Содержание статьи
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА, использование энергии естественного движения, т.е. течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды. До середины 19 в. для этого применялись водяные колеса, преобразующие энергию движущейся воды в механическую энергию вращающегося вала. Позднее появились более быстроходные и эффективные гидравлические турбины. До конца 19 в. энергия вращающегося вала использовалась непосредственно, например для размола зерна или для приведения в действие кузнечных мехов и молота. В наши дни практически вся механическая энергия, создаваемая гидравлическими турбинами, преобразуется в электроэнергию.
Почти вся гидравлическая энергия представляет собой одну из форм солнечной энергии и поэтому относится к возобновляемым природным энергоресурсам. Под лучами солнца испаряется вода из озер, рек и морей. Образуются облака, идет дождь, и вода в конце концов возвращается в водные бассейны, т.е. туда, откуда испарилась. С таким круговоротом воды в природе связаны колоссальные количества энергии. Географическая область умеренного климата высотой над уровнем моря около 2500 м и количеством осадков порядка 1000 мм/год теоретически могла бы непрерывно давать более 750 кВт с каждого квадратного километра площади. На самом деле можно использовать лишь малую долю всего количества осадков и лишь ничтожную долю высоты, с которой они стекают. Кроме того, обычно КПД современных гидротурбин и генераторов не превышает 86%. Тем не менее производительность гидроэлектростанций (ГЭС) в США составляет около 75 000 МВт, и по крайней мере еще 50 000 МВт можно получить дополнительно.
Гидроэнергетические ресурсы.
Уровень развития гидроэнергетики в разных странах и на разных континентах неодинаков. Больше всего гидроэлектроэнергии производят Соединенные Штаты, за ними идут Россия, Украина, Канада, Япония, Бразилия, КНР и Норвегия.
Неосвоенные гидроэнергетические ресурсы Африки, Азии и Южной Америки открывают широкие возможности строительства новых ГЭС. На Северную Америку, в распоряжении которой находится всего около 13% мировых ресурсов гидроэнергетики, приходится около 35% полной мощности действующих ГЭС. В то же время Африка (21% мировых гидроэнергетических ресурсов) и Азия (39%) вносят лишь 5 и 18% соответственно в мировую выработку гидроэлектроэнергии. Из остальных континентов Европа (21% ресурсов) дает 31% выработки, а Южная Америка и Австралия, вместе взятые, располагая примерно 15% ресурсов, дают только 11% производимой в мире гидроэлектроэнергии.
Плотины.
Вода, вращающая гидравлические турбины, обычно берется из искусственных водохранилищ, созданных путем перекрытия реки плотиной. Плотина повышает напор воды, поступающей на турбины, и тем самым увеличивает мощность электростанции. Расход воды из водохранилища через турбины можно регулировать. Водохранилище, кроме того, служит отстойником для песка, ила и мусора, приносимых естественными водотоками. Построив плотину с водохранилищем, можно предотвратить паводковые затопления, а также создать надежный запас воды для водоснабжения населения и промышленности.
Гидравлические турбины.
Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Существуют разные конструкции гидротурбин, соответствующие разным скоростям течения и разным напорам воды, но все они имеют только два лопастных венца. (Паровые и газовые турбины – со многими венцами лопаток.) К лопастям первого венца относятся профилированные колонны статора и лопатки направляющего аппарата, причем последние обычно позволяют регулировать расход воды через турбину. Второй венец образуют лопасти рабочего колеса турбины. Два последовательных лопастных венца (статора и колеса) составляют ступень турбины. Таким образом, в гидротурбинах имеется только одна ступень.
Ось вращения турбины, рассчитанной на большой расход и малый напор, обычно располагают горизонтально. Такие турбины называют осевыми или пропеллерными. В гидроагрегатах приливной ГЭС, построенной в заливе Фанди (провинция Новая Шотландия, Канада), ротор генератора закреплен на периферии рабочего колеса, охватывая его. Такая конструкция генератора требует меньше железа и меди. Но чаще турбину располагают вертикально и выводят ее вал из пологого S-образного водяного канала через уплотнение к внешнему гидрогенератору.
Во всех крупных осевых турбинах лопасти рабочего колеса могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора, что особенно ценно в случае приливных ГЭС, всегда работающих в условиях переменного напора. Расчетный диапазон напора для горизонтальных осевых турбин составляет 3–15 м. Вертикальные осевые турбины используются при напорах от 5 до 30 м. Конструкцию поворотно-лопастных турбин предложил в 1910 австрийский инженер В.Каплан. Лопатки их направляющего аппарата поворачиваются на осях, параллельных валу, и турбина снабжена подводящей камерой, к которой подходит водовод.
При повышенных напорах (от 12 до 300 м) более предпочтительны радиально-осевые турбины, в которых вода, входя по радиусу, выходит в осевом направлении. Такие турбины существенно усовершенствовал американский инженер Дж.Френсис, начавший эксперименты с ними в каналах под Лоуэллом (шт. Массачусетс, США) в 1851. Радиально-осевые турбины обычно отличаются лопатками большого диаметра, жестко закрепленными на рабочем колесе, но направляющий аппарат в них такого же вида, как и в поворотно-лопастных турбинах.
