Гідроакумулюючі електростанції

Руслові і пригреблеві ГЕС

Це найпоширеніші види гідроелектричних станцій. Натиск води в них створюється за допомогою установки мостом, повністю перегородка річку, або що піднімає рівень води в ній на необхідну позначку. Такі гідроелектростанції будують на багатоводних рівнинних річках, а також на гірських річках, у місцях, де русло річки вужче, стиснуте.

Греблеві ГЕС

Будуються при більших напорах води. У цьому випадку річка повністю перегороджуються греблею, а сама будівля ГЕС розташовується за греблею, у нижній її частині. Вода, в цьому випадку, підводиться до турбін через спеціальні напірні тунелі, а не безпосередньо, як у руслових ГЕС.

Дериваційні гідроелектростанції

Такі електростанції будують у тих місцях, де великий ухил річки. Необхідна концентрація води в ГЕС такого типу створюється за допомогою деривації. Вода відводиться з річкового русла через спеціальні водовідведення. Водоводи спрямлени, і їхній ухил значно менший, ніж середній ухил річки. У підсумку вода підводиться безпосередньо до будівлі ГЕС. Дериваційні ГЕС можуть бути різного виду — безнапірні або з напірної деривації. У випадку напірної деривації, прокладається водовід з великим подовжнім ухилом. В іншому випадку на початку деривації на річці створюється вища гребля, і створюється водосховище — така схема ще називається змішаної деривації, тому що використовуються обидва методи створення необхідної концентрації води.

Гідроакумулюючі електростанції

Такі ГАЕС здатні акумулювати вироблювану електроенергію, і пускати її в хід у моменти пікових навантажень. Принцип роботи таких електростанцій наступний: в певні моменти (часи не пікового навантаження), агрегати ГАЕС працюють як насоси, і закачують воду в спеціально обладнані верхні басейни. Коли виникає потреба, вода з них поступає в напірний трубопровід і, відповідно, приводить в дію додаткові турбіни.

У гідроелектричних станціях, в залежності від їхнього призначення, також можуть входити додаткові споруди, такі як шлюзи або суднопідйомники, що сприяють навігації по водоймі, рибопропускні, водозабірні споруди, що використовуються для іригації і багато іншого.

Цінність гідроелектричної станції полягає в тому, що для виробництва електричної енергії вони використовують поновлювані джерела енергії. З огляду на те, що потреби в додатковому паливі для ГЕС немає, кінцева вартість одержуваної електроенергії значно нижче, ніж при використанні інших видів електростанцій.

4.ГЕС у наш час виробляють близько 20% електроенергії в світі. Деякі країни з гірським рельєфом, швидкими ріками (Норвегія, Таджикистан, Киргизстан) в основному забезпечують свої потреби в електроенергії за рахунок ГЕС.

У порівнянні з ТЕС і АЕС гідроелектростанції мають повні переваги: зовсім не забруднюють атмосфери. Затоплюючи водосховищами порожисті ділянки рік, ГЕС поліпшують роботу річкового транспорту, а працюючи в парі з ТЕС, роботу енергосистеми, беручи на себе навантаження в часи максимального (пікового) споживання електроенергії. Оскільки агрегат ГЕС можна ввести в дію дуже швидко на відміну від агрегатів ТЕС, яким потрібно кілька годин для розігріву й виходу на робочий режим (або ж потрібно утримувати один з агрегатів у “гарячому” режимі, витрачаючи дефіцитне пальне).

Разом з тим ГЕС, особливо ті з них, що побудовані на рівнинних ріках, завдають великої екологічної шкоди. Наприклад, водосховищами на Дніпрі затоплено величезні площі родючих земель: Київським – 922 км2, Канівський – 675, Кременчуцьким – 2250, Дніпродзержинським – 567, Дніпровським – 410, Каховським – 2155 км2. У сумі це становить майже 7 тис. квадратних кілометрів – чверть території Бельгії. Важко підрахувати колосальну вартість тієї сільгосппродукції, яке не одержана Україною внаслідок затоплення цієї величезної площі най родючіших в Європі земель.

