Содержание
1. Гидроэнергетика Украины
2. Анализ эффективности малой гидроэнергетики
3. Аккумулирующие гидроэлектростанции
4. Плотины
1. Гидроэнергетика Украины
Гидроэнергетика Украины началась с сооружения наибольшей в Европе Днепровской ГЭС - 560 МВт (1927г. - начало строительства, 1932г. - введенная в эксплуатацию). В состав сооружения входили здания ГЭС с девятью агрегатами.
Концентрация мощностей в процессе развития энергетики привела к строительству преимущественно мощных ГЭС. Из ГЭС средней мощности была сооружена лишь Теребле-Рикская (27 МВт, 1955г.) - чрезвычайно интересная ГЭС, где задействовано процедуру перебрасывания стока р.Теребля в р.Реку.
Здесь используется разность имеющихся природных уровней рек Теребля и Реки, составляющая 200 м в том месте, где эти реки сближаются на расстоянии 3,5 км.
В период с 1955г. началось освоение гидропотенциала р.Днепр - сооружение ГЭС Днепровского каскада. Обобщенные энергетические показатели Днепровских ГЭС приведенные в табл. 1. Сегодня начался важный процесс реконструкции этих ГЭС. По всей видимости, все ГЭС, кроме Каховской (периодически-полупиковый объект), являются пиковыми электростанциями.
В 1983г. введена в эксплуатацию Днестровская ГЭС. Установленная мощность Днестровской ГЭС - 702 Мвт, среднее многолетнее (проектное) производство электроэнергии составляет 800 млн. квт*ч, расчетный напор - 55 м, число часов использования мощности по проекту - 1140 часов, то есть это чисто остропиковая электростанция. Данная электростанция имеет характер горной, поэтому площадь затопления земель под водохранилищем составляет лишь 14,2 тыс. га (буферное водохранилище - 1,04 тыс. га).
ГЭС, в зависимости от водности, вырабатывали в последние годы 14-16 % электроэнергии в энергообъединении. Себестоимость электроэнергии на больших ГЭС составила, например, в 1998р. 0,59 коп./квт*ч. Ясно, что именно ГЭС сдерживают возрастания тарифов. Причем следует иметь в виду, что в структуре себестоимости плата за водопользование составляет 31 % (одна и та же вода проходит через все ГЭС Днепровского каскада и оплачивается многократно), а затраты на заработную плату в структуре себестоимости крайне маленькие.
Уровень освоения гидропотенциала больших рек практически исчерпан. В последние годы использования технического гидропотенциала больших рек в Украине превышало 60 %. Доиспользование потенциала р.Днестр требует серьезных экологических исследований и обоснований (кроме верховья). Усложняет эту работу новое межгосударственное значение речки.
Известно, что для энергообъединений с относительно малой удельной частицей в структуре мощностей ГЭС и преобладающим развитием низкоманевровых пилеугольной блочной теплоэнергетики и атомных электростанций необходимым является сооружение специальных пиковых энергообъектов. Понимание важности решений проблемы покрытия пиковых мощностей специальными способами (кроме широкого использования потребителей-регуляторов на основе многозонных тарифов) было присуще энергообъединению Украины. Еще в 1975г. введена первая в СССР гидроаккумулирующая электростанция - Киевская ГАЭС мощностью 225 Мвт. Ее характеристики:
· полный объем верхнего водохранилища - 4,79 млн. м3;
· полезный объем - 3,79 млн. м3;
· площадь верхнего водохранилища - 60 га (нижнее - водохранилище Киевской ГЭС);
· средний напор воды Нср = 70 г (65-74 м);
· мощность ГАЭС в турбинном режиме составляет 225 МВт;
· на станции установлены три вращающихся агрегата единичной мощности в насосном режиме 43 МВт (после модернизации 43,5 МВт), в турбинный - 33,4 МВт (после модернизации 37,0 МВт);
· мощность трех прямых агрегатов составляет по 41,5 Мвт.
Украинское энергомашиностроение справилось с задачей создания первых обратных гидромашин. Приобретен опыт их проектирования и эксплуатации. При создании гидрооснащения решены сложные вопросы разработки проточной части насосов-турбин и реверсивных подпятников с нулевым эксцентриситетом.
Киевская ГАЭС стала крупномасштабной моделью для всесторонних исследований. Выполнены исследования свойств усталости металлов вращающихся узлов в зависимости от влияния интенсивных вибрационных нагрузок, прочности узлов (крышки турбины и турбинного подшипника), вибрации лопаток направляющего аппарата, системы отжима воды и выпуска воздуха при пуске в насосный режим. Проведен комплекс исследований переходных процессов при пусках и переведении в разные режимы, остановках, потере привода. Отработан двухтактный и более режим эксплуатации. Опыт эксплуатации и накопленные исследовательские наработки в будущем будут оказывать содействие внедрению мощных ГАЭС (сооружаются Днестровская и Ташликская, начато строительство, но законсервировано, Каневской ГАЭС).
