Возможности использования рек в РБ для получения электрической энергии

  В настоящее время в Беларуси функционируют построенные в 50-е годы Чигиринская и Осиповичская ГЭС с общей установленной мощностью 3,7 МВт и сеть ГЭС, восстановленных в 1992-94 гг., общей мощностью около 2 МВт, что обеспечивает среднегодовую выработку электроэнергии около 20 млн. кВт ч, т.е. всего 1% от возможного использования гидроэнергетического потенциала республики.

   В Беларуси в 1988г. действовало свыше 170 ГЭС, в том числе 5 малых ГЭС суммарной мощностью 3,5 тыс. кВт и годовой выработкой 16,5 млн. кВт ч электроэнергии. Для притоков первого и второго порядка бассейнов рек Западная Двина, Неман, Вилия, Днестр, Припять и Западный Буг был проведен анализ строительства новых малых ГЭС. В перспективе на притоках перечисленных рек может быть установлено около 50 малых ГЭС суммарной мощностью 50 тыс. кВт и среднегодовой выработкой электроэнергии 160 млн. кВт ч На прудах и малых водохранилищах, напор на которых обычно 2-5 м, а расход воды в пределах 0,5-1,0 м3 /с, возможно применение гидроагрегатов малой мощности (микро ГЭС). Такие микро ГЭС мощностью 10-50 кВт могут устанавливаться на существующих гидротехнических сооружениях водоемов мелиоративных и водохозяйственных систем. По ориентировочной оценке общая мощность микро ГЭС на водохозяйственных системах республики составит до 1 МВт.

   Мировой уровень стоимости 1 кВт установленной мощности для микро ГЭС составляет 2000-2500 US$ . Стоимость оборудования, изготовленного в странах СНГ, остается ниже мирового уровня цен и составляет 250-800 US$ /кВт. Срок окупаемости микро ГЭС - менее 3 лет.

   Строительство новых крупных ГЭС технически целесообразно и экономически оправдано на водохранилищах (объемом более 1 млн/м3 ), где имеется возможность использования готового напорного фронта и существующих гидротехнических сооружений. Как показал анализ, общая установленная мощность таких ГЭС на 17 крупных водохранилищах республики неэнергетического назначения составит около 6 МВт, что обеспечит выработку электроэнергии порядка 21 млн. кВт ч в год.

   Наиболее значительный объем электроэнергии может быть получен при строительстве каскада ГЭС на реках Западная Двина (Витебская, Полоцкая, Верхнедвинская) и Неман (Гродненская). Эти гидроэлектростанции при относительно небольшом затоплении пойменной территории позволят получить до 800 млн. кВт/ч в год электроэнергии, при установленной мощности около 240 МВт.

   Потенциальная мощность всех учитываемых водотоков Беларуси составляет 850 тыс. кВт (Рис.1), из них более 50% мощности приходится на средние и крупные реки. Технический потенциал гидроресурсов республики составляет 550 тыс. кВт, но экономически целесообразно реализовать лишь третью часть.

   Количество малых ГЭС в Беларуси уже приближается к трем десяткам, а их общая мощность превышает 10 МВт. К 2020 году планируется ввести в эксплуатацию более двадцати ГЭС и довести суммарную установленную мощность гидроэлектростанций до 210 МВт. Это позволит получать около 4 процентов электроэнергии, потребляемой страной в настоящее время. По прогнозам, выработанная на ГЭС электроэнергия позволит заместить 215—225 тысяч тонн условного топлива.

   При этом следует учесть, что с ростом цены на топливо будет расти и экономическая эффективность отечественных ГЭС, а их строительство и эксплуатация станут еще более выгодными по сравнению с ТЭЦ. Ожидается, что общий объем капиталовложений в гидроэнергетику составит около 300 миллионов долларов.

   Соответствующая программа включает мероприятия по развитию гидроэнергетики по трем разделам: строительство каскадов ГЭС на основных реках: Западной Двине, Немане, Днепре; строительство малых ГЭС на притоках основных рек и существующих водохранилищах неэнергетического назначения (ориентировочная установленная мощность — 1,8 МВт); восстановление ранее действовавших ГЭС (ориентировочная установленная мощность — 1,4 МВт).

   Развитие гидроэнергетики является для Беларуси перспективным направлением, — считает первый заместитель министра природных ресурсов и охраны окружающей среды Александр Апацкий. — Гидроэнергетика в Беларуси может развиваться по линии строительства гидроузлов комплексного использования — создания водохранилищ для регулирования стока при одновременном использовании их в целях энергетики, водообеспечения, водного транспорта, мелиорации и охраны вод.