Турбины для напоров, превышающих 300 м, совершенно иные, нежели описанные выше. В них имеются от одного до шести сопел кругового сечения, создающих водяные струи, которые падают на лопасти рабочего колеса. Расход воды регулируется перекрытием проходного сечения сопел. Рабочее колесо работает не под водой, как в осевой и радиально-осевой турбинах, а в воздухе. Высокоскоростная свободная водяная струя бьет в лопасть рабочего колеса, которая имеет форму двойного ковша. Конструкция ковшовой гидротурбины была предложена в 1878 и запатентована в 1880 американским инженером А.Пелтоном.
Ковшовая гидротурбина называется активной (свободноструйной), поскольку в соплах напор падает до нуля и сила, действующая на лопасти, создается ударом струи. Осевая же и радиально-осевая турбины относятся к реактивным (напороструйным), так как поток продолжает ускоряться в проходах между лопастями рабочего колеса и крутящий момент частично создается реакцией, ответственной за ускорение.
Гидрогенераторы.
Гидрогенераторы для ГЭС специально проектируются соответственно частоте вращения и мощностью гидротурбин, для которых они предназначаются. Гидрогенераторы на большую единичную мощность обычно устанавливают вертикально на подпятниках с соответствующими направляющими подшипниками. Они, как правило, трехфазные и рассчитаны на стандартную частоту. Система воздушного охлаждения – замкнутая, с теплообменниками воздух – вода. Предусматривается возбудитель.
Коэффициент нагрузки.
Немногие ГЭС все время работают на полной мощности. Иногда это невозможно из-за нехватки воды, а иногда лишено смысла из-за отсутствия нагрузки. Коэффициент нагрузки электростанции – это отношение средней потребляемой мощности за данный период к пиковой мощности в этот же период. При использовании накопительного водохранилища, в котором вода аккумулируется в часы пониженных нагрузок, ГЭС на водотоке, который годен для выработки лишь 10 МВт, может обслуживать нагрузку в 15–20 МВт, если коэффициент нагрузки лежит в пределах от 0,50 до 0,67. Это относится к отдельной ГЭС, самостоятельно обслуживающей свою нагрузку. Если же она включена в энергетическую систему, в которую входят и другие электростанции, то может быть переведена в режим с пиковой мощностью, значительно превышающей 20 МВт, но при меньшем коэффициенте нагрузки.
В энергетические системы, как правило, входят не только ГЭС. Если в системе имеются и тепловые электростанции (ТЭС), то ГЭС может работать по своему графику нагрузки, отличному от общего. От нее требуется, чтобы она приносила наибольшую пользу всей системе. Для этого ГЭС может, например, работать на максимально возможной мощности при имеющемся запасе воды, чтобы экономилось топливо, или же работать только в часы пиковой нагрузки системы, чтобы снизить требуемую мощность ТЭС и, следовательно, необходимые инвестиции на их сооружение и эксплуатацию.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).
В часы малых нагрузок гидроагрегаты ГАЭС перекачивают воду из низового водоема в верховой, а в часы повышенных – используют запасенную воду для выработки пиковой энергии. Работа в турбинном и насосном режимах обеспечивается обратимыми гидроагрегатами, состоящими из синхронной электрической машины и гидравлической насос-турбины.
На перекачку воды в верхний водоем из нижнего затрачивается иногда в полтора раза больше электроэнергии, чем затем из нее вырабатывается. Но это оправдано с точки зрения экономики энергетической системы. Дело в том, что энергию, затрачиваемую на перекачку, вырабатывают ТЭС энергетической системы в часы пониженной нагрузки, когда ее стоимость понижается. Таким образом дешевая «ночная» электроэнергия превращается в ценную «пиковую», что повышает экономическую эффективность системы в целом.
Преимущества ГАЭС состоят в том, что у них может быть повышенный напор, для них проще выбрать место сооружения и они требуют меньше воды (поскольку вода циркулирует между верхним и нижним водоемами). Благодаря повышенному напору можно использовать более крупные и эффективные гидрогенераторы. Но существуют и ГЭС смешанного типа (ГЭС – ГАЭС), на которых часть гидроагрегатов работает как в турбинном, так и в насосном режиме, а остальные – только в турбинном (за счет приточности к верхнему водоему). Такие электростанции часто позволяют накапливать больше воды и, следовательно, вырабатывать больше электроэнергии в более длительные периоды пиковой нагрузки, обеспечивая повышенную гибкость в работе.
Приливные электростанции (ПЭС).
Для создания экономичной приливной электростанции необходимо сочетание необычайно большого перепада уровней при приливе и отливе (6 м и более) с особенностями береговой линии, позволяющими создать плотину и водный бассейн соответствующих размеров. На Земле не так много мест, где выполняются эти условия: побережья штата Мэн (США) и провинции Нью-Брансуик (Канада), некоторые заливы Желтого моря, Персидский залив, Аляска, некоторые места Аргентины, юг Англии, север Франции, север европейской России и ряд заливов Австралии. Но даже в таких подходящих местах, как залив Пассамакуодди на границе штата Мэн и провинции Нью-Брансуик, ПЭС в настоящее время вряд ли могли бы по стоимости вырабатываемой электроэнергии конкурировать с современными ТЭС.
