Проектування малої гідростанції на Печенізькому водосховищі (стр. 6 из 11)
У районах нестійкого зволоження вплив регулювання річкового стоку водоймищами малих ГЕС більше відчутно. Виконуючи добове регулювання, малі ГЕС збільшують добову амплітуду коливання рівнів на низлежачій ділянці річки в межень. У цілому на межені середньодобові рівні низлежачої ділянки річки малі ГЕС значного впливу не роблять. Позитивна ж роль створення підпірних рівнів на малих річках певних розмірів доведена всім минулим досвідом спорудження мірошницьких гребель.
Втрати на випарювання з водоймищ змінюють природний водний баланс водотоку.
2.2 Зміна рівня ґрунтових вод
На відміну від питань природного утворення штучні водоймища в короткий термін порушують хід природного розвитку природних комплексів. У зоні водоймища в результаті підтоплення відбувається підвищення рівня ґрунтових вод, зміна їхнього режиму, хімічного складу, характеру живлення й состава ґрунтів, мікроорганізмів, рослинності. Розвиток підпору ґрунтових вод відбувається у дві стадії: інтенсивного (5-10 років) і вповільненого (15-20 років) підйому. Розміри підтоплення залежать від морфометрії річкової долини й висоти підпору. Для господарського освоєння підтоплює території, що, особливо для рівнинних рік, необхідно в проекті ГЕС передбачати спеціальні меліоративні заходи - дренаж, підсипання території, підбор состава сівозмін й інше.
2.3 Зміна мікроклімату прибережної зони
Зі створенням водоймищ у прибережній зоні відбувається й зміна радіаційного балансу, температури й вологості повітря, вітрового режиму й опадів. Ці зміни залежать від розмірів (площі, протяжності, обсягу) водоймища, особливостей навколишньої природи. Водоймище впливає як охолоджуюче (більш довгостроково), так і отепляючи. Результати досліджень на водоймищах Рачунської, Саковщинської й інших малих ГЕС показали, що зона їхнього прямого впливу на мікроклімат їхньої прибережної території в холодний період займає всього 250-300 м, у період потепління 25-50 м. При площі водойми до 60-70 км2 й обсязі до 250 млн. м3 зона прямого впливу зростає до 100-250 м у період потепління. На відкритих, не зайнятих лісом ділянках ця зона може збільшитися.
Зі створенням водоймищ можуть відбутися деякі зміни у вітровій діяльності. У районі акваторії можуть змінитися напрямок вітру і його швидкість, що варто враховувати при розрахунках хвильового режиму.
Регулювання стоку водоймищами малих ГЕС змінює режим річки в нижньому б'єфі, що має деякі наслідки. При добовому й тижневому регулюванні стоку постійні коливання рівнів води в нижньому б'єфі підсилюють деформацію берегів на ділянках річки, особливо в перші роки. Надалі ці процеси загасають.
Сезонне регулювання стоку приводить до скорочення розмірів заплави й тривалості її затоплення, що поряд з позитивним ефектом у боротьбі з паводками ускладнює сільськогосподарське використання заплави - скорочуються площі заливних лугів.
У нижньому б'єфі малих ГЕС відбувається також активізація руслових процесів - безпосередньо за греблею розмиви русла і його поглиблення, на низлежачій ділянці русла утворення зони акумуляції наносів.
Змінюється й температура води в ріці нижче греблі - узимку вона підвищується, улітку знижується. Зміни термічного режиму в нижньому б'єфі залежать від глибини й обсягу водоймища, району його розміщення. Однак для малих водоймищ зміни термічного режиму в нижньому б'єфі несуттєві.
Дослідженнями [5] на Осиновичській малій ГЕС встановлено, що малі водоймища виконують роль біологічного очисного спорудження й сприяють збільшенню змісту у воді нижнього б'єфа кисню, азоту, зменшенню змісту вуглекислоти. Поліпшенню кисневого режиму сприяє й аерація води при проходженні через гідротурбіну. Підвищення змісту кисню у воді нижче малих ГЕС поліпшує умови перебування риб, зменшуючи шкідливий вплив на них, знижуючи зимові й літні замори.
Накопичуючи значне число біогенних елементів, водоймища малих ГЕС на навколишнє середовище впливає так багатообразно, що облік всіх факторів представляється досить складним. Як показує обстеження багатьох водоймищ, їхній вплив у цілому позитивний.
2.4 Використання водоймищ малих ГЕС
Обстеження малих ГЕС показало, що їхні водоймища мають різне й, як правило, комплексне призначення.
Досвід показує, що характер використання малих водоймищ у процесі експлуатації змінюється. Так, багато водоймищ споконвічно винятково енергетичного призначення згодом його втратили, тобто ГЕС при них були ліквідовані, але різко зросла їхня роль як об'єктів рекреації, водопостачання, рибництва, транспорту. Зараз поставлене завдання максимально широкого енергетичного використання водоймищ, створених для інших цілей й у першу чергу для зрошення. Усе більше важливого значення набуває рекреаційне використання малих водоймищ. На них створюються санаторії, зони й бази відпочинку, туристські й спортивні комплекси й т.д.
