1 Гидроэнергетические ресурсы
Работа добавлена на сайт samzan.net:
PAGE \* MERGEFORMAT 1
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 2
I.Происхождение и использование гидроэнергетики. 3
1.1 Гидроэнергетические ресурсы. 3
1.2 Гидравлические турбины 5
2.Гидрогенераторы и Гидроаккумулирующие 7
электростанции (ГАЭС).
2.1 Гидрогенераторы. 8
2.2 Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). 9
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 17
ВВЕДЕНИЕ
Данная работа посвящена изучению гидроэнергетики и использование необходимых приборов в гидроэнергетике.
Актуальность данной работы обусловлена использованием энергии естественного движения, т.е. течения, водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Чаще всего используется энергия падающей воды.
Цель работы – определить сущность понятия «гидроэнергетики», его виды и особенности применения в различных областях.А так же ознакомиться с используемыми приборами .
Для достижения указанной цели в работе ставятся следующие задачи:
- определить содержание понятия «гидроэнергетики»,
- охарактеризовать его виды;
- охарактеризовать особенности применения гидроэнергетики в различных областях;
- выделить наиболее значимые аспекты данной темы.
Объект исследования – последовательность процессов, предмет исследования –гидроэнергетика.
Теоретическую основу исследования составили работы российских, казахстанских и зарубежных ученых, посвященных данной теме: Иванова В.В., Айдарова Р.Н., Миллера Р.Б. и других ученых.
Для решения поставленных задач использовался следующий метод, позволяющий наиболее полно раскрыть изучаемую проблему:
1) изучение и анализ научных данных, представленных в научной литературе по проблеме исследования.
Новизна работы состоит в том, что в работе представлен анализ понятия «гидроэнергетики», «гидроэнергия», охарактеризованы новейшие достижения в данной области.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что представлена классификации гидроэнергии, описана индустрия гидроэнергетики.
Работа состоит из введения, двух глав, в которых раскрываются теоретические основы проблемы, заключения, списка литературы из 10 источников.
I.Происхождение и использование гидроэнергетики.
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.
1.1.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.
ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (схема). Плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.
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.
2.РАДИАЛЬНО-ОСЕВАЯ ГИДРОТУРБИНА С ГИДРОГЕНЕРАТОРОМ. Напор воды преобразуется в механическую энергию вращающегося вала, а затем в электроэнергию. 1 - верхняя платформа; 2 - верхняя ферма статора; 3 - статор генератора; 4 - коллектор водяного охлаждения обмоток статора; 5 - ротор; 6 - обод ротора; 7 - полюсы с обмоткой возбуждения; 8 - контактные кольца; 9 - подпятник с направляющим подшипником; 10 - нижняя ферма статора; 11 - домкраты ротора; 12 - тормоза; 13 - воздухоохладители; 14 - вал и муфта; 15 - направляющий подшипник; 16 - корпус подшипника; 17 - исполнительный механизм затвора; 18 - нижняя платформа; 19 - рабочее колесо; 20 - лопатки направляющего аппарата; 21 - колонны статора турбины; 22 - спиральная камера турбины; 23 - отводная камера; 24 - отводная труба.
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.
1.1.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.
ПЛОТИНА ГЭС и водохранилище на р. Тахо (Испания).
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..
На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии(доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).
На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны[1]:
|
Страна |
Потребление гидроэнергии в ТВт·ч |
|
1. Китай |
585 |
|
2. Канада |
369 |
|
3. Бразилия |
364 |
|
4. США |
251 |
|
5. Россия |
167 |
|
6. Норвегия |
140 |
|
7. Индия |
116 |
|
8. Венесуэла |
87 |
|
9. Япония |
69 |
|
10. Швеция |
66 |
|
11. Франция |
63 |
Предыстория развития гидростроения в России[2][править | править исходный текст]
Первая очередь строительства ГЭС:[3][источник не указан 1513 дней]
|
Район |
Название |
Мощность, |
|
Северный |
Волховская |
30 |
|
|
Нижнесвирская |
110 |
|
|
Верхнесвирская |
140 |
|
Южный |
Александровская |
200 |
|
Уральский |
Чусовая |
25 |
|
Кавказский |
Кубанская |
40 |
|
|
Краснодарская |
20 |
|
|
Терская |
40 |
|
Сибирь |
Алтайская |
40 |
|
Туркестан |
Туркестанская |
40 |
В Советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утвержден 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен вСССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвященная гидроэнергетике — называлась «Электрификация и водная энергия». В ней указывалось, что гидроэлектростанции могут быть экономически выгодными, главным образом, в случае комплексного использования: для выработки электроэнергии, улучшения условийсудоходства или мелиорации. Предполагалось, что в течение 10-15 лет в стране можно соорудить ГЭС общей мощностью 21 254 тыс. лошадиных сил (около 15 млн кВт), в том числе в европейской части России — мощностью 7394, в Туркестане — 3020, в Сибири — 10 840 тыс. л.с. На ближайшие 10 лет намечалось сооружение ГЭС мощностью 950 тыс. кВт, однако в последующем было запланировано сооружение десяти ГЭС общей рабочей мощностью первых очередей 535 тыс. кВт.
