Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ГОУ ВПО «ВГТУ»)
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Гидравлика»
Общие сведения
Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода; этими колесами приводились в движение мельничные постава и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т.д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС).
Гидроэнергоресурсы - это запасы энергии текущей воды речных потоков и водоемов, расположенных выше уровня моря (а также энергии морских приливов). экологический баланс гидроэнергетический
Существенную особенность в оценку гидроэнергоресурсов вносит то обстоятельство, что поверхностные воды - важнейшая составляющая часть экологического баланса планеты. Если все остальные виды первичных энергоресурсов используются преимущественно для выработки энергии, то гидравлические ресурсы должны оцениваться и с точки зрения возможностей осуществления промышленного и общественного водоснабжения, развития рыбного хозяйства, ирригации, судоходства и т.д.
Характерна для гидроэнергоресурсов и та особенность, что преобразование механической энергии воды в электрическую происходит на ГЭС без промежуточного производства тепла.
Энергия рек возобновляема, причем цикличность ее воспроизводства полностью зависит от речного стока, поэтому гидроэнергоресурсы неравномерно распределяются в течение года, кроме того их величина меняется из года в год. В обобщенном виде гидроэнергоресурсы характеризуются среднемноголетней величиной (как и водные ресурсы).
В естественных условиях энергия рек тратится на размыв дна и берегов русла, перенос и переработку твердого материала, выщелачивание и перенос солей. Эта эрозионная деятельность может приводить и к вредным последствиям (нарушение устойчивости берегов, наводнения и др.), и иметь полезный эффект как, например, при выносе из горной породы руды и минеральных веществ, формирование, вынос и накопление различных стройматериалов (галечник, песок). Поэтому использование гидроресурсов для выработки электроэнергии наносит ущерб формированию других важных ресурсов.
Использование гидроэнергетических ресурсов занимает значительное место в мировом балансе электроэнергии. В 70-80-х годах вес гидроэнергии находился на уровне примерно 26 % всей выработки электроэнергии мира, достигнув значительной абсолютной величины. Выработка электроэнергии ГЭС мира после 2-й Мировой войны росла большими темпами: с 200 млрд. квт-ч в 1946 г. до 860 млрд. квт-ч в 1965 г. и 975 млрд. квт-ч в 1978 г. А сейчас в мире вырабатывается 2100 млрд. квт-ч гидроэергии в год, а к 2000 г. эта величина еще вырастет. Ускоренное развитие гидроэнергетики во многих государствах мира объясняется перспективой нарастания топливно-энергетических и экологических проблем, связанных с продолжением нарастания выработки электроэнергии на традиционных (тепловых и атомных) электростанциях при слабо разработанной технологической основе использования нетрадиционных источников энергии. Основная часть мировой выработки ГЭС падает на Северную Америку, Европу, Россию и Японию, в которых производится до 80 % электроэнергии ГЭС мира.
В ряде стран с высокой степенью использования гидроэнергоресурсов наблюдается снижение удельного веса гидроэнергии в электробалансе. Так, за последние 40 лет удельный вес гидроэнергии снизился в Австрии с 80 до 70 %, во Франции с 53 до очень малой величины (за счет увеличения производства электроэнергии на АЭС), в Италии с 94 до 50 % (это объясняется тем, что наиболее пригодные к эксплуатации гидроэнергоресурсы в этих странах уже почти исчерпаны). Одно из самых больших снижений произошло в США, где выработка электроэнергии на ГЭС в 1938 г. составляла 34 %, а уже в 1965 г. - только 17 %. В то же время в энергетике Норвегии эта доля составляет 99,6 %, Швейцарии и Бразилии - 90 %, Канады - 66 %.
1. Гидроэнергетический потенциал и его распределение по континентам и странам
Несмотря на значительное развитие гидроэнергетики в мире в учете мировых гидроэнергоресурсов до сих пор нет полного единообразия и отсутствуют материалы, дающие сопоставимую оценку гидроэнергоресурсов мира. Кадастровые подсчеты запасов гидроэнергии различных стран и отдельных специалистов отличаются друг от друга рядом показателей: полнотой охвата речной системы отдельной страны и отдельных водотоков, методологией определения мощности; в одних странах учитываются потенциальные гидроэнергоресурсы, в других вводятся различные поправочные коэффициенты и т.д.
