1. Энергетические ресурсы воды
История развития человечества и использования гидроэнергетических ресурсов восходит к древним временам. Согласно толкованию Закона о возобновляемых источниках энергии Китайской Народной Республики (изданному Рабочей комиссией по законодательству Постоянного комитета Всекитайского собрания народных представителей), определение водной энергии звучит следующим образом: тепло ветра и солнца вызывает испарение воды, водяной пар образует дождь и снег, выпадение дождя и снега образует реки и ручьи, а течение воды производит энергию, которая называется водной энергией.
Основное содержание современной разработки и использования гидроэнергетических ресурсов — это разработка и использование гидроэнергетических ресурсов, поэтому обычно используются термины «водная энергия», «гидравлическая энергия» и «гидроэлектроэнергия». Однако в действительности гидроэнергетические ресурсы включают в себя широкий спектр элементов, таких как гидротермальная энергия, гидроэнергетика, гидроэнергетика и энергия морской воды.
(1) Водные и тепловые энергетические ресурсы
Водные и тепловые энергетические ресурсы обычно известны как природные горячие источники. В древности люди начали напрямую использовать водные и тепловые ресурсы природных горячих источников для строительства ванн, купания, лечения болезней и физических упражнений. Современные люди также используют водные и тепловые энергетические ресурсы для выработки электроэнергии и отопления. Например, в Исландии в 2003 году было произведено 7,08 миллиарда киловатт-часов гидроэлектроэнергии, из которых 1,41 миллиарда киловатт-часов были выработаны с использованием геотермальной энергии (т.е. водных тепловых энергетических ресурсов). 86% жителей страны используют геотермальную энергию (водные тепловые энергетические ресурсы) для отопления. В городе Сицзан построена электростанция Янбацзин с установленной мощностью 25 000 киловатт, которая также использует геотермальную энергию (водные и тепловые энергетические ресурсы) для выработки электроэнергии. По прогнозам экспертов, количество низкотемпературной энергии (с использованием грунтовых вод в качестве среды), которую можно ежегодно собирать из почвы на глубине почти 100 метров в Китае, может достигать 150 миллиардов киловатт. В настоящее время установленная мощность геотермальной энергетики в Китае составляет 35300 киловатт.
(2) Гидравлические энергетические ресурсы
Гидравлическая энергия включает кинетическую и потенциальную энергию воды. В древнем Китае гидравлическая энергия бурных рек, водопадов и водопадов широко использовалась для создания механизмов, таких как водяные колеса, водяные мельницы и водонапорные башни, для орошения, обработки зерна и шелушения риса. В 1830-х годах в Европе были разработаны и использованы гидравлические станции для обеспечения энергией крупных промышленных предприятий, таких как мукомольные, хлопчатобумажные и горнодобывающие заводы. Современные водяные турбины, которые напрямую приводят в действие центробежные водяные насосы для создания центробежной силы для подъема воды и орошения, а также насосные станции, использующие поток воды для создания гидравлического удара и формирования высокого давления воды для подъема воды и орошения, являются прямым примером развития и использования водных энергетических ресурсов.
(3) Гидроэнергетические ресурсы
В 1880-х годах, когда было открыто электричество, начали производить электродвигатели на основе электромагнитной теории, а также были построены гидроэлектростанции для преобразования гидравлической энергии гидроэлектростанций в электрическую энергию и ее доставки потребителям, что положило начало периоду бурного развития и использования гидроэнергетических ресурсов.
