Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гидроэнергетика с низким напором относится к развитию гидроэнергетики, где напор обычно составляет менее 20 метров, хотя точные определения различаются. [1] Напор - это высота по вертикали, измеренная между уровнем воды в водозаборе и уровнем воды в точке сброса. Использование только небольшого напора в реке или приливных потоках для производства электроэнергии может обеспечить возобновляемый источник энергии, который окажет минимальное воздействие на окружающую среду. Поскольку вырабатываемая мощность (рассчитывается так же, как и для общей гидроэнергетики ) является функцией напора, эти системы обычно классифицируются как малые гидроэлектростанции с установленной мощностью менее 5 МВт.

Сравнение с обычной гидроэлектростанцией [ править ]

В большинстве современных гидроэлектростанций используется большой гидравлический напор для привода турбин для выработки электроэнергии. Гидравлический напор либо возникает естественным образом, например, водопад, либо создается путем строительства плотины в речной долине, создавая водохранилище . Использование контролируемого выпуска воды из резервуара приводит в движение турбины. Затраты и воздействие на окружающую среду строительства плотины могут сделать традиционные гидроэнергетические проекты непопулярными в некоторых странах. С 2010 года появились новые инновационные экологически безопасные технологии, которые стали экономически выгодными.

Установка [ править ]

В гидроэнергетике с низким напором существует несколько стандартных ситуаций:

Русло реки : Малая гидроэнергетика с низким напором может вырабатываться из рек, которые часто называют русловыми или русловыми проектами. Подходящие места включают плотины, ручьи, шлюзы, реки и водостоки. Плотины распространены в реках по всей Европе, а также в реках с канализацией или волнами. Для выработки значительной мощности из мест с низким напором с использованием традиционных технологий обычно требуется большой объем воды. Из-за низкой скорости вращения требуются редукторы для эффективного привода генераторов, что может привести к созданию большого и дорогостоящего оборудования и гражданской инфраструктуры.

Энергия приливов и отливов: в сочетании с лагуной или плотиной приливы можно использовать для создания перепада высоты. Самый большой диапазон приливов и отливов находится в заливе Фанди , между канадскими провинциями Нью-Брансуик и Новая Шотландия, Канада, который может достигать 13,6 м. Первая установка прилива была открыта в 1966 году в ЛеРанс, Франция.

Низконапорные накопители морской воды с перекачкой: в настоящее время очень низкие уровни TRL, но в ближайшее десятилетие эти технологии могут стать частью энергетической системы.

Динамическая приливная энергия : Другой потенциально многообещающий тип гидроэнергетики с низким напором - это динамическая приливная энергия, новый и неприменимый метод извлечения энергии из приливных движений. Несмотря на то, что требуется структура, похожая на плотину, никакая территория не огорожена, и, следовательно, большая часть преимуществ «бесплотинной гидроэнергетики» сохраняется, обеспечивая при этом огромное количество выработки электроэнергии.

Гидравлическую систему с низким напором не следует путать с технологиями «свободного потока» или «потока», которые основаны исключительно на кинетической энергии и скорости воды.

Типы низконапорных турбин [ править ]

Основная статья: Водяная турбина

Турбины, подходящие для использования в приложениях с очень низким напором, отличаются от турбин Фрэнсиса, пропеллера, Каплана или Пелтона, используемых в более традиционных крупных гидроэлектростанциях. Различные типы турбин с низким напором:

  • Турбина с усовершенствованной системой Вентури : в турбинах этого типа используются принципы Вентури для достижения усиления давления в турбине, так что меньшие, более быстрые турбины без редуктора могут быть развернуты в гидроустановках с низким напором без необходимости в большой инфраструктуре или больших водотоках. Вода, проходящая через трубку Вентури (сужение), создает зону низкого давления. Турбина, нагнетаемая в эту область низкого давления, затем испытывает более высокий перепад давления, то есть более высокий напор. [2]Только ок. 20% потока проходит через пропеллерную турбину и, следовательно, требует фильтрации, но рыба и водные организмы могут безопасно проходить через трубку Вентури (80% потока), что исключает необходимость в больших экранах. Турбины Вентури могут использоваться при малых напорах (1,5–5 метров) и от средних до высоких (1–20 м3 / с). Параллельно можно установить несколько турбин.
  • Винт Архимеда : вода подается в верхнюю часть винта, заставляя его вращаться. Затем вращающийся вал можно использовать для привода электрогенератора. Коробка передач требуется, так как частота вращения очень низкая. Винт используется при малых напорах (1,5–5 метров) и средних и высоких расходах (от 1 до 20 м3 / с). Для более высоких потоков используются несколько шнеков. Из-за конструкции и медленного движения лопастей турбины турбина имеет тенденцию быть очень большой, но считается благоприятной для водных животных.
  • Турбина Каплана : Эта турбина представляет собой турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопастями для достижения эффективности в широком диапазоне напора и расхода. Каплан может использоваться при низком и среднем напоре (1,5–20 метров) и от среднего до высокого (3–30 м3 / с). Для более высоких расходов можно использовать несколько турбин. Они представляют опасность для водных организмов и в большинстве ситуаций требуют полной проверки.
  • Турбины с поперечным потоком : также известные как турбины Банки-Митчелла или Оссбергера, эти устройства используются для большого диапазона гидравлических напоров (от 2 до 100 метров) и расходов (от 0,03 до 20 м³ / с), но более эффективны для малых головки и маломощные выходы. Они считаются «импульсными» турбинами, поскольку они получают энергию от воды за счет уменьшения ее скорости (вся гидравлическая энергия преобразуется в кинетическую энергию). Они представляют высокий риск для водных организмов и требуют полной проверки.
  • Водяные колеса : Водяные колеса могут использоваться при малых напорах (1–5 метров) и средних расходах (0,3–1,5 м3 / с) и считаются безопасными для водных организмов.
  • Электростанция гравитационного водяного вихря : Этот тип гидроэлектростанции использует силу гравитационного водяного вихря, который существует только при низком напоре.

