Лекція №9

ЕНЕРГЕТИКА

Гідоенергетика. Видии гідроелектростанцій

Гіроенергетика є водокористувачем, так як вода не забирається для її потреб із водойми, а використовується на місці для створення тиску і виробництва електроенергії.

В різноманітних природних умовах приходиться будувати гідроелектростанції різні за способом створення напору і його величини, встановленою потужністю, роллю ГЕС у водогосподарському комплексі та в енергетичній системі, типом конструкцій і складом гідротехнічних споруд.

Існує ряд класифікацій ГЕС, зокрема:

а) за величиною напору Н:

- низьконапірні - Н < 25 м;

- середньонапірні - Н= 25-80 м;

- високонапірні - Н> 80 м;

б) за потужністю (N):

- 1 категорія > 1 млн кВт;

- 2 категорія 301 тис.-1 млн кВт;

- З категорія 51 тис.-300 тис. кВт;

- 4 категорія < 51 тис. кВт;

в) за роллю в енергетичній системі:

- регулюючі - здійснюють добове регулювання стоку, покривають нерівномірну (пікову і напівпікову) частину графіка енергосистеми;

- перегулюючі - працюють за витратами водотоку в базисній частині графіка навантаження;

г) за роллю в народному господарстві:

- галузеві - працюють на окремі галузі економіки або окремі підприємства;

- в складі ВГК - працюють на ряд галузей економіки;

д) за матеріалом греблі:

- земляні;

- камінно-накидні;

- залізобетонні;

ж) за способом утворення напору:

- греблеві;

- дериваційн.і

Греблеві ГЕС поділяють на руслові і пригреблеві. Руслові ГЕС - в яких машинний будинок разом з греблею бере участь у створенні напору. Він сприймає тиск води зі сторони верхнього б’єфу і, таким чином, входить до складу напірного фронту. Руслові ГЕС будуються на рівнинних річках, які мають невеликий похил, а також при головних вузлах споруд зрошувальних та обводнювальних систем при невеликих напорах (3-35 м) і великих витратах води. При більш високих напорах розміри машинного будинку недостатні для утримання напору, а збільшення їх спеціально для цієї мети економічно недоцільне. В Україні найбільші руслові ГЕС розташовані на Дніпрі - Кременчуцька потужністю 625 МВт, Київська - 361 МВт, Дніпродзержинська - 352 МВт, Каховська - 351 МВт (табл.5.1).

У пригреблевих ГЕС в створенні напору приймає участь лише гребля. Машинний будинок розташовується за греблею і не приймає тиску води зі сторони верхнього б’єфу. До турбін вода підводиться напірними водоводами (рис.6). Такі ГЕС будують на передгірських і гірських ділянках річок (і= 0,003-0,01), а також на рівнинних річках з глибоко врізаним руслом. Величина напору - від 35 м до 200 м. В Україні діє єдина пригреблева ГЕС - ДніпроГЕС потужністю 1491 МВт.

Греблеві ГЕС вигідні при дуже малих похилах річок, а також при дуже великих витратах. Максимальне значення напору на греблевих ГЕС досягає більше 200 м (ГЕС Боулдер на річці Колорадо в США - Н= 220 м). В Україні найбільший напір дорівнює 34,3 м (ДніпроГЕС).

Дериваційні (derivation - (лат.) - відхилення) - напір в них створюється за допомогою деривації. Дериваційні ТЕС будують на гірських річках, які мають велике падіння. При цьому вода з річки за допомогою дериваційних каналів, лотків і тунелів, які проектуються з мінімальним похилом (щоб не відбувалося їх замулення), підводиться до силового будинку ГЕС. Дериваційні ГЕС найбільш просто споруджуються при розміщенні їх на перепаді зрошувального каналу.

Табл.5.1

Основні характеристики найбільших ГЕС в Україні

Гідроелектро-станції	Тип ГЕС	Встановлена потужність	Розрахунковий напір	Максимальна витрата ГЕС, м^3/с (через турбіни)
Київська	дериваційна	225	65,0	400
Київська	руслова	361	7,7	5600
Канівська	руслова	444	7,3	7300
Кременчуцька	руслова	625	13,6	5400
Дніпродзер жинська	руслова	352	9,8	4200
ДніпроГЕС	пригреблева	1491	34,3	5000
Каховська	руслова	351	13,8	2800
Дністровська	руслова	702	40,0	2000
Теребля-Рікська	дериваційна із р.Теребля в р. Ріку	27	200,0	18

В Україні діють Київська (N=225 МВт, Н=65 м) та Теребля-Рікська (N=27 МВт, Я = 200 м) дериваційні ГЕС.