Гидроэнергетические ресурсы, о которых мы сейчас говорим, обычно называют гидроэлектроэнергией. Помимо речной воды, океан также содержит огромные запасы энергии приливов, волн, соли и температуры. По оценкам, глобальные гидроэнергетические ресурсы океана составляют 76 миллиардов киловатт, что более чем в 15 раз превышает теоретические запасы наземной речной гидроэнергетики. Из них энергия приливов составляет 3 миллиарда киловатт, энергия волн — 3 миллиарда киловатт, энергия разницы температур — 40 миллиардов киловатт, а энергия разницы солености — 30 миллиардов киловатт. В настоящее время только технология разработки и использования энергии приливов достигла практической стадии, позволяющей масштабно использовать морские гидроэнергетические ресурсы. Разработка и использование других источников энергии все еще требуют дальнейших исследований для достижения прорывных результатов в технико-экономической целесообразности и практического применения. Разработка и использование энергии океана, о которой мы обычно говорим, в основном относится к разработке и использованию энергии приливов. Притяжение Луны и Солнца к поверхности земного моря вызывает периодические колебания уровня воды, известные как океанические приливы. Колебания уровня морской воды формируют приливную энергию. В принципе, приливная энергия — это механическая энергия, генерируемая колебаниями уровня прилива.
Приливные мельницы появились в XI веке, а в начале XX века Германия и Франция начали строить небольшие приливные электростанции.
По оценкам, мировой потенциал использования энергии приливов составляет от 1 до 1,1 миллиарда киловатт, а годовая выработка электроэнергии — приблизительно 1240 миллиардов киловатт-часов. В Китае установленная мощность приливных энергетических ресурсов составляет 21,58 миллиона киловатт, а годовая выработка электроэнергии — 30 миллиардов киловатт-часов.
Крупнейшей в мире на данный момент приливной электростанцией является приливная электростанция в Ренне, Франция, с установленной мощностью 240 000 киловатт. Первая приливная электростанция в Китае, приливная электростанция Цзичжоу в провинции Гуандун, была построена в 1958 году с установленной мощностью 40 киловатт. Приливная электростанция Цзянся в провинции Чжэцзян, построенная в 1985 году, имеет общую установленную мощность 3200 киловатт и занимает третье место в мире.
Кроме того, в океанах Китая запасы энергии волн составляют около 12,85 млн киловатт, энергии приливов — около 13,94 млн киловатт, энергии разницы солености — около 125 млн киловатт, а энергии разницы температур — около 1,321 млрд киловатт. В целом, общая энергия океана в Китае составляет около 1,5 млрд киловатт, что более чем в два раза превышает теоретический запас в 694 млн киловатт, обеспечиваемый гидроэнергетикой рек, и имеет широкие перспективы для развития и использования. В настоящее время страны мира вкладывают значительные средства в исследования и технологические подходы к развитию и использованию огромных энергетических ресурсов, скрытых в океане.
2. Гидроэнергетические ресурсы
Под гидроэнергетикой обычно понимают использование потенциальной и кинетической энергии речного потока для совершения работы и вращения гидрогенераторов с целью выработки электроэнергии. Для производства электроэнергии с использованием угля, нефти, природного газа и атомной энергии требуется потребление невозобновляемых видов топлива, в то время как гидроэнергетика не потребляет водные ресурсы, а использует энергию речного потока.
(1) Глобальные ресурсы гидроэлектроэнергии
Общие запасы гидроэнергетических ресурсов в реках мира составляют 5,05 миллиарда киловатт, а годовая выработка электроэнергии достигает 44,28 триллиона киловатт-часов; технически эксплуатируемые гидроэнергетические ресурсы составляют 2,26 миллиарда киловатт, а годовая выработка электроэнергии может достигать 9,8 триллиона киловатт-часов.
В 1878 году Франция построила первую в мире гидроэлектростанцию с установленной мощностью 25 киловатт. На сегодняшний день установленная мощность гидроэлектростанций в мире превысила 760 миллионов киловатт, а годовая выработка электроэнергии составляет 3 триллиона киловатт-часов.
(2) Гидроэнергетические ресурсы Китая
Китай является одной из стран с богатейшими в мире гидроэнергетическими ресурсами. Согласно последним данным об использовании гидроэнергетических ресурсов, теоретические запасы энергии речных вод в Китае составляют 694 миллиона киловатт, а годовая теоретическая выработка электроэнергии — 6,08 триллиона киловатт-часов, что ставит страну на первое место в мире по теоретическим запасам гидроэнергии; технически эксплуатируемая мощность гидроэнергетических ресурсов Китая составляет 542 миллиона киловатт, с годовой выработкой электроэнергии в 2,47 триллиона киловатт-часов, а экономически эксплуатируемая мощность — 402 миллиона киловатт, с годовой выработкой электроэнергии в 1,75 триллиона киловатт-часов, оба показателя занимают первое место в мире.
