ЛЕКЦИЯ 5
Хидроенергия. Баланс на ресурси и нужди.
Калина Радева
ВЪВЕДЕНИЕ
•
Водната енергия е най
старата използвана форма на
възобновяема енергия. Това
е енергията съсредоточена
във водните потоци, които
притежават кинетична и
механическа енергия. Тъй
като водата е около 800 пъти
по-плътна от въздуха, дори и
бавно течащите потоци вода
или морското вълнение мога
да произведат значителни
количества енергия.
ХИДРОЕНЕРГИЯ
• Кинетичната енергия на водата в
реките е работата, която извършва
течащата в тях вода. В естествено
състояние, тази работа се изразходва
за преодоляване на вътрешното
съпротивление при движението на
водата, съпротивление при триенето
в речното легло и различното
ерозионно въздействие.
• Хидроенергията сега доставя около
715 000 MWe или 19% от световната
електроенергия.
• Хидроенергията съставлява 33% от
производството на електроенергия от
възобновяеми източници в ЕС и
осигурява 17% от електроенергията.
ПОТЕНЦИАЛ
• Теоретичен потенциал
Енергийният еквивалент на всичките
водни количества течащи води и тези от
водопроводите
• Технически потенциал
Енергийният еквивалент на достъпните
за енергийно оползотворяване водни
количества
• Економически потенциал
Економически потенциал – част от
техническия потенциал, използването
на който в реално съществуващите
условия е економически оправдано.
Разпределение по континенти
Използване на техническия потенциал на водноелектрическата
енергия в някои европейски страни
Потенциален
Страна
теоретичен технически
TWh
TWh
1 Австрия
150,0
56,2
2 България
19,8
3 Чехия
13,1
4 Франция
200,0
5 Литва
Инсталирана
мощност
Годишно
производство
Използване
на
техническия
потенциал
TWh
%
11,9
37,2
66,2
14,8
1,4
4,6
31,1
3,4
1,0
2,4
70,1
25,2
64,6
89,7
18,3
6,0
2,5
0,1
0,5
6 Германия
120,0
24,7
4,5
27,9
7 Полша
25,0
12,0
0,8
2,0
17,0
8 Румъния
70,0
40,0
6,3
16,0
39,9
9 Словакия
10,0
6,6
1,8
4,3
64,8
10 Италия
150,0
69,0
17,5
38,5
55,8
11 Албания
40,0
15,0
1,5
5,4
35,8
12 Норвегия
600,0
29,4
121,8
59,4
13 Украйна
45,0
23,5
4,5
12,2
51,9
2900,8
1120,5
178,8
531,0
47,4
Европа
Хидроенергиен потенциал на България
ОБЩО
До 10 MW
ТЕОРЕТИЧЕН ПОТЕНЦИЯЛ,
TWh
21,6
1,5
ИКОНОМИЧЕСКИ
ПОТЕНЦИЯЛ, TWh
12,0
1,0
ВЕЦ В ЕКСПЛОАТАЦИЯ
250
180
ИНСТАЛИРАНА МОЩНОСТ
2194
263
ПРОИЗВОДСТВЕНА
ЕНЕРГИЯ
2701
605
РАЗРЕШИТЕЛНИ ЗА
ВОДОПОЛЗВАНЕ
866
841
Стандартно уравнение за изчисляване на
производството на енергия:
Мощност = (Наклон) x (Отток) x (Ефективност)
11.8
Мощност = електрическата мощност в киловати или kW
Наклон = разстоянието, от което пада водата
Отток = количеството течаща вода
Ефективност = Колко добре турбината и генераторът преобразуват
мощността на падащата вода в електрическа енергия. Това може да варира
от 60% (0,60) за по-старите, лошо поддържани водноелектрически
централи до 90% (0,90) за по-новите, добре поддържани централи.
11.8 = Индекс, който преобразува единици в киловати
ВЕЦ
• Комплексът от машини
и съоръжения, чрез които
водната
енергия
се
преобразува
в
електрическа се нарича
водноелектрическа
централа (ВЕЦ)
Основни компоненти на ВЕЦ:
1. Язовирна стена - бариера построена в речно корито за
спиране на потока вода, образува изкуствен резервоар.
2. Напорен тръбопровод - насочва водата под налягане
към турбините на ВЕЦ.
3. Турбина - ротационен двигател, който извлича енергия
от водния поток. Турбините превръщат кинетичната
енергия на водата в механична.
4. Генератор - преобразува механичната енергия в
електрическа. Процесът се нарича производство на
електроенергия.
5. Трансформатор - преобразува електрическата енергия,
произведена от генератора до използваеми нива на
напрежението.
6. Електропровод - съоражение за пренасяне на
произведената от водноелектрическата централа
електроенергия до потребителите.