Воздействие на окружающую среду низкой головки гидроэнергии [ править ]

Был поднят ряд опасений по поводу воздействия на окружающую среду речных и приливных устройств. Среди наиболее важных из них:

  • Водная жизнь. Высказывались опасения по поводу опасности вращения лопастей для водных организмов, например тюленей и рыб. Установки в водотоках могут быть экранированы, чтобы гарантировать, что морские обитатели не соприкасаются с какими-либо движущимися частями. После обширных испытаний и аудита со стороны экологических регуляторов технология может получить сертификат, подтверждающий, что она безопасна для смолтов, взрослых рыб, угрей и морских экосистем. [3]
  • Батиметрия. Изменяя характер волн и приливные течения, устройства, несомненно, будут влиять, например, на отложение наносов. Проведенные на сегодняшний день исследования, по-видимому, указывают на то, что последствия не будут значительными и даже могут быть положительными, например, за счет помощи в замедлении береговой эрозии. (Это особенно уместно в свете свидетельств того, что в недавнем прошлом размер волн неуклонно увеличивался.) Море в подветренной части устройств почти наверняка будет спокойнее, чем обычно, но, как предполагалось, это поможет создать больше зоны для занятий водными видами спорта или яхтинга.
  • Пейзаж . В реках или аналогичных водотоках чувствительные экологические параметры могут затруднить получение разрешений на планирование гидроэнергетических установок. Крупная инфраструктура и видимая над водой инфраструктура, такая как винтовые системы Архимеда и машзала, могут вызвать возражения. Кроме того, вибрации и уровни шума от коробок передач могут вызывать проблемы с окружающей средой из-за опасного воздействия на местных диких животных, таких как выдры или птицы (например, в Balmoral Estate, Шотландия [4] ). Основное воздействие, вероятно, будет от протяженных линий электропередачи, необходимых для передачи энергии от береговой линии конечным потребителям. Эту проблему придется решать, возможно, с помощью подземных линий электропередачи.

Плотины и набережные исторически использовались для управления водными ресурсами и для транспортировки вверх по течению реки. Плотины и гребни могут иметь негативное влияние на батиметрию реки и препятствовать миграции рыб вверх по течению, что повлияет на местную экологию и уровень воды. Путем установки гидроэнергетических турбин с низким напором на исторические сооружения можно увеличить перенос наносов вместе с новыми путями миграции рыбы либо через саму турбину, либо путем установки рыбных трапов.

Там, где не очищаются большие участки, «растительность, подавленная подъемом воды, разлагается с образованием метана - парникового газа гораздо хуже, чем углекислый газ», особенно в тропиках. Низконапорные плотины и плотины не выделяют вредный метан. Волны, а также плотины препятствуют переносу ила (наносов) вниз по течению для удобрения полей [5] и перемещения наносов к океанам.

Гидроэлектростанции с низким напором обычно устанавливаются вблизи районов, где необходима энергия, что исключает необходимость в крупных линиях электропередачи.

Реализация и правила [ править ]

Правительственное постановление [ править ]

Большая часть государственного регулирования связана с использованием водных путей. Большинство систем водяных турбин с низким напором представляют собой меньшие инженерные проекты, чем традиционные водяные турбины. Тем не менее, перед внедрением этих систем необходимо получить разрешение от государственных и федеральных правительственных учреждений [1] . Некоторые из ограничений, с которыми сталкиваются эти системы на более крупных водных путях, заключаются в том, чтобы гарантировать, что водные пути все еще могут использоваться для лодок, и гарантировать, что маршруты миграции рыбы не будут нарушены.

