инд.проект. Выработка энергии при помощи гэс
 Скачать 111.94 Kb.
|
|
| Введение | | 3 |
| I Теоретическая часть | | |
| I.1 История Гидроэнергетики | | 4 |
| I.2 Гидроэлектростанции. Виды, назначение, принципы работы, основное оборудование | | 6 |
I. Теоретическая часть
I.1.История Гидроэнергетики
I.2.Гидроэлектростанции. Виды, назначение, принципы работы,
основное оборудование.
I.3.Место гидроэнергетики в экономическом развитии страны.
I.4.Перспективы развития гидроэнергетики.
II. Практическая часть
Заключение
Введение
Гидроэлектростанция(ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии водный поток.
Основное назначение гидроэлектростанции это конечно выработка электроэнергии, однако немаловажна и ее противопаводковая функция, за счет регулирования пропуска воды в реках.
Актуальность: Тема энергетики в современном мире для обывателя крайне мало освещается. Электричество для многих берется просто из розетки. Кто-то что-то знает про «сжигают нефть» или «сжигают газ», может быть «сжигают уголь». Еще есть разговоры про «страшный атом» и кто-нибудь может вспомнить про гидроэлектростанции. Да, безусловно, в моде разговоры о солнечных батареях и ветряках, которые к слову, меньше всего участвуют в выработке всей энергии в мире, но крайне сильно (и красиво, чего уж там) разрекламированы.
А между тем, на фоне сокращающихся дешевых запасов угля, нефти и газа, необходимости в переработке ядерного топлива и все-таки его потенциальной опасности, гидроэнергетика совершенно незаслуженно не получает должной похвалы и внимания. Давайте восполним этот пробел прямо сейчас.
Как вполне логично указано на сайте РусГидро: гидроресурсы — возобновляемый и наиболее экологичный источник энергии, использование которого позволяет снижать выбросы в атмосферу тепловых электростанций и сохранять запасы углеводородного топлива для будущих поколений.
И действительно. Мощные реки текут каждый день, независимо от погоды, курса валют, выборов или проведения музыкальных конкурсов. Отметим вполне себе реальные и очевидные вещи: у российской гидроэнергетики огромный потенциал. Сейчас на территории РФ функционируют 102 гидростанции, общая установленная мощность гидроагрегатов на ГЭС в России занимает 5 место в мире. Такое же место в мире мы занимаем и по выработке энергии с помощью гидроэлектростанций.
Цель: Изучить ГЭС и подготовить буклет.
Задачи:
1.Познакомиться с литературой по теме;
2.Обработать информацию для проекта;
3.Разработать буклет.
I.Теоретическая часть
I.1 История гидроэнергетики
История гидроэнергетики берет свое начало с конца 19 века. Характерно, что наиболее весомый вклад в развитие гидроэнергетики внесли именно русские инженеры, которые и руководили первыми стройками. В 1891 г. в местечке Лауфен на р. Неккар, Германия под руководством русского инженера М.О. Доливо-Добровольского была построена первая промышленная ГЭС, в 1892 г. под руководством инженера Кокшарова была построена гидроэлектрическая установка на р.Березовке на Алтае для электроснабжения Зыряновского рудника, в 1896 г. под руководством В.Н. Чиколева и Р.Э. Классона была построена гидроэлектрическая установка на р.Охте для электроснабжения Охтинского порохового завода, в 1903 г. – ГЭС на Северном Кавказе на р. Подкумок, в 1909 г. – Гиндукушская ГЭС на р.Мургаб мощностью 1590 л.с..
Справедливости ради, нужно отметить, что в Европе и США также активно развивалась гидроэнергетика, где старались строить более мощные установки: ГЭС мощностью 16,8 тыс.кВт в Рейнфельде (1898 г., Германия), Ниагарская ГЭС Адамс мощностью 500 тыс.л.с. (1900 г.,США), ГЭС Ксокук мощностью 180 тыс.л.с. (1912 г. США), ГЭС Жонаж мощностью 11,2 тыс.л.с. (1901 г., Франция) и др.
