Хидроенергийните ресурси имат ограничена стойност, въпреки че се считат за възобновяеми. Те са национално богатство, като нефт, газ или други минерали, и трябва да се третира внимателно и внимателно.
Водна мощност
Дори в древни времена хората са забелязали, че водата, падаща отгоре надолу, може да извърши определена работа, като например завъртане на колело. Това свойство на падащата вода започва да се използва за привеждане в движение на колелата на мелницата. Така се появяват първите водни мелници, които са оцелели и до днес почти в оригиналния си вид. Водената мелница е първата водноелектрическа централа.
Манифактурното производство, което възниква през 17-ти век, също използва водни колела, а през 18-ти век, например, в Русия вече има около три хиляди такива манифактури. Известно е, че най-мощните инсталации от такива колела са използвани в фабриката в Кренхолм (река Нарова). Водните колела бяха с диаметър 9,5 метра и развиваха до 500 конски сили.
Хидроенергийни ресурси: определение, предимства и недостатъци
На 19-тивек след водните колела се появяват хидротурбините, а след тях - електрическите машини. Това направи възможно преобразуването на енергията на падащата вода в електрическа енергия и след това предаването й на определено разстояние. В царска Русия до 1913 г. има около 50 000 единици, оборудвани с хидротурбини, които генерират електричество.
Тази част от енергията на реките, която може да се преобразува в електрическа енергия, се нарича хидроенергийни ресурси, а устройството, което преобразува енергията на падащата вода в електрическа енергия, се нарича водноелектрическа централа (ВЕЦ). Устройството на електроцентралата задължително включва хидравлична турбина, която задвижва електрически генератор при въртене. За да се получи потока от падаща вода, изграждането на електроцентрала включва изграждането на язовири и резервоари.
Предимства от използването на водна енергия:
- Енергията на реката е възобновяема.
- Без замърсяване на околната среда.
- Оказва се евтин ток.
- Климатичните условия в близост до резервоара се подобряват.
Недостатъци при използването на водна енергия:
- Наводняване на част от земя за изграждане на резервоар.
- Промяна на много екосистеми по коритото на реката, намаляване на рибните популации, обезпокоителни места за гнездене на птици, замърсяване на реките.
- Опасност от строеж в планински район.
Концепцията за водноенергиен потенциал
За оценка на хидроенергийните ресурси на река, държава или цялата планета в светаЕнергийната конференция (MIREC) определи хидроенергийния потенциал като сбор от мощностите на всички участъци от разглежданата територия, които могат да се използват за производство на електроенергия. Има няколко разновидности на хидроенергийния потенциал:
- Брутен потенциал, който представлява потенциални водноенергийни ресурси.
- Техническият потенциал е тази част от брутния потенциал, която може да бъде използвана технически.
- Икономическият потенциал е тази част от техническия потенциал, чието използване е икономически осъществимо.
Теоретичната мощност на някакъв воден ток се определя по формулата
N (kW)=9, 81QH, където Q е дебитът на водата (m3/сек); H е височината на падането на водата (m).
Най-мощната водноелектрическа централа в света
На 14 декември 1994 г. в Китай, на река Яндзъ, започва строителството на най-голямата водноелектрическа централа, наречена Трите клисури. През 2006 г. завърши изграждането на язовира и беше пуснат първият водноелектрически блок. Тази водноелектрическа централа трябваше да стане централната водноелектрическа централа в Китай.
Гледката към язовира на тази станция наподобява дизайна на Красноярската водноелектрическа централа. Височината на язовира е 185 метра, а дължината е 2,3 км. В центъра на язовира има преливник, предназначен да изпуска 116 000 m3 вода в секунда, тоест от височина около 200 m, повече от 100 тона вода попадат в една секунда.
Река Яндзъ, на която е построена ВЕЦ Трите клисури, е една от най-мощни реки по света. Изграждането на водноелектрическа централа на тази река дава възможност за използване на природните водноенергийни ресурси на района. Започвайки от Тибет, на надморска височина от 5600 m, реката придобива значителен хидроенергиен потенциал. Най-привлекателно място за изграждането на язовира се оказа районът на Трите клисури, където реката извира от планините в равнината.
проектиране на HPP
Водноелектрическата централа Трите клисури разполага с три електроцентрали, съдържащи 32 водноелектрически блока, всеки с мощност от 700 MW, и два водноелектрически блока с мощност 50 MW. Общият капацитет на ВЕЦ е 22,5 GW.
В резултат на изграждането на язовира се образува резервоар с обем 39 km3. Изграждането на язовира доведе до преместване на жители на два града с общо население от 1,24 милиона души на ново място. Освен това 1300 археологически обекта бяха извадени от зоната на наводнението. 11,25 милиарда долара бяха похарчени за цялата подготовка за изграждането на язовира. Общата стойност на строителството на водноелектрическата централа Трите клисури е 22,5 милиарда долара.
Изграждането на тази водноелектрическа централа правилно осигурява навигация, освен това, след изграждането на резервоара, потокът от товарни кораби се е увеличил 5 пъти.