 

3. Гидроэнергетика в Беларуси

3.1Общие  сведения

   Гидроэнергетика – область наиболее развитой на сегодня энергетики на возобновляемых ресурсах, использующая энергию падающей воды, волн и приливов. Республика Беларусь – преимущественно равнинная страна, тем не менее, её гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 850-1000МВт. Однако практически реализуемый потенциал малых рек и водотоков составляет едва ли 10% этой величины, что эквивалентно экономии 0,1 млн.т у.т./год. К концу 60-х гг. в Беларуси эксплуатировалось около 180 малых гидроэлектростанций (МГЭС) общей площадью 21 МВт. Основные направления развития гидроэнергетики республики: восстановление старых МГЭС путем капитального ремонта и частичной замены оборудования; сооружение новых МГЭС на водохранилищах неэнергетического (комплексного) назначения, на промышленных водосбросах; строительство бесплотинных ГЭС, в которых используется кинетическая энергия движущейся массы воды (течение). Такие станции, мощностью до 10...25 кВт, не требуют больших капитальных затрат на строительство, экологичны и удобны в использовании при энергоснабжении потребителей небольшой мощности, расположенных на берегах рек, при наличии перепадов высот на небольших ручьях (рукавные ГЭС) и др. При наличии водных потоков перспективно также применение водных таранов для целей водоснабжения, а также использование водяных колес и турбин небольшой мощности для привода компрессоров тепловых насосов. Работы по восстановлению МГЭС уже начаты. В 1992 -2000 годах в республике восстановлены следующие ГЭС:

Добромыслянская (Витебская область) – 200 кВт;

Гонолес (Минская область) – 250 кВт;

Войтощизненская (Гродненская область) – 150 кВт;

Жемыславльская (Гродненская область) – 160 кВт;

1-я очередь  Вилейской ГЭС (Минская область) – 900 кВт;

Богинская (Витебская область) – 300 кВт;

Ольховка (Гродненская область) – 100 кВт;

Тетеринская (Могилёвская область) – 600 кВт.

   На начало 2004 года установленная мощность ГЭС, входящих в концерн «Белэнерго», составила 10,9 МВт, а их годовая выработка электроэнергии - около 29 млн. кВт/ч, что позволяет заместить около 8 тыс. тонн условного топлива. В то же время потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850 МВт, в том числе технически доступная - 520 МВт, а экономически целесообразная - 250 МВт. В последние годы идет активное восстановление гидроэлектростанций. На той же Гродненщине, например, в 2005 году начала работать мини-ГЭС «Неманова» на Августовском канале. Мощность станции - 250 кВт, и этого достаточно, чтобы обеспечить светлом и теплом местный поселок Сопоцкина. Окупится установка уже через 11 лет, а служить будет как минимум целый век. А всего до 2010 года в Беларуси будет насчитываться около 30 мини-ГЭС. Предусматривается до 2020 г.: строительство каскада ГЭС на Западной Двине, строительство станций на Днепре и Немане (суммарная мощность около 200 МВт).

 

3.2 Описание работы гидроэлектростанций

   Источником гидроэнергии является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая затем преобразуется в механическую работу и электроэнергию. Действительно под воздействием солнечного излучения вода испаряется с поверхности озер, рек, морей и океанов. Пар поднимается в верхние слои атмосферы, образуя облака; затем он, конденсируясь, выпадает в виде дождя, пополняя запасы воды в водоемах. Преобразование потенциальной энергии воды в электрическую происходит на гидроэлектростанции. Поддержание постоянного напора осуществляется с помощью платины, которая образует водохранилище, Служащее аккумулятором гидроэнергии. В связи с этим при строительстве ГЭС предъявляются определенные требования к рельефу местности, который должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины. Все это связано со значительными затратами, и стоимость строительных работ может превышать стоимость оборудования ГЭС. Вместе с тем удельная стоимость электроэнергии, генерируемой ГЭС, является самой низкой по сравнению с себестоимостью энергии, производимой другими источниками. Как правило, срок окупаемости малых ГЭС не превышает 10 лет. Для преобразования энергии воды в механическую работу используются гидротурбины (рис.4). Различают активные и реактивные турбины. В активной турбине кинетическая энергия потока преобразуется в механическую. Дополнительные устройства, обеспечивающие работу турбины, - водовод и сопло. Из сопла выходит струя, обладающая кинетической энергией, которая направляется на лопасти турбины, находящейся в воздухе. Сила, действующая со стороны струи на лопасти, приводит во вращение колесо турбины, с валом которого непосредственно или через привод сопряжен электрогенератор. КПД реальных турбин колеблется от 50 до 90 %. В гидротурбинах малой мощности КПД ниже. Максимальное значение КПД, равно 100% . Оно может быть достигнуто, если струя после взаимодействия с лопатками будет двигаться вертикально вниз только под действием силы тяжести. КПД активной гидротурбины может быть повышен за счет ограниченного увеличения числа сопел, так как при большом их количестве будет сказываться взаимное влияние струй. В реактивной гидротурбине рабочее колесо полностью погружено в поток, который постоянно воздействует на лопасти турбины. В наиболее распространенной турбине Френсиса вращение колеса осуществляется за счет разности давления потока на входе и на выходе вода поступает в рабочее колесо радиально. Зазор между рабочим колесом и камерой – переменный. После взаимодействия потока с колесом он разворачивается на 90°. Переменный зазор и поворот потока повышает эффективность турбины. Имеются и другие конструктивные решения реактивных гидротурбин, например пропеллерная турбина Каплана. Однако этот тип турбин распространен в меньшей степени из-за перепада давления. ГЭС бывают самых различных мощностей – от 3 кВт до 12 ГВт. Малыми ГЭС (именуемыми также микро-ГЭС и сельские ГЭС) называются ГЭС, установленной мощностью менее 500 кВт.       Сооружение их осуществляется обычно в качестве составной части комплекса, предусматривающего также развитие сельскохозяйственного производства, водоснабжение и регулирование стока.