В 20-30-тые годы началось массовое развитие малой гидроэнергетики. Так, в 1924 г. в Украине эксплуатировалось 84 малых гидроэлектростанций (МГЭС) (суммарная мощность 4000 квт, средняя мощность 47,6 квт), а до 1929 г. их было уже 150 (суммарная мощность 8400 квт, средняя мощность 56 квт). Среди них достаточно мощной была Бузская (введенная в эксплуатацию в 1929г., мощность 570 квт), Вознесенская (1929г., 840 квт), Сутиская (1927г., расширенная в 1935г. до 1000 квт). В 1935 - 1937гг. из известных введены в эксплуатацию Шумская (120 квт), Потуская (32 квт), Писаревская (160 квт), Белоусовская (88 квт), Березовская (108 квт), Клебанская (64 квт) и много других МГЭС.
В 1934 г. сооружена Корсунь-Шевченковская станция (1650 квт), которая была одной из самых совершенных МГЭС и стала основой первой в Украине и в СССР местной Корсунь-Шевченковской сельской энергосистемы с очень высокими для того времени экономическими показателями (существовала до 1957г.). В её состав вошли и работали параллельно еще Юрковская ПТЭС (2000 квт), Стеблевская ГЭС (2800 квт), Дибненская ГЭС (560 квт).
В 1950 г. по данным "Укргидропроект" в Украине эксплуатировалось 956 МГЭС, но потом их строительство было приостановлено.
С развитием мощного гидроэнергостроительства, сооружением больших ТЭС, возрастанием централизации энергоснабжение, а также низкими ценами на топливо и электроэнергию у ведомств и предприятий, на балансе которых находились МГЭС, интерес к ним исчез, началась их консервация и стихийный демонтаж. В значительной мере утрачен опыт проектирования, производства оборудования и сооружения. Сотни МГЭС были заброшены и постепенно разрушались, сносилось основное оборудование, когда-то сооруженные плотины или разрушены, или находятся в аварийном состоянии.
Как следствие, сегодня гидроэнергетика не полностью удовлетворяет потребности энергосистем в пиковой и полупиковой мощности вследствие недостаточной мощности на гидро- и гидроаккумулирующих электростанциях (ГЭС и ГАЭС), а также ограничений, которые накладывают другие области водохозяйственного комплекса.
Необходимо заметить, что вопрос продолжения строительства больших ГЭС еще требует значительных доработок, связанных с экологическими последствиями их эксплуатации, а также с учетом ограничения строительства атомных электростанций (АЭС) и широким внедрением парогазовых установок.
До 2015 г. установленная мощность ГЭС и ГАЭС Украины должна быть доведена до 14,5 млн. квт, а изготовление электроэнергии - до 17 млрд. квт*ч за счет сооружения Унизской ГЭС на р.Днестр, ГЭС и ГАЭС в Закарпатье в составе энергокомплексов и сооруженных в отдельности ГАЭС, а также путем строительства средних, малых и микроГЭС. Некоторое увеличение производства электроэнергии предполагается за счет реконструкции и модернизации существующих объектов гидроэнергетики, а также привлечения ресурсов малых и средних рек. Должны быть проведены разработки по преобразованию некоторых существующих ГЭС в ГАЭС, что разрешит значительно увеличить регулирующую мощность относительно существующей.
По принятой классификации к малым формам гидроэнергетики относят микро- (до 100 квт), мини- (до 1000 квт) и малые ГЭС (до 25 мвт).
Опыт сооружения малых ГЭС в США и Германии подтверждает, что при обоснованном их сооружении природная среда не только сохраняется, но и возможно воспроизведение ранее утраченных условий биологической жизни. Малое гидростроительство может стать одним из средств воспроизведения гидрологического состояния водных ресурсов, которые гибнут.
Освоение производства лишь трех типоразмеров турбин (25 - 100, 120 - 170, 200 - 300 квт на напор 5-15 м) обеспечивает половину потребности в них для малых ГЭС
Основными предпосылками гидроаккумулирования электроэнергии является потребность в маневренной мощности для покрытия пиков нагрузки и компенсации ее краткосрочных изменений, уплотнении нагрузки с использованием дешевой ночной энергии, увеличении мощности и времени использование базовых электростанций, экономии топлива в энергосистеме.
Экономия топлива при использовании ГАЭС достигается за счет догрузки теплового оборудования для зарядки ГАЭС. При этом потребляется меньше топлива, чем для производства пиковой электроэнергии на ТЭС или газотурбинной станции. Кроме того, режим ее зарядки оказывает содействие введению в эксплуатацию базовых электростанций, которые будут вырабатывать энергию с меньшими удельными затратами топлива.
2. Анализ эффективности малой гидроэнергетики
Значительные энергетические ресурсы малых рек (общие - 2300...2400 МВт, технические - 1600...1700 МВт, первоочередные - 600...700 МВт) практически не используются. Расчеты показывают, что развитие малой гидроэнергетики в Украине обеспечит надежное энергоснабжение потребителей промышленного и жилищно-коммунального хозяйства сел и районных центров, интенсивное развитие сельского хозяйства, улучшит состояние социальной сферы и экологии. Для регионов Западной Украины внедрение МГЭС внесёт значительный вклад у энергообеспечение.
Для малой гидроэнергетики характерна высокая надежность и гарантийность, экономическая конкурентоспособность, наличие водохранилищ, высокие экологические свойства, заинтересованность местных органов власти и населения.