На хвилі інтересу до відновлюваних джерел енергії у світі то тут, то там будуються греблі гідроелектростанцій. деякі з них вражають уяву своєю грандіозністю. Але, віддаючи належне сміливим інженерним рішенням, слід пам'ятати, що величезні маси води, що утримуються греблями, таять у собі страшну руйнівну міць.
Редакція ПМ
Вважаючись одним із екологічно чистих способів виробництва енергії, гідроенергетика надає при цьому серйозний вплив на природу. І цей вплив є як позитивні, і негативні сторони. На фото — гребля Чиркейської ГЕС у Дагестані
Інгурі ГЕС Гребля на грузинській річці Інгурі може вважатися гордістю радянської гідроенергетики: це найвища у світі бетонна гребля аркового типу. Її висота становить 272 м. Будівництво греблі було розпочато ще 1961 року, а повністю завершено лише 1987-го. В даний час Інгурі ГЕС поділена між Грузією і нещодавно визнаною Росією Абхазією, якій належить 40% енергії, що виробляється.
Зейська ГЕС Гребля, споруджена на річці Зея в Амурській області (1965-1980), відноситься до унікального для Росії масивно-контрфорсного типу. Вона розділила річку на два не пов'язані один з одним б'єфи — конструкцією не передбачені ні шлюзи, ні рибопідйомники. Водосховище має велике протипаводкове значення.
Бурейська ГЕС Будується на річці Бурея в Амурській області. Будівництво цієї ГЕС розпочалося ще 1978 року, проте роботи на ній продовжуються і досі. З кінця 1980-х до кінця 1990-х будівництво було фактично законсервовано. Проектом на станції передбачено шість гідроагрегатів, з яких два вже введені в дію, а третій має запрацювати цього року. Гребля відноситься до гравітаційного типу і має довжину 736 м при висоті 140 м. Водосховищем затоплено значні ділянки лісу, переважно в Хабаровському краї
Америка: гребля Гувера Названа на честь президента Герберта Гувера найвища в США гребля гравітаційно-аркового типу перекрила річку Колорадо в 1936 році. Цілі будівництва - гідроенергетика, зрошення полів, поліпшення умов судноплавства, боротьба з повенями
Америка: Панамський канал Одна з найвідоміших гідроспоруд у світі — Панамський канал (завершено 1914 року). Судна проводять через шлюзи каналу за допомогою локомотивів-буксирів, які рухаються зубчастими рейками, прокладеними вздовж шлюзу
Америка: «дірка слави» Аркова гребель Monticello Dam, що перекриває каліфорнійську річку П'юта-Крік, нічим особливо не відома, крім «дірки слави». Така дивна назва має нерегульований водозлив, виконаний у вигляді бетонної вирви. Коли рівень у водосховищі Беррієсса перевищує проектний, вода переливається через краї вирви, створюючи красиве, але трохи моторошне видовище.
Парад гігантів: ГЕС «Ітайпу» Одна з найбільших у світі гребель перегородила річку Парана поблизу бразильсько-парагвайського кордону. Для будівництва греблі, зробленої із землі, каменю та бетону, у скелях було пробито 150-метровий канал, яким воду річки відвели у бік від русла. Після висихання русла у вибраному створі 1979 року почалося зведення греблі. Її загальна довжина складає 7235 м-коду.
Строго кажучи, будівництво гребель та гребель не обов'язково має відношення до гідроенергетики. Московські греблі просто піднімають рівень колись майже обмілілої річки, а, наприклад, Краснодарське водосховище на річці Кубань створене для потреб іригації. Але все ж таки переважна більшість великих гідроспоруд у Росії пов'язана з енергетичною галуззю. З часів затвердження в 1921 IX Всеросійським з'їздом Рад плану ГОЕЛРО наша країна активно використовує енергію малих і великих річок.
Підступне дно
Якщо не вдаватися до подробиць класифікації, греблі електростанцій діляться в основному на гравітаційні та арочні. Гравітаційна гребля - як правило, що має трикутне поперечний переріз— будується із ґрунту, каменю чи бетонних блоків. З самого терміну «гравітаційна» видно, що така гребля утримує масу води за рахунок своєї тяжкості, — течія річки не в змозі зрушити цю громадину з місця, і вода починає підніматися. Арочні греблі використовуються у гірській місцевості. За рахунок своєї форми (по суті це фрагмент купола, вигнутого у бік води, що напірає) така гребля передає навантаження на борти каньйону. Аркова гребля складніша у будівництві, але економічніша у сенсі витрати матеріалів. При висоті 100 м гравітаційна гребля повинна мати основу шириною 70-80 м, а у арочної греблі такої ж висоти ширина основи складе всього близько 5 м. Є також греблі змішаного гравітаційно-аркового типу (приклад - гребля найбільшої в Росії Саяно-Шушенської ГЕС) та контрфорсного типу.