В проектах ПЭС обычно предусматривается создание двух бассейнов – верхового и низового – с водопропускными отверстиями и затворами. Верховой бассейн наполняется во время прилива, а затем опорожняется в низовой, опорожнившийся при отливе.
Мировые потенциальные гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 35х10 3 млрд. кВт · ч в год и 4000 ГВт среднегодовой мощности. Потенциальные ресурсы России составляют 2896 млрд. кВт · ч при среднегодовой мощности 330 ГВт.
Технические гидроэнергетические ресурсы всегда меньше потенциальных, так как они учитывают потери:
- напоров - гидравлические в водоводах, бьефах, на неиспользуемых участках водотоков;
Расходов - испарение из водохранилищ, фильтрацию, холостые сбросы и т.п.;
Энергии в оборудовании.
Они характеризуют техническую возможность получения энергии на современном этапе.
Технические гидроэнергетические ресурсы России составляют 1670 млрд. кВт · ч в год, в том числе по малым ГЭС - 382 млрд. кВт · ч в год. Выработка электроэнергии на действующих ГЭС России в 2002 г. составила 170,4 млрд. Экономические гидроэнергетические ресурсы - это часть технических ресурсов, которую по современным представлениям целесообразно кВт · ч, в том числе на малых ГЭС - 2,2 млрд. кВт · ч.
использовать в обозримой перспективе. Они существенно зависят от прогресса в энергетике, удаленности ГЭС от места подключения к энергосистеме, обеспеченности рассматриваемого региона другими энергетическими ресурсами, их стоимостью, качеством и т.п. Экономические гидро- энергетические ресурсы переменны во времени и зависят от многих изменяющихся факторов. В настоящее время в мире наблюдается тенденция роста оценки экономических гидроэнергетических ресурсов.
На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны:
«Электроэнергетика. Строители России. XX век.» М.: Мастер, 2009. С.193.
Гидроэнергия на Земле оценивается величиной 35×10 3 млрд. кВт∙ч в год. Около 25% этой энергии по техническим и экономическим условиям может использоваться для практических нужд. Эта величина примерно в 2 раза превышает современный уровень ежегодной выработки электроэнергии всеми электростанциями мира. В табл. 1.5 содержатся данные о гидроэнергетических ресурсах в различных странах. В большинстве развитых капиталистических стран доля гидроэлектростанций в выработке электроэнергии снижается, что обусловлено освоением других наиболее экономичных энергоресурсов и использованием гидростанций преимущественно в пиковых режимах.
По запасам на Россию приходится более 20% мировых ресурсов пресных вод (без учета ледников и подземных вод). Среди шести стран мира, обладающих наибольшим речным стоком (Бразилия, Россия, Канада, США, Китай, Индия) по абсолютной величине Россия занимает второе место в мире после Бразилии, по водообеспеченности на душу населения – третье (после Бразилии и Канады).
В нашей стране широкое использование гидроэнергетических ресурсов впервые было предусмотрено в 1920 г. Ленинским планом электрификации России (ГОЭЛРО). По этому плану намечалось строительство 10 крупных по тому времени гидроэлектростанций (Волховская, Днепровская, Свирская и др.) с установленной мощностью 640 МВт. К 1941 г. мощность всех гидроэлектростанций составила 1,4 ГВт. В военные годы широко развернулось строительство ГЭС в Средней Азии, а в послевоенные (до 1966 г.) - в северо-западных районах (Кольский полуостров, Карелия, Ленинградская область), в Закавказье, а также на Волге, Каме и Днепре.
В конце этого периода было начато строительство крупнейших гидростанций в Сибири (Братской, Красноярской, Усть-Илимской, Саяно-Шушенской).
В соответствии с основными направлениями развития электроэнергетики нашей страны в 1986 г. выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях составила 230-235 млрд. кВт∙ч при установленной мощности гидроэлектростанций 65 млн. кВт.
Уникальные запасы гидроэнергии сосредоточены на реках Ангаре и Енисее; на них планируется построить более 10 крупнейших ГЭС общей установленной мощностью 60 млн. кВт, среди которых предполагается сооружение Среднеенисейской и Туруханской станций с агрегатами до 1 млн. кВт. установленной мощности.
В отличие от невозобновляемой химической энергии, запасенной в органическом топливе, кинетическая энергия движущейся в реках воды возобновляема - на гидроэлектростанциях она превращается в электрическую энергию.
