Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Доля первичной энергии от гидроэнергетики, 2019 г.
Плотина « Три ущелья» в Центральном Китае - это крупнейший в мире объект по производству электроэнергии из любого вида.
Часть серии о
Устойчивая энергия
Ветряные турбины возле Вендсисселя, Дания (2004 г.)
Обзор
Энергосбережение
Возобновляемая энергия
Экологичный транспорт

Гидроэнергетика , или гидроэлектростанция , это электроэнергия , вырабатываемая из гидроэнергии . В 2015 году, гидроэнергетика генерироваться 16,6% от общего объема электроэнергии в мире и 70% всех возобновляемых источников электроэнергии , [1] и , как ожидается, увеличится примерно на 3,1% каждый год в течение следующих 25 лет.

Гидроэнергетика производится в 150 странах, при этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2013 году вырабатывается 33 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2013 году было произведено 920 ТВт-ч , что составляет 16,9% внутреннего потребления электроэнергии.

Стоимость гидроэлектроэнергии относительно невысока, что делает ее конкурентоспособным источником возобновляемой электроэнергии. Гидростанция не потребляет воду, в отличие от угольных или газовых станций. Типичная стоимость электроэнергии гидроэлектростанции мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час . [2] Вместе с плотиной и водохранилищем он также является гибким источником электроэнергии, поскольку количество, производимое станцией, может изменяться в большую или меньшую сторону (всего за несколько секунд), чтобы адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии. После строительства гидроэлектростанции проект не производит прямых отходов и, как правило, имеет значительно более низкий уровень выбросов парниковых газов, чем фотоэлектрические электростанции и, конечно,энергетические установки, работающие на ископаемом топливе (см. также выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла источников энергии ). [3] Однако, когда они построены в равнинных районах тропических лесов , где необходимо затопление части леса, они могут выделять значительное количество парниковых газов.

Строительство гидроэнергетического комплекса может нанести значительный ущерб окружающей среде, в первую очередь в виде потери пахотных земель и перемещения населения. Они также нарушают естественную экологию реки, затрагивая среду обитания и экосистемы, а также модели заиления и эрозии. Хотя плотины могут снизить риски наводнений, они также содержат риск прорыва плотины , который может иметь катастрофические последствия.

История

Смотрите также: Гидроэнергетика § История
Музейная гидроэлектростанция «Под городом» в Сербии , построенная в 1900 году. [4]

Гидроэнергетика использовалась с древних времен для измельчения муки и выполнения других задач. В конце 18 века гидравлическая энергия стала источником энергии, необходимой для начала промышленной революции . В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест де Белидор опубликовал « Архитектурную гидравлику» , в которой описывались гидравлические машины с вертикальной и горизонтальной осью, а в 1771 году значительную роль сыграла комбинация гидроэнергии , водяной рамы и непрерывного производства Ричарда Аркрайта. в развитии фабрично-заводской системы с использованием современной практики найма. [5] В 1840-х годах гидравлическая сетьбыл разработан для производства и передачи гидроэнергии конечным пользователям. К концу 19 века был разработан электрический генератор, который теперь можно было соединить с гидравликой. [6] Растущий спрос, возникший в результате промышленной революции, также будет стимулировать развитие. [7] В 1878 году первая в мире гидроэлектростанция была разработана Уильямом Армстронгом в Крагсайде в Нортумберленде , Англия . Он использовался для питания одной дуговой лампы в его художественной галерее. [8] Старая электростанция Schoelkopf № 1 , США, недалеко от Ниагарского водопада., начала производить электричество в 1881 году. Первая гидроэлектростанция Эдисона , завод Вулкан-стрит , была введена в эксплуатацию 30 сентября 1882 года в Аплтоне, штат Висконсин , с мощностью около 12,5 киловатт. [9] К 1886 году в США и Канаде было 45 гидроэлектростанций; а к 1889 году только в Соединенных Штатах их было 200. [6]

Дом водного генератора в замке Уорик, который с 1894 по 1940 год использовался для выработки электроэнергии для замка.

В начале 20-го века многие небольшие гидроэлектростанции строились коммерческими компаниями в горах недалеко от мегаполисов. В Гренобле , Франция, прошла Международная выставка гидроэнергетики и туризма , которую посетили более миллиона человек. К 1920 году, когда 40% электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, приходилось на гидроэлектростанции, Федеральный закон об энергетике вступил в силу. Закон создал Федеральную энергетическую комиссию для регулирования гидроэлектростанций на федеральных землях и воде. По мере того, как электростанции становились больше, связанные с ними плотины приобрели дополнительные цели, включая борьбу с наводнениями , орошение и навигацию. Для крупномасштабного развития стало необходимо федеральное финансирование, и были созданы федеральные корпорации, такие как Tennessee Valley Authority (1933) и Bonneville Power Administration (1937). [7] Кроме того, Бюро мелиорации, которое начало серию ирригационных проектов на западе США в начале 20-го века, теперь строило крупные гидроэлектростанции, такие как плотина Гувера 1928 года . [10] США Инженерный корпус армии был также вовлечен в развитие гидроэнергетики, завершение Bonneville плотины в 1937 году и будучи признан Закон о контроле наводнений 1936 годав качестве главного федерального агентства по борьбе с наводнениями. [11]

