Гидроэнергетика, её влияние на среду обитания

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение высшего 
профессионального образования  Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники 
(ТУСУР)

 

 

Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга 
(РЭТЭМ)

 

ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ 
Руководитель, доцент

В.М. Захаров 

                                                                                             «____» ___________2013 г.

 

 

 

 

 

 

Гидроэнергетика, её влияние на среду обитания 
Курсовая работа по дисциплине: «Источники загрязнения среды обитания»

 

 

 

 

Выполнил студент группы 229

Е.В. Сидоров

«____» _________ 2013 г.

 

2013

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………

1 ГЭС: принцип действия, конструкция………………………………………...

2 Преимущество гидроэнергетики………………………………………………

3 Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду…………..

    3.1 Затопление в верхнем бьефе………………………………………………

3.2 Подтопление……………………………………………………………….

3.3 Изменение берегов………………………………………………………...

3.4 Влияние водохранилищ на микроклимат……………………………….

3.5 Влияние водохранилищ на растительный и животный мир…………..

4 Мероприятия  по охране природы…………………………………………….

Заключение…………………………………………………………………….......

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Утверждаю»

__________________ /                         /

 

Календарный план выполнения курсовой работы по теме:

Тепловая энергетика, её влияние  на среду обитания _________________________________________________________________

№ недели	Дата	Содержание этапа Подпись студента	Подпись преподавателя
1	9.09	Получение и уяснение задания. Составление и утверждение календарного плана.
2	12.09	Изучение методического задания
3	14.09	Поиск информации
4	15.09	Оформление титульного листа. Написание  содержания
5	23.09	Утверждение содержания
6	06.10	Написание введения и 1 главы
7	07.10	Обязательный контроль
8
9
10
11
12
13
14
15		Защита работы. Выступление с докладом

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Люди очень  давно научились использовать энергию  воды для того, чтобы вращать рабочие  колеса мельниц, станков, пилорам. Но постепенно доля гидроэнергии в общем количестве энергии, используемой человеком, уменьшилась. Это связано с ограниченной возможностью передачи энергии воды на большие  расстояния. С появлением электрической  турбины, приводимой в движение водой, у гидроэнергетики появились  новые перспективы.

По состоянию  на 2011 год в России имеется 15 действующих, достраиваемых и находящихся  в замороженном строительстве гидравлических электростанций свыше 1000 МВт и более  сотни гидроэлектростанций меньшей  мощности.

При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место и мире (порядка 852 млрд. кВт ч.) после Китая, однако, по степени их освоения – 20% – уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Степень износа оборудования большинства российских гидростанций превышает 40%, а по некоторым ГЭС этот показатель достигает 70%, что связано с системной проблемой всей гидроэнергетической отрасли и ее хроническим недофинансированием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ГЭС: принцип действия, конструкция

 

Гидроэлектростанция − это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия  потока воды преобразуется в электрическую  энергию.

Гидроэлектростанции являются составной частью гидроузла  – комплекса гидротехнических сооружений, предназначенных для использования  водных ресурсов в интересах народного  хозяйства: получения электрической  энергии, ирригации, водоснабжения, улучшения  условий судоходства, защиты от наводнений, рыбоводства и др.

Мощность  гидравлического потока зависит  от расхода и напора. Скорость потока воды в реке изменяется по ее длине  с изменением сечения русла и  гидравлического уклона. Для концентрации мощности и сосредоточения напора реки в каком-либо одном месте возводят гидротехнические сооружения: плотину, деривационный канал.

Плотина, перегородив  реку, образует водохранилище, достигающее  иногда таких больших размеров, что  его называют морем. Таковы, например, Волгоградское, Цимлянское море, простирающиеся более чем на 100 км. Поверхность воды перед плотиной называется верхним бьефом, а за плотиной – нижним бьефом [1].

Водосбросные  сооружения перепускают воду из верхнего бьефа в нижний во избежание превышения максимального расчетного уровня воды в период паводка, сбрасывает лед, шугу и т.п.

Если река судоходна, то к плотине примыкают  шлюзы (судоподъемники) с подходными каналами для пропуска судов и  плотов через гидроузел, перевалки  грузов и пересадки пассажиров с  водного на сухопутный транспорт  и пр.

Для обеспечения  отбора и подачи воды неэнергетическим потребителям в состав гидроузла  входят водоприемные сооружения и насосные станции.

Рыбохозяйственные сооружения – это рыбоходы и рыбоподъемники для пропуска через гидроузел ценных пород рыб к местам постоянных нерестилищ, рыбозащитные сооружения и сооружения для искусственного рыборазведения. Иногда рыбу пропускают через шлюзы в процессе шлюзования судов.

Для связи  объектов гидроузла между собой, соединения их с сетью государственных  автомобильных и железных дорог, а также для пропуска этих дорог  через сооружения гидроузла строят транспортные сооружения: мосты, дороги и др.

Для выработки  электроэнергии и ее распределения  потребителям в состав гидроузла  входят различные энергетические сооружения. К ним относятся: водоприемные устройства и водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к турбинам и отводящие  воду в нижний бьеф; здание гидроэлектростанций  с гидротурбинами, гидрогенераторами  и трансформаторами; вспомогательное  механическое и подъемно – транспортное оборудование; пульт управления; открытые распределительные устройства, предназначенные  для приема и распределения энергии.

Принцип действия ГЭС заключается в следующем: плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.

