единственный судоподъемник, который есть в РФ. ГЭС обеспечивает свой регион электричеством на 30%. Помимо этого, защищает местность от наводнений и налаживает работу речного транспорта.

В результате строительства станции большая зона оказалась затоплена. В нее вошли 132 населенных пункта, из которых пришлось переселить более 60 тыс. человек. Также из-за выхода теплой воды в одном и том же участке перестало происходить замерзание реки, это сказывается на экосистеме.

гидроузел это

Братская ГЭС

Находится в Иркутской области возле реки Ангара. Сооружение известно не только благодаря масштабу, но и размещению крупнейшего водохранилища. Для его формирования пришлось затопить более 100 деревень. Это событие стало значимым для города, поскольку он превратился в промышленный центр.

Дамба, к которой изначально относились негативно, стала местной достопримечальностью. Внутрь туристов пускать перестали, но автобусы все еще подъезжают туда, чтобы посмотреть на масштабы постройки и километровую стену, которая сдерживает огромный поток воды.

сколько гэс в россии

Усть-Илимская ГЭС (3840 МВт)


Усть-Илимская гидроэлектростанция была построена в Иркусткой области возле города Усть-Илимск на реке Ангара. Она стала третьей ступенью Ангарского каскада гидроэлектростанций, дополнив Иркутскую и Братскую ГЭС.
Строить её начали в 1963 году, а закончили в 1980 году, хотя уже в 1979 году она частично была запущена в эксплуатацию. Эта гидроэлектростанция имеет огромное значение для обеспечения устойчивости всей сибирской энергосистемы. Большую часть её энергии потребляют крайне энергоёмкие алюминиевые заводы, а также лесохимические предприятия. На базе этой гидроэлектростанции был создан Усть-Илимский территориально-производственный комплекс. В 2012 году эта станция выработала 32,3% общего количества энергии, полученной от всех электростанций Иркутской области.

Богучанская ГЭС

Расположена в Краснодарском крае, входит в пятерку крупнейших станций. На возведение комплекса потребовалось более 30 лет, последний гидроагрет заработал в 2014 году. Станция состоит из нескольких плотин и производственного комплекса, который примыкает к ним. Суда через этот участок проходить не могут. Раньше для этого использовали шлюз, но позже забетонировали из-за обнаруженных нарушений.

как работает гидроэлектростанция

Гидроэлектростанции используют природные ресурсы для получения энергии, поэтому в сравнении с остальными типами ее стоимость получается самой низкой. К тому же во время обработки исключаются выбросы в атмосферу. Однако, для работы ГЭС требуется большой напор воды и ее направление в соответствующее русло. Поэтому несмотря на простую схему работы станций, специалистам приходится учитывать много факторов, в том числе затопляемость ближайших территорий.

Способы применения гидроэнергии

На сегодняшний день практически 20% всей электроэнергии вырабатывают из возобновляемых ресурсов. И примерно 85% от этих 20% – гидроэнергия. Гидроэнергетика стремительно развивается во всех странах мира. Всего с помощью водных ресурсов вырабатывается шестая часть всей электроэнергии на Земле.

Решение проблем ГЭС

Основные проблемы станций часто можно успешно решить на этапе строительства. Несмотря на это каждый год на станциях происходит около трех тысяч аварий.

От безопасности ГЭС зависит не только чистота окружающей среды, но и срок ее эксплуатации. Так, например мы знаем каковы были последствия на саяно-шушенской ГЭС. Полный выход из строя всех турбин, разрушение машинного зала и семьдесят пять погибших. Разлив моторного масла в реке принес непоправимый вред экологии и уничтожил до 400 тонн форели.

Большая часть происшествий на ГЭС связана с ошибками на проектно-техническими решениями. Для этого экспертами нашей компании были разработаны меры по предотвращению подобных происшествий в будущем. Они созданы с учетом опыта прошлых лет и современных технологий.

Во-первых, необходимо проведение тщательных исследований при проектировании станции. Они помогут устранить сразу несколько основных проблем, таких как:

  • наводнения;
  • миграция рыб;
  • скопление ила;
  • землетрясения;
  • выбросы парниковых газов;
  • смещения дамбы.