Пътническите кораби преминават през лифта, което позволява преминаването на кораби с тегло не повече от 3000 тона. Построени са две линии от петстепенни шлюзове за преминаване на товарни кораби. В този случай теглото на плавателните съдове трябва да бъде по-малко от 10 000 тона.
Yangtze ВЕЦ каскада
Водните и хидроенергийните ресурси на река Яндзъ правят възможно надграждането на товареката има повече от една водноелектрическа централа, която е изградена в Китай. Над ВЕЦ Трите клисури е изградена цяла каскада от водноелектрически централи. Това е най-мощната каскада от водноелектрически централи с мощност над 80 GW.
Изграждането на каскадата избягва запушването на язовира Трите клисури, тъй като намалява ерозията в речното корито нагоре по течението на водноелектрическата централа. След това има по-малко утайки за носене във водата.
В допълнение, каскадата на ВЕЦ ви позволява да регулирате водния поток към ВЕЦ Трите клисури и да получите равномерно генериране на енергия в него.
Итайпу на река Парана
Парана означава "сребърна река", тя е втората по големина река в Южна Америка и има дължина от 4380 км. Тази река тече през много твърда земя, затова, преодолявайки я, създава бързеи и водопади по пътя си. Това обстоятелство показва благоприятни условия за изграждане на водноелектрически централи тук.
ВЕЦ Итайпу е построена на река Парана, на 20 км от град Фос до Игуасу в Южна Америка. По мощност тази водноелектрическа централа е на второ място след ВЕЦ "Трите клисури". Разположена на границата на Бразилия и Парагвай, ВЕЦ Itaipu осигурява пълно електричество за Парагвай и 20% за Бразилия.
Изграждането на водноелектрическата централа започва през 1970 г. и завършва през 2007 г. Десет генератора с мощност 700 MW са инсталирани от страна на Парагвай и същия брой от страна на Бразилия. Тъй като около водноелектрическата централа имаше тропическа гора, която беше обект на наводнения, животните от тези места бяха преместени в други територии. Дължината на язовира е 7240 метра,и височината е 196 м, цената на строителството се оценява на 15,3 милиарда долара. Капацитетът на ВЕЦ е 14 000 GW.
Руски хидроенергийни ресурси
Руската федерация има голям воден и енергиен потенциал, но хидроенергийните ресурси на страната са разпределени изключително неравномерно на територията й. 25% от тези ресурси се намират в европейската част, 40% - в Сибир и 35% - в Далечния изток. В европейската част на щата, според експерти, хидроенергийният потенциал се използва с 46%, а целият водноенергиен потенциал на държавата се оценява на 2500 милиарда kWh. Това е вторият резултат в света след Китай.
Източници на хидроенергия в Сибир
Сибир има огромни запаси от хидроенергия, Източен Сибир е особено богат на водноенергийни ресурси. Там текат реките Лена, Ангара, Енисей, Об и Иртиш. Хидропотенциалът на този регион се оценява на 1000 милиарда kWh.
Саяно-Шушенская ВЕЦ на името на P. S. Neporozhny
Капацитетът на тази водноелектрическа централа е 6400 MW. Това е най-мощната водноелектрическа централа в Руската федерация и се нарежда на 14-то място в световната класация.
Участъкът от Енисей, който се нарича Саянски коридор, е благоприятен за изграждане на водноелектрически централи. Тук реката преминава през Саянските планини, образувайки множество бързеи. Именно на това място е построена Саяно-Шушенската ВЕЦ, както и други ВЕЦ, които образуват каскада. Саяно-Шушенската ВЕЦ е най-високото стъпало в тази каскада.
Строителството е извършено от 1963 до 2000 г. Проектиране на станциясе състои от язовир с височина 245 метра и дължина 1075 метра, сграда на електроцентрала, разпределително устройство и преливна конструкция. В сградата на ВЕЦ има 10 хидравлични блока с мощност 640 MW всеки.
Язовирът, образуван след изграждането на язовира, е с обем над 30 km3, а общата му площ е 621 km2.
Големи ВЕЦ на Руската федерация
В момента хидроенергийните ресурси на Сибир се използват с 20%, въпреки че тук са построени много доста големи водноелектрически централи. Най-голямата сред тях е Саяно-Шушенската ВЕЦ, следвана от следните водноелектрически централи:
- Красноярска ВЕЦ с мощност 6000 MW (на Енисей). Разполага с корабен лифт, единственият досега в Руската федерация.
- Братска ВЕЦ с мощност 4500 MW (при Ангара).
- Уст-Илимская ВЕЦ с мощност 3840 MW (при Ангара).
Далечният изток има най-слабо развит потенциал. Според експерти хидропотенциалът на този район се използва с 4%.
Източници на хидроенергия в Западна Европа
В западноевропейските страни водноенергийният потенциал е почти напълно използван. Ако тя също е доста висока, тогава такива страни напълно се осигуряват с електроенергия от водноелектрически централи. Това са страни като Норвегия, Австрия и Швейцария. Норвегия е на първо място в света по производство на електроенергия на жител на страната. В Норвегия тази цифра е 24 000 kWh годишно и 99,6% от тази енергия се произвежда от водноелектрически централи.