Хотя уже за год до этого в 1919 году Совет труда и обороны признал строительства Волховской и Свирской гидростанций объектами, имеющими оборонное значение. В том же году началась подготовка к возведению Волховской ГЭС, первой из гидроэлектростанций возведенных по плану ГОЭЛРО.
Однако и до начала строительства Волховской ГЭС Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями. Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие 19-го века и первые 20 лет двадцатого столетия достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований.
Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Березовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Березовка (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырехтурбинная общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.[4]
На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трехфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъемники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.[5]
Преимущества
- использование возобновляемой энергии.
- очень дешевая электроэнергия.
- работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.
- быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.
Недостатки
- затопление пахотных земель
- строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды
- на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов
- сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате проведенного исследования теоретического исследования материала по данной теме была достигнута цель работы – определена сущность понятия «гидроэнергетики», охарактеризованы его виды и особенности применения в различных областях.
Для достижения указанной цели в работе были выполнены следующие задачи:
- определено содержание понятия «гидроэнергетики»,
- охарактеризованы его виды;
- описаны особенности применения гидроэнергии в различных областях науки и техники;
- выделены наиболее значимые аспекты данной проблемы.
Новизна работы обусловлена (ИЗ ВВЕДЕНИЯ) тем, что в работе представлен анализ понятия «гидроэнергетики», «гидроэнергия», охарактеризованы новейшие достижения в данной области.
Теоретическая значимость работы заключается в том, что (ИЗ ВВЕДЕНИЯ) представлена классификация гидроэнергии, описана индустрия гидроэнергетики
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Агафонова И.Н.Гидроэнергетика // Индустрия. – 2009. - №1 – С. 23 – 25.
- Айдаров Р.Н. Гидроиндустрия. – А.: Рауан, 2004. – 279 с.
- Александров А.М. Достижения в области гидроэнергетики. – М.: Просвещение, 2005. – 256 с.
- Иванов В.В.Гидроэнергетика в хозяйстве. // Гидроэнергетика в быту. – 2009. - № 12. – С. 23 – 25.
- Миллер Р.Б. Гидроэнергетика //Геодезия. – 2008. – № 5. – С. 35 – 40.
- Ратнер Д., Ратнер М.Гидроэнергетики: простое объяснение очередной гениальной идеи. – М.: Вильямс, 2006. – 345 с.
- Gidro-energy: A Gentle Introduction to the Next Big Idea. – New-York, 2007. – 234 с.
- http://www.washprofile.org/ru/
- http://www.nanonewsnet.ru/
- http://www.techcloud.narod/ru/
2. тематизирует в самом общем виде представления человека о мире и самом себе
3. Тема 1 Соціальна профілактика як аспект соціальної політики держави ПЛАН Сутність соц
4. Анализ ипотечного кредита в различных банках
5. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Ха
6. Лекция 3 Возникновение и развитие жизни на Земле Теории возникновения жизни на Земле Как возникла жи
7. Курсовая работа- Макроэкономическая статистика
8. Задание 16 Предметная область ПО- Сбыт готовой продукции некоторые функции выполняемые сотр
9. практикум Учебное пособие Утверждено на заседании кафедры холодильной и торговой техники
10. Цены на нефть - снижение неизбежно, но не скоро
11. на тему - Колективізація та її наслідки в УРСР
12. Формирование маркетинга в сети Internet
13. Расчет барабанной сушильной установки
14. Реферат- История развития операционных систем Windows
15. Березовый сок
16. то что обычно видят в нём люди
17. Тема 7 Электронные платежные системы
18. являлся потомком Рюриковичей и гетмана Сулимы
19. Тема 7. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЛАНИРОВАНИЯ В ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАНАХ
20. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата юридичних наук Київ ~ Д1