Енергетикаяк учасник водогосподарського комплексу
План
1. Основні поняття про енергетичне використання річок
2. Повний, технічний і економічнийпотенціал річок
3. Енергетична система
4. Схеми гідроелектростанцій
5. Теплова і атомна електроенергетика
Література
1.Основні поняття про енергетичне використаннярічок
В сучасних умовах гідроенергетика –один із найважливіших компонентів водогосподарських комплексів. Вона несеосновну долю затрат при їх створенні і експлуатації.
В природномустані річковий потік безперервно виконує роботу і за певний проміжок часурозвиває потужність N = A / t.
В міжнароднійсистемі одиниць СІ ця потужність визначається формулою
N = 9,81 Q H, кВт,
де Q – витрата, м3/с; Н –напір, м.
Величина енергії Е = N T, кВт/год.
Витрата води врічці приймається для середнього за водністю року (Q50%). Для раціонального використання енергії потоку необхіднозосередити падіння води в будь-якому одному місці. Для цього будуютьсяспеціальні гідротехнічні споруди (греблі, дериваційні водоводи і т.п.), якіутворюють перепад рівнів, тобто напір.
Частина напорувтрачається на переміщення води у верхньому б’єфі, тому діючий напір брутто наГЕС буде меншим статичного.
Прихарактеристиці гідроенергетики, як учасника водогосподарського комплексу,важливе значення має встановлена потужність ГЕС
NВСТ = 9,81 QГЕС H hа , hа = hг hт ,
де hа – коефіцієнт корисної дії агрегату; hт – коефіцієнт корисної діїгідротурбіни; hг – коефіцієнт корисної дії гідрогенератора.
2. Повний,технічний і економічний потенціал річок
Повний потенціал,це повна теоретична сума енергії всіх поверхневих вод або річкового стоку, якуможна розрахувати за залежністю Е = N T.
Технічнийпотенціал, це частина повного потенціалу, яку можна використати на сучасномутехнічному рівні. Він вираховується за природними водними ресурсами завиключенням неминучих втрат, які пов’язані з фільтрацією і випаровуванням, атакож забраних об’ємів води на різні потреби. Величина технічного потенціалузалежить від рівня технічного розвитку використання гідроресурсів водотоку.
Економічнийпотенціал, це та частина гідроресурсів, використання якої є економічнодоцільним.
3. Енергетичнасистема
Сукупністьгідравлічних, теплових, атомних і інших електростанцій, які працюють назагальну електричну мережу, називається енергетичною системою.
В останні рокивеликого значення набули промислові енергетичні системи, до яких приєднуються ісільськогосподарські споживачі електроенергії. Однак в районах, які значновідділені від великих промислових енергосистем, особливо в районах інтенсивногозрошення, створюють невеликі енергосистеми, які в подальшому приєднуються довеликих промислових енергосистем.
Об’єднанняенергетичних систем сприяє: підвищенню надійності і безперебійності постачанняелектроенергії споживачам; підвищенню якості електроенергії у відношенні якостінапруги і частоти електричного струму; зменшенню сумарної встановленоїпотужності електростанції завдяки не співпаданню в часі максимальногонавантаження окремих споживачів електроенергії; зниженню резервної потужності;досягненню оптимального використання електростанцій і підвищенню їхманевреності; зниженню собівартості електроенергії за рахунок більш дешевого їївиробництва.
Кожна енергетичнасистема повинна мати резервну потужність, яка приймається 6...15 %максимального навантаження. Ця потужність необхідна для сприйняття надплановихпідвищень навантаження, заміни агрегатів і т.п.
Графікинавантаження.
Графік електричного навантаження – цеграфік зміни необхідної потужності для будь-якого споживача.
Графікнавантаження енергосистеми – це графік сумарного навантаження споживачів,об’єднаних в єдину система.
В залежності відтривалості розрізняють добові і річні графіки навантаження.
Добові графікинавантаження характеризуються:
- величиною добового виробництваелектроенергії
ЕДОБ =å Nіtі, кВт. год,
де Nі і tі – відповідно, потужність і час і-огоперіоду доби;
- величиною середньодобової потужності
NСР = ЕДОБ / 24 = å Nіtі / 24.
— величиноюмаксимальної і мінімальної потужності, NМАКС і NМІН ;
— коефіцієнтомнерівномірності, b = NМАКС / NСР.
Виробництвоелектроенергії за заданим графіком навантаження всіх споживачів називаєтьсяпокриттям графіка навантаження.
Для цьогопокриття об’єм виробництва електроенергії електростанціями повинен змінюватись.Це ускладнює їх роботу і знижує їх коефіцієнт корисної дії. Для згладжуванняграфіків навантаження споживачів електроенергії об’єднують в енергосистеми,запроваджують пільгові тарифи на електроенергію в нічні години, переводятьенергоємні виробництва на цілодобову роботу. Вирівнюванню графіків навантаженнясприяє розвиток машинного зрошення, якщо роботу насосних станцій пристосуватидо періодів провалів графіків.