Попытка упорядочить учет и оценку мировых гидроэнергоресуров была сделана на Мировых энергетических конференциях (МИРЭК).
Было предложено следующее содержание понятия гидроэнергетического потенциала - совокупность валовой мощности всех отдельных участков водотока, которые используются в настоящее время или могут быть энергетически использованы. Валовая мощность водотока, характеризующая собой его теоретическую мощность, определяется по формуле:
N квт = 9,81 QH,
где Q - расход водотока, м3/с; H - падение, м.
Мощность определяется для трех характерных расходов: Q = 95 % - расход, обеспеченностью 95 % времени; Q = 50 % - обеспеченностью 50 % времени; Qср - среднеарифметический.
Существенным недостатком этих предложений было то, что они предусматривали учет гидроэнергоресурсов не по всему водотоку, а только по тем его участкам, которые представляют энергетический интерес. Отбор же этих участков не мог быть твердо регламентирован, что на практике приводило к внесению в подсчеты элементы субъективизма. В табл. 1 приводятся подсчитанные для шестой сессии МИРЭК данные по гидроэнергоресурсам отдельных стран.
Вопросу упорядочения учета гидроэнергоресурсов было уделено большое внимание в работе Комитета по электроэнергии Европейской экономической комиссии ООН, которая установила определенные рекомендации по данному вопросу. Этими рекомендациями устанавливалась следующая классификация в определении потенциала:
Теоретический валовой (брутто) потенциал гидроэнергетический потенциал (или общие гидроэнергетические ресурсы):
1. поверхностный, учитывающий энергию стекающих вод на территории целого района или отдельно взятого речного бассейна;
2. речной, учитывающий энергию водотока.
Эксплуатационный чистый (или нетто) гидроэнергетический потенциал:
1. технический (или технические гидроэнергоресурсы) - часть теоретического валового речного потенциала, которая технически может быть использована или уже используется (мировой технический потенциал оценивается приблизительно в 12300 млрд. квт-ч);
2. экономический (или экономические гидроэнергоресурсы) - часть технического потенциала, использование которой в существующих реальных условиях экономически оправдано (т.е. экономически выгодно для использования); экономические гидроэнергоресурсы в отдельных странах.
Приведенные расчеты в свое время внесли существенные изменения в прежние представления о распределении гидроэнергоресурсов по континентам. Особенно большие изменения были получены по Африке и Азии. Эти данные показывают, что на Азиатском континенте сосредоточено почти 36 % мировых запасов гидроэнергии, в то время как в Африке, которая считалась наиболее богатой гидроэнергоресурсами, сосредоточено около 19 %. Приводится сопоставление данных, характеризующих распределение гидроэнергоресурсов по континентам, полученных по разным подсчетам. Табл.3 Насыщенность гидроэнергоресурсами территории континентов, тыс. квт-ч на 1 кв. км
Если даже учесть то, что прежние представления о распределении гидроэнергоресурсов основывались на данных, подсчитанных по стоку 95%-й обеспеченности, то все же нельзя не обратить внимание на исключительную завышенность в прежних представлениях потенциальных ресурсов Африки, исходивших из преувеличенных представлений о стоке рек этого континента. Если годовой сток бассейна реки Конго прежде оценивался в 500-570 мм слоя, то в настоящее время он оценивается всего в 370 мм. Для реки Нигер принимался слой стока 567 мм, а фактически он составляет около 300 мм. То же получается с данными о средней величине слоя стока, являющимися хорошими показателями гидроэнергетического потенциала отдельных континентов. Из этой таблицы видно, что по высоте континента и величине стока, т.е. по основным энергетическим показателям, Африка стоит далеко позади Азии и почти на одном уровне с Северной Америкой.
Т.о., распределение гидроресурсов связано в большей мере с географическими особенностями крупнейших рек и их бассейнов. Примерно 50 % мирового водостока приходится на 50 крупнейших рек, бассейны которых охватывают около 40 % суши. Пятнадцать рек из этого числа имеют сток в объеме 10 тыс. км3/с или больше. Девять из них находятся в Азии, три - в Южной и две - в Северной Америке, одна - в Африке.
