Гидроэнергетика — отрасль энергетики, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергии водного потока в электрическую энергию.
ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения» определяет гидроэнергетику как раздел энергетики, связанный с использованием механической энергии водных ресурсов для получения электрической энергии.
Оборудование
правитьЭлектрическая энергия вырабатывается электрогенераторами на:
- Гидроэлектростанция (ГЭС) (в том числе малая гидроэлектростанция)
- Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС)
Специфическое место в возобновляемых источниках энергии вообще и гидроэнергетике, в частности, занимают электростанции, использующие энергию приливов, отливов и океанских течений. Установленная мощность этих электростанций на конец 2018 года 519 МВт
Ключевым понятием в гидроэнергетике является гидроэнергетический потенциал. В соответствии с определениями WEC (World Energy Council) гидроэнергетический потенциал классифицируется на валовой теоретический гидроэнергопотенциал, общий технический гидроэнергопотенциал и экономический гидроэнергопотенциал.[1][2]
Диапазон изменения гидроэнергопотенциала существенно отличается по регионам и странам мира. Так, в соответствии с данными EES EAEC[3], в регионах мира максимальный теоретический гидроэнергетический потенциал в Азии и Океании (15606 ТВт∙ч/год) и минимальный на Ближнем Востоке (690 ТВт∙ч/год).
Для крупных стран мира различие превышает два порядка, а именно: Китай — 6083 ТВт∙ч/год (максимальный) и Южная Корея — 52 ТВт∙ч/год (минимальный).
Гидроэлектростанции
правитьГидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, преобразующая механическую энергию воды в электрическую энергию.[1]
В структуре установленной мощности электростанций регионов мира на конец 2018 года на долю ГЭС приходится от 5,2 % на Ближнем Востоке до почти 51 % в Центральной и Южной Америке. Диапазон изменения этой доли в структуре установленной мощности крупных стран, например, Бразилии — доля ГЭС достигает 63,7 %, а в Саудовской Аравии ГЭС отсутствуют. Наибольший удельный вес ГЭС в странах мира (179 стран), составляющий практически 100 % приходится на Парагвай, где установленная мощность-нетто всех электростанций 8761 МВт, в том числе ГЭС — 8760 МВт.
На конец 2018 года установленная мощность ГЭС мира составляет — 1283,4 ГВт, включая ГАЭС.
Гидроаккумулирующие станции
правитьПод гидроаккумулирующей станцией (ГАЭС) понимается комплекс сооружений и оборудования, выполняющий функции аккумулирования и выработки электрической энергии путем накачки воды из нижнего бассейна в верхний (насосный режим) и последующего преобразования потенциальной энергии воды в электрическую энергию (турбинный режим)[4]. В соответствии с глоссарием EIA к ГАЭС (Pumped-storage hydroelectric plant) относят электростанции, использующие предварительно закаченную воду в верхний бассейн из нижнего в период провала графика нагрузок и вырабатывающие электрическую энергию в период максимума нагрузок[5].
На конец 2018 года установленная мощность ГАЭС мира — 109,1 ГВт
Преимущества и недостатки
правитьВ разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Преимущества:
- использование возобновляемой энергии;
- очень дешевая электроэнергия;
- работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;
- быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции;
- смягчение климата вблизи крупных водохранилищ.
Недостатки:
- затопление населенных пунктов и сельскохозяйственных земель;
- строительство экономически целесообразно только там, где есть большие запасы энергии воды;
- опасны в районах с высокой сейсмической активностью;
- сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10—15 дней приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелётных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.
Статистика
править
На 2006 год гидроэнергетика обеспечивала производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигала 777 ГВт.
На 2020 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 41 % возобновляемой и до 16,8 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 1 170 ГВт.[6]
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
В пятерку крупнейших стран мира по техническому гидроэнергопотенциалу на 2008 год входили (в порядке убывания): Китай, Россия, США, Бразилия и Канада.
| Страна | Потребление гидроэнергии в ТВт·ч |
|---|---|
 Китай
|
585 |
.svg){kind=small} Канада
|
369 |
 Бразилия
|
364 |
 США
|
251 |
 Россия
|
167 |
 Норвегия
|
140 |
 Индия
|
116 |
 Венесуэла
|
87 |
 Япония
|
69 |
 Швеция
|
66 |
 Франция
|
63 |
| Территория | Мощность, ГВт |
|---|---|
| Китай
|
370 |
 EU-27
|
152 |
| Бразилия
|
109 |
| США
|
103 |
| Канада
|
81 |
| Россия
|
52 |
| Индия
|
51 |
| Япония
|
50 |
| Норвегия
|
33 |
 Турция
|
31 |
 Вьетнам
|
18 |
| Страна | Выработка, тыс. кВт⋅ч/чел. |
|---|---|
 Исландия
|
36,0 |
| Норвегия
|
26,2 |
| Канада
|
10,3 |
 Парагвай
|
9,3 |
 Бутан
|
9,1 |
 Гренландия
|
7,1 |
 Новая Зеландия
|
4,9 |
 Швейцария
|
4,4 |
 Лаос
|
4,0 |
 Грузия
|
2,5 |
 Албания
|
2,1 |
Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).