Щоб гребля виконувала своє завдання і не давала неприємних сюрпризів, потрібне ретельне геологічне дослідження створів річки в місці, де передбачається будівництво ГЕС. Історія знає випадки, коли греблю ставили на дно, де знаходилися карстові порожнини. Після наповнення водосховища вода просочувалась у ці порожнини, а потім знаходила вихід у нижньому б'єфі. Водосховище починало зливатися, і, щоб не допустити цього, в карстові порожнечі довелося закачувати бетон, об'єм якого приблизно дорівнює обсягу самої греблі.
Ідеальним для будівництва греблі є скельне дно, менш кращий слизький глинистий грунт. В останньому випадку при недостатній вазі греблі вона може просто виїхати за течією.
Вода дірочку знайде
Гребля ГЕС – структурно складна споруда. До її складу входять глухі греблі — через гребінь яких вода не переливається (чи, у разі, має переливатися); станційні греблі, через які вода з водосховища надходить у камери з турбінами, що обертають вали електрогенераторів; та водозливні греблі, через які скидається вода для регулювання рівня води у верхньому б'єфі (у водосховищі).
Система водоскиду - один із ключових елементів гідровузла. Рівень води в перекритій греблею річці може значно коливатися в залежності від пори року та кліматичних факторів, таких як танення снігу та льоду у верхів'ях або зливи. Неконтрольоване скидання води з верхнього б'єфу може призвести до руйнування всієї конструкції.
Мабуть, більшість драматичних подій, пов'язаних із руйнуванням гребель, викликано саме переповненням верхнього б'єфу через попадання туди великої кількостіталих або зливових вод. Останній подібний випадок стався в березні цього року в Індонезії, коли побудована ще голландською колоніальною владою 1933 року дамба не витримала натиску тропічних злив. Вода, що вирвалася на волю, стала причиною загибелі близько ста людей. Одна з наймасштабніших аварій на гідротехнічні спорудисталася у США 1976 року. Спочатку в земляній греблі, що перекривала річку Тетон (штат Айдахо), з'явилася невелика текти. Спочатку на неї не звернули особливої уваги, потім, коли текти стала помітнішою, її спробували ліквідувати за допомогою будівельної техніки. Зрештою бульдозери довелося покинути, щоб урятувати людські життя. Прорвавши нарешті земляну греблю, вода розмила її за лічені хвилини.
Хижі моря
Водосховища, мабуть, головна «ахіллесова п'ята» гідроенергетики. І саме навколо них ведуться безперервні дискусії між енергетиками та екологами. Очевидно, що штучні «моря», що з'явилися в результаті будівництва гідровузлів, не можна вважати лише неминучим злом. Водосховища мають велике значеннядля організації судноплавства та рибопромислу, служать резервуарами питної водита виконують рекреаційну функцію (як, наприклад, каскад водосховищ водороздільного б'єфу каналу ім. Москви). Часто вони допомагають вирішити проблеми повеневих повеней у районах, що лежать нижче за течією перекритої річки. Проте ціна цьому — перетворення суші на дно, серйозні зміни в екологічній ситуації та навіть зміни клімату. Нерідко затоплюються ліси та анаеробне гниття на мілинах великих мас рослинної органіки призводить до викиду в атмосферу метану — одного з «парникових газів». Цей факт дещо псує імідж гідроенергетики як альтернативи спалюванню викопного палива.
Дитя перших п'ятирічок — гігантське Рибинське водосховище — поглинуло, як відомо, величезну з давніх-давен населену територію в самому центрі Європейської Росії. «Море» заповнило собою Молго-Шекснінську низовину, що утворилася внаслідок танення льодовика. Під водою опинилися сотні сіл і ціле місто Молога, церкви, монастирі, цвинтарі і навіть три сотні жителів, які не захотіли залишити свою малу батьківщину». «Ліс рубають — тріски летять» — таким був один із основоположних принципів сталінської політики. У більш гуманні часи, під час будівництва інших водосховищ Волзького каскаду, рукотворним морям не давали розливатися безконтрольно, віддаючи їх берегову лінію на відкуп рельєфу. Однак єдиний спосіб зупинити розлив води — обвалування, тобто спорудження за встановленими межами водосховища земляних дамб. На практиці це означає, що будинки, дороги або промислові об'єкти, що знаходяться поряд з дамбою, виявляються нижче рівня водойми і забезпечення їх безпеки стає окремою проблемою. Йдеться не лише про підтримку дамб у справному технічному стані, а й про захист цих гідроспоруд від, так би мовити, людського чинника. Зараз уздовж гребель деяких водоймищ Волзького каскаду ведеться міліцейське патрулювання та зводяться паркани.