Несмотря на наличие проектов крупных ГЭС, в начале ХХ века в России сооружались только небольшие ГЭС. Кроме того, в этот период строились в основном ТЭС (теплоэлектростанции), обеспечивавшие более быстрое получение доходов и требовавшие меньших капиталовложений по сравнению с ГЭС. Так, в 1913 г. общая мощность ГЭС составляла около 16 МВт с выработкой 35 млн. кВт·ч, а суммарная мощность всех электростанций – около 1100 МВт с выработкой 1945 млн. кВт·ч. Мощность самой крупной ГЭС равнялась 1,3 МВт, а ТЭС – 40 МВт.
Наиболее активно гидроэнергетика развивалась во времена Советского Союза. Первой крупной гидроэлектростанцией России стала Волховская ГЭС. Её строительство было начато в период 1917- 1926 г.г. Волховская ГЭС стала первой электростанцией, строительство которых было предусмотрено планом ГОЭЛРО, окончательно принятым в 1921 году. В 1935 году было начато строительство Угличской и Рыбинской ГЭС. Угличская ГЭС мощностью 110 МВт была запущена в 1940 году, Рыбинская ГЭС — в конце 1941 года, уже после начала Великой Отечественной Войны.В 1948—1950 годах было начато строительство сразу нескольких крупных гидроэлектростанцийна Волге, Каме, Дону. Одновременно строились пять гидроэлектростанций: Цимлянская, Камская, Горьковская (Нижегородская), Куйбышевская (Жигулёвская), Сталинградская (Волжская). В 1950-х годах было положено начало развитию гидроэнергетики в Сибири — были построены Иркутская ГЭС на Ангаре и Новосибирская ГЭС. В 1960-х годах основной объем нового гидроэнергетического строительства переместился в Восточную Сибирь, а также в горные районы Кавказа. В 1961 году был пущен первый гидроагрегат Братской ГЭС, на тот момент крупнейшей в мире. В 1967 году заработал первый гидроагрегат Красноярской ГЭС, ещё одного мирового рекордсмена. В 1974 были запущены Усть-Илимская ГЭС и Чиркейская ГЭС. В 1975 году заработала крупнейшая на тот момент на Дальнем Востоке Зейская ГЭС, в 1978 году начала вырабатывать электроэнергию Саяно-Шушенская ГЭС — крупнейшая электростанция Советского Союза (а впоследствии и России). Была разработана и начала реализовываться программа по строительству гидроаккумулирующих электростанций, в рамках которой в 1987 году был пущен первый гидроагрегат крупнейшей в России Загорской ГАЭС..
Политические преобразования конца 1980-х привели к резкому замедлению гидроэнергетического строительства. Экономические сложности привели к отмене находящихся на начальных этапах реализации проектов крупных Туруханской, Средне-Енисейской и Катунской ГЭС. В 1998 году падение энергопотребления прекратилось и начался его рост. Это, а также в целом улучшение экономической ситуации, позволило активизировать строительство ряда электростанций, начатых еще в советское время. В 2003 году заработал первый гидроагрегат Бурейской ГЭС — крупнейшей электростанции на Дальнем Востоке России. В 2012 году была запущена Богучанская ГЭС.
Более 110 лет минуло с тех пор, как наши соотечественники заставили воду работать для электроэнергетики.И в сентябре 2019 года произведен пуск Нижне-Бурейской ГЭС - первой гидроэлектростанции спроектированной и построенной в новейшей России.
I.2 Гидроэлектростанции. Назначение, виды, принципы работы, основное оборудование
Основное назначение гидроэлектростанции это конечно выработка электроэнергии, однако немаловажна и ее противопаводковая функция, за счет регулирования пропуска воды в реках.
Гидроэлектростанции разделяются в зависимости от максимального использования напора воды: высоконапорные — более 60 м; средненапорные — от 25 м; низконапорные — от 3 до 25 м. Гидроэлектрические станции также могут быть разделены в зависимости от принципа использования природных ресурсов. плотинные ГЭС, приплотинные ГЭС, деривационные ГЭС и гидроаккумулирующие электростанции(ГАЭС).