В гидроэнергоресурсах мира большая часть (около 60 %) приходится на восточное полушарие, которое превосходит западное и по удельному (на единицу площади) показателю гидроресурсной обеспеченности (соответственно 17 и 15 кВт/км2.
Благодаря высокому уровню промышленного развития, страны Западной Европы и Северной Америки в течение длительного времени опережали все другие страны по степени освоения гидроэнергоресурсов. Уже в середине 20-х годов гидропотенциал был освоен в Западной Европе примерно на 6 %, а в Северной Америке, располагавшей в этот период наибольшими гидроэнергетическими мощностями, - на 4 %. Через полвека соответствующие показатели составляли для Западной Европы около 60 %, а для Северной Америки - примерно 35 %. Уже в середине 70-х годов абсолютные мощности ГЭС Западной Европы превосходили таковые в любом другом регионе мира.
В развивающихся странах относительно высокие темпы использования гидроэнергии в значительной мере обусловлены крайне низким исходным уровнем. При более чем 50-кратном увеличение за полвека установленных гидроэнергетических можностей развивающиеся страны в середине 70-х годов более чем в 4,5 раза отставали от развитых стран и по мощности электростанций, и по выработке на них электроэнергии. И если в развитых странах гидропотенциал в середине 70-х использовался примерно на 45 %, то в развивающихся странах - только на 5 %. Для всего мира этот показатель в целом составляет 18 %. Таким образом пока еще для мира характерно использование лишь небольшой части гидроэнергетического потенциала.
В связи с исчерпанием в ряде стран экономических гидроэнергоресурсов в этих странах значительно повысился интерес к сооружению гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). В Европе стали сооружать специальные ГАЭС еще в 20-30-х годах, но большое развитие они получили начиная с середины 50-х годов. В настоящее время более половины ГАЭС мира находятся в странах ЕС. В США и Канаде гидроаккумулирующие установки в прошлом получили меньшее распространение, чем в Европе, т.к. эти страны располагали большими запасами экономических гидроэнергоресурсов. Однако за последние годы в США и Канаде также повысился интерес к ГАЭС. Также большой интерес в мире в последнее время представляет использование энергии морских приливов для получения электроэнергии, это перспективное направление в гидроэнергетике, т.к. энергия морских приливов возобновляема и практически неисчерпаема - это огромный источник энергии. Во многих странах уже действуют приливные электростанции (ПЭС). Дальше всех в этом направлении пока продвинулась Франция.
2. Экологический аспект в использовании гидроэнергоресурсов
При использовании гидроэнергоресурсов очень важен экологический аспект. Строительство ГЭС во многих случаях сопровождается сооружением водохранилищ, которые подчас оказывают негативное влияние на экологическую обстановку, вносят ряд изменений в природу. Гидроэнергетика будущего должна при минимальном негативном воздействии на природную среду максимально удовлетворять потребности людей в электроэнергии. Поэтому проблемами сохранения природной и социальной среды при гидротехническом строительстве уделяется сегодня все большее внимание. В современных условиях особенно важен верный прогноз последствий подобного строительства. Результатом прогноза должны стать рекомендации по смягчению и преодолению неблагоприятных экологических ситуаций при строительстве ГЭС, сравнительная оценка экологической эффективности созданных или проектируемых гидроузлов. Таким образом, можно говорить о целесообразности образования новой, более узкой и сложной категории гидроэнергетических ресурсов - экологически эффективной части, дифференцированной по степени экологической нагрузки, вызванной использованием определенной доли гидроэнергопотенциала. К сожалению, на настоящий момент разработка методов определения экологического энергопотенциала практически не ведется, но очевидно, что развитие гидроэнергетики без детальных экологических экспертиз гидроэнергетических проектов способно подорвать и без того хрупкое экологическое равновесие в мире.
Список литературы
1. Авакян А.Б. "Комплексное использование и охрана водных ресурсов", М: 1990.
2. Бабурин В.Н. "Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов", М: Наука, 1986.
3. Большая Советская Энциклопедия, М: Сов. Энциклопедия, 1971. - том 6.
4. Гидроэнергетические ресурсы СССР, М: Наука, 1967.Краткая географическая энциклопедия, М: Сов. Энциклопедия, 1959. - том 2.