Гидроэлектростанции продолжали расти в течение 20 века. Гидроэнергетика называлась белым углем . [12] Первоначальная электростанция на плотине Гувера мощностью 1345 МВт была крупнейшей гидроэлектростанцией в мире в 1936 году; она затмила 6,809 МВт Гранд - Кули плотины в 1942 году [13] Итайпу плотины был открыт в 1984 году в Южной Америке , как самый большой, производя 14 ГВт , но был побит в 2008 году плотины Три ущелья в Китае на 22,5 ГВт . В конечном итоге гидроэлектроэнергия будет снабжать некоторые страны, включая Норвегию ,Демократическая Республика Конго , Парагвай и Бразилия , на долю которых приходится более 85% электроэнергии. В настоящее время в Соединенных Штатах насчитывается более 2000 гидроэлектростанций, которые обеспечивают 6,4% общей выработки электроэнергии, что составляет 49% возобновляемой электроэнергии. [7]

Будущий потенциал

Технический потенциал для развития гидроэнергетики во всем мире намного превышает фактическое производство: процент потенциальных гидроэнергетических мощностей, которые не были разработаны, составляет 71% в Европе, 75% в Северной Америке, 79% в Южной Америке, 95% в Африке. , 95% на Ближнем Востоке и 82% в Азиатско-Тихоокеанском регионе. [14] В связи с политическими реалиями новых водохранилищ в западных странах, экономическими ограничениями в странах третьего мира и отсутствием системы передачи в неосвоенных районах, возможно, 25% остающегося технически эксплуатируемого потенциала могут быть разработаны до 2050 г., при этом большая часть того, что находится в Азиатско-Тихоокеанском регионе. В некоторых странах гидроэнергетический потенциал сильно развит, и у них очень мало возможностей для роста: Швейцария производит 88% своего потенциала, а Мексика - 80%. [14]

Методы генерации

Накачка-хранилище
Русло реки
Приливный

Обычные (плотины)

Смотрите также: Список обычных гидроэлектростанций

Большинство ГЭС происходит от потенциальной энергии из подпруживанию воды за рулем воды турбина и генератор . Мощность, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды. Эта разница в высоте называется головой . Большая труба (« затвор ») подает воду из резервуара в турбину. [15]

Накачка-хранилище

Основная статья: Накопительная гидроэлектроэнергия
См. Также: Список гидроаккумулирующих гидроэлектростанций.

Этот метод производит электроэнергию для удовлетворения высоких пиковых потребностей за счет перемещения воды между резервуарами на разной высоте. Во времена низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для закачки воды в более высокий резервуар. Когда потребность возрастает, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. В настоящее время схемы гидроаккумулирования представляют собой наиболее коммерчески важные средства хранения энергии в крупных сетях и улучшают суточный коэффициент мощности системы генерации. Накачка не является источником энергии и отображается в списках как отрицательное число. [16]

Русло реки

Основная статья: Русловая гидроэлектростанция
См. Также: Список русловых гидроэлектростанций

Русловые гидроэлектростанции - это гидроэлектростанции с небольшой емкостью водохранилища или без них, так что в этот момент для выработки доступна только вода, поступающая из верхнего течения, и любое избыточное предложение должно оставаться неиспользованным. Постоянная подача воды из озера или существующего водохранилища выше по течению является значительным преимуществом при выборе участков для русла реки. В Соединенных Штатах речная гидроэлектроэнергия потенциально может обеспечить 60 000 мегаватт (80 000 000 л.с.) (около 13,7% от общего потребления в 2011 г., если оно будет постоянно доступно). [17]

Прилив

Основная статья: Сила прилива
Смотрите также: Список приливных электростанций

А ПЭС станция использует ежедневный подъем и падение воды в океане из - за приливы и отливы; такие источники очень предсказуемы, и, если условия позволяют строительство резервуаров, также могут быть диспетчеризованы для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса. Менее распространенные типы гидроэнергетических схем используют кинетическую энергию воды или неповрежденные источники, такие как подводные водяные колеса . Приливная энергия жизнеспособна в относительно небольшом количестве мест по всему миру. В Великобритании есть восемь объектов, которые могут быть построены, на которых будет производиться 20% электроэнергии, потребляемой в 2012 году [18].

Размеры, типы и мощности гидроузлов.

Большие объекты

Смотрите также: Список крупнейших электростанций и Список крупнейших гидроэлектростанций.

Крупные гидроэлектростанции чаще рассматриваются как крупнейшие в мире предприятия по производству электроэнергии, при этом некоторые гидроэлектростанции способны вырабатывать более чем в два раза установленную мощность, чем у нынешних крупнейших атомных электростанций .

Хотя официального определения диапазона мощностей крупных гидроэлектростанций не существует, объекты мощностью более нескольких сотен мегаватт обычно считаются крупными гидроэлектростанциями.