Принцип работы ГЭС достаточно прост. 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 определённом месте, или деривацией — естественным потоком воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается всё энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет своё определённое деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию. Есть ещё всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля работы ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Принцип работы используемых в ГЭС турбин един.
Вода, находящаяся под давлением (напор воды), поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, передается на гидрогенератор, который вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами - стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.
Основным энергетическим оборудованием ГЭС являются гидротурбины и гидрогенераторы.
Гидротурбины
Гидравлической турбиной называется машина, преобразующая энергию движения воды в механическую энергию вращения ее рабочего колеса. Существует большое число различных видов турбин, однако в практике гидроэнергетического строительства широко используется лишь четыре вида турбин: осевые, диагональные, радиально–осевые и ковшовые. На высоконапорных ГЭС применяются ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС применяются поворотно - лопастные и радиально-осевые турбины. На низконапорных ГЭС применяются поворотно - лопастные турбины в железобетонных камерах.
Разнообразие природных условий, в которых сооружаются ГЭС, определяет разнообразие конструктивного исполнения турбин. Мощности турбин изменяются от нескольких киловатт до 640 МВт, а частота вращения – от 16,6 до 1500 об/мин.
Гидрогенераторы
Гидравлическим генератором называется машина, преобразующая механическую энергию вращения гидротурбины в электрическую энергию.
Эти машины приводятся во вращение, как правило, сравнительно тихоходными гидравлическими турбинами, частота вращения которых составляет 50–500 об/мин. Поэтому гидрогенераторы выполняют с большим числом полюсов и явно-полюсными роторами. Диаметр ротора достигает у мощных машин 16 м при длине 1,75 м (в генераторах мощностью 590–640 МВА), т.е. для таких генераторов отношение длины к диаметру составляет 0,11–0,20.
Для производства электрической энергии используются возобновляемые природные ресурсы, поэтому конечная стоимость получаемой электроэнергии ниже, чем при использовании других видов электростанций, и нет вредных выбросов в атмосферу.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- Гибкость. Гидроэнергетика является гибким источником электроэнергии, поскольку станции могут адаптироваться к изменяющемуся количеству энергии. Гидротурбины имеют время запуска порядка нескольких минут. Занимает от 60 до 90 секунд, чтобы завести устройство от холодного пуска до полной нагрузки; это намного меньше, чем для газовых турбин или паровых электростанций.
- Низкие затраты на электроэнергию. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти невосприимчиво к увеличению стоимости ископаемого топлива, такого как нефть, природный газ или уголь. Операционные затраты на рабочую силу также, как правило, низки, так как весь процесс автоматизирован и требуется небольшое количество персонала для нормальной работы.
- Другие виды использования водохранилища. Водоемы, созданные, гидроэлектростанциями часто предоставляют возможность для занятий водными видами спорта, а сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах аквакультура в водоемах является распространенным явлением.
Недостатки: Повреждение экосистем и потеря земли. Большие резервуары, связанные с традиционными ГЭС приводят к разрушению биологически богатой и производительной низменности и речных долин лесов, болот и лугов. Станции прерывают поток рек и могут нанести вред местной экосистеме, а строительство крупных плотин и водохранилищ часто включает в себя вытеснение людей и диких животных.
Принципиальный момент заключается в том, что степень влияния энергетики на экологию напрямую зависит от самого источника этой энергии. Специалисты считают, что гидроэлектростанции наносят экологии гораздо меньший ущерб, нежели традиционные электростанции. Это одно из главных преимуществ гидроэнергетики.