Із затоплених площ довелось відселити жителів сотень сіл, прокласти нові комунікації й дороги тощо.

Пішла під воду значна кількість історичних і ландшафтних пам’ятників. У місцевостях, розташованих поруч із водосховищами, спостерігається підйом рівня ґрунтових вод, заболочування території: виведення з сівозміни значних площ землі, на водосховищах тривають обвали берегів, які на окремих ділянках відступили вже на сотні метрів.

Греблі перетворили Дніпро на низку застійних озер, які мають слабкий водообмін і самоочищуваність і перетворюються на вловлювачів промислового бруду.

Дуже потерпають від греблі на річках мешканці рік – планктон і риба. Риба не може проходити через греблі до місць своїх звичних нерестовищ, які до того ж ще й стають непридатними для нересту внаслідок затоплення. Багато риби й планктону гине в лопатках турбін.

Водосховища перезабруднені стоками й добривами, що змиваються з полів, улітку нерідко “цвітуть”, що викликає масову загибель риби й інших мешканців водойм.

Якщо підрахувати всі ці збитки ГЕС на рівних ріках стає ясно, що твердження гідробудівників про “найдешевший кіловат”, який нібито дають ГЕС, не відповідають дійсності. Сьогодні утверджується думка, що будувати ГЕС раціонально лише в гірських районах. Можливо навіть що в майбутньому доведеться спускати воду з деяких “рукотворних морів”, споруджених на тому ж Дніпрі.

За великим рахунком будь-яка діяльність людини завдає шкоди довкіллю більшою чи меншою мірою. Навіть туристичні стежки сприяють знищенню і переселенню деяких видів флори і фауни. Тому і влаштування ГЕС в межах будівельного майданчика порушує грунтовий покрив, збільшує викиди шкідливих речовин в атмосферне повітря від будівельної техніки, підвищує рівень електромагнітного випромінювання, шумовий вплив (все в межах санітарної зони близько 50 м), дещо змінює гідрологічний режим.

Екологічний вплив малих ГЕС є локальним, переконана фахівець. За межами санітарної зони вимірювані параметри навколишнього середовища будуть на рівні фонових.

На засіданні Координаційної ради з питань будівництва об’єктів малої гідроенергетики в Івано-Франківській області Людмила Архипова висловила думку, що потужність малих ГЕС у регіоні має бути обмежена 5 МВт, і то на більших річках – Дністрі, Пруті, а на всіх менших річках – 1-1,5-2 МВт. Експерт також зауважила, що Карпатський регіон, куди входять Закарпатська, Львівська, Івано-Франківська і Чернівецька області, є найпотужнішим гідроенергетичним регіоном України.

5. Дніпровський каскад ГЕС — каскад з 6 гідроелектростанцій на річці Дніпро, до якого входять:

Київська (м. Вишгород),

Канівська (м. Канів),

Кременчуцька (м. Світловодськ),

Дніпродзержинська (м. Дніпродзержинськ),

Дніпровська (м. Запоріжжя),

Каховська (м. Нова Каховка).

Найбільша з них — Дніпровська ГЕС потужністю 1569 МВт.

Всі ГЕС входять до складу ПАТ «Укргідроенерго»:

Загальна площа водосховищ — 6950 км²;

Повний об'єм акумульованої води — 43,8 км³.

Історія:

Докладніше: Київське водосховище, Канівське водосховище, Кременчуцьке водосховище, Дніпродзержинське водосховище, Дніпровське водосховище та Каховське водосховище

З русла Дніпра, яке протікає територією України, в природному стані збереглося лише 100 км. Решта — зарегульована каскадом дніпровських водосховищ: Київським, Канівським, Кременчуцьким, Дніпродзержинським, Дніпровським, Каховським із загальною площею водного зеркала 6 979 км² і повним об'ємом 43,8 км³ води, що відповідно становить 94,7 і 90,8% до загальної кількості всіх великих водосховищ України.