В настоящее время во всем мире в эксплуатации находятся всего четыре объекта мощностью более 10 ГВт ( 10 000 МВт ), см. Таблицу ниже. [2]

КлассифицироватьСтанцияСтранаМесто расположенияМощность ( МВт )
1.Плотина Три ущелья Китай30 ° 49′15 ″ N 111 ° 00′08 ″ E / 30.82083°N 111.00222°E / 30.82083; 111.00222 (Three Gorges Dam)22 500
2.Плотина Итайпу Бразилия Парагвай
 		25 ° 24′31 ″ ю.ш. 54 ° 35′21 ″ з.д. / 25.40861°S 54.58917°W / -25.40861; -54.58917 (Itaipu Dam)14 000
3.Плотина Ксилуоду Китай28 ° 15′35 ″ с.ш., 103 ° 38′58 ″ в.д. / 28.25972°N 103.64944°E / 28.25972; 103.64944 (Xiluodu Dam)13 860
4.Плотина Гури Венесуэла07 ° 45′59 ″ с.ш. 62 ° 59′57 ″ з.д. / 7.76639°N 62.99917°W / 7.76639; -62.99917 (Guri Dam)10 200
Панорамный вид на плотину Итайпу , с водосбросом (закрытым на момент фото) слева. В 1994 году Американское общество инженеров-строителей объявило плотину Итайпу одним из семи чудес современного мира . [19]

Маленький

Основная статья: Малая гидроэлектростанция

Малая гидроэлектростанция - это развитие гидроэнергетики в масштабах небольшого поселения или промышленного предприятия. Определение проекта малой гидроэлектростанции варьируется, но генерирующая мощность до 10 мегаватт (МВт) обычно принимается как верхний предел того, что можно назвать малой гидроэлектростанцией. Она может быть увеличена до 25 МВт и 30 МВт в Канаде и США. Производство малой гидроэлектроэнергии выросло на 29% с 2005 по 2008 год, в результате чего общая мировая мощность малых гидроэлектростанций выросла до 85 ГВт . Более 70% этого объема пришлось на Китай ( 65 ГВт ), за которым следуют Япония ( 3,5 ГВт ), США (3 ГВт ) и Индии ( 2 ГВт ). [20] [21]

Микрогидроустановка во Вьетнаме
ГЭС Пико в Мондулкири , Камбоджа

Небольшие гидроэлектростанции могут быть подключены к обычным электрическим распределительным сетям в качестве источника недорогой возобновляемой энергии. В качестве альтернативы, небольшие гидроэлектростанции могут быть построены в изолированных районах, которые было бы нерентабельно обслуживать из сети, или в районах, где нет национальной распределительной сети. Поскольку небольшие гидроэлектростанции обычно имеют минимальное количество резервуаров и строительных работ, они считаются оказывающими относительно низкое воздействие на окружающую среду по сравнению с крупными гидроэлектростанциями. Это уменьшенное воздействие на окружающую среду сильно зависит от баланса между потоком ручья и производством энергии.

Микро

Основная статья: Микро-гидро

Микрогидро - это термин, используемый для гидроэнергетических установок, которые обычно производят до 100 кВт энергии. Эти установки могут обеспечивать электроэнергией изолированный дом или небольшой поселок, а иногда и подключены к электрическим сетям. Этих установок много по всему миру, особенно в развивающихся странах, поскольку они могут обеспечить экономичный источник энергии без покупки топлива. [22] Микро-гидросистемы дополняют фотоэлектрические солнечные энергетические системы, потому что во многих областях поток воды и, следовательно, доступная гидроэнергия максимальны зимой, когда солнечная энергия минимальна.

Пико

Основная статья: Пико гидро

Пико гидро - это термин, используемый для выработки гидроэлектроэнергии мощностью менее 5 кВт . Это полезно в небольших удаленных общинах, где требуется лишь небольшое количество электроэнергии. Например, для питания одной или двух люминесцентных лампочек и телевизора или радио в нескольких домах. [23] Даже небольшие турбины мощностью 200–300 Вт могут привести в действие один дом в развивающейся стране с перепадом высоты всего 1 м (3 фута). Установка пико-гидро обычно запускать-оф-реки , а это означает , что плотины не используются, а труба отвлечь часть потока, падение это вниз градиент, и через турбин перед возвращением его в поток.

Под землей

Основная статья: Подземная электростанция

Подземная электростанция обычно используется на крупных объектах и позволяет использовать большую разницу естественной высоты между двумя водными путями, такими как водопадом или горным озеро. Строится туннель для забора воды из высокого резервуара в генерирующий зал, построенный в пещере рядом с самой нижней точкой водного туннеля, и горизонтальный отвод воды, отводящий воду в нижний выпускной канал.

Измерение скорости отводов и передних отводов на станции по производству известняка в Манитобе , Канада .

Расчет доступной мощности

Основная статья: Гидроэнергетика

Простая формула для аппроксимации производства электроэнергии на гидроэлектростанции:

куда

  • это мощность (в ваттах )
  • ( eta ) - коэффициент эффективности (безразмерный скалярный коэффициент, варьирующийся от 0 для полной неэффективности до 1 для полной эффективности).
  • ( rho ) - плотность воды (~ 1000  кг / м 3 )
  • это объемная скорость потока (в м 3 / с)
  • - массовый расход (в кг / с)
  • ( Дельта h) - изменение высоты (в метрах )
  • это ускорение силы тяжести (9,8 м / с 2 )

Эффективность часто выше (то есть ближе к 1) с более крупными и современными турбинами. Годовое производство электроэнергии зависит от доступного водоснабжения. В некоторых установках расход воды может изменяться в 10: 1 в течение года.

Характеристики

Преимущества

Станция Ffestiniog мощности может генерировать 360 МВт электроэнергии в течение 60 секунд спроса , возникающий.