Комплексне використання водоймищ малих ГЕС - одне з найважливіших рішень, правильна розробка якого дозволить підвищити економічну ефективність як раніше побудованих, так і знову намічуваних до будівництва ГЕС.
Водоймища малих ГЕС, впливаючи на природу, самі піддаються впливу навколишнього середовища. Будучи малими, вони більш чутливі до антропогенного навантаження, особливо до забруднення елементами, що не піддаються процесам біологічного самоочищення. Відомі приклади, коли всього одне промислове підприємство своїми скиданнями вод робило неприйнятним комплексне використання малого водоймища. Тому санітарній охороні малих водоймищ варто приділяти особливу увагу при проектуванні малих ГЕС.
3. Мала гідроенергетика
Термін "гідроенергетика" визначає область енергетики, що використовує енергію води, що рухається, як правило, річок. Ця енергія перетворюється або в механічну, або найчастіше в електричну. Крім гідроенергетики водними джерелами енергії є морські хвилі й припливи.
Гідроенергетика є найбільш розвиненою областю енергетики на відновлюваних ресурсах. Важливо відзначити, що відновлюваність гідроенергетичних ресурсів також забезпечується енергією Сонця. Дійсно, річки являють собою потоки води, що рухаються під дією сили ваги з більш високих на поверхні Землі місць у більш низькі й, зрештою, упадають у Світовий океан. Під дією сонячного випромінювання вода випаровується з поверхні Світового океану, пара її піднімається у верхні шари атмосфери, конденсується в хмари, і випадає у вигляді дощу, поповнюючи виснажені джерела рік (мал. 3.1). Таким чином, використана енергія рік є перетвореною в механічну енергією Сонця.
Рисунок 3.1 – Схема перетворення сонячної енергії в гравітаційну потенційну енергію води
Часто буває, що в силу тих або інших змін атмосферних умов цей кругообіг порушується, річки міліють або навіть повністю висихають. Іншим крайнім випадком є порушення цього кругообігу, що приводить до повеней.
Гідроелектростанції і їхнє устаткування використовуються дуже довго, турбіни, наприклад, близько 50 років. Це пояснюється умовами їхньої експлуатації: рівномірний режим роботи при відсутності екстремальних температурних і інших навантажень. Внаслідок цього вартість виробляємої на ГЕС електроенергії низка й багато які з них працюють із високим економічним ефектом. Наприклад, Норвегія робить 90% електроенергії на ГЕС. Виробляєму ГЕС енергію дуже легко регулювати, що важливо при її використанні в енергосистемах з більшими коливаннями навантаження.
Найбільш складними проблемами гідроенергетики є: збиток, який наноситься навколишньому середовищу (особливо від затоплення великих площ при створенні водоймищ), замулювання гребель, корозія гідротурбін і в порівнянні з тепловими електростанціями більші капітальні витрати на їхнє спорудження. Тому особливо перспективним у цей час є використання гідроенергетичних ресурсів малих рік без створення штучних водоймищ.
Оцінка потужності водного потоку. Нехай Q обсяг води, що надходить у робочому органі гідроенергетичної установки в одиницю часу (витрата, вимірювана в м³/с), H - висота падіння рідини (напір, вимірюваний у метрах), ρ - щільність води (кг/м³), g - прискорення сили ваги (9,8 м/с²). Тоді потужність водного потоку Р - визначається по формулі:
(3.1)Основним робочим органом гідроенергетичних установок, безпосередньо перетворюючих енергію води, що рухається, у кінетичну енергію свого обертання, є гідротурбіни, які підрозділяються на:
1) активні гідротурбіни, робоче колесо яких обертається у повітрі потоком, що натікає на його лопатки потоком води;
2) реактивні гідротурбіни, робоче колесо яких повністю занурено у воду й обертається в основному за рахунок різниці тисків перед і за колесом.
В активній гідротурбіні водний потік перед турбіною за допомогою водовода й сопла формується в струмінь, що направляється на ковші, розташовані на ободі колеса, приводячи його в обертання.
При швидкості потоку води 1,0 м/с енергетична щільність приблизно оцінюється в 500 Вт/м² (при поперечному розрізі ріки). Але для найменших гідроустановок тільки 60% енергії може бути теоретично отримано, тому їхня ефективність рідко досягає 50%, тобто реально використовується тільки 250 Вт/м² енергії за допомогою використання реального потоку води. Потужність, отримана від використання потоку води, пропорційна кубу швидкості води. Якщо швидкість потоку становить 2 м/с, то щільність повинна піднятися до 2000 Вт/м² і так далі.
У цей час використовуються наступні типи турбін:
1) Турбіна Пелтона (Pelton turbine РТ);
2) Турбіна Франциска (Francis turbine РТ);
3) МВТ Турбіна (Michel-Banki turbine);