Застосовують такі ГЕС при Н від 25-50 м до 2000 м, та витраті - до 1500 м³/с.

В післявоєнний час в світовій практиці стали проектувати гідроакумулюючі (ГАЕС) і припливні (ПЕС) електростанції.

Сутністю ГАЕС є те, що проектується два басейни - верхній і нижній, які розташовані на різних відмітках і з’єднані трубопроводами, в нижньому кінці яких розташовують турбіни. У години, коли в сітці є вільна потужність (ніч), насосами вода перекачується у верхній басейн, а в годину-пік акумульована вода через турбіну пропускається в нижній басейн і дає електроенергію. На сучасних ГАЕС не ставлять окремо турбін і насосів, а застосовують зворотні агрегати.

За думкою спеціалістів потужність ГАЕС повинна складати біля 10-15% потужності електростанцій країни. У світі нараховується біля 208 ГАЕС потужністю 44 млн кВт. Їх будівництво набуло значного поширення в США, Італії, ФРН, Канаді. В Україні працює Київська ГАЕС потужністю 225 МВт та Дністровська ГАЕС потужністю 702 МВт.

Систематичні коливання рівня води в океанах і морях у час припливу і відпливу визначаються силами притягання в космічній системі Сонце-Земля-Місяць. На більшості узбереж зміна явища приплив-відплив спостерігається через кожні 6 год. 12 хвилин. У відкритому океані амплітуда коливань рівнів не перевищує 2 м, але в затоках, бухтах, фіордах та естуаріях амплітуда може бути 10-15 м і більше. Так, наприклад, у затоці Фанді на Атлантичному узбережжі Північної Америки рівень води підвищується на 19,6 м, в Охотському морі - на 11 м, Мезенській затоці Білого моря - біля 10 м, а на Кольському півострові - на 7,4 м.

Сутність ПЕС полягає в тому, що в час припливів (море-басейн) вода проходить через турбіни та водозливи і запасається в басейні.

В період відпливів (басейн-море) йде зворотня операція. І в тому, і в іншому випадках одержують електроенергію. Робота ПЕС рентабельна при Н=4...5 м. У гирлах французьких та англійських річок і зараз успішно працюють млини (припливні), побудовані ще в XII столітті.

У світі в експлуатації знаходиться ПЕС РАНС (240 МВт) у Франції та в Росії на Кольському півострові працює Кислогубська ПЕС потужністю 400 МВт.

Теплова і атомна електроенергетика

На відміну від гідроенергетики теплова і атомна енергетика відноситься до водоспоживачів. До теплоенергетичної промисловості відносяться теплові електростанції (ТЕС), які працюють на органічному твердому (вугілля, сланці, торф), газо-мазутному і ядерному паливі та ТЕЦ.

За видом продукції, що відпускається, і типом встановленого обладнання теплові електростанції діляться на конденсаційні (без відбору пару на теплофікацію) і теплоелектроцентралі (з відбором пари на теплофікацію).

За рахунок теплоти, яка утворюється при згорянні, вода перетворюється в пару (t=550°С) і при поступанні в парову турбіну перетворює теплову енергію в механічну. Електрична енергія виробляється за допомогою турбін, які приводяться в рух нагрітою парою. Основна кількість води на ТЕС витрачається на :

1)    охолодження пари в конденсаторах турбін;

2)    охолодження мастила, газу і повітря турбоагрегатів;

3)    для видалення золи і шлаків;

4)    на компенсацію втрат у пароводяному циклі в теплових мережах,

5)    миття обладнання, хімводопідготовку та ін.

На газотурбінних електростанціях конденсація пари відсутня.

Безповоротне водоспоживання в енергетиці складає в середньому 5,1%. Основу електроенергетики України складають теплові і атомні електростанції потужністю 2-4 млн кВт з блоками від 150-200 до 800-1000 тис. кВт. На ГРЕС приходиться наближено 60% сумарної потужності. Ці електростанції працюють переважно на органічному паливі - вугіллі, нафті, газі.

У залежності від виду палива основними відходами виробництва є димові гази, залишки твердого палива (зола, шлак і ін.) і “скидне тепло”. При згорянні палива в атмосферу попадає летючий попіл, сірчистий та сірчаний ангідриди, фтористі сполуки, газоподібні сполуки неповного згоряння палива.