Гибкость

Гидроэнергетика - это гибкий источник электроэнергии, поскольку станции можно очень быстро наращивать и уменьшать, чтобы адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии. [2] Гидротурбины имеют время пуска порядка нескольких минут. [24] Для перевода агрегата из холодного состояния в режим полной нагрузки требуется от 60 до 90 секунд; это намного короче, чем для газовых турбин или паровых установок. [25] Выработка электроэнергии также может быть быстро уменьшена, когда есть избыточная выработка электроэнергии. [26] Следовательно, ограниченная мощность гидроагрегатов обычно не используется для выработки базовой энергии, кроме как для освобождения бассейна от наводнения или удовлетворения потребностей ниже по течению. [27] Вместо этого он может служить в качестве резервного для негидрогенераторов. [26]

Низкая стоимость / высокая ценность мощности

Основным преимуществом обычных плотин гидроэлектростанций с резервуарами является их способность хранить воду по низкой цене для последующей отправки в качестве экологически чистой электроэнергии с высокой стоимостью. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час. [2] При использовании в качестве пиковой мощности для удовлетворения спроса гидроэлектроэнергия имеет более высокую ценность, чем базовая мощность, и гораздо более высокая стоимость по сравнению с источниками прерывистой энергии .

Гидроэлектростанции имеют долгий экономический срок службы, при этом некоторые станции все еще эксплуатируются через 50–100 лет. [28] Затраты на рабочую силу также обычно невысоки, так как заводы автоматизированы и при нормальной работе на стройплощадке мало персонала.

Если плотина служит нескольким целям, можно добавить гидроэлектростанцию ​​с относительно низкими затратами на строительство, обеспечивая полезный поток доходов для компенсации затрат на эксплуатацию плотины. Было подсчитано, что продажа электроэнергии с плотины « Три ущелья» покроет расходы на строительство через 5-8 лет полной выработки. [29] Однако некоторые данные показывают, что в большинстве стран крупные плотины гидроэлектростанций будут слишком дорогостоящими, и их строительство займет слишком много времени для получения положительной прибыли с поправкой на риск, если не будут приняты соответствующие меры по управлению рисками. [30]

Пригодность для промышленного применения

Хотя многие гидроэлектростанции обеспечивают питание общественных сетей электроснабжения, некоторые из них созданы для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Специальные проекты гидроэлектростанций часто строятся для обеспечения значительного количества электроэнергии, необходимой, например, для алюминиевых электролизеров. Гранд-Кули переключился на поддержку Alcoa алюминия в Bellingham, Вашингтон , США для американской Второй мировой войны самолеты до того , как было разрешено предоставлять орошения и право граждан (в дополнение к алюминиевой мощности) после войны. В Суринаме , то Брокопондо было построено , чтобы обеспечить электричество Alcoaалюминиевая промышленность. Новая Зеландия «s Электростанция Manapouri была построена для снабжения электроэнергией алюминиевого завода в Tiwai Пойнт .

Снижение выбросов CO 2

Поскольку плотины гидроэлектростанций не используют топливо, выработка электроэнергии не производит углекислый газ . В то время как диоксид углерода первоначально производится во время строительства проекта, а некоторое количество метана ежегодно выделяется из водохранилищ, гидроэнергетика имеет один из самых низких выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла для производства электроэнергии. [31] По сравнению с ископаемым топливом, производящим эквивалентное количество электроэнергии, гидроэнергетика вытеснила три миллиарда тонн выбросов CO 2 в 2011 году. [32] Согласно сравнительному исследованию, проведенному Институтом Пола Шеррера и Штутгартским университетом , [33] гидроэнергетика в Европа производит наименьшее количествопарниковые газы и внешние эффекты любого источника энергии. [34] На втором месте был ветер , на третьем - ядерная энергия , а на четвертом - солнечная фотоэлектрическая энергия . [34] Низкое воздействие парниковых газов на гидроэлектроэнергию особенно заметно в умеренном климате . Более сильное воздействие выбросов парниковых газов наблюдается в тропических регионах, поскольку резервуары электростанций в тропических регионах производят большее количество метана, чем резервуары в районах с умеренным климатом. [35]

Как и другие источники неископаемого топлива, гидроэнергетика также не имеет выбросов диоксида серы, оксидов азота или других твердых частиц.

Другое использование резервуара

Водохранилища, созданные гидроэлектростанциями, часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта и сами становятся достопримечательностями. В некоторых странах широко распространена аквакультура в водоемах. Многофункциональные плотины, установленные для орошения, поддерживают сельское хозяйство с относительно постоянным водоснабжением. Крупные гидроэлектростанции могут контролировать наводнения, которые в противном случае повлияли бы на людей, живущих ниже по течению от проекта. [36]

Недостатки

См. Также: Дискуссия о возобновляемых источниках энергии § Недостатки гидроэнергетики

Ущерб экосистеме и потеря земель

Плотина Мерове в Судане . Гидроэлектростанции, использующие плотины, затопляют большие участки суши из-за необходимости наличия водохранилища . Эти изменения цвета земли или альбедо , наряду с некоторыми проектами, которые одновременно включают затопление тропических лесов, могут в этих конкретных случаях привести к тому, что влияние глобального потепления или эквивалентных парниковых газов жизненного цикла проектов гидроэнергетики потенциально превысит влияние угольных электростанций.