5. Обрезков В.И. "Гидроэнергетика", учебник для ВУЗов, М: 1989.
6. Топливно-энергетические ресурсы капиталистических и развивающихся стран, М: Наука, 1978.
7. Энергетик, М: 1993, ј5.
8. Энергия, М: 1994, ј4.
9. Энергия, М: 1995, ј2.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Оценка снегонакопления в бассейне реки Хемчик. Гидроэнергетические ресурсы Кемеровской области. Некоторые особенности динамики пойменных ландшафтов таежной зоны Западной Сибири. Районирование акваторий пресноводных водоемов по состоянию их экосистемы.
учебное пособие , добавлен 22.09.2015
Понятие объектов экологического права. Окружающая среда, понятие и сущность, природные ресурсы, объекты эколого-правового регулирования. Субъекты экологического права. Применение норм об ответственности за нарушения экологического законодательства.
реферат , добавлен 01.08.2010
Принципы правовой охраны окружающей природной среды. Законодательство, роль судебной и арбитражной практики в регулировании экологических отношений. Понятие экологического правоотношения и его виды. Объекты и субъекты собственности на природные ресурсы.
шпаргалка , добавлен 15.01.2010
Экологический аудит как инструмент для систематической проверки внутрифирменного экологического потенциала и потенциального экологического риска, его функции и методы реализации, цели и разновидности. Результаты экологического аудита и их применение.
реферат , добавлен 09.11.2010
История формирования экологического права в России. Источники и принципы экологического права. Право собственности на природные ресурсы. Экономический механизм охраны окружающей среды. Юридическая ответственность за экологические правонарушения.
контрольная работа , добавлен 28.11.2009
Общее понятие источников экологического права. Классификация источников экологического права. Основные источники экологического права. Российское законодательство как источник экологического права. Проблемы развития законодательства.
курсовая работа , добавлен 21.09.2007
Сущность, объект, предмет, основные меры и средства рационального природопользования. Классификация и характеристика природных ресурсов. Принципы экологического нормирования. Состав показателей и нормативы качества окружающей среды и пределы их изменений.
презентация , добавлен 08.02.2014
Главные цели экологического аудирования видов деятельности, связанных с использованием водных ресурсов. Экологические последствия деятельности предприятия, оценка их воздействия на водные ресурсы. Обеспечение экологической безопасности производства.
доклад , добавлен 20.12.2010
Природные ресурсы и их классификация: космические ресурсы, климатические ресурсы, водные ресурсы. Энергетические ресурсы: возобновимые и невозобновимые. Общие инженерные принципы природопользования. Очистка газов от пыли: принципы, методы и схемы.
реферат , добавлен 25.10.2007
Оценка экологического состояния среды в Томской области: атмосферного воздуха, земельных, водных, лесных ресурсов, радиационной обстановки, животного мира. Математические модели и методы анализа экологических рисков аварий на магистральных трубопроводах.
Человек еще в глубокой древности обратил внимание на реки как на доступный источник энергии. Для использования этой энергии люди научились строить водяные колеса, которые вращала вода; этими колесами приводились в движение мельничные постава и другие установки. Водяная мельница является ярким примером древнейшей гидроэнергетической установки, сохранившейся во многих странах до нашего времени почти в первозданном виде. До изобретения паровой машины водная энергия была основной двигательной силой на производстве. По мере совершенствования водяных колес увеличивалась мощность гидравлических установок, приводящих в движение станки и т.д. В 1-й половине XIX века была изобретена гидротурбина, открывшая новые возможности по использованию гидроэнергоресурсов. С изобретением электрической машины и способа передачи электроэнергии на значительные расстояния началось освоение водной энергии путем преобразования ее в электрическую энергию на гидроэлектростанциях (ГЭС).
Общие сведения
Гидроэнергоресурсы - это запасы энергии текущей воды речных потоков и водоемов, расположенных выше уровня моря (а также энергии морских приливов).
Существенную особенность в оценку гидроэнергоресурсов вносит то обстоятельство, что поверхностные воды - важнейшая составляющая часть экологического баланса планеты. Если все остальные виды первичных энергоресурсов используются преимущественно для выработки энергии, то гидравлические ресурсы должны оцениваться и с точки зрения возможностей осуществления промышленного и общественного водоснабжения, развития рыбного хозяйства, ирригации, судоходства и т.д.