I.3 Место гидроэнергетики в экономическом развитии страны
Еще в 1912 году Глеб Кржижановский, инженер-энергетик по образованию, написал одну из первых своих научных статей, вывод которой не удается оспорить и до нынешних дней. Для развития экономики и социальной жизни любого региона электрификация должна иметь приоритетный характер. Другими словами: если руководство страны желает развития того или иного региона, то планирование этого развития должно начинаться с проектирования электростанции, которые станут базой для всего остального – для новых заводов и фабрик, для развития сельского хозяйства, для строительства поселков, городов, автомобильных и железнодорожных трасс. Сходство ситуации начала 20-х годов прошлого века и нынешней очевидно: в обоих случаях руководство страны планирует развитие регионов, в обоих случаях энергетикой занимаются государственные компании.
Каскады ГЭС с крупными водохранилищами комплексного назначения образуют водохозяйственные комплексы, участниками которых являются энергетика, коммунально-бытовое, промышленное, сельско-хозяйственное водоснабжение, орошение, водный транспорт, рыбное хозяйство, рекреация. Они также обеспечивают защиту природной и социальной среды от наводнений, гарантированные санитарно-экологические пропуски. При этом на основе создаваемой инфраструктуры, энергетических и водных ресурсов резко ускорилось экономическое развитие многих ранее отсталых или удаленных регионов, были созданы мощные территориально-производственные комплексы.
Важной экономической особенностью гидроэнергетических ресурсов является их возобновляемость, не требующая в дальнейшем дополнительных капиталовложений. Электроэнергия, вырабатываемая на ГЭС, в среднем почти в четыре раза дешевле электроэнергии, получаемой от тепловых электростанций. Поэтому использованию гидроэнергетических ресурсов придается особое значение при размещении электроемких производств. Традиционно к крупным ГЭС тяготеют алюминиевые производства — так, около 70% выработки второй по мощности в России Красноярской ГЭС потребляется Красноярским алюминиевым заводом. Братский алюминиевый завод использует электроэнергию Братской ГЭС, Саянский и Хакасский — Саяно-Шушенской ГЭС и т. п. Крупные гидроэлектростанции — своего рода форпосты освоения территории. В ходе их строительства создается необходимая инфраструктура (дороги, ЛЭП, жилье, связь, строительные мощности), что в совокупности с обилием дешевой электроэнергии способствует быстрому развитию вблизи ГЭС промышленности. ГЭС являются основой нескольких территориально-производственных комплексов — Братского, Усть-Илимского, Саянского. В результате строительства гидроэлектростанций возникли такие города, как Братск, Усть-Илимск, Саяногорск, Тольятти, Волжский и ряд других. Строительство ГЭС является крупнейшими инвестиционными проектами для ряда регионов, в частности для республик Северного Кавказа (Зарамагская ГЭС-1 в Северной Осетии, Зеленчукская ГЭС-ГАЭС в Карачаево - Черкесии, Гоцатлинская ГЭС в Дагестане).
Отсутствие необходимости в топливе и более простая технология выработки электроэнергии приводят к тому, что затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в десять раз меньше, чем на тепловых электростанциях (с учетом добычи топлива и его транспортирования). Высокая производительность труда на ГЭС является одной из основных ее экономических особенностей
Гидроэлектростанции являются важнейшим фактором надежности энергосистемы. В отличие от тепловых и особенно атомных электростанций, ГЭС имеют высокую маневренность. В течение нескольких минут или даже секунд гидроэлектростанция или отдельные ее гидроагрегаты могут уменьшить или увеличить мощность, компенсируя колебания нагрузки в энергосистеме. Многие ГЭС работают преимущественно в пиковом режиме: они включаются при прохождении энергосистемой суточных максимумов нагрузки (утром и вечером) и выключаются ночью, когда нагрузка в энергосистеме резко падает
Перспективным направлением можно считать экспорт электроэнергии, вырабатываемой на ГЭС. Уже сейчас в Китай поставляется электроэнергия с Зейской и Бурейской ГЭС, в Финляндию — с Вуоксинского каскада ГЭС, в Норвегию — с Пазских ГЭС. Особенно перспективна продажа электроэнергии в Китай, учитывая большие потребности быстрорастущей экономики Китая в электроэнергии и очень низкую освоенность гидропотенциала Восточной Сибири и Дальнего Востока.