Основни видове ВЕЦ
Водноелектрическите
централи сe разделят в
зависимост от мощността:
 големи - генерират 25
MW до 250 MW и нагоре;
 средни - до 25 MW;
 малки ВЕЦ - до 2 MW.
Водните електроцентрали
се разделя в три основни
групи в зависимост от
височината на пада:
1) ВЕЦ–ове с високо
налягане (височина на
пада повече от 50 м.)
2) ВЕЦ–ове със средно
налягане (височина на
пада между 10 и 50 м.
3) ВЕЦ–ове с ниско
налягане (височина на
пада по-малко от 10 м.)
ПРЕДИМСТВА И
НЕДОСТАТЪЦИ
•
Големи капиталовложения, поради
високата стойност на язовирната стена
и заливните площи.
•
Водонапорните ВЕЦ използват под 20%
годишно, с цел запазване на водният
ресурс.
•
Създава и ограничен пад спрямо
височината на язовирната стена.
•
Използват ЕДНОКРАТНО постъпващата
вода с висока енергийна плътност.
•
Предимството на тази схема е
възможността за акумулиране на водна
енергия.
•
При работа не отделят вредни газове
или радиоактивни в-ва.
•
Водохранилищата им се използват за
напояване и водоснабдяване.
•
Могат да послужат за основа на
туризма.
Изборът на ВЕЦ означава:
- добив и транспорт на голямо количество суровини
за изграждането на язовирната стена;
- няколко години интензивна инжинерна работа, в
т.ч. транспорт на тежки елементи и материали, шум,
прах и други подобни.;
- значително нарушаване на естественото русло на
реката, както над така и под язовирната стена, както
и
локалното
състояние
на
екосистемата,
хранителните запаси и характерни местообитания ,
промяна на наносния режим;
- нарушения на местните хидроложки условия, ниво
на подземните води и воден поток, заливане на
площи;
потенциални
геофизически
последствия,
вследствие
на
тежестта
на
изкуственото
съоръжение, и повишаване на сеизмическата
активност на тези терени.
МВЕЦ
Източници на ресурси за малки ВЕЦ се
явяват:
•
естествени
и
изкуствени
водни
течения (малки и средни реки, потоци,
канали за напояване и );
• преливници
на
язовири,
езера, различни хидравлични системи
(питейни водопроводи, технoлогични
потоци, преливници на електроцентрали
и ядрени централи).
Видове МВЕЦ
Руслови ВЕЦ
• Може да се създаде изкуствен
водоем или разширение на реката
преди централата
• Мощността зависи от водното
количество в реката: по-малко
ефективни
Деривационни ВЕЦ
• По-голяма стабилност на работа
• Изграждане на бент и водохващане
над централта
• Отклоняване на вода от речното
корито чрез деривационни канали
17,6 MW Руслова ВЕ,
Massachusetts, USA
4,3 MW Руслова ВЕЦ,
Oregon, USA
• Простота и надеждност на конструкцията;
ПРЕДИМСТВА
НА МВЕЦ
• Високо качество на продукцията на
електрическите параметри в статични и
динамични условия;
• Напълно автоматичен режим на работа;
• Екологична безопасност на приетите
технологични решения за проектиране,
изграждане на мВЕЦ;
• Обезщетение за възможна асиметрия на
фазите.
• Най-ниска цена на енергията, добивана от
МВЕЦ, включително и от централи, които
използват други видове ВЕИ.
НЕДОСТАТЪЦИ НА МВЕЦ
• Промени в естествените местообитания
• Нарушаване на водния баланс на реката
• Промяна на ландшафта
• Замърсяване със строителни и твърди битови отпадъци;
• ускорена ерозия в участъка на връщане в реката на водите след сградата на
генераторите;
• Туризъм (рафтинг)
Изграждането на ВЕЦ трябва да става при строг екологичен контрол по
отношение на опазването на ландшафта, на наличието на вода и действащи
рибни проходи.
• Производство на чиста, висококачествена зелена
енергия.
• Участие в регулирането на честотата, мощността и
напрежението на електропреносната мрежа.
Хидроенергетика.
Енергийни ползи
• Регулиране
(поддържане)
на
нивата
на
повърхностните и подземните води защита от
наводнени.
• Разтоварване на автомобилният трафик от превоз
на насипни товари чрез създаване на подходящи
условия за развитие на речното корабоплаване.
• Намаляване на разхода на гориво и облекчаване
на околната среда чрез отваряне на пътища,
водещи през язовири.
• Създаване нанови работни места както по време
на строителството, така и при експлоатацията на
водноелектрически съоръжения.
• Атрактивни места за активен отдих.
ВЪПРОСИ
• Как ще се отразят несигурностите, свързани с нивата и
количествата на водите, свързани с промяната в климата
върху развитието на ВЕЦ в България?
• Какви са ползите от хидроенергийните проекти?
• Как хидроенергийните мощности променят екосистемите?