Характерна для гидроэнергоресурсов и та особенность, что преобразование механической энергии воды в электрическую происходит на ГЭС без промежуточного производства тепла.
Энергия рек возобновляема, причем цикличность ее воспроизводства полностью зависит от речного стока, поэтому гидроэнергоресурсы неравномерно распределяются в течение года, кроме того их величина меняется из года в год. В обобщенном виде гидроэнергоресурсы характеризуются среднемноголетней величиной (как и водные ресурсы).
В естественных условиях энергия рек тратится на размыв дна и берегов русла, перенос и переработку твердого материала, выщелачивание и перенос солей. Эта эрозионная деятельность может приводить и к вредным последствиям (нарушение устойчивости берегов, наводнения и др.), и иметь полезный эффект как, например, при выносе из горной породы руды и минеральных веществ, формирование, вынос и накопление различных стройматериалов (галечник, песок). Поэтому использование гидроресурсов для выработки электроэнергии наносит ущерб формированию других важных ресурсов.
Использование гидроэнергетических ресурсов занимает значительное место в мировом балансе электроэнергии. В 70-80-х годах вес гидроэнергии находился на уровне примерно 26 % всей выработки электроэнергии мира, достигнув значительной абсолютной величины. Выработка электроэнергии ГЭС мира после 2-й Мировой войны росла большими темпами: с 200 млрд. квт-ч в 1946 г. до 860 млрд. квт-ч в 1965 г. и 975 млрд. квт-ч в 1978 г. А сейчас в мире вырабатывается 2100 млрд. квт-ч гидроэергии в год, а к 2000 г. эта величина еще вырастет. Ускоренное развитие гидроэнергетики во многих государствах мира объясняется перспективой нарастания топливно-энергетических и экологических проблем, связанных с продолжением нарастания выработки электроэнергии на традиционных (тепловых и атомных) электростанциях при слабо разработанной технологической основе использования нетрадиционных источников энергии. Основная часть мировой выработки ГЭС падает на Северную Америку, Европу, Россию и Японию, в которых производится до 80 % электроэнергии ГЭС мира.
В ряде стран с высокой степенью использования гидроэнергоресурсов наблюдается снижение удельного веса гидроэнергии в электробалансе. Так, за последние 40 лет удельный вес гидроэнергии снизился в Австрии с 80 до 70 %, во Франции с 53 до очень малой величины (за счет увеличения производства электроэнергии на АЭС), в Италии с 94 до 50 % (это объясняется тем, что наиболее пригодные к эксплуатации гидроэнергоресурсы в этих странах уже почти исчерпаны). Одно из самых больших снижений произошло в США, где выработка электроэнергии на ГЭС в 1938 г. составляла 34 %, а уже в 1965 г. - только 17 %. В то же время в энергетике Норвегии эта доля составляет 99,6 %, Швейцарии и Бразилии - 90 %, Канады - 66 %.
Гидроэнергетический потенциал и его распределение по континентам и странам
Несмотря на значительное развитие гидроэнергетики в мире в учете мировых гидроэнергоресурсов до сих пор нет полного единообразия и отсутствуют материалы, дающие сопоставимую оценку гидроэнергоресурсов мира. Кадастровые подсчеты запасов гидроэнергии различных стран и отдельных специалистов отличаются друг от друга рядом показателей: полнотой охвата речной системы отдельной страны и отдельных водотоков, методологией определения мощности; в одних странах учитываются потенциальные гидроэнергоресурсы, в других вводятся различные поправочные коэффициенты и т.д.
Попытка упорядочить учет и оценку мировых гидроэнергоресуров была сделана на Мировых энергетических конференциях (МИРЭК).
Было предложено следующее содержание понятия гидроэнергетического потенциала - совокупность валовой мощности всех отдельных участков водотока, которые используются в настоящее время или могут быть энергетически использованы. Валовая мощность водотока, характеризующая собой его теоретическую мощность, определяется по формуле:
N квт = 9,81 QH,
где Q - расход водотока, м3/с; H - падение, м.