Еще один стимул — нарастающие изменения климата, невооруженным глазом заметные в нашем Приамурье и ДФО. В результате ежегодных наводнений вышедшие из берегов реки затапливают населенные пункты, сотни домовладений и земельных участков, тысячи гектаров сельскохозяйственных земель, разрушаются дороги и мосты. Наводнение 2013 года, которое стало настоящей катастрофой, обошлось России в 569 млрд рублей (на фоне того, что стоимость Нижне - Бурейской ГЭС обошлась в чуть менее 45 млрд рублей).
I.4 Перспективы развития гидроэнергетики в России
Фактическое потребление электроэнергии в Российской Федерации в 2018 г. составило 1076,2 млрд кВт∙ч (по ЕЭС России 1055,6 — млрд кВт∙ч), что выше чем в 2017 г. на 1,6% (по ЕЭС России — на 1,5%).
В 2018 г. увеличение годового объема электропотребления ЕЭС России из‑за влияния температурного фактора (на фоне понижения среднегодовой температуры относительно 2017 года на 0,6°С) оценивается величиной около 5 млрд кВт-ч.
Кроме температурного фактора на положительную динамику изменения электропотребления в ЕЭС России в 2018 г. повлияло увеличение потребления электроэнергии промышленными предприятиями. В большей степени этот прирост обеспечен на металлургических предприятиях, предприятиях деревообрабатывающей промышленности, объектах нефте-газопроводного и железнодорожного транспорта. В течение 2018 г. значительный рост потребления электроэнергии наблюдался на крупных металлургических предприятиях (ПАО «Северсталь», ПАО «НЛМК», АО «Уральская сталь», АО «Кузнецкие ферросплавы») - от 2 до 3 %. Крупные промышленных предприятий деревообрабатывающей промышленности (АО «Соликамскбумпром», АО «Монди СЛПК» и др.) увеличили потребление электроэнергии от 1 до 2,5 %. Предприятия нефтепроводного транспорта, увеличили в 2018 г. годовые объемы потребления электроэнергии в среднем на 2,5 %, предприятиями газотранспортной системы - в среднем на 2%. При этом на Дальнем Востоке увеличение потребления связано с функционированием магистрального нефтепровода ВСТО, предприятиями ПАО «РЖД», в 2019 году с вводом в эксплуатацию газопровода «Сила Сибири». Для достижения плановых показателей реализуемого ПАО «РЖД» проекта Восточный полигон, необходимо дополнительно 4 ГВт мощности на территории Дальнего Востока (это если Зейская, Бурейская и Нижне - Бурейская ГЭС смогут вырабатывать вместе при максимальной нагрузке).
Таким образом развитие промышленного производства, как внутри страны, так и общемирового, а также климатические изменения, неукоснительно влекут за собой рост потребления энергии (об этом же свидетельствует рост спроса на российский газ со стороны наших зарубежных партнеров).Как отмечалось ранее одним из перспективных направлений считается экспорт электроэнергии зарубеж. Особую актуальность это приобретает в разрезе реализации проекта т.н. «азиатского энергетического кольца», который предусматривает поставку электроэнергии не только к Китай, но и в Японию и Южную Корею, другие страны АТР.
На этом фоне наша страна обладает по истине богатейшим ресурсом: общий (теоретический) гидроэнергетический потенциал рек России оценивается в 2900 млрд кВт·ч в год, в том числе крупных и средних рек— 2400 млрд кВт·ч. Технически возможный к использованию гидропотенциал оценивается в 1670 млрд кВт·ч (без малых рек), экономически целесообразный к использованию— в 850 млрд кВт·ч. Размещение гидропотенциала по территории страны неравномерно, 80% экономического потенциала приходится на азиатскую часть страны и 20%— на европейскую. Степень освоения составляет около 20%, в том числе на Дальнем Востоке— 6%.