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА И ДРУГИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
| Содержание лекции: | |
| 17.1. | Гидроэнергетические ресурсы |
| 17.2. | Типы гидроэнергетических установок |
| 17.3. | Основные схемы использования водной энергии |
| 17.4. | Регулирование стока реки водохранилищем |
| 17.5. | Гидроэлектростанции и их энергетическое оборудование |
| 17.6. | Мощность ГЭС и выработка энергии |
| 17.7. | Гидротехнические сооружения ГЭС |
| 17.8. | Гидроаккумулирующие электростанции |
| 17.9. | Солнечная энергетика |
| 17.10. | Ветроэнергетика |
| 17.11. | Геотермальная энергетика |
| Контрольные вопросы | |
| Литература для самостоятельного изучения |
Гидравлическая энергия является возобновляемым источником энергии .
Территория, с которой стекает вода в реку, называется водосборным бассейном данной реки. Линия - а , б , в , г , д , проходящая по повышенным местам и отделяющая друг от друга соседние бассейны, называется водораздельной линией или водоразделителем (рис. 17.1).
К водосборному бассейну моря относятся водосборные бассейны всех рек, впадающих в данное море.
Количество воды, протекающей через поперечное сечение водотока в 1 с, называется расходом воды Q (м 3 /с или л/с).
Хронологический график изменения расходов воды во времени называется гидрографом . Строить гидрограф позволяют результаты регулярных измерений расходов воды в реке. Форма гидрографа зависит от типа питания реки (снеговое, дождевое, ледниковое и т.п.). На рис. 17.2 показан типичный гидрограф реки с преимущественно снеговым питанием. Гидрограф характеризуется максимальным , минимальным и средним значениями расхода воды за рассматриваемый период.
Суммарный объем воды, прошедший через поперечное сечение водотока от какого-либо начального момента времени t 0 до некоторого конечного t к, называется стоком W . При известном гидрографе сток определяется по следующим формулам (м 3 или км 3):
для непрерывной функции Q (t )
где Q i - средний расход в i -м интервале времени (i Î ).
Среднегодовой сток всех рек мира составляет 32 тыс. км 3 ; в табл. 17.1 приведены данные о речном стоке отдельных стран мира.
Запасы поверхностного стока по территории России распределены неравномерно, что весьма неблагоприятно для народного хозяйства, в том числе и для энергетики. Более 80 % речного стока российских рек приходится на еще мало освоенные территории бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов.
| Данные о речном стоке отдельных стран мира | |||
| Таблица 17.1 Страна | Площадь территории, млн км 2 | Суммарный средний многолетний объем стока, км 3 /год | Удельная водность в среднем за год с 1 км 2 , л/с |
| Россия | 17,075 | 7,4 | |
| Бразилия | 8,51 | 11,9 | |
| США | 9,36 | 9,8 | |
| Китай | 9,90 | 8,3 | |
| Канада | 9,98 | 24,0 | |
| Норвегия | 0,32 | 35,8 | |
| Франция | 0,551 | 19,7 | |
| Югославия | 0,256 | 15,2 | |
| Польша | 0,312 | 5,9 |
Особенностью стока реки является его неравномерное распределение как по годам, так и в течение года.
Многолетняя неравномерность стока неблагоприятна для всех отраслей народного хозяйства и прежде всего для энергетики. Различают: многоводные , средневодные и маловодные годы . В маловодные годы обычно значительно снижается выработка энергии на гидроэлектростанциях .
Неравномерность стока в течение года неблагоприятна для энергетики. Для большинства рек России маловодный период наблюдается зимой, когда потребность в электроэнергии наибольшая.
Механическая энергия речного стока (или гидравлическая энергия) может быть преобразована в электрическую посредством гидротурбин и генераторов.
В естественных условиях энергия водотока расходуется на преодоление внутреннего сопротивления движения воды, сопротивления на трение на стенках русла, размыв дна, берегов и т.п. Численные значения можем определить следующим образом. Водоток разбиваем на ряд участков, начиная от истока до устья. Определяем полную энергию потока жидкости в начальном Э 1 и конечном Э 2 створах участка. Теряемая на участке энергия будет равна разности Э 2 и Э 1
Для расчета принимается r = 1000 г/м 3 , g = 9,81 м/с 2 . Подставив расчетные значения r, g , Q 1-2 (м 3 /с) и Н 1-2 (м), получим мощность водотока, кВт:
| (17.5) |
Формулы (17.3 ) и (17.5) выражают потенциальную (теоретическую) выработку энергии и мощность на рассматриваемом участке водотока.
Суммируя потенциальные энергетические ресурсы по участкам водотока, получаем потенциальные энергетические ресурсы реки.
Аналогично получаем теоретические запасы гидроэнергии для региона, страны, континента, мира.
Гидроэнергетические ресурсы подразделяют на потенциальные (теоретические ), технические и экономические.
Потенциальные гидроэнергетические ресурсы - это теоретические запасы, определяемые по формуле
| (17.6) |
где Э - энергия, кВт · ч; Q i - средний годовой расход реки на i -м рассматриваемом участке, м 3 /с; H i - падение уровня реки на участке, м.
Они подсчитываются в предположении, что весь сток будет использован для выработки электроэнергии без потерь при преобразовании гидравлической энергии в электрическую, т.е. коэффициент полезного действия h = 1.