Мощность определяется для трех характерных расходов: Q = 95 % - расход, обеспеченностью 95 % времени; Q = 50 % - обеспеченностью 50 % времени; Qср - среднеарифметический.
Существенным недостатком этих предложений было то, что они предусматривали учет гидроэнергоресурсов не по всему водотоку, а только по тем его участкам, которые представляют энергетический интерес. Отбор же этих участков не мог быть твердо регламентирован, что на практике приводило к внесению в подсчеты элементы субъективизма. В табл. 1 приводятся подсчитанные для шестой сессии МИРЭК данные по гидроэнергоресурсам отдельных стран.
Вопросу упорядочения учета гидроэнергоресурсов было уделено большое внимание в работе Комитета по электроэнергии Европейской экономической комиссии ООН, которая установила определенные рекомендации по данному вопросу. Этими рекомендациями устанавливалась следующая классификация в определении потенциала:
Теоретический валовой (брутто) потенциал гидроэнергетический потенциал (или общие гидроэнергетические ресурсы):
1. поверхностный, учитывающий энергию стекающих вод на территории целого района или отдельно взятого речного бассейна;
2. речной, учитывающий энергию водотока.
| страна | страна | мощность брутто, млн квт при расходах | |||||
| 95% обесп. | 50% обесп. | средн. | 95% обесп. | 50% обесп. | средн | ||
| Америка | Азия | ||||||
| Бразилия | 16,5 | Индия | 31,4 | ||||
| Венесуэла | 4,4 | 26,8 | 26,5 | Пакистан | 6,6 | 13,1 | 9,8 |
| Канада | 44,8 | 75,9 | Япония | 9,4 | 17,5 | ||
| США | 29 | 63,5 | 98,2 | Турция | 10,5 | ||
| Чили | 9,5 | 22,6 | 26,6 | Океания | |||
| Европа | Австралия | 1,2 | 2,9 | 3,9 | |||
| Австрия | 3,2 | 7 | Африка | ||||
| Греция | 9,6 | Кот-д"Ивуар | 0,5 | 3,5 | 7,5 | ||
| Испания | 14,9 | Габон | 6 | 18 | 21,9 | ||
| Италия | 9,2 | 13,3 | 17,4 | Гвинея | 0,5 | 3,5 | 8 |
| Норвегия | 18,4 | 20,3 | 21,4 | Камерун | 4,8 | 18,3 | 28,7 |
| Португалия | 0,7 | 2,7 | 5,8 | Конго (Браззавиль) | 3 | 9 | 11,3 |
| Финляндия | 1,9 | Мадагаскар | 14,3 | 49 | 80 | ||
| Франция | 7,7 | Мали | 1 | 4,4 | |||
| Германия | 1,6 | 2,8 | Сенегал | 1,1 | 5,5 | ||
| Швеция | 22,5 | ЦАР | 3,5 | 10,5 | 13,8 | ||
| Югославия | 2,4 | 6,3 | 10,1 | Чад | 2,5 | 4,3 | |
Эксплуатационный чистый (или нетто) гидроэнергетический потенциал:
1. технический (или технические гидроэнергоресурсы) - часть теоретического валового речного потенциала, которая технически может быть использована или уже используется (мировой технический потенциал оценивается приблизительно в 12300 млрд. квт-ч);
2. экономический (или экономические гидроэнергоресурсы) - часть технического потенциала, использование которой в существующих реальных условиях экономически оправдано (т.е. экономически выгодно для использования); экономические гидроэнергоресурсы в отдельных странах приведены в табл.4.
В соответствии с этим полная величина мировых потенциальных гидроэнергоресурсов речного стока приведена в табл.2.
