Воздействие ГЭС на окружающую среду

Министерство образования и  науки Российской Федерации Калужский филиал федерального государственного бюджетного  образовательного учреждения высшего профессионального образования  «Московский  государственный технический университет   имени Н.Э. Баумана» (КФ  МГТУ им. Н.Э. Баумана)

 

ФАКУЛЬТЕТ	"Фундаментальные науки"
КАФЕДРА	"Промышленная экология и химия"

О Т Ч Е Т

ДОМАШНЕЕ  ЗАДАНИЕ №1

 

ДИСЦИПЛИНА:		"Промышленная экология"
ТЕМА:	"Гидроэлектростанция. Технологический цикл. Воздействие ГЭС на окружающую среду. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Принципы действия и особенности влияния на окружающую среду."

 

Выполнил: студент гр. ЭКД-71	Власенкова Е.В___________________
Проверил:	Никулина С.Н. ___________________

 

Дата сдачи (защиты) домашнего  задания:
Результаты сдачи (защиты):

Калуга, 2013 г.

Содержание

 

Введение		3
Гидроэлектростанция		4
Технологический цикл ГЭС		8
3.     Воздействие ГЭС на окружающую среду		12
4.	Нетрадиционные возобновляемые источники энергии	15
5.	Принципы действия и особенности  влияния на окружающую среду	18
Заключение		22
Список литературы		24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

 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 и отливы, возникают могучие океанские течения. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Гидроэлектростанция

 

Гидроэлектростанция представляет собой комплекс различных сооружений и оборудования, использование которых  позволяет преобразовывать энергию  воды в электроэнергию. Гидроэлектростанции  возводятся на реках, сооружая плотины  и водохранилища. Большое значение для эффективности работы станции  имеет выбор места. Необходимо наличие  двух факторов: гарантированная обеспеченность водой в течение всего года и как можно больший уклон  реки. Гидроэлектростанции разделяются  на плотинные (необходимый уровень  реки обеспечивается за счёт строительства  плотины) и деривационные (производится отвод воды из речного русла к  месту с большой разностью  уровней)[1]. 

Отличаться может и  расположение сооружений станции. Например, здание станции может входить  в состав водонапорных сооружений (так  называемые русловые станции) или располагаться  за плотиной (приплотинные станции). 

Работа гидроэлектростанций  основана на использовании кинетической энергии падающей воды.

Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор  воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В  некоторых случаях для получения  необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом  здании гидроэлектростанции располагается  все энергетическое оборудование. В  зависимости от назначения, оно имеет  свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно  преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции  разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

• мощные — вырабатывают от 25 МВТ и выше;
• средние — до 25 МВт;
• малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также  от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам  уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также  еще по ряду причин, в качестве выражения  мощности гидроэлектрической станции  принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы  работы гидроэлектростанции.

Основным рабочим органом  гидроэнергетической установки, непосредственно  преобразующим энергию движущейся воды в кинетическую энергию своего вращения, является гидротурбина. Коэффициент полезного действия гидротурбины составляет до 90%. Гидротурбины бывают двух типов: 1) активные гидротурбины, рабочее колесо которых вращается в воздухе натекающим на его лопасти потоком воды; 2) реактивные гидротурбины, рабочее колесо которых полностью погружено в воду и вращается в основном за счет разности давлений перед и за колесом Величина КПД реальных турбин колеблется от 50 % для небольших агрегатов до 90 % для больших энергоустановок.

Гидроэлектростанции также  делятся в зависимости от максимального  использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м;

средненапорные — от 25 м;

низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются  различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины  с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются  поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под  давлением (напор воды) поступает  на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким  образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор  воды.

Гидроэлектрические станции  также разделяются в зависимости  от принципа использования природных  ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

русловые и плотинные  ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор  воды в них создается посредством  установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень  воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

Приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

Деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины[2].

У России большой гидроэнергетический  потенциал, что подразумевает значительные возможности развития отечественной  гидроэнергетики. На территории Российской Федерации сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место  в мире, опережая США, Бразилию, Канаду. На сегодняшний день общий теоретический  гидроэнергопотенциал России определен  в 2900 млрд кВт-ч годовой выработки  электроэнергии или 170 тыс. кВт/ч на 1 кв. км территории. Однако сейчас освоено  лишь 20% этого потенциала. Одним из препятствий развития гидроэнергетики  является удаленность основной части  потенциала, сконцентрированной в центральной  и восточной Сибири и на Дальнем  Востоке, от основных потребителей электроэнергии.

Выработка электроэнергии российскими  ГЭС обеспечивает ежегодную экономию 50 млн тонн условного топлива, потенциал  экономии составляет 250 млн тонн; позволяет снижать выбросы СО2 в атмосферу на величину до 60 млн тонн в год, что обеспечивает России практически неограниченный потенциал прироста мощностей энергетики в условиях жестких требований по ограничению выбросов парниковых газов. Кроме своего прямого назначения – производства электроэнергии с использованием возобновляемых ресурсов – гидроэнергетика дополнительно решает ряд важнейших для общества и государства задач: создание систем питьевого и промышленного водоснабжения, развитие судоходства, создание ирригационных систем в интересах сельского хозяйства, рыборазведение, регулирование стока рек, позволяющее осуществлять борьбу с паводками и наводнениями, обеспечивая безопасность населения.

В настоящее время на территории России работают 102 гидроэлектростанции  мощностью свыше 100 МВт. Общая установленная  мощность гидроагрегатов на ГЭС в  России составляет примерно 46 000 МВт (5 место в мире). В 2011 году российскими  гидроэлектростанциями выработано 153,3 млрд кВт/ч электроэнергии. В  общем объеме производства электроэнергии в России доля ГЭС в 2011 году составила 15,2%.

В России доля ГЭС в энергобалансе  страны – 11%. Преобладают крупные  ГЭС: Шушинская, Ангарская, Братская, Красноярская и другие. Наиболее перспективны в  использовании малые ГЭС. К малым  ГЭС условно относят гидроэнергетические  агрегаты мощностью от 100 кВт до 10 МВт. Меньшие агрегаты относятся  к категории микро-ГЭС. Суммарная  мощность малых ГЭС в мире сегодня  превышает 70 ГВт[3].

 

2. Технологический цикл ГЭС.

 

     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 энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Рисунок 1 – Принципиальная технологическая  схема ГЭС.

Водное пространство перед плотиной называется бьефом, а ниже плотины  – нижним бьефом. Разность уровней  верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н. Верхний бьеф образует водохранилище. В котором  накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки  электроэнергии[4].

 Напор ГЭС создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование гидроэлектростанции 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.

 По ряду причин (вследствие, например, сезонных изменений уровня  воды в водоёмах, непостоянства  нагрузки энергосистемы, ремонта  гидроагрегатов или гидротехнических  сооружений и т.п.) напор и расход  воды непрерывно меняются, а кроме  того, меняется расход при регулировании  мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.