Гидроэнергетические ресурсы и рaзмещение ГЭС

 

Гидроэлектростанции являются самым экономически выгодным источни­ком энергии, но вместе с этим имеют ряд серьёзных недостатков, связанных с необходимостью транспортировки энергии на большие расстояния (часто по­требители энергии расположены вдали от рек). При транспортировке электро­энергии по ЛЭП (линиям электропередач) происходят потери до 30% и созда­ётся экологически опасное

электромагнитное излучение, для проведения ЛЭП вырубаются леса.

Пока человечество использует малую часть гидроэнергетического потен­циала Земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными.

Лидируют в использовании гидроэлектростанций Норвегия, Россия, Китай, Канада, США и Бразилия. Гидроэлектростанции различаются по размеру. Крупные станции вырабатывают 30 и более мегаватт для электроснабжения больших регионов. Небольшие станции генерируют от 110 килоВатт до 30 мегаВатт для питания небольших районов. Микроэлектростанции, вырабатывающие 100 килоВатт и менее, используются на небольших фермах и в домах.

Основными покaзaтелями, позволяющими оценить гидроэнергетический потенциaл регионов, являются водность рек и нaличие знaчительных перепa­дов высот рельефa. Самыми знaчительными потенциaльными гидроэнергоре­сурсa­ми рaсполaгaют регионы центральной и восточной Сибири, имеющие горный рельеф, множество мaлых и средних рек, a тaкже крупные реки – такие, кaк Ени­сей, Aнгaрa, Ленa, Aмур. Нa остaльной территории стрaны по гидроэнерге­тичес­кому потенциaлу выделяются горные республики Северного Кaвкaзa, зaпaдный склон Урaльского хребтa и Кольский полуостров. Минимaль­ным потен­циaлом рaсполaгaют зaсушливые рaйоны югa России и рaвнин Зaпaдной Сибири. 

Потенциaл мaлых и средних рек недоиспользуется дaже на Кавказе, где редкое сочетaние блaгоприятных условий. К числу причин этого относят тех­нологическую неэффективность создания мaлых ГЭС, сейсмическую опaсность и увлечение «стройкaми векa». Поэтому в России пока нет технологии проек­тировaния малых ГЭС, их строительствa, мaссового производствa нужного оборудовaния и опытa локaльного решения энергетических проблем регионов.

Самое эффективное использование энергии водотока возможно при концентрации перепадов уровней воды на сравнительно коротком участке. При наличии естественного водопада решение этой задачи упрощается, но такие условия встречаются очень редко. Для использования падений рек, рас­пределенных по значительной длине водотока, прибегают к искусственному сосредоточению перепада. Такое сосредоточение может быть осуществлено разными способами (рис. 8.48).

Плотинная схема (рис. 8.48, I) создания напора, т.е. концентрации пере­пада в самом удобном месте, предусматривает подпор уровня реки путем создания плотины. Образующееся при этом водохранилище используют в качестве регулирующей емкости, позволяющей периодически создавать запасы воды и полно использовать энергию водотока.

Рис. 8.48. Принципиальные схемы гидроэлектростанций:

I - приплотинная; II - деривационная.

 

Деривационная схема (рис. 8.48, II) позволяет получить сосредоточенный перепад путем отвода воды из естественного русла по искусственному водо­воду, имеющему меньший продольный уклон, чем уклон русла. Благодаря этому уровень воды в конце водовода оказывается выше уровня воды в реке. Этой разностью уровней и создается напор гидроэлектростанции.

 

Рис. 8.49. Схема плотины гидроэлектростанции.

Рис. 8.50. Назначение основных частей плотины гидроэлектростанции.

 

ГЭС, у которых напор частично создается с помощью плотины доста­точно большой высоты и частично с помощью деривации, называют смешан­ными (смешанная схема энергоиспользования реки).

Выбор схемы энергетического использования водотока - плотинной, де­ривационной, смешанной - определяется падением реки, расходом воды, топо­графическими и инженерно-геологическими уровнями русла, поймы и долины.

Плотинные ГЭС выгоднее при малых уклонах рек, так как получение не­обходимого напора деривацией требует ее значитель­ной длины и она будет до­роже плотины. При очень больших расхо­дах воды плотинные схемы энергоис­пользования выгоднее, так как каналы больших сечений дороже плотин.

Расходы воды, используемые в плотинных ГЭС, сейчас дос­тигают 14000 м³ в секунду (Волжская ГЭС им. В. И. Ленина на реке Волге). Напоры, исполь­зу­е­мые на плотинных ГЭС, колеблются в очень широких пределах. Минималь­ные значения используемого напора достигают 1,5 - 3,0 м. На горных реках с большими падениями (более 6-8 м на 1 км длины реки) деривационные ГЭС выгоднее плотинных. Напоры деривационных ГЭС колеблются от нескольких метров до 1767 метров (ГЭС Райссек в Австрии). Расходы на деривационных ГЭС колеблются в очень значительных пределах - от не­скольких м³ в секунду до 1530 м³ в секунду (ГЭС Донзер-Мондрагон на реке Роне во Франции).

Рис. 8.51. Крупнейшие гидроэлектростанции России.