У районах, деспостерігається напруження з подачею пікової електроенергії, будуютьгідроакумулюючі електростанції (ГАЕС). Вони в години провалів графіканавантаження працюють в насосному режимі, а в години піків – в турбінному.
4. Схемигідроелектростанцій
В різноманітних природних умовахприходиться будувати різні ГЕС за способом створення напору і його величини,встановленої потужності, роллю ГЕС у водогосподарському комплексі таенергосистемі, типом конструкцій і складом гідротехнічних споруд.
За напором ГЕСподіляються на: низьконапірні (до 25 м), середньо напірні (25...80 м) івисоконапірні (більше 80 м).
За потужністю: 1категорія (більше 1 млн. кВт), 2 категорія (301 тис...1 млн. кВт), 3 категорія(51...300 тис. кВт) і 4 категорія (менше 51 тис. кВт).
За роллю венергосистемі: регулюючі (здійснюють добове регулювання стоку, покривають нерівномірнучастину графіка навантаження) і не регулюючі (працюють за витратою водотоку вбазисній частині графіка навантаження).
За роллю внародному господарстві: галузеві (працюють для окремих галузей або окремихпідприємств) і в складі ВГК ( працюють на багатьох учасників ВГК).
За матеріаломгреблі: земляні, камінно-накидні, залізобетонні.
За способомстворення напору: гребельні і дериваційні
Гребельні ГЕСподіляються на руслові і пригреблеві. В руслових ГЕС машинний будинок приймаєучасть у створення напору разом з греблею. Він сприймає тиск води зі сторониверхнього б’єфу. Такі ГЕС будують на рівнинних річках з невеликим похилом(Дніпровський каскад).
В при гребельнихГЕС в створенні напору приймає участь лише гребля. Такі ГЕС в основному будуютьна передгірських і гірських ділянках річок (Бухтармінська, Братська,ДніпроГЕС).
В дериваційнихГЕС напір створюється деривацією (напірною чи безнапірною). Такі ГЕС будують нагірських річках з великим падінням русла по довжині (Фархадська ГЕС на р.Сир-Дар’ї, каскад ГЕС Кубань-Калауської системи).
В післявоєннийперіод в світовій практиці стали будувати ГАЕС і приливні електростанції (ПЕС).На думку спеціалістів потужність таких ГЕС повинна складати 10..15 % потужностідержавної енергосистеми.
5. Теплова іатомна електроенергетика
На відміну від гідроенергетики,теплова і атомна енергетика відноситься до водоспоживачів. Безповоротневодоспоживання там складає 5,1 %. Основу енергетики України складають теплові іатомні електростанції потужністю 2...4 млн. кВт з блоками по 150...1000 тис.кВт.
На ТЕС припадаєблизько 60 % сумарної потужності електростанцій країни. Ці електростанціїпрацюють переважно на органічному паливі – вугіллі, нафті, газі. При згоранніпалива в атмосферу попадає летючий попіл, сірчистий та сірчаний ангідриди,фтористі сполуки, газоподібні сполуки неповного згорання. За рахунок теплоти,яка утворюється при згоранні палива, вода перетворюється в пару (t = 5500) і при надходженні в парову турбінуперетворює теплову енергію в механічну. Електрична енергія виробляєтьсягенераторами парових турбін. Надалі, відпрацьована пара охолоджується. Уводойми безперервно надходить підігріта на 8...120вода. Цепризводить до теплового забруднення водойми. Стічні води ТЕС забруднені, вонимістять в собі ванадій, нікель, фтор, феноли і нафтопродукти.
В умовах великогодефіциту палива великого значення набуває атомна енергетика. В Україні атомнаенергетика почала свій відлік з моменту введення в експлуатацію першогоенергоблоку Чорнобильської АЕС (1977 рік).
Згідно планурозвитку атомної енергетики колишнього СРСР, на території України повинно булозбудовано 9 АЕС. В період з 1977 по 1989 роки були введені в експлуатацію 16енергоблоків загальною потужністю 48 МВт. на п’яти АЕС: Запорізькій,Рівненській, Хмельницькій, Чорнобильській і Південноукраїнській. Проектибудівництва Чигиринської і Харківської АЕС були анульовані через серйознігеологічні помилки.
Чорнобильськакатастрофа різко змінила ставлення до “мирного атому” і значно змінила планиатомобудівників.
Необхідні витративоди для ТЕС визначають за потужністю агрегатів і їх типу, а також в залежностівід кількості пари, що відбирається для потреб інших підприємств. Орієнтовноможна рахувати, що на 1 кВт встановленої потужності витрачається 0,16...0,45 м3/годводи. Більші значення відносяться до теплових станцій невеликої потужності (до300 тис. кВт).
Схемаводопостачання ТЕС може бути прямоточною або зворотною. Вибір схеми залежитьвід ряду факторів. Так, потужні ТЕС стараються розташувати на берегах великихрічок, водосховищ, або в прибережній морській зоні. При цьому схемаводопостачання може бути прямоточною. При розташування ТЕС безпосередньо біляродовищ палива і в умовах обмеженого запасу водних ресурсів, виникаєнеобхідність переходу до зворотних систем водопостачання. В зв’язку іззростанням у більшості районів напруженості водного балансу, а такожзабрудненості водних ресурсів, водопостачання ТЕС повинне бути зворотним.