Напор создаётся  концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Деривацией в гидротехнике называют совокупность сооружений, осуществляющих отвод воды из реки, водохранилища  или другого водоёма, транспортировку  её к станционному узлу ГЭС, насосной станции, а также отвод воды от них. Различают деривацию безнапорную  и напорную. Напорная деривация –  трубопровод, напорный туннель, применяется, когда колебания уровня воды в  месте её забора или отвода значительны. При малых колебаниях уровня может применяться как напорная, так и безнапорная деривация. Тип деривации выбирается с учётом природных условий района на основании технико-экономического расчёта. Протяжённость современных деривационных водоводов достигает нескольких десятков километров, пропускная способность более 2000 м³/сек. Основное энергетическое оборудование 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 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. По установленной мощности различают мощные (свыше 250 МВт), средние (до 25 МВт) и малые (до 5 МВт). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего расхода воды Q (м³/сек)), используемого в гидротурбинах, и КПД гидроагрегата.

По максимально  используемому напору ГЭС делятся  на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации – до 1500 м.

Одними из самых важных составляющих ГЭС считаются  гидрогенераторы и гидротурбины [2].

 

 

 

2 Преимущества гидроэнергетики

 

Основные  преимущества гидроэнергетики очевидны. Разумеется, главным преимуществом  гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем. При этом гидроресурсы значительно опережают в развитии остальные виды возобновляемых источников энергии и способны обеспечивать энергией большие города и целые регионы.

Кроме того, пользоваться этим источником энергии можно достаточно просто, что подтверждается длительной историей гидроэнергетики. Например, генераторы гидроэлектростанций можно включать или выключать в зависимости  от энергопотребления.

В то же время  достаточно спорным является вопрос о влиянии гидроэнергетики на окружающую среду. С одной стороны, эксплуатация гидроэлектростанций  не приводит к загрязнению природы  вредными веществами, в отличии от выбросов СО₂, производимыми ТЭС и возможными авариями на АЭС, которые могут понести за собой глобальные катастрофические последствия.

Но в то же время образование водохранилищ требует затопления значительных территорий, зачастую плодородных, а это становится причиной негативных изменений в  природе. Плотины часто перекрывают  рыбам путь к нерестилищам, нарушают естественное течение рек, приводят к развитию застойных процессов, снижают способность к «самоочищению», а следовательно резко изменяют качество воды.

Себестоимость производимой энергии на ГЭС гораздо  ниже, чем на атомных и тепловых электростанциях, и они способны быстрее выходить на режим выдачи рабочей мощности после включения, однако их строительство обходится  дороже.

Современные технологии производства гидроэлектроэнергии  позволяют получать довольно высокий  КПД. Иногда он в два раза превышает  аналогичные показатели обычных теплоэлектростанций. Во многом такая эффективность обеспечивается особенностями оборудования гидроэлектростанций. Оно очень надёжно, да и пользоваться им просто.

Кроме того, всё  используемое оборудование обладает ещё  одним важным преимуществом. Это  длительный срок службы, что объясняется  отсутствием теплоты в процессе производства. И действительно часто  менять оборудование не нужно, поломки  случаются крайне редко. Минимальный  срок службы ГЭС – около пятидесяти лет. А на просторах бывшего Советского Союза успешно функционируют  станции, построенные в двадцатых  или тридцатых годах прошлого века. Управление гидроэлектростанциями  осуществляется через центральный  узел, и вследствие этого в большинстве  случаев там работает небольшой  персонал [3].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду

В первой половине XX в. сооружение водохранилищ, в том числе комплексного назначения, велось во многих странах мира, включая  крупные водохранилища, объем которых  достигал десятков кубических километров.

В этот период был накоплен опыт и созданы предпосылки  для их широкого строительства, когда  во второй половине ХХ в. такая потребность  возникла для водообеспечения быстро растущих городов, промышленности, больших ирригационных систем, наращивания использования гидроэнергетических ресурсов. Далеко не идиллически и непросто складывались в этот период отношения с окружающей средой.

Вопросам  влияния водохранилищ и ГЭС на окружающую среду уделялось ограниченное внимание, и хотя казалось, что природные  ресурсы беспредельны, уже начали проводиться исследования по его  оценке.

Международной комиссией по большим плотинам дано такое определение понятия окружающей среды: «Ансамбль физических, химических, биологических и социальных факторов, в определенный момент способных  оказывать прямое или косвенное, краткое или продолжительное  влияние на живые существа и человеческую деятельность». При этом деятельность по охране окружающей среды должна быть направлена на улучшение жизни  человека во всех ее аспектах при сохранении экологического равновесия. Именно жизнь  человека, его здоровье являются главными приоритетами, определяющими экологическую  безопасность.

Учитывая, что и в естественных условиях элементы экосистем постоянно испытывают циклические или необратимые  преобразования, экологическое равновесие является динамическим. Исходя из этого, масштабы и уровень вмешательства  в природную среду и соответственно ее изменений должны обеспечить возможность ее восстановления и саморегулирования и не превысить допустимый предел, вызвав нарушение экологического равновесия.

Создание  гидроэнергетических объектов с  водохранилищами комплексного назначения, в отличие от эволюционно сформировавшихся природных водных объектов, происходит за исторически короткий срок, и  мы наблюдаем в первую очередь  начальный этап формирования и становления  их экосистем – наиболее тяжелый  и уязвимый для внешних и внутренних воздействий. Причем чем «здоровее» было исходное состояние водного  объекта, нарушенное созданием водохранилища, тем легче и быстрее проходит этап адаптации с минимальными негативными  последствиями для окружающей среды. При этом происходят качественная перестройка, преобразование экосистем водного  объекта с возникновением новых  водных экосистем. В чем состоят  эти изменения, где пределы допустимых воздействий, как сохранить устойчивость новых экосистем, – ответы на эти  вопросы приобретают первостепенное значение. Ведь необходимо обеспечить их гомеостатическое состояние, чтобы  развитие экосистем по новому пути было устойчивым и предсказуемым.