В июле 1905 года в Китае была построена первая гидроэлектростанция — Гуйшаньская гидроэлектростанция в провинции Тайвань, установленная мощность которой составила 500 кВА. В 1912 году была завершена работа первой гидроэлектростанции на материковом Китае — Шилунбаской гидроэлектростанции в Куньмине, провинция Юньнань, установленная мощность которой составила 480 киловатт. В 1949 году установленная мощность гидроэнергетики в стране составляла 163 000 киловатт; к концу 1999 года она достигла 72,97 млн киловатт, уступая только Соединенным Штатам и занимая второе место в мире; к 2005 году общая установленная мощность гидроэнергетики в Китае достигла 115 млн киловатт, заняв первое место в мире, что составляет 14,4% от эксплуатируемой мощности гидроэнергетики и 20% от общей установленной мощности национальной энергетической отрасли.
(3) Характеристики гидроэлектроэнергии
Гидроэлектроэнергия многократно восстанавливается в рамках природного гидрологического цикла и может непрерывно использоваться человеком. Для описания возобновляемости гидроэлектроэнергии часто используется выражение «неисчерпаемый».
Гидроэнергетика не потребляет топливо и не выделяет вредных веществ в процессе производства и эксплуатации. Затраты на управление и эксплуатацию, себестоимость производства электроэнергии и воздействие на окружающую среду значительно ниже, чем у тепловой энергетики, что делает её недорогим и экологически чистым источником энергии.
Гидроэнергетика обладает хорошими регулирующими характеристиками, быстрым запуском и играет роль в сглаживании пиковых нагрузок в работе энергосистемы. Она быстрая и эффективная, снижает потери электроэнергии в аварийных ситуациях и обеспечивает безопасность электроснабжения.
Гидроэлектроэнергия и минеральная энергия относятся к первичным источникам энергии, которые преобразуются в электрическую энергию и называются вторичной энергией. Развитие гидроэнергетики — это источник энергии, который одновременно выполняет функции как добычи первичной, так и вторичной энергии, сочетая в себе функции добычи первичной и вторичной энергии; при этом отсутствует необходимость в отдельных процессах добычи, транспортировки и хранения минеральных ресурсов, что значительно снижает затраты на топливо.
Строительство водохранилищ для гидроэнергетики изменит экологическую обстановку в этих районах. С одной стороны, это потребует затопления части земель, что приведет к переселению населения; с другой стороны, это позволит восстановить микроклимат региона, создать новую водную экологическую среду, способствовать выживанию организмов и облегчить развитие водоохраны, ирригации, туризма и судоходства. Поэтому при планировании гидроэнергетических проектов необходимо уделять всестороннее внимание минимизации негативного воздействия на экологическую обстановку, и у гидроэнергетики больше преимуществ, чем недостатков.
Благодаря преимуществам гидроэнергетики, страны по всему миру в настоящее время проводят политику, в которой приоритет отдается развитию гидроэнергетики. В 1990-х годах на гидроэнергетику приходилось 93,2% от общей установленной мощности Бразилии, в то время как в таких странах, как Норвегия, Швейцария, Новая Зеландия и Канада, этот показатель превышал 50%.
В 1990 году доля гидроэлектроэнергии, вырабатываемой в некоторых странах мира, в некоторых странах составляла 74% во Франции, 72% в Швейцарии, 66% в Японии, 61% в Парагвае, 55% в США, 54% в Египте, 50% в Канаде, 17,3% в Бразилии, 11% в Индии и 6,6% в Китае за тот же период.
Дата публикации: 24 сентября 2024 г.