Гребля та вічність
Не можна забувати і ще про одну проблему, пов'язану з появою водосховищ. Під тиском величезної маси волога просочується в навколишній ґрунт, піднімаючи рівень ґрунтових вод. Іноді це можна скористатися: наприклад, у районах, де регулярно пересихають колодязі, запружування місцевої річки допоможе їх наповнити. Однак, коли йдеться про макромасштаби, підйом ґрунтових вод призводить до заболочування великих територій та інших малоприємних наслідків. Зокрема, одним з аргументів екологів, які виступають проти будівництва Евенкійської ГЕС на річці Нижня Тунгуска, є ймовірна інфільтрація води в порожнині, що залишилися від підземних, що проводилися в цьому районі. ядерних вибухів. У цьому випадку може виникнути небезпека потрапляння радіоактивних матеріалів у Нижню Тунгуску та Єнісей. Створення водоймищ також може призвести до затоплення підземних комунікацій, підвалів будівель та шахт на прилеглій території. Зрозуміло, при проектуванні гідровузлів подібні побічні ефектинамагаються прораховувати, проте дія водної стихії не може бути передбачуваною на всі 100%.
У великих гідроспоруд є одна унікальна особливість. На відміну від шахти чи кар'єру їх не можна закинути, віддати на свавілля сил природи. Або греблю треба завжди підтримувати в робочому стані (що практично навряд чи здійснимо), або після закінчення певного терміну гідровузол повинен бути демонтований, а водосховище злито або перетворено на замкнуте водоймище. Тільки так можна уникнути катастрофічних наслідків стихійної руйнації. У цьому, до речі, проглядаються загальні рисиатомної енергетики та гідроенергетики. Вартість виведення з експлуатації АЕС можна порівняти з витратами на її будівництво. Те саме стосується і гідроелектростанцій. Споруджені в СРСР греблі ГЕС розраховані працювати протягом ста років. З одного боку, століття — це чимало, але з іншого — деякі гідроелектростанції, наприклад, Жигулівська ГЕС на Волзі, вже виробили близько половини терміну, а то й більше. Таким чином, питання про те, що робити з гідроспорудами, що відпрацювали своє, і в скільки обійдеться їх демонтаж або капітальна реконструкція, постане вже перед поколіннями, що нині живуть.
Очевидно, що робота з величезними масами води потребує грамотних інженерних рішень, технологічної дисципліни та відповідальності. На щастя, у нас у Росії — у країні, де ГЕС вносять величезний внесокв енергетичне господарство, є і технології, і висококласні фахівці, здатні розвивати гідроенергетику на принципах ефективності, екологічності та безпеки.
ПЕРЕВАГИ ГЕС:
Гнучкість
Гідроенергія є гнучким джерелом електроенергії, так як ГЕС може дуже швидко адаптуватися до вимог енергії, що змінюються, збільшуючи або зменшуючи виробництво електроенергії. Гідротурбіну має час запуску близько декількох хвилин. Від 60 до 90 секунд потрібно принести пристрій від холодного пуску до повного навантаження; це набагато менше, ніж для газових турбін чи парових установок. Виробництво електроенергії може бути швидко зменшено, коли є надлишкова потужність.
Електростанція Ffestiniog може розвивати потужність 360 МВт протягом 60 секунд
Низькі витрати на електроенергію
Основною перевагою гідроелектроенергії є відсутність вартості палива. Вартість експлуатації гідроелектростанції майже несприйнятлива до збільшення вартості копалин, таких як нафта, природний газ або вугілля, і жодного імпорту не потрібно. Середня вартістьелектроенергії від гідроелектростанції більше, ніж 10 мегават становить від 3 до 5 центів США за кіловат-годину.
Гідроелектростанції мають тривалий термін експлуатації, Деякі ГЕС все ще дають електроенергію після 50-100 років роботи.
Витрати на оперативне обслуговування невеликі, потрібно небагато людей контролю роботи ГЕС.
Гребля може використовуватися відразу з кількома цілями:накопичувати воду для ГЕС, захищати території від повеней, створювати водойму.