.svg)
.svg)
Только за период с 1992 года по 2018 год происходят значительные изменения в структуре установленной мощности электростанция мира (здесь и далее мир включает 179 стран). Доля гидроэнергетики, включающая гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) уменьшилась с 23,3 % (659,3 ГВт) в 1992 году до 18,0 % (1283,4 ГВт) на конец 2018 года.
История
правитьВпервые для выработки электричества гидроэнергию использовал в 1878 году англичанин Уильям Армстронг для питания единственной электродуговой лампы в своей художественной галерее. Первая электростанция была запущена в 1882 году на Фокс-Ривер в городе Эплтон, штат Висконсин, США. Через пять лет в США и Канаде было уже 45 гидроэлектростанций, а к 1889 году — 200[9].
В России
правитьСодержимое этой статьи нуждается в чистке. |
Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Березовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Березовка (приток реки Бухтармы) в 1892 году; это была четырехтурбинная общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника[10]. На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трехфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъёмники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.[11]
В 1919 году Совет труда и обороны признал строительства Волховской и Свирской гидростанций объектами, имеющими оборонное значение. В том же году началась подготовка к возведению Волховской ГЭС, первой из гидроэлектростанций, возведенных по плану ГОЭЛРО.
Первая очередь строительства ГЭС[12]
| Район | Название | Мощность, тыс. кВт |
|---|---|---|
| Северный | Волховская | 30 |
| Нижнесвирская | 110 | |
| Верхнесвирская | 140 | |
| Южный | Александровская | 200 |
| Уральский | Чусовая | 25 |
| Кавказский | Кубанская | 40 |
| Краснодарская | 20 | |
| Терская | 40 | |
| Сибирь | Алтайская | 40 |
| Туркестан | Туркестанская | 40 |
В советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утвержден 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен в СССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвященная гидроэнергетике, называлась «Электрификация и водная энергия». В ней указывалось, что гидроэлектростанции могут быть экономически выгодными, главным образом, в случае комплексного использования: для выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства или мелиорации. Предполагалось, что в течение 10—15 лет в стране можно соорудить ГЭС общей мощностью 21 254 тыс. лошадиных сил (около 15 млн кВт), в том числе в европейской части России — мощностью 7394, в Туркестане — 3020, в Сибири — 10 840 тыс. л. с. На ближайшие 10 лет намечалось сооружение ГЭС мощностью 950 тыс. кВт, однако в последующем было запланировано сооружение десяти ГЭС общей рабочей мощностью первых очередей 535 тыс. кВт.[источник не указан 1137 дней]
В 2020 году мощность гидроэнергетики в России составляла 51 811 МВт.[8]
См. также
правитьПримечания
править- ↑ 1 2 Установленная мощность ГЭС. EES EAEC. Мировая энергетика (2021-22-07). Дата обращения: 5 октября 2021. Архивировано 19 августа 2021 года.
- ↑ Установленная мощность ГеоТЭС и ГАЭС. EES EAEC. Мировая энергетика (2021-22-07). Дата обращения: 5 октября 2021. Архивировано 30 сентября 2021 года.
- ↑ установленная мощность ГЭС Архивная копия от 19 августа 2021 на Wayback Machine // EES EAEC
- ↑ СО 34.21.308-2005. Гидротехника. Основные понятия. Термины и определения
- ↑ Установленная мощность ВИЭ. EES EAEC. Мировая энергетика (2021-22-07). Дата обращения: 6 октября 2021. Архивировано 6 октября 2021 года.
- ↑ Архивированная копия. Дата обращения: 12 августа 2021. Архивировано 15 июня 2021 года.
- ↑ T. M. L'état paufine l'ouverture des barrages à la concurrence // Les échos. — Paris, 27/11/2009. — № 20561. — С. 21. Архивировано 1 декабря 2009 года.
- ↑ 1 2 Renewable capacity statistics, 2021, p. 17. Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано 24 августа 2021 года.
- ↑ Сидорович, Владимир, 2015, с. 70.
- ↑ Березовская ГЭС. Дата обращения: 7 апреля 2012. Архивировано 12 января 2011 года.
- ↑ Электроэнергетика Иркутской области. Газета «Наука в Сибири» № 3-4 (2139—2140) 23 января 1998 г. Дата обращения: 7 апреля 2012. Архивировано из оригинала 15 января 2014 года.
- ↑ По материалам Комиссии ГОЭЛРО [источник не указан 1137 дней]
Литература
править- Владимир Сидорович. Мировая энергетическая революция: Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир. — М.: Альпина Паблишер, 2015. — 208 с. — ISBN 978-5-9614-5249-5.