Большая часть гидропотенциала России сосредоточена в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке — в бассейнах Енисея, Лены и Амура. На Енисее и его крупнейших притоках Ангаре, Нижней и Подкаменной Тунгуске возможно строительство более чем десятка мощных ГЭС совокупной мощностью более 30 ГВт и выработкой более 100 млрд кВт·ч, электроэнергия с которых может быть выдана на Урал и далее в европейскую часть страны по линиям постоянного и переменного тока сверхвысокого напряжения.
В Европейской части России наиболее перспективным является освоение гидропотенциала рек Северного Кавказа, где возможно строительство деривационных ГЭС без затопления значительных территорий и переселения населения. В Сибири возможно строительство новых ГЭС в верховьях Оби и Енисея, а также на Нижней Ангаре. Существуют проектные проработки по строительству одной из крупнейших в мире гидроэлектростанций на реке Нижняя Тунгуска, мощностью не менее 12 ГВт. На Дальнем Востоке возможно сооружение крупных ГЭС на Витиме, Алдане, Учуре, Тимптоне, Верхнем Амуре, нижней Зее, Гилюе .Строительство ГЭС на Дальнем Востоке связано с развитием проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, модернизации транспортной инфраструктуры, а также экспорта электроэнергии в Китай.
Рассматривая вопросы экологии, общемировой тенденции в развитии т.н. «зеленой экономики» гидроэлектростанции также находятся в более выигрышном положении относительно других производств. Они экономят огромное количество ископаемого топлива и предотвращают выбросы большого количества углекислого газа и других загрязняющих веществ. В частности, если бы вырабатываемую ГЭС России электроэнергию производили тепловые электростанции на угле, то ежегодно пришлось бы сжигать около 63 млн тонн угля, в атмосферу было бы выброшено около 180 млн тонн СО2, образовалось бы более 4 млн тонн золы. Более экологично сжигание природного газа, но оно также сопровождается значительными выбросами углекислого газа и других загрязняющих веществ, а широкомасштабная газодобыча, прокладка газопроводов длиной в тысячи километров наносят немалый экологический ущерб. Об экологичности атомных электростанций после Чернобыля говорить не приходится, в ряде стран их строительство запрещено. Не стоит забывать и о том, что эксплуатация АЭС неизбежно приводит к образованию радиоактивных отходов, а процесс добычи и обогащения урана также не идеален с экологической точки зрения. Кроме того, в силу конструктивных особенностей АЭС не могут быстро изменять нагрузку и требуют наличия в энергосистеме высокоманевренных мощностей, таких как ГЭС.
Дальнейшее развитие ГЭС намечено в «Программе развития гидроэнергетики России до 2030 года и на перспективу до 2050 года», которая была подготовлена по заданию ПАО «РусГидро» Институтом энергетической стратегии в сотрудничестве с рядом научно-исследовательских и проектных организаций. В целевом сценарии предлагаемой программы гидростроительства предусмотрен ввод до 2030г. 15,5 ГВт новых мощностей на ГЭС, в период с 2030 по 2050гг. – 25,0 ГВт. Суммарные вводы новых мощностей в целевом сценарии до 2050г. составят 40,6 ГВт на ГЭС и 12,3 ГВт на гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС). Вконсервативном сценарии предусмотрен ввод 12,2 ГВт новых мощностей на ГЭС до 2030 г., и в период с 2030 по 2050гг. – 18,8 ГВт. Суммарные вводы новых мощностей в консервативном сценарии до 2050г. – 31,0 ГВт на ГЭС и 12,3 ГВт на ГАЭС. Программа обозначила горизонты развития отрасли, но насколько успешно они будут реализованы, учитывая заложенные в программу инвестиции (около 5 трлн руб.), неизвестно.
Заключение
В ходе выполнения проектной работы мы изучили историю развития гидроэнергетики, принципы работы гидроэлектростанции, её виды, назначение, принцип работы и основное оборудование. Также рассмотрели перспективы, место в экономике гидроэлектростанций. В последствии разработали буклет, предназначенный для более глубокого изучения данной темы в 8 классе.