Відпрацьована пара охолоджується. У водойми безперервно поступає підігріта до 8...12°С вода. Це може призвести до теплового забруднення водойм. Стічні води ТЕС забруднені, містять в собі ванадій, нікель, фтор, феноли і нафтопродукти.

Необхідні витрати води для теплових електростанцій визначають, виходячи із потужності агрегатів і їх типу, а також в залежності від кількості пари, що відбирається для потреб інших підприємств. Орієнтовно можна рахувати, що на 1 кВт встановленої потужності витрачається від 0,16 до 0,45 м³/год. або 0,44-10^-4 - 1,2-10^-4 м³/с. Більші значення відносяться до теплових електростанцій невеликої потужності (до 300 тис. кВт), а менші - до ТЕС більшої потужності (більше 300 тис. кВт).

Схема водопостачання ТЕС може бути прямоточною або зворотною. Вибір схеми водопостачання ТЕС залежить від ряду факторів. Так, потужні теплові електростанції стараються розташовувати на берегах великих річок, водосховищ або в прибережній морській зоні. При цьому схема водопостачання може бути прямоточною. При розміщенні ТЕС безпосередньо біля родовища палива і в умовах обмеженого запасу водних ресурсів виникає необхідність переходу до зворотних систем водопостачання. У зв’язку із зростанням у більшості районів напруженості водного балансу, а також забрудненості водних ресурсів водопостачання ТЕС повинно бути зворотнім.

Витрата води для потреб ТЕС при прямоточній схемі водопостачання визначається формулою:

м³/с , (5.1)

де - потужність теплової електростанції, кВт; - питома витрата води в м³/с на 1 кВт електроенергії, яке приймається (0,44-1,2)-10^-4м³/с на 1 кВт.

При зворотній схемі водопостачання потреба ТЕС в свіжій воді складає 3...5% витрати води при прямоточній схемі. У зимовий період витрата води на ТЕС знижується в-середньому на 30-40%.

На ГРЕС і АЕС найбільш поширеною являється система зворотного водопостачання з водосховищами-охолоджувачами.

На ТЕЦ використовуються ті ж системи водопостачання, але найбільш поширеною являється система зворотного водопостачання з градирнями. Якість води пароводяного циклу, як і якість додаткової води, повинна забезпечувати такий режим роботи обладнання, при якому не відбувається ні корозії, ні відкладів.

Стічні води ТЕС від охолодження при прямоточних системах водопостачання і продувочні води із систем зворотного водопостачання скидаються у водойму без спеціальної очистки. Замаслені і замазучені стоки після відстоювання і деемульгування або очистки на фільтрах скидаються у водойму тільки при прямоточних системах технічного водопостачання.

Стічні води хімводоочисток використовуються для гідрозоловидалення або накопичуються в накопичувачі-випаровувачі.

Стічні води АЕС піддаються спеціальній очистці повторно використовуються в тих же циклах АЕС. Скид радіоактивних вод у водойми не допускається. Стічні води від процесів водопідготовки після обробки використовуються повторно без випуску у водойми.

В умовах великого дефіциту палива великого значення набуває атомна енергетика. В Україні атомна енергетика почала свій відлік з 1977 р, коли був введений в експлуатацію перший блок Чорнобильської АЕС. Згідно з планами розвитку атомної енергетики в колишньому Радянському Союзі на території України повинно було бути споруджено 9 АЕС. За період з 1977 р. до 1989 р. було введено 16 енергоблоків загальною потужністю 148000 МВт на 5 атомних електростанціях: Запорізькій, Рівненській, Хмельницькій, Чорнобильській, Південноукраїнській. Проекти будівництва Чигиринської та Харківської АЕС були анульовані через серйозні геологічні помилки при виборі місць проммайданчиків.

Чорнобильська катастрофа різко змінила ставлення до “мирного атому” і значно змінила плани атомників.

Запитання для контролю

1.                Гідроенергетика як учасник ВГК. Класифікація ГЕС.

2.                Руслові та дериваційні ГЕС.

3.                Гідроакумулюючі та припливні ГЕС.

4.                Тепло- і атомна енергетика як учасники ВГК.

5.                Використання води у теплоенергетиці.

6.                Визначення потреб водних ресурсів для ТЕС.