Дамба ДніпроГЕС в 1947 році

Масові проектні і практичні будівельні роботи на Дніпрі розпочалися в 1928 році, після початку спорудження Дніпровської гідроелектростанції (ДніпроГЕС), а з нею і цілого ряду гідровузлів. Ця праця багатотисячного колективу проектантів і будівельників завершилася в 1980 році

За цей час річку від державного кордону з Республікою Білорусь до Каховки було перетворено в каскад водосховищ.

Найвідоміша — Дніпровська ГЕС в Запоріжжі, була побудована в 1927–1932 роках і мала потужність в 558 МВт. Під час Другої світової війни станція була частково зруйнована, а до 1950 року — відновлена. У 1969–1975 роках була введена друга черга станції — ДніпроГЕС-2.

Каховську ГЕС побудували другою — в 1950–1956 роках, за нею — Кременчуцьку — в 1954–1960, Київську — в 1960–1964, Дніпродзержинську — в 1956–1964, і в 1963–1975 роках Канівська ГЕС завершила Дніпровський каскад гребель.

Історія

З русла Дніпра, яке протікає територією України, в природному стані збереглося лише 100 км. Решта — зарегульована каскадом дніпровських водосховищ: Київським,Канівським, Кременчуцьким, Дніпродзержинським, Дніпровським, Каховським із загальною площею водного зеркала 6 979 км² і повним об'ємом 43,8 км³ води, що відповідно становить 94,7 і 90,8% до загальної кількості всіх великих водосховищ України^[1].

Дамба ДніпроГЕС в 1947 році

Каховську ГЕС побудували другою — в 1950–1956 роках, за нею — Кременчуцьку — в 1954–1960, Київську — в 1960–1964,Дніпродзержинську — в 1956–1964, і в 1963–1975 роках Канівська ГЕС завершила Дніпровський каскад гребель.

Екологія:

Каскад гідроелектростанцій і водосховищ вирішив проблему безперебійного забезпечення електроенергією і водою населення, промисловості та сільського господарства, збільшення об'ємів водоспоживання і більш рівномірного його розподілу протягом року, а також забезпечив роботу гідроелектричних, теплових та атомних станцій, водного транспорту, захистив долини річки від катастрофічних повеней.

Проте, разом з тим, створення великих водосховищ на Дніпрі було пов'язане із затопленням значних площ земель, зміною гідрологічного, гідрохімічного та гідробіологічного режимів річки. А також інженерно-геологічних умов прибережних зон, функціональним перетворенням екосистеми з річкової на озерно-річкову з відповідним сповільненням водообміну і самоочищенням вод, значними втратами води на випаровування тощо.

Всього дніпровськими водосховищами затоплено 709 900 га земель. З них 197 600 га — піщані землі та землі, не придатні для використання, 261 500 — ліси та дрібнолісся, 177 600 — сіножаті та пасовища і 73 200 — орні землі, сади та садиби[2]. Також по всьому каскаду водосховищ затоплено і знищено понад 6 тисяч населених пунктів, понад 10 тисяч цвинтарів, переселено понад 3 млн людей[3]. Тисячі річок і струмків виявились нижче рівня Дніпра, що викликало необхідність будівництва 34 насосно-компресорних станцій, які постійно перекачують воду до водосховищ. Якщо на шести ГЕС працює близько 500 людей, то на насосних станціях — декілька тисяч[3]. Кошти, що поглинають насосні станції, станом на 1997 рік п'ятиразово перевищували вартість енергії всіх 6 ГЕС[4].

Із загальної площі затоплених земель мілководдя з глибинами до 2 м займають площу близько 150 000 га або 20%, а з глибинами до 1 м — 70 000 га. Ці мілководдя мають велике рибогосподарське і продовольче значення, оскільки на них відбуваються нерест та нагул молоді риби, гніздяться водоплавні і болотні птахи, живуть цінні хутряні звірі (ондатри, видри, бобри тощо). Після створення водосховищ вилов риби у Дніпрі зріс з 2 000 т до 18 500 щороку (станом на 1997 рік)[2].