Большие водохранилища, связанные с традиционными гидроэлектростанциями, приводят к затоплению обширных территорий вверх по течению от плотин, иногда уничтожая биологически богатые и продуктивные леса низменностей и речных долин, болота и луга. Строительство плотин прерывает течение рек и может нанести вред местным экосистемам, а строительство больших плотин и водохранилищ часто связано с перемещением людей и диких животных. [2] Утрата земли часто усугубляется фрагментацией среды обитания прилегающих территорий, вызванной водохранилищем. [37]

Гидроэнергетические проекты могут нанести ущерб окружающим водным экосистемам как выше, так и ниже по течению от территории завода. Производство гидроэлектроэнергии меняет окружающую среду в нижнем течении реки. Вода, выходящая из турбины, обычно содержит очень мало взвешенных отложений, что может привести к размыву русел рек и потере берегов. [38] Поскольку турбинные ворота часто открываются с перерывами, наблюдаются быстрые или даже суточные колебания речного стока.

Потеря воды за счет испарения

Исследование, проведенное Национальной лабораторией возобновляемой энергии в 2011 году, показало, что гидроэлектростанции в США потребляли от 5,39 до 68,14 кубометров на мегаватт-час (от 1425 до 18000 галлонов США на мегаватт-час) произведенной электроэнергии за счет потерь от испарения в резервуаре. Медианные потери составили 17,00 м 3 / МВтч (4491 галлон США / МВтч), что выше, чем потери для технологий генерации, в которых используются градирни, включая концентрацию солнечной энергии на уровне 3,27 м 3 / МВтч (865 галлонов США / МВтч) для CSP. желоб и 2,98 м 3 / МВт · ч (786 галлонов США / МВт · ч) для СКП башни, угля на 2,60 м 3 / МВт · ч (687 галлонов США / МВт · ч), ядерная на 2,54 м 3 / МВт · ч (672 галлонов США / МВт · ч), и естественно газ на 0,75 м 3/ МВтч (198 галлонов США / МВтч). Там, где водохранилища используются по-разному, например, для водоснабжения, рекреации и борьбы с наводнениями, все испарение из водохранилища связано с производством электроэнергии. [39]

Заиление и недостаток стока

Когда вода течет, она имеет способность переносить частицы тяжелее, чем она сама по себе. Это отрицательно сказывается на плотинах и впоследствии на их электростанциях, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высоким уровнем заиления. Заиление может заполнить водохранилище и снизить его способность контролировать наводнения, а также вызвать дополнительное горизонтальное давление на верхнюю часть плотины. В конце концов, некоторые водохранилища могут заполниться отложениями и стать бесполезными во время наводнения или выйти из строя. [40] [41]

Изменения в количестве речного стока коррелируют с количеством энергии, производимой плотиной. Более низкие речные потоки уменьшат количество живого запаса в водохранилище, тем самым уменьшив количество воды, которая может быть использована для гидроэлектроэнергии. Результатом уменьшения речного стока может быть нехватка электроэнергии в районах, которые сильно зависят от гидроэнергетики. Риск нехватки стока может увеличиться в результате изменения климата . [42] Одно исследование, проведенное на реке Колорадо в Соединенных Штатах, показывает, что умеренные изменения климата, такие как повышение температуры на 2 градуса Цельсия, приводящее к снижению количества осадков на 10%, могут снизить речной сток до 40%. [42] Бразилияв частности, уязвима из-за сильной зависимости от гидроэлектроэнергии, поскольку повышение температуры, снижение расхода воды и изменение режима выпадения осадков могут снизить общее производство энергии на 7% ежегодно к концу века. [42]

Выбросы метана (из водохранилищ)

Hoover Dam в Соединенных Штатах большой традиционный заслон-гидроузел, с установленной мощностью 2080 МВт .
Смотрите также: Воздействие водохранилищ на окружающую среду

Более низкие положительные воздействия наблюдаются в тропических регионах. Было отмечено, что в низинных районах тропических лесов , где необходимо затопление части леса, резервуары электростанций производят значительное количество метана . [43] Это происходит из-за того, что растительный материал в затопленных районах разлагается в анаэробной среде с образованием метана, парникового газа . Согласно отчету Всемирной комиссии по плотинам [44]если водохранилище велико по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 Вт на квадратный метр площади поверхности) и не проводилась вырубка леса на территории до наполнения водохранилища, выбросы парниковых газов из водохранилища могут быть выше те, которые используются в обычных тепловых электростанциях, работающих на жидком топливе. [45]

Однако в бореальных водохранилищах Канады и Северной Европы выбросы парниковых газов обычно составляют всего от 2% до 8% от любого вида традиционной тепловой генерации на ископаемом топливе. Новый класс подводных рубок леса, нацеленный на затонувшие леса, может смягчить эффект разрушения лесов. [46]

Переезд

Еще один недостаток плотин гидроэлектростанций - необходимость переселения людей, живущих там, где планируются водохранилища. В 2000 году Всемирная комиссия по плотинам подсчитала, что плотины физически переместили 40-80 миллионов человек во всем мире. [47]

Риски отказа

Смотрите также: Обрушение плотины и Список отказов гидроэлектростанции

Поскольку крупные традиционные сооружения с плотинами удерживают большие объемы воды, отказ из-за плохого строительства, стихийных бедствий или саботажа может иметь катастрофические последствия для населенных пунктов и инфраструктуры ниже по течению.

Во время тайфуна Нина в 1975 году плотина Баньцяо в Южном Китае обрушилась, когда в течение 24 часов выпало более чем годовое количество осадков (см. Обрушение плотины Баньцяо в 1975 году ). В результате наводнения погибло 26 000 человек, еще 145 000 - от эпидемий. Миллионы остались без крова.