3.3 Гидроэлектростанции и жизненная  среда

   Говоря о гидроэлектростанциях, нельзя не отметить, что никакие другие отдельно взятые инженерные сооружения не оказывают такого сильного воздействия на природу, как крупные водохранилища. Водохранилище снабжает водой не только людей, но и весь растительный и животный мир, который активно реагирует на новые благоприятные условия. Это способствует появлению новых биологических сообществ, развитию которых прежде препятствовал недостаток воды (что особенно наглядно проявляется у небольших прудов, устраиваемых для развития рыбного хозяйства). Однако при объективной оценке изменения экологических условий нельзя не учитывать некоторых отрицательных биохимических и лимнологических факторов. Как известно, в стоячей воде водохранилищ кислородный обмен происходит гораздо медленнее, чем в водотоках (реках и ручьях). Попадая в такую воду, химические примеси могут создать в ней столь неблагоприятную стратиграфию (т. е. образовать устойчивые слои различного состава), что биологическая жизнь станет невозможной, погибнут рыбы и многие другие водные организмы. А при спуске такой отравленной воды в реку может наступить гибель рыбы во всем водотоке. Опасны для водохранилища и водоросли, которые изменяют химический состав воды. Особенно вредны и экологически неблагоприятны процессы гниения в водоемах промышленных районов. В целом можно считать, что водохранилища оказывают экологически благоприятное влияние на окружающую среду, а отрицательные факторы обусловлены в первую очередь сбросом промышленных отходов и (в меньшей степени) безответственным поведением весьма большого числа туристов и отдыхающих. Что же касается непосредственно технологического процесса выработки электроэнергии на гидростанциях, то с точки зрения экологии он совершенно безопасен. Производство работ по возведению гидроэнергетических объектов следует проектировать с минимальным ущербом природе. При разработке строй генпланов необходимо рационально выбирать карьеры, месторасположение дорог и т. п. К моменту завершения строительства должны быть проведены необходимые работы по рекультивации нарушения земель и озеленении территории. По водохранилищу наиболее эффективным природоохранным мероприятием является инженерная защита. Например, строительство дамб обвалования уменьшает площадь затопления и сохраняет для хозяйственного использования земли, месторождения полезных ископаемых, уменьшает площадь мелководий и улучшает санитарные условия водохранилища, сохраняет природные естественные комплексы. Если постройка дамб экономически не оправдана, то мелководья могут быть использованы для разведения птиц и для других хозяйственных нужд. При поддержании необходимых уровней воды мелководья могут быть использованы для рыбного хозяйства, как нерестилище и кормовая база. Для предотвращения или уменьшения переработки берегов производят берег укрепления. Предприятия, железные дороги, жилые и коммунально-бытовые постройки, памятники старины выносятся из зоны затопления. Для обеспечения высокого качества воды необходима санитарная очистка ложа водохранилища до его затопления водой. С этой целью производят агротехнические мероприятия для уменьшения загрязненного поверхностного стока и строятся очистные сооружения. Строительство больших плотин с электростанциями, как правило, способствует сохранению и обогащению природы. Искусственные озера позволяют комплексно использовать водные ресурсы. Вода не только приводит в действие турбины, но и орошает обширные прилегающие земли и тем самым обеспечивает развитие сельского хозяйства. Водохранилища смягчают резкие контрасты погоды и климата, помогают бороться с засухой, на их берегах отдыхают тысячи людей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Используемая литература:

1. Максимчук Ю. В. Характеристические особенности жидких биотоплив / Ю.В. Максимчук, З.А. Антонова //Энергоэффективность. – 2008 - №1.
2. Миранович Р.А. Проблемы и решения в области эффективного теплоснабжения / Р. А. Миронович // Энергоэффективность. – 2009 - №9.
3. Пантелеева С.Л. Местные энергоресурсы: реальность и перспективы использования / С. Л. Пантелеева // Энергоэффективность. – 2009. №1
4. Проект ПРООН/ГЕФ «Применение биомассы для отопления и горячего водоснабжения». Итоги. Выводы. Перспективы /редакция [журнала «Энергоэффективность»] // Энергоэффективность  - 2008 № 6.