Придатність для промислового застосування
У той час як багато гідроелектростанцій поставляють енергію в мережі загального споживання електроенергії, деякі створюються для обслуговування конкретних промислових підприємств. Наприклад, у Новій Зеландії електростанція була побудована для постачання електроенергії алюмінієвого заводу в Тівай Пойнт.
Зниження викидів CO 2
Гідроелектростанції не спалюють види палива і безпосередньо не виробляють вуглекислий газ. Хоча деякий вуглекислий газ утворюється у процесі виробництва та будівництва проекту. Згідно з дослідженням Пауля Шеррера з Університету Штутгарта, гідроенергетика виробляє найменше Вуглекислий газсеред інших джерел енергії. На другому місці був вітер, третьою стала ядерна енергія, енергія сонця виявилася на 4 місці.
Інші види використання водосховища
Водосховища ГЕС часто надають можливості для занять водними видамиспорту, і самі стають туристичними пам'ятками. У деяких країнах аквакультура у водоймах є поширеним явищем. Вода з водойм може йти на полив сільськогосподарських культур, в ній можна розводити рибу. Крім того греблі допомагають запобігти повені.
Недоліки ГЕС:
Пошкодження екосистеми та втрата землі
Великі резервуари, необхідні для роботи гідроелектростанцій, призводять до затоплення великих земель вище за течією від греблі, знищуючи долини лісів і болота. Втрата землі часто посилюється знищенням середовища проживання навколишніх територій, зайняте водосховищем.
ГЕС можуть призвести до знищення екосистем, оскільки вода проходить через турбіни.очищується від природних наносів. Особливо небезпечні ГЕС на великих річках, які ведуть до серйозних змін довкілля.
На фото зображено водоймище, що виникло в результаті будівництва греблі
Замулення
Коли тече вода, важчі частки спливають вниз за течією.
Це негативно впливає на греблі і згодом їх електростанцій, особливо на річках або у водозбірних басейнах з високим ступенем замулення. Іл може заповнити резервуар та зменшити його здатність контролювати повені, викликаючи додатковий горизонтальний тиск на греблю. Зменшення русла річки може призвести до зниження електроенергії, що виробляється. До того ж, навіть спекотне літо або мала кількість опадів може призвести до зменшення річки.
Викиди метану (з водосховищ)
Найбільше впливають ГЕС у тропічних регіонах, водойми електростанцій у тропічних регіонах виробляють значні обсяги метану. Це пов'язано з наявністю рослинного матеріалу в затоплених районах, що розпадаються в анаеробному середовищі, і утворюють метан та парниковий газ. Якщо вірити доповіді Світової комісії з гребель, у випадках, коли водосховище велике в порівнянні з генеруючою потужністю (менше 100 ватів на квадратний метр площі поверхні) і не було очищено ліси в області водойми. То викиди парникових газів у резервуарі можуть бути вищими, ніж у звичайної ТЕС.
Електричні станції є найважливішою частиною життя кожної людини, оскільки вони перетворюють енергію на електроенергію. Одна станція є цілим комплексом заходів, штучних і природних підсистем, які служать для перетворення і розподілу всіх видів джерел енергії. Весь процес можна поділити на кілька етапів:
- Процес видобутку та переробки первинного джерела енергії.
- Доставка на електростанцію.
- Процес перетворення первинної енергії на вторинну.
- Розподіл вторинної (електричної чи між споживачами).
Електроенергетика включає виробництво енергії на станції і подальшу її доставку по лініях електропередач. Такі найважливіші елементи даного ланцюжка, як електричні станції різняться на кшталт первинних джерел, які у цьому регіоні.
Розглянемо деякі види перетворювальних процесів докладніше, а також переваги та недоліки кожного з них.
Належать до групи традиційної енергетики та займають значну частку вироблення електроенергії світового масштабу (приблизно 40%). Переваги та недоліки ТЕС наведено у наступній таблиці:
Використовують як первинне джерело енергії наприклад, водосховища і річки. Переваги та недоліки ГЕС також зведені до таблиці.
Атомні електростанції (АЕС) - комплекс установок та заходів, призначених для яка виділяється в результаті поділу атомних ядер, в теплову, а далі і в Найважливішим елементомданої системи є також комплекс супутніх пристроїв. У таблиці нижче наведено переваги та недоліки АЕС.
Не менш важливим етапом стає транспортування паливних ресурсів до електростанції. Цей процес може бути здійснений кількома способами, кожен з яких має свої переваги і недоліки. Розглянь основні способи транспортування:
- Водний транспорт. Доставка здійснюється за допомогою танкерів та бункерувальників.