Государственные субсидии [ править ]

Субсидии правительства США для реализации малых гидроэнергетических объектов легче всего получить через федеральные гранты, а именно гранты на зеленую энергию [2] . Конкретным примером является налоговая скидка на производство возобновляемой электроэнергии. Это федеральный налоговый кредит, направленный на продвижение возобновляемых источников энергии. Для этого гидроисточник должен иметь минимальную мощность 150 кВт. Эта субсидия предоставляется на первые десять лет производства. Организации получают 0,011 доллара США за кВтч. [3] . Для гидроэнергетических проектов срок действия этой субсидии истек 31 декабря 2017 г. [4] .

Общественное мнение [ править ]

Поскольку они являются устойчивыми источниками энергии, не наносят вреда источникам воды, которые они используют, и визуально не вызывают раздражения, они хорошо известны в общественной сфере [5] [ постоянная мертвая ссылка ] . Тем не менее, об этих системах мало известно общественности и промышленности, поскольку они все еще проходят испытания, чтобы «ответить на вопросы реального мира». [6] Таким образом, сторонники и производители этих систем пытались сделать их достоянием общественности [6]

См. Также [ править ]

  • Проект Eaton Socon по усовершенствованной технологии турбины с технологией Вентури
  • Орионская водяная мельница
  • Зеленая сила
  • Демонстрационный проект Race Rocks Tidal Power
  • Гидроэнергетика
  • Микро-гидро
  • Возобновляемая энергия
  • Русловая гидроэлектростанция

Ссылки [ править ]

  1. ^ http://www.expertglossary.com/water/definition/low-head-hydroelectric
  2. ^ "Возобновляемая энергия VerdErg" . VerdErg Возобновляемая энергия .
  3. ^ «Испытание на выживаемость рыбы по« усовершенствованной турбинной технологии Вентури » » (PDF) . VerdErg Возобновляемая энергия .
  4. ^ "Гидравлический план Балморал сталкивается с препятствием при планировании" . BBC News . 2018-02-27 . Проверено 2 июля 2020 .
  5. ↑ Иванов, II; Иванова Г.А.; Кондратьев, В.Н. Полинковский И.А. (1991-01-01). «Повышение эффективности малых гидроэлектростанций». Гидротехническое строительство . 25 (1): 1–4. DOI : 10.1007 / BF01428128 . ISSN 1570-1468 . S2CID 108957913 .  
  6. ^ Sofge, Erik (1 октября 2009). «Подводные ветряные турбины Tap River Energy» . Популярная механика .
  • (2009). Новости альтернативной энергетики. Проверено 3 марта 2009 г., веб-сайт: http://www.alternative-energy-news.info/technology/hydro/
  • (2008, янв). AE Hydro Power. Проверено 2 марта 2009 г., веб-сайт: http://www.alternative-energy-news.info/renewable-energy-from-slow-water-currents/

Лам, Тина

  • (2009, 25 января). Ученые используют речные течения для создания чистой энергии. Получено 2 марта 2009 г. с веб-сайта Physorg.com: http://www.physorg.com/news152115803.html
  • (2008, 11 апреля). Превращение речных течений в чистое электричество. Получено 2 марта 2009 г. с веб-сайта группы CNW: http://www.newswire.ca/en/releases/archive/April2008/11/c4718.html

Фэрли, Питер

  • (2007, 23 апреля). Приливные турбины помогают осветить Манхэттен. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта TEchnology Review: http://www.technologyreview.com/Energy/18567/?a=f
  • (2008, 28 января) Олден содействует развитию гидрокинетической турбины в свободном потоке энергии. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта Alden News: http://www.aldenlab.com/index.cfm/News?NID=141.
  • (2001, 30 апреля). Наука и технологии - седьмой отчет. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта публикаций и записей Палаты общин: https://web.archive.org/web/20080509094036/http://www.par Parliament.the-stationery-office.co.uk/pa/ см200001 / смselect / cmsctech / 291 / 29102.htm
  • Харви, А, и Браун, А (1992). Руководство по проектированию микрогидроэлектростанций. Стокгольм: ITDG Publishing.
  • Кертис, Дэн (1999). По течению: маломасштабная гидроэнергетика. КОТ.

Внешние ссылки [ править ]

  • https://web.archive.org/web/20101129052257/http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/Hydro_index.shtml#Regulation
  • http://tonto.eia.doe.gov/energy_in_brief/energy_subsidies.cfm
  • http://www.cascade-environmental.ca/files/Achieve_Business_Exellence_May_2009.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]
  • http://www.microhydropower.com/
  • https://web.archive.org/web/20130317000437/http://www.dsireusa.org/incentives/incentive.cfm?Incentive_Code=US13F
  • http://amppartners.org/pdf/project-reports/November_2011_Phase_1.pdf [ постоянная мертвая ссылка ]