Строительство таких станций должно производиться с учетом всех климатических составляющих, в том числе и среднее количество ежегодных осадков. А также с введением в приоритет заботу о рыбных хозяйствах, судоходстве, чистоте воды для питьевого потребления и орошения.

При проектировании также должна быть учтена охрана природных условий и биоразнообразия. Так, необходима тщательная подготовка затапливаемых земель, особенно в лесистых местностях. Если не уделить данному процессу достаточного внимания, уже через двадцать лет после начала эксплуатации станции начнутся серьезные проблемы с всплыванием торфяных масс.

Немаловажна и техническая часть оборудования станции. Все агрегаты должны проходить ежегодное обслуживание и ремонтные работы. Недопустимо использование устаревшего оборудования, так как их поломка может привести к серьезным последствиям. Необходимо внедрение селективных водозаборов, с целью уменьшения влияния на микроклимат. Такая система помогает регулировать температурный режим воды.

При правильной эксплуатации ГЭС могут прослужить от ста лет и больше. Ежегодно ГЭС экономят до 55 миллионов топлива. Поэтому развитие станций малых размеров все чаще становится перспективной в силу их меньшего вреда экологии и равномерному распределению водных ресурсов.

На 2021 год 9% глобальных запасов гидроэнергии приходятся на долю России. Это 900 миллиардов КВт*ч, из которых используется только 20%. Однако по словам экспертов ГЭС станут решающим шагом по декарбонизации экономики мира. Большой потенциал для развития данной сферы, по их словам, находится в географическом расположении страны — на территории РФ находятся 2,8 миллиона рек.

Уже сегодня 95% глобального резерва регулировочной мощности приходятся на долю ГЭС.

Какой экологический вред приносит строительство ГЭС

Несмотря на то, что ГЭС достаточно экологичны, назвать их полностью безопасными для окружающей среды нельзя. Крупные станции разрушают экосистемы; высокая нагрузка на водные ресурсы провоцирует их неравномерное распределение.

В итоге одни районы оказываются затопленными, другие — пересыхают. Результатом повышения уровня воды становятся разрушенные берега, оползни и обвалы. Массовое строение ГЭС со временем приводит к тому, что использование воды опережает ее возможность восстанавливаться. Учитывая то, что потоки воды задерживают органику, разлагаясь, она провоцирует выброс в атмосферу значительное количество парниковых газов.

Строительство плотин является причиной остановки нормального течения реки, из-за чего уровень растворенного в ней кислорода падает. Результатом этого становится массовая гибель рыб в водохранилище и растений на территории вокруг него. Происходит нарушение нерестового цикла. Теоретически, эту проблему можно решить путем возведения рыбоподъемников и рыбоходов, однако это приводит к тому, что строительство и эксплуатация ГЭС становится дороже.

Перспективы и потенциал гидроэнергетики

Развитие гидроэнергетики набирает обороты во всем мире. Однако гидроэра в развитых странах давно настала, а почти весь потенциал гидроресурсов исчерпан.

В странах Западной Европы используется 70% гидроресурсов, в Японии – около 90%. Наиболее развитые страны либо строят ГАЭС и мелкие ГЭС, либо вкладываются в модернизацию уже работающих станций. Исключением является Канада, так как в ней гидроресурс практически не освоен.

Активнее всего сферу гидроэнергетики развивает Китай, где располагается практически 50% всех малых гидростанций в мире.

Россия также старается развить водную энергетику. На данный момент 10% от получаемого электричества производят с помощью гидроресурсов. Однако гидропотенциал России огромен и не освоен.

[spoiler title=»Источники»]

  • https://narobraz.ru/avto/plyusy-i-minusy-ges.html
  • https://energoseti.ru/articles/gidroenergetika-rossii
  • https://gidrotechnologies.ru/stroitelstvo-gidrojelektrostancii/3-pljusy-i-minusy-gjes.html
  • https://proagregat.com/energetika/krupneyshie-gidroelektrostantsii-v-rossii-i-v-mire/
  • https://rukivnogi.com/russia/articles/samaya-bolshaya-ges-v-rossii
  • https://cleanbin.ru/terms/hydropower-plants
  • https://musorniy.ru/chto-takoe-ges-i-kak-oni-rabotayut/

[/spoiler]

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector