Реки текут на тысячи километров, неся в себе огромную энергию. Развитие и использование природной энергии воды для производства электроэнергии называется гидроэнергетикой. Двумя основными элементами, составляющими гидравлическую энергию, являются течение и напор. Течение определяется самой рекой, а коэффициент использования кинетической энергии при непосредственном использовании речной воды будет очень низким, поскольку невозможно заполнить весь участок реки водяными турбинами.
Гидравлическое использование в основном основано на потенциальной энергии, и при этом неизбежно происходит снижение её использования. Однако естественный уклон рек, как правило, формируется постепенно вдоль русла, и на относительно небольшом расстоянии он довольно невелик. Для искусственного увеличения уклона необходимо принять соответствующие инженерные меры, то есть сконцентрировать рассеянный естественный уклон, чтобы сформировать пригодный для использования водоносный горизонт.
Преимущества гидроэнергетики
1. Регенерация энергии воды
Энергия воды поступает из естественного речного стока, который в основном формируется за счет циркуляции природного газа и воды. Циркуляция воды позволяет перерабатывать и повторно использовать энергию воды, поэтому энергия воды называется «возобновляемой энергией». «Возобновляемая энергия» занимает уникальное место в энергетическом строительстве.
2. Водные ресурсы могут быть использованы комплексно.
Гидроэлектроэнергия использует только энергию водного потока и не потребляет воду. Таким образом, водные ресурсы могут использоваться комплексно, и помимо выработки электроэнергии, одновременно могут приносить пользу в таких областях, как борьба с наводнениями, орошение, судоходство, водоснабжение, аквакультура, туризм и другие, что позволяет осуществлять многоцелевое развитие.
3. Регулирование водоэнергетического баланса
Электрическую энергию невозможно хранить, производство и потребление происходят одновременно. Энергию воды можно хранить в водохранилищах, которые снабжаются водой в соответствии с потребностями энергосистемы. Водохранилища выступают в качестве хранилищ энергии для энергосистемы. Регулирование водохранилищ повышает способность энергосистемы регулировать нагрузку, увеличивая надежность и гибкость электроснабжения.
4. Обратимость гидроэнергетики
Водяная турбина, перекачивающая воду с возвышенности на низину, может вырабатывать электроэнергию и преобразовывать энергию воды в электрическую энергию; в свою очередь, вода из водоемов, расположенных на нижних уровнях, поглощается электрическими насосами и поступает в водохранилища на верхних уровнях для хранения, преобразуя электрическую энергию в энергию воды. Использование обратимости гидроэнергетики для строительства гидроаккумулирующих электростанций играет уникальную роль в повышении способности энергосистемы регулировать нагрузку.
5. Гибкость работы агрегата
Гидроэлектростанции отличаются простым оборудованием, гибкой и надежной работой, а также удобством регулирования нагрузки. Их можно быстро запускать или останавливать в соответствии с потребностями пользователей, и они легко поддаются автоматизации. Они наиболее подходят для решения задач сглаживания пиковых нагрузок и частотной модуляции энергосистемы, а также в качестве аварийных резервных установок, для регулирования нагрузки и других функций. Они повышают надежность энергосистемы, обладая выдающимися динамическими преимуществами. Гидроэлектростанции являются основными носителями динамических нагрузок в энергосистеме.
6. Низкая стоимость и высокая эффективность производства гидроэнергии.
Гидроэнергетика не потребляет топливо и не требует больших трудозатрат и инвестиций в оборудование для добычи и транспортировки топлива. Оборудование простое, требует меньшего количества операторов, меньшего количества вспомогательных источников энергии, имеет длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы. Поэтому себестоимость производства электроэнергии на гидроэлектростанциях низкая, всего 1/5–1/8 от себестоимости электроэнергии на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Кроме того, коэффициент использования энергии на гидроэлектростанциях высок и достигает более 85%, в то время как на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, он составляет всего около 40%.
7. Это способствует улучшению экологической обстановки.
Гидроэнергетика не загрязняет окружающую среду. Обширная площадь водной поверхности водохранилища регулирует микроклимат региона и временное и пространственное распределение водного потока, что способствует улучшению экологической обстановки в прилегающих районах. Для угольных электростанций каждая тонна сырого угля приводит к выбросу около 30 кг SO2 и более 30 кг твердых частиц пыли. Согласно статистике 50 крупных и средних угольных электростанций по всей стране, 90% из них выбрасывают SO2 с концентрацией более 860 мг/м3, что является очень серьезным загрязнением. В современном мире, где все больше внимания уделяется экологическим проблемам, ускорение строительства гидроэлектростанций и увеличение доли гидроэнергетики в Китае имеют огромное значение для снижения загрязнения окружающей среды.
Недостатки гидроэнергетики
Крупные единовременные инвестиции – масштабные земляные и бетонные работы при строительстве гидроэлектростанций; кроме того, это приведет к значительным убыткам от наводнений и потребует огромных затрат на переселение; срок строительства также дольше, чем строительство тепловых электростанций, что влияет на оборот строительных средств. Даже если часть инвестиций в гидротехнические проекты распределяется между различными ведомствами-бенефициарами, инвестиции на киловатт гидроэнергетики значительно выше, чем в теплоэнергетику. Однако в будущих эксплуатациях экономия на ежегодных эксплуатационных расходах будет компенсироваться из года в год. Максимально допустимый период компенсации зависит от уровня развития страны и энергетической политики. Если период компенсации меньше допустимого значения, считается целесообразным увеличить установленную мощность гидроэлектростанции.
Риск разрушения – из-за наводнений, блокирования больших объемов воды плотинами, стихийных бедствий, техногенного ущерба и низкого качества строительства, что может иметь катастрофические последствия для расположенных ниже по течению районов и инфраструктуры. Такие разрушения могут повлиять на электроснабжение, животных и растения, а также привести к значительным потерям и жертвам.
Ущерб экосистеме – Крупные водохранилища вызывают масштабные наводнения выше плотин, иногда уничтожая низменности, лесные массивы в долинах и луга. В то же время это также влияет на водную экосистему вокруг электростанции. Это оказывает значительное воздействие на рыбу, водоплавающих птиц и других животных.
Дата публикации: 03.04.2023