- Автомобільний транспорт. Транспортування здійснюється у цистернах. Можливість перевозити лише рідке чи газоподібне паливо визначає існуючі переваги та недоліки автомобільного транспорту.
- Залізничний транспорт. Доставка у цистернах та відкритих вагонах на великі відстані.
- Підвісні та рідко використовуються і лише на дуже короткі відстані.
Гідроелектростанція є електричною станцією, яка застосовує енергію скидання води як джерело енергії. Їх найчастіше зводять на наявних водоймах, конструюючи штучні греблі та резервуари для зберігання необхідного об'єму води.
Для ефективного отримання електроенергії на подібного роду станції необхідно дотримуватися двох основних вимог: цілий безперервне постачання водою і наявність різких схилів річок.
Технологія отримання електроенергії на гідроелектростанціїє перетворення механічної енергії води, за рахунок наявності різнорівневих висот завдяки використанню двигунів і генераторів.
Сьогодні є такі типи гідроелектростанцій, які відрізняються один від одного способом подачі води - греблі, дериваційні та гідроакумулюючі станції.
Гребельні гідроелектростанції є найпопулярнішим і найпотужнішим видом станцій. Створюється водоймище за допомогою зведення штучних перегородок для утримання течії річки. Спуск води відбувається з двох причин – коли виникає потреба в електроенергії та для утворення необхідного рівня у водоймі.
Дериваційний вигляд відрізняється тим, що не застосовує всю течію річки, а за допомогою труб та системи водовідведення відбувається забір потрібного об'єму води, яка потім вирушає в турбіну.
Гідроакумулюючі станції є установками, що запасають електричну енергіюі повертає її в систему за потреби, застосовується для вирівнювання добової неоднорідності графіка електричного навантаження.
Також використовуються і морські станції, які працюють за допомогою енергії припливів та хвиль.
Переваги гідроелектростанції
Гнучкість. Гідроенергія визнана гнучким джерелом електроенергії тому що гідроелектростанція легко і максимально оперативно може пристосовуватися до потреб, що змінюються в енергії, підвищуючи або уповільнюючи випуск електроенергії. Наявна турбіна запускається протягом кількох хвилин.
Низькі витрати на електроенергію. Головною перевагою гідроелектростанції визнано відсутність витрат на паливо та повну незалежність від викопних типів пального. Всі подібні станції мають величезний термін використання, навіть сьогодні працюють такі гідроелектростанції, які були зведені близько 100 років тому, до того ж для їх обслуговування не потрібно багато співробітників.
Використання у промислових цілях. Гідроелектростанція застосовується як обслуговування населення, так забезпечення електроенергією певних заводів.
Мінімальний викид вуглекислого газу. Самі гідроелектростанції не здатні виробляти вуглекислий газ, який найчастіше може утворюватися лише під час реалізації будівельних робітстанції. Німецький вчений Пауль Шеррер, провівши дослідження, дійшов висновку, що гідроенергетика посідає перше місце з мінімального виробництва вуглекислого газу, після неї стоять вітер, ядерна енергетика та сонячна енергія.
Користь від створення водосховища. Побудовані водосховища часто є чудовим варіантом для занять водними видами спорту, а деякі навіть вважаються визначними пам'ятками для гостей. Також вода з них відмінно підійде для поливу або для розведення в ній. різних видівриб. Плюс до всього штучні греблі сприяють запобіганню повеням.
Недоліки гідроелектростанцій
Нанесення шкоди екології та втрата землі. Величезні резервуари, які потрібні для роботи гідроелектростанцій, є причинами затоплення колосальних площ землі, розташованої вище за греблю, отже, відбувається знищення лісів, полів, боліт та їх мешканців.
Замулення. Потік води приносить із собою різні частинки та залишки, які завдають шкоди як греблі, так і електростанції. Подібні відкладення здатні зменшити розмір резервуара та погіршити здатність запобігати повені. А також зменшити виробництво електроенергії.
Викиди метану. Гідроелектростанції, розташовані в тропічних регіонах, через величезну кількість рослинної сировини, що розкладається, виробляють великі обсяги метану. Тому перш ніж зводити гідроелектростанцію і греблю необхідно провести очищення території від лісів у галузі утворення штучної водойми.
Переселення. Багато дослідників до значних мінусів будівництва гідроелектростанцій відносять необхідність переселення населення, яке мешкає в районі майбутнього водосховища. На початку XXI століття Всесвітня комісія з гребель опублікувала свою статистику, дані якої показали, що через зведення гребель практично 80 мільйонів людей у всьому світі довелося залишити місця свого проживання.