Создание плотины в геологически неподходящем месте может вызвать бедствия, такие как катастрофа 1963 года на дамбе Ваджонт в Италии, где погибло почти 2000 человек. [48]

Malpasset Dam провал в Фрежюс на Французской Ривьере (Лазурный берег), на юге Франции, упал на 2 декабря 1959 года погибли 423 человек в результате наводнения. [49]

Небольшие плотины и микрогидроустановки создают меньший риск, но могут создавать постоянные опасности даже после вывода из эксплуатации. Например, небольшая земляная насыпь плотины Келли Барнс обрушилась в 1977 году, через двадцать лет после того, как ее электростанция была выведена из эксплуатации, в результате чего погибли 39 человек. [50]

Сравнение и взаимодействие с другими методами производства электроэнергии

Гидроэнергетика устраняет выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива , включая такие загрязнители, как диоксид серы , оксид азота , оксид углерода , пыль и ртуть в угле . Гидроэнергетика также позволяет избежать опасностей, связанных с добычей угля, и косвенного воздействия угольных выбросов на здоровье.

Атомная энергия

По сравнению с ядерной энергетикой , строительство гидроэлектростанций требует изменения больших территорий окружающей среды, в то время как атомная электростанция занимает мало места, а отказы гидроэлектростанций унесли жизни на десятки тысяч больше людей, чем отказ любой атомной станции. [37] [48] [50] Создание плотины Гарнизон , например, потребовало земли коренных американцев для создания озера Сакакавеа, береговая линия которого составляет 2120 километров (1320 миль), и заставило жителей продать 94% своих пахотных земель. земли за 7,5 миллионов долларов в 1949 году. [51]

Однако ядерная энергетика относительно негибкая; хотя ядерная энергетика может достаточно быстро снизить ее мощность. Поскольку в стоимости ядерной энергетики преобладает ее высокая стоимость инфраструктуры, стоимость единицы энергии значительно возрастает при низком уровне производства. Из-за этого атомная энергия в основном используется для базовой нагрузки . Напротив, гидроэлектроэнергия может обеспечивать пиковую мощность при гораздо меньших затратах. Таким образом, гидроэлектроэнергия часто используется в качестве дополнения к ядерным или другим источникам для отслеживания нагрузки . Примеры стран, где они работают в паре примерно в соотношении 50/50, включают электросеть в Швейцарии , электроэнергетический сектор в Швеции и, в меньшей степени, на Украину и электроэнергетический сектор в Финляндии..

Ветровая энергия

Энергия ветра подвержена предсказуемым колебаниям в зависимости от сезона, но работает с перерывами.на ежедневной основе. Максимальная ветровая выработка мало связана с пиковым дневным потреблением электроэнергии, ветер может достигать пика ночью, когда электроэнергия не требуется, или быть спокойным днем, когда потребность в электроэнергии наиболее высока. Иногда погодные условия могут приводить к слабому ветру в течение нескольких дней или недель, гидроэлектростанция, способная хранить недели выработки, полезна для балансировки выработки электроэнергии в сети. Пиковая энергия ветра может быть компенсирована минимальной гидроэнергией, а минимальная энергия ветра может быть компенсирована максимальной гидроэнергетикой. Таким образом, легко регулируемый характер гидроэлектроэнергии используется для компенсации прерывистого характера энергии ветра. И наоборот, в некоторых случаях энергия ветра может использоваться для экономии воды для дальнейшего использования в засушливые сезоны.

В районах, где нет гидроэнергетики, гидроаккумуляторы выполняют аналогичную роль, но с гораздо более высокими затратами и на 20% меньшей эффективностью. Примером этого является торговля Норвегии со Швецией , Данией , Нидерландами и, возможно, с Германией или Великобританией в будущем. [52] Норвегия на 98% производит гидроэнергетику, в то время как ее равнинные соседи устанавливают энергию ветра.

Мировые гидроэнергетические мощности

Доля возобновляемых источников энергии в мире (2008 г.)
Тенденции в пятерке ведущих стран-производителей гидроэлектроэнергии
См. Также: Список стран по производству электроэнергии из возобновляемых источников и Стоимость электроэнергии по источникам
См. Также: Категория: Гидроэлектроэнергия по странам

Рейтинг гидроэнергетических мощностей осуществляется либо по фактическому годовому производству энергии, либо по установленной мощности. В 2015 году гидроэнергетика произвела 16,6% всей электроэнергии в мире и 70% всей возобновляемой электроэнергии. [1] Гидроэнергия производится в 150 странах, при этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2010 году было произведено 32 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2010 году было произведено 721 тераватт-час, что составляет около 17 процентов внутреннего потребления электроэнергии. . Бразилия , Канада , Новая Зеландия , Норвегия , Парагвай , Австрия , Швейцария , Венесуэла., и несколько других стран имеют большую часть внутреннего производства электроэнергии за счет гидроэлектроэнергии. Парагвай производит 100% электроэнергии за счет плотин гидроэлектростанций и экспортирует 90% своей продукции в Бразилию и Аргентину. Норвегия производит 96% электроэнергии из гидроэнергетических источников. [53]

Гидроэлектростанция редко работает на полную мощность в течение всего года; Соотношение между среднегодовой мощностью и установленной мощностью является коэффициентом мощности . Установленная мощность - это сумма всех номинальных мощностей генератора, указанных на паспортной табличке. [54]