Мировые потенциальные гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 35х10 3 млрд кВт · ч в год и 4000 ГВт среднегодовой мощности. Потенциальные ресурсы России составляют 2896 млрд кВт · ч при среднегодовой мощности 330 ГВт.
Технические гидроэнергетические ресурсы всегда меньше потенциальных, так как они учитывают потери:
· напоров - гидравлические в водоводах, бьефах, на неиспользуемых участках водотоков;
· расходов - испарение из водохранилищ, фильтрацию, холостые сбросы и т.п.;
· энергии в оборудовании.
Они характеризуют техническую возможность получения энергии на современном этапе.
Технические гидроэнергетические ресурсы России составляют 1670 млрд кВт · ч в год, в том числе по малым ГЭС - 382 млрд кВт · ч в год. Выработка электроэнергии на действующих ГЭС России в 2002 г. составила 170,4 млрд кВт · ч, в том числе на малых ГЭС - 2,2 млрд кВт · ч.
Экономические гидроэнергетические ресурсы - это часть технических ресурсов, которую по современным представлениям целесообразно использовать в обозримой перспективе. Они существенно зависят от прогресса в энергетике, удаленности ГЭС от места подключения к энергосистеме , обеспеченности рассматриваемого региона другими энергетическими ресурсами, их стоимостью, качеством и т.п. Экономические гидро энергетические ресурсы переменны во времени и зависят от многих изменяющихся факторов. В настоящее время в мире наблюдается тенденция роста оценки экономических гидроэнергетических ресурсов.
Гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются величиной 33000 ТВт ч в год, но по техническим и экономическим соображениям из всех запасов доступны от 4 до 25%. Общий гидропотенциал рек России исчисляется в 4000 млн. МВт ч (450 тыс. МВт среднегодовой установленной мощности), что составляет приблизительно 10-12% от мирового.
В табл. 1.13 приводятся данные о гидроресурсах в различных странах мира.
Известно, что первоисточником гидроэнергии является солнечная энергия. Вода океанов и морей, испарясь под действием солнечной радиации, конденсируется в высоких слоях атмосферы в виде капелек, собирающихся в облака. Вода облаков падает в виде дождя в моря, океаны и на сушу или образует мощный снеговой покров гор. Дождевая вода дает начало рекам, питающимся подземными источниками. Круговорот воды в природе происходит под влиянием солнечной радиации , благодаря которой появляются начальные процессы круговорота - испарение воды и движение облаков. Таким образом, кинетическая энергия движущейся в реках воды есть, образно говоря, освобожденная энергия Солнца.
Гидроресурсы различных стран
Таблица 1.13
|
Страна |
Мощность, ГВт |
Страна |
Мощность, ГВт |
||
|
(обеспеченность - 50%) |
минималь расходах воды (обеспеченность - 95%) |
при среднегодовых расходах воды (обеспеченность - 50%) |
минималь расходах воды (обеспеченность - 95%) |
||
|
Россия |
Франция |
||||
|
Италия |
|||||
|
Канада |
Швейцария |
||||
|
Япония |
Испания |
||||
|
Норвегия |
Германия |
||||
|
Швеция |
Англия |
||||
В отличие от невозобновляемой химической энергии, запасенной в органическом топливе, кинетическая энергия движущейся в реках воды возобновляема - на гидроэлектростанциях она превращается в электрическую энергию.
Свойство возобновляемости гидроэнергии является важным преимуществом ГЭС. К их преимуществам относятся также:
- 1) небольшая стоимость эксплуатации и отсюда низкая себестоимость энергии, вырабатываемой на ГЭС;
- 2) большая надежность работы, объясняемая отсутствием высоких температур и давлений в гидротурбинах и относительно невысокими скоростями вращения этих турбин и гидрогенераторов;
- 3) высокая маневренность, определяемая небольшим временем, требующимся для включения в работу, набора нагрузки, а также останова ГЭС (это время составляет всего несколько минут).
Строительство ГЭС во многих случаях решает также задачи снабжения водой городов, промышленности и сельского хозяйства (орошение).
Работа ГЭС, в отличие от ТЭС, не ухудшает санитарного состояния воздушной среды и качество воды в водоемах. Недостатками ГЭС являются их более высокая стоимость и большой срок строительства в сравнении с ТЭС. Однако эти недостатки обычно компенсируются преимуществами ГЭС.
Энергия приливов и отливов. К использованию этих видов энергии в последнее время проявляется значительный интерес.
Наибольшей высоты приливы достигают в некоторых заливах и окраинных морях Атлантического океана - 14-18 м. В Тихом океане у побережья России максимальные приливы бывают в Пенжинской губе Охотского моря - 12,9 м. У берегов Кольского полуострова в Баренцевом море они не превышают 7 м, но в Белом море, в Мензенской губе, достигают 10 м. В окраинных морях Северного Ледовитого океана приливы не велики - 0,2-0,3 м, редко 0,5 м. Во внутренних морях - Средиземном, Балтийском, Черном - приливы почти незаметны.