У водосховищах відбувається постійне, характерне тільки для об'єктів гідроенергетики, коливання рівнів води[5]. Так, у Київському водосховищі із січня по лютий рівень води знижується на 1—1,5 м, а з березня по травень знову досягає нормативного напірного рівня (ННР)[6]. У водосховищах відбуваються і значні добові коливання води.

А через те, що середня глибина водосховищ не перевищує 5 м, влітку вода прогрівається до дна, викликаючи бурхливий розвиток ціанобактерій, а взимку, внаслідок страхувальних спусків води, в річці масово гине риба. Так, у 1996 році в Кременчуцькому водосховищі загинуло 400 тисяч т риби. Мертва риба потрапляла в канали Донбасу і Криму, вода з яких використовується для пиття.

6. Спочатку цього року українські енергетики вже не раз заявляли про намір почати реалізацію нових енергоефективних планів. Наприклад, оголошений курс на енергозбереження та використання поновлюваних джерел енергії. Також частина з 817 мільйцонів гривень, передбачених на фінансування енергоефективних програм, уряд пообіцяв виділити на запуск нових малих гідроелектростанцій. Вигідний чи це бізнес і де в Україні його перспективно розвивати, ми зясуєму у цій роботі.

Україна – криниця водних ресурсів для будівництва малих ГЕС. За даними експертів, гідроенергетичний потенціал малих річок країни – близько 12,5 млрд кВт/ч. Левова частка сучасних українських малих гідростанцій зосереджена в центральних областях і на невеликих річках у Вінницькій, Житомирській, Черкаській, Полтавській, Київській областях. Така географія має історичні корені. «Електроенергію на малих річках на території сучасної Центральної України виробляють давно. Ще в 20-х роках минулого століття тут налічувалося більше 80 станцій загальною потужністю 4 тис. кВт. У післявоєнний період електрифікація сільського господарства грунтувалася на будівництві та поліпшенні малих ГЕС. Задачу постачання електрикою в Союзі вирішували централізовано, тому в 1950-х роках було побудовано вже більше тисячі станцій, загальна потужність яких становила 30 тис. кВт.

Однак наприкінці 1950-х у Радянському Союзі взяли курс на розвиток центрального енергопостачання та основне виробництво електроенергії сконцентрувалося на потужних тепло- та гідростанціях, що призвело до занепаду малих ГЕС. До 1998 року з 1000 побудованих об’єктів працювало лише 20. У 2002 році взялися відновлювати Корсунь-Шевченківську ГЕС. Це одна з найстаріших станцій в Україні, побудована ще в 1934 році. Спорудження було закинуто, обладнання розкрадено, гребля перебувала в аварійному стані, а район був на межі екологічної катастрофи. У відновлення цієї ГЕС інвестували понад 6 мільйонів.Новим стимулом до відновлення малої гідроенергетики в Україні стало введення в 2009 році так званого зеленого тарифу – підвищених розцінок на енергію, видобуту з відновлюваних джерел. Увагу підприємців привернули зруйновані об’єкти в центрі країни. В основному за рахунок реконструкції старих гідростанцій кількість працюючих малих ГЕС в країні з 2009 року збільшилася вдвічі.онів гривень.

Зелена альтернатива

І все ж деякі експерти вважають, що Мекка для будівництва таких ГЕС в країні – Закарпаття, Львівська, Івано-Франківська та Чернівецька області, а не центральні райони України. Навіть існує якийсь парадокс: 70 % всіх малих ГЕС зосереджено в центральних областях, тоді як 68 % гідропотенціалу знаходиться на заході країни. Але є ряд нюансів.