Табл.2 Гидроэнергетические ресурсы (полный гидроэнергетический речной потенциал) отдельных континентов
| континент | гидроэнергоресурсы | % от итога по земному шару | удельная величина гидроэнергоресурсов, квт/кв.км | |
| млн. Квт | млрд. Квт-ч | |||
| Европа | 240 | 2100 | 6,4 | 25 |
| Азия | 1340 | 11750 | 35,7 | 30 |
| Африка | 700 | 6150 | 18,7 | 23 |
| Северная Америка | 700 | 6150 | 18,7 | 34 |
| Южная Америка | 600 | 5250 | 16 | 33 |
| Австралия | 170 | 1500 | 4,5 | 19 |
| Итого по земному шару | 3750 | 32900 | 100 | 28 |
| бывший СССР | 450 | 3950 | 12 | 20 |
Приведенные расчеты в свое время внесли существенные изменения в прежние представления о распределении гидроэнергоресурсов по континентам. Особенно большие изменения были получены по Африке и Азии. Эти данные показывают, что на Азиатском континенте сосредоточено почти 36 % мировых запасов гидроэнергии, в то время как в Африке, которая считалась наиболее богатой гидроэнергоресурсами, сосредоточено около 19 %. В табл. 3 приводится сопоставление данных, характеризующих распределение гидроэнергоресурсов по континентам, полученных по разным подсчетам. Табл.3 Насыщенность гидроэнергоресурсами территории континентов, тыс. квт-ч на 1 кв. км
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 в настоящее время единственный источник возобновляемой энергии, который позволяет получать дешевую энергию в достаточно больших количествах. Круговорот воды в природе, который мы используем как энергию рек, возникает благодаря испарению и движению облаков, при нагреве земной поверхности солнцем.
Гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются в 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 (450 тыс. МВт среднегодовой установленной мощности), что составляет приблизительно 10…12% от мирового. Теоретически мощность водотока можно определить по формуле:
Где Q – расход водотока м 3 /с; H – падение уровня воды, м.
Данные о гидроресурсах различных стран мира
Гидроэнергетика имеет ряд преимуществ по сравнению с самым распространённым способом получения энергии на тепловых электростанциях от сжигания газа, угля и нефтепродуктов. Самое главное преимущество в том, что гидроэнергия может замещать значительную долю невозобновляемых энергоносителей, запасы которых ограничены и уже подходят к концу. Важное достоинство ГЭС в том, что их работа в отличии от ТЭС не загрязняет воздух и окружающую среду. Плотины ГЭС могут накапливать огромное количество энергии, а производство электрической энергии легко регулировать пуском или остановкой дополнительных генераторов на электростанции. Гидроэлектростанции хорошо подходят для покрытия пиковых нагрузок. Недостатками гидроэлектростанций можно считать затопление больших площадей, а также заиливание дамбы и речных протоков.
Строительство ГЭС дело довольно дорогое и длительное по времени, зато в дальнейшем, при небольших эксплуатационных расходах в течение многих десятилетий можно получать дешевую энергию. Всего через несколько десятилетий легко доступные не возобновляемые энергоносители в основном будут израсходованы, а стоимость оставшихся сильно возрастёт. Серьёзно увеличатся транспортные и другие производственные расходы. Поэтому именно сейчас целесообразно заниматься строительством новых и модернизацией старых ГЭС.
Определённый интерес представляет энергия приливов и отливов, как экологически чистые и дающие недорогую энергию. В некоторых местах, в том числе и в России высота приливов может достигать 10 и более метров. Построенные во Франции в СССР и в других странах приливные электростанции доказали их перспективность как источника энергии. У приливных электростанций дважды в сутки меняется направление движения воды, поэтому их мощность непостоянна в течение суток. Такие электростанции целесообразно использовать в составе энергосистем, когда есть возможность изменять мощность других электростанций. При наличии нескольких бассейнов для накопления воды и при использовании гидроагрегатов в режиме двигателя насоса, позволяет несколько уменьшить неравномерность выдаваемой мощности. Чаще всего для строительства приливных электростанций выбирают места, где есть природные заливы с узким протоком, в котором и размещают генераторы электростанций. Таких мест не очень много, но по некоторым оценкам 20% энергии для Европы можно получать от недорогих и экологичных приливных электростанций. Существует несколько проектов строительства приливных электростанций большой мощности в России. В мире построены строятся и проектируются несколько подобных электростанций.
Огромный потенциал энергии имеют морские волны, а также энергия морских течений. В мире довольно много изобретений и проектов по их использованию. Изготовлены и опробованы опытные образцы, однако из-за технических и конструктивных трудностей, широкого применения эти источники энергии не получили.
С использованием материалов ГФ Быстрицкая "Общая энергетика" и др.