Десять крупнейших производителей гидроэлектроэнергии по состоянию на 2014 год. [53] [55] [56]
СтранаГодовая
выработка гидроэлектроэнергии ( ТВтч )		Установленная
мощность ( ГВт )
Коэффициент мощности		% от общего
производства
 Китай10643110,3718,7%
 Канада383760,5958,3%
 Бразилия373890,5663,2%
 Соединенные Штаты2821020,426.5%
 Россия177510,4216,7%
 Индия132400,4310,2%
 Норвегия12931 год0,4996,0%
 Япония87500,378,4%
 Венесуэла87150,6768,3%
 Франция69250,4612,2%

Смотрите также

  • Гидротехника
  • Международные реки
  • Список проектов накопителей энергии
  • Перечень аварий ГЭС
  • Список крупнейших электростанций
  • Список тем о возобновляемых источниках энергии по странам
  • Списки гидроэлектростанций
  • Marine current power - электричество от морских течений
  • Переход на возобновляемые источники энергии

Рекомендации

  1. ^ а б http://www.ren21.net/wp-content/uploads/2016/06/GSR_2016_Full_Report_REN21.pdf
  2. ^ a b c d e Институт всемирного наблюдения (январь 2012 г.). «Использование и увеличение мощности глобальной гидроэнергетики» . Архивировано из оригинала на 2014-09-24 . Проверено 20 января 2012 .
  3. ^ Renewables 2011 Global Status Report, стр.25 , Hydropower , REN21 , опубликовано 2011, по состоянию на 19 февраля 2016 г.
  4. ^ Одна из старейших гидроэлектростанций в Европе, построенная на принципах Теслы , Исследования в истории машин и механизмов: Труды HMM2012, Теун Кётсьер и Марко Чеккарелли, 2012.
  5. ^ Максин Берг, Возраст производителей, 1700-1820: промышленность, инновации и работа в Великобритании (Routledge, 2005).
  6. ^ а б «История гидроэнергетики» . Министерство энергетики США.
  7. ^ a b c «Гидроэнергетика» . Водная энциклопедия.
  8. ^ Ассоциация промышленной археологии (1987). Обзор промышленной археологии, Том 10-11 . Издательство Оксфордского университета. п. 187.
  9. ^ «Гидроэнергетика - энергия падающей воды» . Clara.net.
  10. ^ "Закон о проекте каньона Боулдер" (PDF) . 21 декабря 1928 года. Архивировано из оригинального (PDF) 13 июня 2011 года.
  11. ↑ Эволюция Закона о борьбе с наводнениями 1936 г., Джозеф Л. Арнольд , Инженерный корпус армии США , 1988 г. Архивировано 23августа2007 г. в Wayback Machine
  12. ^ «Гидроэнергетика». Книга знаний . Vol. 9 (изд. 1945 г.). п. 3220.
  13. ^ "Плотина Гувера и озеро Мид" . Бюро мелиорации США.
  14. ^ a b «Основы возобновляемой энергии: гидроэнергетика» (PDF) . IEA.org . Международное энергетическое агентство . Архивировано из оригинального (PDF) 29 марта 2017 года . Проверено 16 января 2017 .
  15. ^ «гидроэлектроэнергия - объяснил» .
  16. ↑ Перекачиваемое хранилище, объяснение Архивировано 31 декабря 2012 г. в Wayback Machine
  17. ^ «Русловая гидроэлектростанция идет вместе с потоком» .
  18. ^ "Энергетические ресурсы: приливная сила" .
  19. ↑ Поуп, Грегори Т. (декабрь 1995 г.), «Семь чудес современного мира» , Popular Mechanics , стр. 48–56.
  20. ^ Обновление отчета о состоянии возобновляемых источников энергии в мире за 2006 г. Архивировано 18 июля 2011 г. на Wayback Machine , REN21 , опубликовано в 2006 г.
  21. ^ Обновление отчета о глобальном статусе возобновляемых источников энергии за 2009 г. Архивировано 18 июля 2011 г. на Wayback Machine , REN21 , опубликовано в 2009 г.
  22. ^ «Micro Hydro в борьбе с бедностью» . Tve.org. Архивировано из оригинала на 2012-04-26 . Проверено 22 июля 2012 .
  23. ^ "Pico Hydro Power" . T4cd.org. Архивировано из оригинала на 2009-07-31 . Проверено 16 июля 2010 .
  24. ↑ Роберт А. Хаггинс (1 сентября 2010 г.). Хранение энергии . Springer. п. 60. ISBN 978-1-4419-1023-3.
  25. ^ Герберт Сасскинд; Чад Дж. Расеман (1970). Комбинированное гидроаккумулирование и атомная энергетика . Брукхейвенская национальная лаборатория. п. 15.
  26. ^ а б Бент Соренсен (2004). Возобновляемая энергия: ее физика, инженерия, использование, воздействие на окружающую среду, экономика и аспекты планирования . Академическая пресса. С. 556–. ISBN 978-0-12-656153-1.
  27. ^ Геологическая служба (США) (1980). Профессиональная газета геологической службы . Типография правительства США. п. 10.
  28. ^ Гидроэнергетика - способ стать независимым от ископаемой энергии? Архивировано 28 мая 2008 года в Wayback Machine.
  29. ^ "За тремя ущельями в Китае" . Waterpowermagazine.com. 2007-01-10. Архивировано из оригинала 2011-06-14.