У своїй більшості земельні ресурси Карпатського регіону – це заповідні зони. На отримання дозволів будувати станції в Закарпатті піде вдвічі більше часу і сил, ніж у центральних регіонах. Крім того, немає реальної картини гідропотенціалу західного регіону – аналіз і вивчення не проводилися з 1984 року. З того часу в цьому напрямі велися лише епізодичні дослідження, які компанії здійснювали своїми силами перед будівництвом або реконструкцією станції. Так що інвесторові, що бажає освоювати ці регіони, доведеться починати з нуля.

Ведення цього бізнесу в Карпатському регіоні також пов’язане з відсутністю в горах нормальних ліній електропередач. Якщо розраховувати на збут енергії через загальну електромережу і будувати ЛЕП, вартість проекту відразу зросте в кілька разів. Таким чином, всі починання інвестора можуть залишитися нереалізованими через нерентабельність. За словами експертів, вихід – у розвитку гірської рекреаційної інфраструктури, щоб вироблена енергія спрямовувалася на забезпечення місцевих баз, курортів, санаторіїв.

Відкритим також залишається питання екології. Після розливу Канівської ГЕС захисники довкілля уважно стежать за діяльністю всіх гідростанцій . Деякі незалежні екологи стверджують, що одночасне будівництво великої кількості малих ГЕС може обернутися екологічною катастрофою для Карпат. Серед можливих бід називають висихання річок внаслідок порушення гідрологічного режиму, загибель риби (деякі популяції риби в Карпатах занесені до Червоної книги), руйнування прибережних захисних смуг.

Проте експерти стверджують: більшість з перерахованих загроз надумані. Існують європейські стандарти безпеки будівництва ГЕС. Якщо в Карпатах під час спорудження гідростанцій дотримуватимуться цих норм, природі нічого не загрожуватиме. Так стверджує Віталій Давій, президент Асоціації альтернативних видів палива та енергії України.

За підрахунками фахівців асоціації «Укргідроенерго», максимально досяжний потенціал України в малій гідроенергетиці – 8,3 мільйонів МВт/год. Влада врахувала потенціал малих гідростанцій в енергетичній стратегії України до 2030 року і запланувала забезпечити вироблення малими ГЕС 4,3 мільярдів кВт/год. Це 2,5 % від загального обсягу електроенергії в країні.

Після трьох років дії зеленого тарифу на електроенергію загальна потужність малих гідростанцій в Україні досягла 110 МВт/год. Споруда гідростанцій, для яких вже пройдена процедура землевідведення, додасть ще 80 МВт/год. потужностей. Решту 1,9 тис. МВт планується отримати за рахунок нових об’єктів. Проте інвестори не поспішають хапатися за дороге будівництво. Якщо ніша реконструкції старих малих ГЕС зайнята більш ніж на 90 %, то ринок будівництва – всього на третину. «На гідроенергію в Україні встановлений найнижчий зелений тариф. Наприклад, енергію вітру оцінили в 124,68 коп. за кВт/год., а води – в 85 коп. за кВт/год.

Крім того, з 2002-го по 2011 рік збільшили тариф на водокористування для потреб енергетики на 150%. З кожним роком збори підвищуються , як у такій ситуації можна бути впевненим, що будівництво нової ГЕС окупиться за той термін, на який розраховує інвестор? А адже вода не використовується, а тільки пропускається через турбіну. Повинна бути Багато часу і фінансів у інвесторів віднімають будівельні та земельні узгодження. Іноді доводиться витратити на обхід всіх інстанцій близько двох років, навіть якщо мова йде про сотці землі . Все тому, що у нас немає чіткої схеми землевідведення для малих ГЕС.

Поки потенціал малих ГЕС використовується в Україні не більше, ніж на третину. Незважаючи на наявність природних ресурсів, видобуток енергії за допомогою малих річок – бізнес витратний і трудомісткий. Підприємців відштовхує також тривалий термін окупності – від 7 до 9 років. Крім того, для процвітання цієї галузі потрібні зміни в законодавстві. У зв’язку з цим залишається лише сподіватися на зміни в кращу сторону та поліпшення ситуації з гідроелектростанціями в Україні.помірна плата.