Хидроенергийни потенциалиразличните страни от Западна Европа се различават значително една от друга. Това се дължи на различни условия на терена и различно образуване на отток. 80% от общия водноенергиен потенциал на Европа е съсредоточен в планини с висок дебит: западната част на Скандинавия, Алпите, Балканския полуостров и Пиренеите. Общият водноенергиен потенциал на Европа е 460 милиарда kWh годишно.
Запасите от гориво в Европа са много малки, така че енергийните ресурси на реките са развити много значително. Например в Швейцария тези ресурси се развиват с 91%, във Франция - с 92%, в Италия - с 86%, а в Германия - със 76%.
Каскада на ВЕЦ на река Рейн
На тази река е изградена каскада от водноелектрически централи, състояща се от 27 водноелектрически централи с общ капацитет от около 3000 MW.
Една от станциите е построена през 1914 г. Това е ВЕЦ Лауфенбург. Претърпява два пъти реконструкция, след което мощността му е 106 MW. Освен това гарата принадлежи към архитектурните паметници и е национално богатство на Швейцария.
ВЕЦ Rheinfelden е модерна водноелектрическа централа. Пускането му е извършено през 2010 г., а мощността е 100 MW. Проектът включва 4 хидравлични блока по 25 MW всеки. Тази водноелектрическа централа е построена, за да замени старата станция, построена през 1898 г. Старата станция в момента е в ремонт.
Източници на хидроенергия в Африка
Водноенергийните ресурси на Африка се дължат на реките, протичащи през нейната територия: Конго, Нил, Лимпопо, Нигер и Замбези.
Река Конгоима значителен водноелектрически потенциал. Част от течението на тази река има каскада от водопади, известни като Inga Rapids. Тук водният поток се спуска от височина 100 метра със скорост от 26 000 m3 в секунда. В този район са построени 2 водноелектрически централи: "Инга-1" и "Инга-2".
Правителството на Демократична република Конго през 2002 г. одобри проекта за изграждане на комплекса Big Inga, който предвижда реконструкция на съществуващите водноелектрически централи Inga-1 и Inga-2 и изграждането на третият - Инга-3. След реализирането на тези планове беше решено да се построи най-големият комплекс Болшая Инга в света.
Този проект беше тема на дискусия на Международната енергийна конференция. Като се има предвид състоянието на водните и хидроенергийните ресурси на Африка, представители на бизнеса и правителствата от Централна и Южна Африка, които присъстваха на конференцията, одобриха този проект и определиха параметрите му: капацитетът на "Биг Инга" беше определен на 40 000 MW, което е повече от най-мощната водноелектрическа централа "Трите клисури" почти 2 пъти. Пускането в експлоатация на ВЕЦ е насрочено за 2020 г., а разходите за строителство се очаква да бъдат 80 милиарда долара.
След като проектът бъде завършен, ДРК ще стане най-големият доставчик на електроенергия в света.
Северноафриканска електрическа мрежа
Северна Африка е разположена по крайбрежието на Средиземно море и Атлантическия океан. Този регион на Африка се нарича Магреб или Арабския Запад.
Хидроенергийните ресурси в Африка са неравномерно разпределени. В северната част на континента се намира най-горещата пустиня в света - Сахара. Тази територия изпитва недостиг на вода, така че осигуряването на вода в тези региони е основна задача. Неговото решение е да се изградят резервоари.
Първите резервоари се появяват в Магреб още през 30-те години на миналия век, след това много от тях са построени през 60-те, но особено интензивното строителство започва през 21-ви век.
Хидроенергийните ресурси на Северна Африка се определят основно от река Нил. Това е най-дългата река в света. През 60-те години на миналия век на тази река е построен Асуанският язовир, след изграждането на който се образува огромен резервоар, дълъг около 500 км и широк около 9 км. Напълването на резервоара с вода се извършва в продължение на 5 години от 1970 до 1975 г.
Асуанският язовир е построен от Египет в сътрудничество със Съветския съюз. Това беше международен проект, в резултат на който е възможно да се генерират до 10 милиарда kWh електроенергия годишно, да се контролира нивото на водата в река Нил по време на наводнения и да се натрупва вода в резервоара за дълго време. Мрежа от канали за напояване на полета се отклонява от резервоара и на мястото на пустинята се появяват оазиси, все повече и повече площи се използват за земеделие. Водните и хидроенергийните ресурси на Северна Африка се използват с максимална ефективност.
Споделяне на световния водноенергиен потенциал
- Азия - 42%.
- Африка - 21%.
- Северна Америка - 12%.
- Южна Америка - 13%.
- Европа - 9%.
- Австралия и Океания – 3%
Глобалният водноенергиен потенциал се оценява на 10 трилиона kWh електроенергия.
20-ти век може да се нарече век на водноелектрическата енергия. 21-ви век носи свои собствени допълнения към историята на тази индустрия. Светът е засилил вниманието към електроцентралите с помпени акумулатори (PSPP) и приливните електроцентрали (ТЕЦ), които използват силата на морските приливи за генериране на електрическа енергия. Развитието на водната енергия продължава.