  30. ^ Ансар, Атиф; Flyvbjerg, Бент; Будзер, Александр; Ланн, Дэниел (март 2014 г.). «Стоит ли строить больше крупных плотин? Фактические затраты на развитие гидроэнергетического мегапроекта». Энергетическая политика . 69 : 43–56. arXiv : 1409,0002 . DOI : 10.1016 / j.enpol.2013.10.069 . S2CID 55722535 . SSRN 2406852 .  
  31. ^ http://hydropower-assets.s3.eu-west-2.amazonaws.com/publications-docs/iha_2018_hydropower_status_report_4.pdf pg16
  32. ^ «Гидроэнергетика» . IEA.org . Международное энергетическое агентство .
  33. ^ Rabl A .; и другие. (Август 2005 г.). «Заключительный технический отчет, версия 2» (PDF) . Внешние эффекты энергетики: расширение рамок бухгалтерского учета и приложений политики . Европейская комиссия. Архивировано из оригинального (PDF) 7 марта 2012 года.
  34. ^ a b «Внешние затраты электроэнергетических систем (формат графика)» . ExternE-Pol . Оценка технологий / GaBE ( Институт Пола Шеррера ). 2005. Архивировано из оригинала на 1 ноября 2013 года.
  35. ^ Wehrli, Бернхард (1 сентября 2011). «Наука о климате: возобновляемые, но не безуглеродные». Природа Геонауки . 4 (9): 585–586. Bibcode : 2011NatGe ... 4..585W . DOI : 10.1038 / ngeo1226 .
  36. ^ Аткинс, Уильям (2003). «Гидроэнергетика». Вода: наука и проблемы . 2 : 187–191.
  37. ^ a b Роббинс, Пол (2007). «Гидроэнергетика». Энциклопедия окружающей среды и общества . 3 .
  38. ^ "Проблемы седиментации с плотинами" . Internationalrivers.org . Проверено 16 июля 2010 .
  39. ^ Джон Макник и другие, Обзор эксплуатационного потребления воды и факторов изъятия для технологий производства электроэнергии , Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, Технический отчет NREL / TP-6A20-50900.
  40. ^ Патрик Джеймс, Х. Чансен (1998). «Обучение тематическим исследованиям в области заиливания и эрозии водохранилищ» (PDF) . Великобритания: Публикации ТЕМПУС. С. 265–275. Архивировано из оригинального (PDF) 02.09.2009.
  41. ^ Entürk, Fuat (1994). Гидравлика плотин и водохранилищ (справ. Ред.). Highlands Ranch, Colo .: Water Resources Publications. п. 375. ISBN 0-918334-80-2.
  42. ^ a b c Фрауке Урбан и Том Митчелл 2011. Изменение климата, стихийные бедствия и производство электроэнергии. Архивировано 20 сентября 2012 г., в Wayback Machine . Лондон: Институт зарубежного развития и Институт исследований развития.
  43. ^ «Преднамеренное затопление тропических лесов Бразилии ухудшает изменение климата» , Дэниел Гроссман, 18 сентября 2019 г., New Scientist ; получено 30 сентября 2020
  44. ^ "Отчет WCD Findal" . Dams.org. 2000-11-16. Архивировано из оригинала на 2013-08-21.
  45. ↑ Грэм-Роу, Дункан (24 февраля 2005 г.). «Раскрыта грязная тайна гидроэнергетики» . NewScientist.com .
  46. ^ " " Открытые заново "Лес и Тритон Пилафиш" . Жить. 2006-11-16.
  47. ^ "Брифинг Всемирной комиссии по плотинам" . Internationalrivers.org. 2008-02-29.
  48. ^ a b Ссылки можно найти в списке отказов плотин .
  49. ^ Брюэль, Франк. «Катастрофа Мальпассе в 1959 году» . Дата обращения 2 сентября 2015 .
  50. ^ a b Историческое место наводнения USGS в Токкоа , получено 2 сентября 2009 г.
  51. ^ Лоусон, Майкл Л. (1982). Падшие индейцы: план Пика-Слоуна и река Сиу Миссури, 1944–1980 . Норман: Университет Оклахомы Пресс.
  52. ^ «Норвегия - самая дешевая« батарея »в Европе » . SINTEF.no . 18 декабря 2014 г.
  53. ^ a b "Выпивка и чистка" . Экономист . 2009-01-22 . Проверено 30 января 2009 . 98-99% электроэнергии Норвегии вырабатывается гидроэлектростанциями.
  54. ^ Потребление BP.com [ мертвая ссылка ]
  55. ^ «Ключевая статистика мировой энергетики за 2015 г.» (PDF) . отчет . Международное энергетическое агентство (МЭА). Архивировано 4 марта 2016 года из оригинального (PDF) . Проверено 1 июня +2016 .
  56. ^ «Показатели 2009, Электроэнергетика страны» . Правительство Китая. Архивировано из оригинального 21 августа 2010 года . Проверено 18 июля 2010 года .

внешняя ссылка

  • Международная гидроэнергетическая ассоциация
  • Гидроэлектроэнергия в Керли
  • Национальная гидроэнергетическая ассоциация , США
  • Коалиция за реформу гидроэнергетики
  • Интерактивная демонстрация воздействия плотин на реки
  • Европейская ассоциация малой гидроэнергетики
  • IEC TC 4: Гидравлические турбины (Международная электротехническая комиссия - Технический комитет 4) Портал IEC TC 4 с доступом к области применения, документам и веб-сайту TC 4