Ітайпу є найбільшою ГЕС у світі з вироблення електрики в рік. Це диво інженерної думки вартістю понад 15 млрд. доларів знаходиться на річці Парана на кордоні Бразилії та Парагваю.

Насправді, до цих пір не вщухають суперечки з приводу того, яка ж ГЕС дійсно є найбільшою в світі. У грудні 1997 року ГЕС Ітайпу поступилася першим місцем китайської гідро-електростанції «Три ущелини». Однак, незважаючи на велику встановлену потужність ГЕС «Три ущелини», станом на 2011 рік, Ітайпу виробляє більшу кількість електроенергії на рік з-за більш рівномірного режиму течії річки Парана в порівнянні з Янцзи.

Ознайомитись з цією махиною ближче досить просто. Для цього достатньо сісти на звичайний автобус містечка Фоз-ду-Ігуасу і проїхати 20 км до території ГЕС.

Будівництво греблі почалося в 1979 році, а за рік до цього в оточуючих скелях був пробитий 150-метровий. 5 травня 1984 запущений перший гідрогенератор.

Трохи гігантоманії: в ході будівництва було видалено майже 64 млн куб.м. землі і скельних порід, закладено 15 млн куб.м. грунту і 12.6 млн куб.м. бетону.

Для будівництва цієї ГЕС довелося примиритися двом давнім недругам – Бразилії та Парагваю, так як місце будівництва греблі знаходилося точно на кордоні двох країн! На даний момент Ітайпу покриває близько 20% потреб в електроенергії Бразилії і майже 93% – Парагваю!

Спочатку вартість споруди Ітайпу оцінювалося в 4.4 млрд дол, але через неефективну політику диктаторських режимів реально склала 15.3 млрд дол! Цікаво, у що б обійшлося подібне будівництво у нас (більше або менше)?

Ще трохи цифр. Загальна довжина гребля становить 7 235 м, ширина – 400 м, висота – 196 м. Для порівняння, довжина найбільшої в Росії Саяно-Шушенській ГЕС – 1 074 м, висота – 245 м.

До складу споруд ГЕС Ітайпу входить, також, бетонний водоскид з максимальним потоком в 62 200 куб.м / секунду!

Через кілька кілометрів вода повертається до свого звичайного неспішного перебігу річки … На лівому березі Бразилія, а на правому – вже Парагвай.

На ГЕС встановлено 20 генераторів потужністю по 700 МВт кожний. З водосховища вода надходить по цим величезним трубах і зі страшною силою зривається вниз до турбін генераторів, крутячи їх важкі лопаті.

Встановлена потужність гідроелектростанції Ітайпу становить 14 000 ГВт (гігават), а середньорічна вироблення – 95 мільярдів кВт*год! (Для порівняння: у Саяно-Шушенській ГЕС показники – 6 400 ГВт і 26.7 млрд кВт*год відповідно).

Основна частина призначеної Бразилії енергії йде в Сан-Паулу і Ріо-де-Жанейро, забезпечуючи електрикою 24000000 бразильців.

Про важливість ГЕС для регіону. У листопаді 2009 року на гідроелектростанції Ітайпу сталася аварія. Через пошкодження в результаті грози ліній електропередач, що йдуть від ГЕС, припинилася подача енергії від станції, що викликало відключення ділянок енергосистеми Бразилії за «принципом доміно». Відключення електрики зачепило близько 50 мільйонів жителів Бразилії, а також майже всю територію Парагваю, що одержує електроенергію від станції Ітайпу.

8.Висновок

Будівництво гідроелектростанцій, як правило, не тільки забезпечує виробництво електроенергії, а завдяки наявності водосховища сприяє вирішенню багатьох важливих народногосподарських завдань, пов'язаних із водопостачанням, зрошуванням, судноплавством, розвитком рибного господарства і рекреації.

Проте будівництво гідроелектростанцій і створення водосховищ теж негативно впливає на навколишнє середовище, а саме:

- спостерігається зміна гідрологічного режиму;

- руйнування берегів;

- затоплення значних площ земель.