Доступный для использования потенциал приливов в европейской части России оценивается в 40 млн. МВт (16 тыс. МВт среднегодовой установленной мощности), а на Дальнем Востоке - в 170 млн. МВт.
Течения и волнения в Мировом океане велики и чрезвычайно разнообразны. Скорости течений достигают высоких значений, например, у Гольфстрима - 2,57 м/с (9,2 км/ч) при глубине 700 м и ширине 30 км. Правда, чаще они не превышают нескольких сантиметров в секунду.
Максимальные параметры волнений: высота волн -15м, длина - 800 м, скорость - 38 м/с, период - 23 с. В толще вод возникают и внутренние волны, обнаруженные впервые Ф. Нансеном в 1902 г., амплитуда их - от 35 до 200 м. При амплитуде же в 1 м, ширине 5 м и скорости распространения 10 м/с энергия волны достигает 267 кВт. Отсюда видно, как велики запасы энергии в этих источниках энергии.
В настоящее время сооружено несколько мощных электростанций, использующих энергию приливов. Однако большая стоимость сооружения таких станций, трудности, связанные с неравномерностью их работы (пульсирующий характер выдачи мощности), не позволяют пока считать приливные станции достаточно эффективными, в связи с чем развитие их идет медленно. Общая мощность приливных волн оценивается в 2-3 ТВт, однако мощность приливов в местах, удобных для ее использования, значительно меньше.
Контрольные вопросы
- 1. Перечислите основные возобновляемые и невозобновляемые энергетические ресурсы.
- 2. Назовите элементарный состав твердого топлива и виды массы топлива.
- 3. Что является основной характеристикой любого вида топлива?
- 4. Что такое условное топливо?
- 5. Назовите основной принцип получения тепловой энергии на атомных станциях.
Если возобновимые природные богатства , например гидроэнергетические ресурсы, или новые, еще не освоенные сельскохозяйственные земли включаются в экономический оборот сразу же после появления благоприятных рыночных условий для их использования, то владельцы ресурсного потенциала определенно выигрывают как в случае стабилизации, так и еще более значительно при продолжающемся улучшении конъюнктуры. Напротив, проигрыш может быть связан преимущественно лишь с таким скорым, глубоким и продолжительным ее падением, которое резко снизило бы рентабельность эксплуатации естественных средств производства , не позволив окупить затраты на их освоение. Однако подобные инвестиционные риски присущи в различной степени всякой предпринимательской деятельности . Кроме этих рисков, почти не существует иных побудительных мотивов для искусственной консервации возобновимых природных ресурсов , кроме расчетов на то, что сдерживание производства сможет активно стимулировать рост цен и резко повысить норму и массу прибыли от старых действующих предприятий до величины, превосходящей эффект от расширения сбыта новой продукции.
Еще раньше началось и более активно расширялось участие алжирского государства в сфере использования углеводородного сырья в его переработке и особенно в распределении жидкого и газообразного топлива внутри страны. После начала разработки нефтегазовых ресурсов они очень быстро заняли основное место в энергопотреблении Алжира, со временем свели на нет применение твердого топлива, а также заметно потеснили гидроэнергетические ресурсы. К середине 60-х годов на нефтепродукты и газ приходилось свыше половины использованных конечных энергоносителей, а к началу следующего десятилетия их доля составляла уже от 2/3 до 3А. Причем примерно 70% нефтепродуктов, реализуемых на внутреннем рынке , потреблялось в государственном секторе алжирской экономики .
Значительными ресурсами гидроэнергии располагают страны Азии, Африки и Латинской Америки . Во многих развивающихся странах потребность в энергии весьма высока. Это определяет их стремление форсировать использование гидроэнергетических ресурсов (АРЕ, Непал, Индия, Судан, Пакистан, Индонезия и др.).
Ресурсы топлива и энергии социалистических стран растут быстрыми темпами. Объясняется это большими успехами в поисках и разведке различных минерально-сырьевых ресурсов , в исследовании гидроэнергетических ресурсов, развитии науки и техники в области новых источников энергии. Мировая социалистическая система располагает полным комплексом топливно-энергетических ресурсов, огромным энергетическим потенциалом. Суммарные разведанные и прогнозные запасы каменного угля в странах социализма по общепризнанным оценкам превышают в настоящее время 14,5 трлн, т, кроме того, ресурсы бурых углей и лигнитов достигают 3 600 млрд. т. Доля социалистических стран в мировых запасах угля равна 77%. Ресурсы горючих сланцев по ориентировочным подсчетам составляют не менее половины известных мировых запасов, а торфа - более 75%.
Дальнейшее развитие энергетики в Корейской Народной Демократической Республике , в Демократической Республике Вьетнам обеспечивается крупными запасами угля и значительными гидроэнергетическими ресурсами. Можно предвидеть, что усиление разведочных работ в МНР, в особенности в связи со вступлением МНР в СЭВ, послужит основой для повышения степени обеспеченности страны собственными ресурсами топлива.