Витрата води дляпотреб ТЕС при прямоточній схемі водопостачання
QТЕС = NТЕС qТЕС, м3/с де NТЕС – потужність ТЕС в кВт; qТЕС – питомавитрата води на 1 кВт потужності, (0,44...1,2).10-4 м3/с.
При зворотній схемі водопостачанняпотреба ТЕС у свіжій воді складає 3...5 % витрати води прямоточної схеми.
Дотеплоенергетичної промисловості відносяться ТЕС, які працюють на органічномутвердому, газо-мазутному і ядерному паливі.
За видомпродукції, що відпускається, і типом обладнання ТЕС поділяються наконденсаційні (без відбору пари на теплофікацію) і теплоелектроцентралі (звідбором пари). В залежності від виду палива, основними відходами виробництваелектроенергії є димові гази, залишки твердого палива і “скидне тепло”.
Основна кількістьводи на ТЕС витрачається на охолодження пари в конденсаторах турбін і наохолодження мастила, газу і повітря турбоагрегатів. При згоранні твердогопалива вода використовується і для видалення попілу і шлаків. Крім того, водавитрачається на компенсацію втрат у пароводяному циклі в теплових мережах, намиття обладнання, хімводопідготовку і інш. На газо турбінних установкахконденсація пари відсутня.
На АЕС найбільшпоширеною є система зворотного водопостачання з водосховищами-охолоджувачами.
Стічні води ТЕСвід охолодження в прямоточних системах водопостачання і продувні води всистемах зворотного водопостачання скидаються у водойми без спеціальноїочистки. Промаслені стоки після відстою і деемульгування або очистки нафільтрах скидаються у водойми тільки в прямоточних системах водопостачання.
Стічні водихімводоочисток використовуються для гідро-золовидалення або накопичуються внакопичувачах-випаровувачах.
Стічні води АЕСпіддаються спеціальній очистці і повторно використовуються в тих же циклахстанції. Стічні води від процесів водопідготовки після обробки використовуютьсяповторно без скиду у водойми.
Виробкаелектроенергії значною мірою змінюється пропорційно кількості використаноїводи. Для ТЕС і АЕС регулювання виробки електроенергії вирішується шляхомвключення чи виключення агрегатів, що відповідно змінює кількість витраченоїводи. Особливого значення це набуває при прямоточній системі водопостачання іпрактично воно не викликає ускладнень при наявності оборотної системи, завиключенням літнього періоду експлуатації станції.
Для охолодженняводи в оборотних системах застосовуються водосховища-охолоджувачі, бризкальнібасейни, градирні. Оскільки інтенсивність охолодження зростає з ростом площіводойми, необхідно її збільшувати. Тип і розміри охолоджувача визначають завитратою і температурою води в зимовий і літній періоди і за умови роботи іприродних особливостей майданчика станції. В якості водосховищ-охолоджувачівможуть використовуватись озера і штучні водойми. Охолодження скинутої в нихгарячої води здійснюється не на всій площі дзеркала, а в межах тільки такзваної активної зони, площа якої складає приблизно 0,85 всієї площі водойми.
Бризкальніпристрої застосовуються для охолодження порівняно невеликої кількості води і заневеликої різниці температури відпрацьованої води і води, що використовуєтьсяповторно. Зниження температури гарячої води досягається шляхом створенняфонтанів досить маленьких капель, які іноді приводять до утворення туманів іобледеніння розташованих поряд споруд. В градирнях охолодження водиздійснюється або шляхом роздроблення її на каплі, або шляхом утворення водянихплівок із охолодженої води на вертикальних чи похилих щитах. Продуктивністьтаких градірен залежить від площі зрошення, на яку поступає охолоджена вода. Насучасних градирнях продуктивність охолодження складає 26...100 тис. м3за годину.
В зв’язку зінтенсивним розвитком теплової і атомної енергетики і відповідним збільшеннямвитрати води, зростає так зване теплове забруднення водотоків і водойм.
Особливо цепроявляється при прямоточній системі водопостачання, коли безпосередньо в річкиі водойми скидається гаряча вода. Це впливає на рослинність і живі організми уводоймах, в тому числі на рибу. Тут також спостерігається втрата у воді великоїкількості кисню, що порушує біологічні процеси. Для відновлення вмісту кисню уводі при її охолодженні потребується час і значні відстані для проходженнягарячої води. Тому, останнім часом, здійснюється перехід до оборотних системводопостачання електростанцій.
Література
1. Комплексноеиспользование и охранаводных ресурсов / Под.ред. О.Л.Юшманова/ -М.: Агропромиздат, 1985.
2.Зарубаев Н.В. Комплексное использование водных ресурсов. – Л.Стройиздат, 1976.
3.Грищенко Ю.М. Комплексне використання та охоронаводних ресурсів. Рівне, 1997.
4.Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов/ Под. ред.Непорожнего П.С./ -М.: Энергоиздат, 1982.