Ресурсы топлива и энергии стран мировой социалистической системы увеличиваются быстрыми темпами. Объясняется это огромными успехами в поисках и разведке различных минерально-сырьевых ресурсов , в исследовании гидроэнергетических ресурсов, развитии науки и техники в области новых источников энергии.
Огромная роль в развитии энергетической базы отводится рациональному использованию гидроэнергетических ресурсов нашей страны. В. И. Ленин, выдвигая в первые годы Советской власти идею электрификации, указывал на большое значение освоения водных ресурсов в решении этой задачи.
Серьезные изменения произошли и в японской электроэнергетике. В 1950 г. ее основой были ГЭС. Однако с середины 50-х годов их строительство было перенесено в районы, удаленные от основных центров потребления электроэнергии. Все более острой становилась проблема изыскания территорий, где можно было бы создавать водохранилища. Дальнейшее освоение гидроэнергетических ресурсов было связано с увеличением капитальных затрат не только на сооружение самих ГЭС, но и на передачу электроэнергии до потребителей.
Гидроэнергетические ресурсы 2. Численность исследователей
Графики нагрузки отдельных районных энергосистем могут существенно различаться по конфигурации и аналитическим характеристикам. Прежде всего это связано с разной структурой потребителей и климатическими условиями в регионах страны. Также различаются и способы покрытия региональных нагрузок, т.е. структура генерирующих мощностей, что определяется условиями топливоснабжения электростанций и наличием гидроэнергетических ресурсов. В результате совместного действия всех этих факторов в каждом регионе (энергосистеме) формируется своя стоимость энергии.
Школьное воспитание, семейное воспитание, трудовое воспитание , физическое воспитание рабочая сила , демократические силы, агрессивные силы дальнейшее движение, ускоренное движение, прогрессивное движение, международное движение дальнейший подъем, систематический подъем, экономический подъем климатические условия, при условии, природные условия, решающее условие физический прибор, акустический прибор, электронный прибор, электрический прибор заводской транспорт, внутризаводской транспорт , водный транспорт , воздушный транспорт , подземный транспорт счетная машина, франкировальная машина, электронная машина материальные ресурсы , гидроэнергетические ресурсы, финансовые ресурсы легкая промышленность , тяжелая промышленность, радиоэлектронная промышленность, промышленность стройматериалов профсоюзная конференция, всероссийская конференция, международная конференция , заводская конференция.
Франция обладает богатыми и разнообразными гидроэнергетическими ресурсами. Однако географически они размещаются неравномерно, в основном - в горных районах, расположенных в южной части страны. Строительство гидростанций привело к появлению энергоемких отраслей промышленности (особенно электрохимической) с постоянным графиком потребления . Впоследствии влияние этих исторических и географических факторов было несколько ослаблено объединением электростанций и сетей и созданием объединенной энергосистемы Север--Юг. Однако некоторые особенности сохраняются и в настоящее время. Они иллюстрируются приведенными ниже графиками, характеризующими режим нагрузки сухого, холодного дня в декабре 1965 г. (рис. 1-4).
Наличие значительных гидроэнергетических ресурсов делает французскую энергетику вдвойне уязвимой в засушливые годы. Для покрытия максимальных нагрузок необходимо наличие достаточной располагаемой мощности. Но, кроме того, необходимо ограничивать сработку водохранилищ, чтобы они не оказались полностью опорожненными раньше, чем это допустимо, - до конца зимы. В противном случае может иметь место вынужденная остановка гидростанций не из-за их недостаточной мощности, а из-за отсутствия достаточного для их работы количества воды после прохождения максимума нагрузки. Продолжительность критического периода, в течение которого использование гидростанций, имеющих водохранилища, совершенно необходимо, составляет за 5 мес. (с октября по февраль) примерно 1 600 ч ра-
Наличие (запасы) водных ресурсов изучается статистикой исходя из двух критериев как запасы воды и как запасы гидроэнергетических ресурсов.
Механическая энергия водного потока может быть превращена в электрическую и образует гидроэнергетические ресурсы. Их потенциальный размер определяется мощностью потоков (количеством протекающей в потоке воды в 1 с) и высотой падения воды. Этот потенциальный размер энергетических ресурсов определяется в расчете на среднегодовой и минимальный стоки и обычно выражается в киловаттах.
В Европейской части СССР большое значение имеет комплексное использование гидроэнергетических ресурсов рек Волги, Камы и Днепра.
В горных районах Средней Азии и Кавказа эффективному использованию гидроэнергетических ресурсов способствует значительная водность и большие падения водотоков, позволяющие сооружать гидроузлы с большой выработкой электроэнергии. В предгорных районах имеется возможность эффективного сочетания использования водных ресурсов для энергетики и орошения земель.
Италия бедна топливными ресурсами и многими видами пром. сырья. Имеются запасы цинка, свинца, серы, ртути, пиритов, бокситов, мрамора. Значительны гидроэнергетические ресурсы. Наиболее развитые отрасли пром-сти машиностроение (автомобилестроение, судостроение, точное машиностроение, электротехника, приборостроение), пищевая, химическая, текстильная, металлургическая. Значительное развитие получили произ-во вычислительной техники, роботов и электронного оборудования. В 1986 г. произведено 23 млн т стали, 12 млн т чугуна, 40 млн т цемента, 192 млрд кВт-ч электроэнергии, 1830 тыс. автомобилей, из них 1650 тыс. легковых, добыто 2,3 млн т нефти, 14 млрд м 3 газа.
Бутан относится к наименее развитым странам мира . Располагает крупными гидроэнергетическими ресурсами (до 20 тыс. МВт, оценка ООН), значительными полезными ископаемыми , еще не полностью разведанными (известняк, каменный уголь, доломит, гипс, медь, цинк, свинец и др.).
Основа экономики страны - сел. хоз-во и горнодобывающая пром-сть. Гайана занимает ведущее место в мире по добыче бокситов (в 1987 г. добыто 1,1 млн т). Имеются запасы марганцевой и железной руд, золота, алмазов и др. Гайана обладает значительными гидроэнергетическими ресурсами. Обрабатывающая пром-сть развита слабо, в основном специализируется на переработке пром. сырья и с.-х. продуктов.
СССР - огромная страна, занимающая территорию площадью 22,4 млн. кв. км расстояния с Востока на Запад 10 тыс. км и с Севера на Юг 5 тыс. км. Природные ресурсы (уголь, нефть, газ, минеральное сырье , лес, гидроэлектрическая энергия, вода и т. п.) нашей страны огромны и разнообразны, но территориально они размещены неравномерно. Резко различны условия залегания многих полезных ископаемых и экономическая эффективность их добычи и использования. От дореволюционной России нам досталось нерациональное размещение производительных сил. Свыше s/4 всей промышленной продукции в 1913 г. производилось в Московском, Петербургском и Ивановском районах страны и на Украине. Вне промышленного развития оставались Восточные районы страны с их исключительно богатыми сырьевыми, топливными и гидроэнергетическими ресурсами. Достаточно сказать, что на долю Урала, Сибири, Дальневосточного края и Средней Азии приходилось только 8,3% промышленной продукции России. А ведь в Восточных районах страны сосредоточено 75% всех имеющихся в СССР запасов угля, до 80% гидроэнергетических ресурсов, 4Д лесных богатств, основные запасы цветных и редких металлов, огромные ресурсы химического сырья, железных руд и строительных материалов, огромные запасы нефти и газа. При этом условия залегания природных ископаемых в Восточных районах страны таковы, что они обеспечивают высокую экономическую эффективность их добычи. Себестоимость угля и гидроэнергии здесь в 2 раза меньше, чем в других районах страны. Добыча угля ведется, как правило, открытым способом, вследствие чего снижаются капиталовложения и резко возрастает производительность труда.
В статистике водных богатств выделяется статистика водных ресурсов , завершаемая построением водного баланса страны и отдельных территорий статистика гидроэнергетических ресурсов статистика богатств животного и растительного мира морей, океанов рек и других водоемов (изучающая, например, запасы рыбы, морского зверя, различных водорослей) статистика вод, богатых минеральными веществами и тепловой энергией лечебного и технического назначения.
Важнейшими показателями, характеризующими гидроэнергетические ресурсы, являются площадь бассейна (тыс. км2) число учтенных рек суммарная длина учтенных рек (км) суммарная потенциальная мощность (среднегодовая и минимальная (тыс. кВт)) удельная мощность (кВт/км2).
Существенное влияние на развитие и размещение промышленности в стране оказывает строительство гидроэлектростанций. В довоенные годы на базе электроэнергии Днепровской гидроэлектростанции имени В. И. Ленина был сооружен комплекс энергоемких промышленных производств алюминия и магния, специальных сталей и ферросплавов. В послевоенные годы началось широкое освоение наиболее эффективных гидроэнергетических ресурсов Сибири. Построенные Иркутская, Красноярская и Братская гидроэлектростанции явились основой для широкого развития промышленности в южной части Восточной Сибири . В Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976-1980 годы предусмотрено строительство новых крупных гидро-
Нет единой методики определения гидроэнергетического потенциала. По рекомендации Европейской экономической комиссии ООН при расчетах гидроэнергетических ресурсов принимаются следующие расчетные коэффициенты теоретический потенциал, определяющий ресурсы гидроэнергии при к. п. д., равном единице технический, учитывающий потери воды и напора экономический, учитывающий возможности использования гидроресурсов. По данным Гидропроекта и Гидроэнергопроекта технически возможный коэффициент использования прогнозных гидроэнергоресурсов в СССР составляет 0,57 и колеблется в диапазоне от 0,4 до 0,76.
Советское государство, приступая к созданию мощной энергетической базы, располагало крайне скудными данными о действительных ресурсах гидроэнергии в стране. Общая среднегодовая мощность гидроэнергетических ресурсов была определена в 20 млн. кет, что, как теперь известно, в 20 раз меньше реально исчисленных гидроэнергоресурсов.
Вознесенский А. Н. Гидроэнергетические ресурсы СССР. Энергетика мира. МИРЭК, Вена, 1956.
