proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Журналы Атомная стратегия 2022 год
  Агентство  ПРоАтом. 25 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС
Вышло в свет второе издание двухтомника Б.И.Нигматулина. Подробнее
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия» и сайта proatom.ru. E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[19/01/2015]     Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии

Н.А.Седых, д.т.н., проф., Лауреат премии Совмина СССР, НИИ (Военно-системных исследований) ВА МТО им. ген.армии А.В.Хрулева


«Росатом» и финская «Fortum» будут владеть всей гидрогенерацией Северо-Запада России
. Финский холдинг «Fortum» создает с ГК «Росатом» совместное предприятие, которое будет владеть гидрогенерацией ТГК-1, объединяющей 54 электростанции на Северо-Западе России. Компании принадлежит 14 ТЭЦ совокупной мощностью 4 ГВт и 40 ГЭС общей мощностью около 3 ГВт. По соглашению 25% акций достанется российской стороне, 75% получит финский партнер[РОССИЯ/ 3 декабря/ БИ-ПОРТ].


С учетом данной стратегии диверсификации производства, госкорпорация «Росатом» имеет возможность при незначительных материальных затратах увеличить производство энергии за счет оптимизации гидрогенерации путем преобразования ГЭС в ГВЭС (гидроветровые станции).

Предлагаемое техническое решение относится к области создания возобновляемых источников энергии (ВЭИ) и может быть использовано для получения электричества путем комплексного использования энергии движения воды и ветра [5].

Потребление энергии в мире постоянно увеличивается, причем этот рост имеет экспоненциальный характер. Запасы ископаемо­го топлива не бесконечны. Поддерживать нынеш­ние темпы роста производства электроэнергии в сложившихся традиционных формах долгое время невозможно. В связи с постоянным существенным удорожанием органического топлива человечество все больше внимания уделяет возобновляемым источникам энергии, в том числе, использованию энергии ветра и воды рек.

Из ВЭИ наиболее широко используется энергия движущейся воды. При этом для получения электрической энергии, как правило, применяется способ, реализованный в гидроэлектростанциях (ГЭС). Данным способом в большой гидроэнергетике в настоящее время получают порядка 18,5 % электроэнергии от общей ее выработки в стране. Общая установленная мощность ГЭС превышает 900 ГВт.

На гидроэлектростанциях энергия движущейся воды преобразуется в механическую энергию вращения гид­ротурбины. Электрический генератор, соединенный с гидротурбиной, преобразует ме­ханическую энергию в электрическую. Первоисточником энергии служит солнце, испаряющее воду из океанов, озер, рек, поверхности земли [4,6].

Несмотря на то, что ГЭС работают на бесплатном и вечном «топливе», им присущи и су­щественные недостатки. Эффект действия ГЭС прямо пропорционален количеству воды, проходящей через гидротурбину, и высоте падения воды. Мощность потока воды Р определя­ется формулой [2]:

P = pQgH
где р — плотность воды;
Q — объем воды, падающей на лопасти турбины;
g — ускорение силы тяжести;
Н — высота падения воды.

Энергетический потенциал рек, наряду с высотой плотины Н, зависит от естественного кругооборота воды в их бассейне Q, определяемого циклами: выпадение осадков - стекание вод - испарение. Мощность этого кругооборота связана с интенсивностью солнечной радиации, которая в нашей стране сильно зависит от времени года. Чем ближе к северу расположена река, тем меньше в ней воды бывает зимой и тем больше - в период половодья. Причем для северных рек расход воды Q в течение года может меняться почти на порядок (рис.1) [4]. Наименьшее ко­личество воды (межень) в наших реках приходится на период ноябрь-февраль, то есть в самое холодное время года, когда потребности в электрической энергии наибольшие.

Рис.1 Изменение расхода воды в течение года

По этой причине, чтобы стабилизировать мощность ГЭС, необходимо создавать за­пас воды, увеличивая высоту плотины Н, что существенно повышает капитальные затраты при строительстве ГЭС, а также увеличивает убытки от затопления территорий (земельных угодий) в пойме реки [3].

Для получения электрической энергии в периоды её пиковой потребности на электростанциях, работающих на угле (ТЭС),  иногда применяют насосное аккумулирование воды (ГАЭС) [1,3]. Для этой цели на возвышенных местах, в стороне от реки, создают резервуары-хранилища с насосным питанием. В эти резервуары в периоды низкого потребления энергии (как правило ночью), когда ТЭС используется не на полную мощность, накачивают воду. Вода остается в резервуаре, пока не возникнут пиковые нагрузки. Тогда её спускают по напорным трубопроводам, вода вращает специальную турбину ГАЭС для увели­чения выработки энергии. Обычная турбина ГЭС для этих целей не может быть использована, поскольку она рассчитана на значительно меньший напор воды, определяемый высотой речной плотины.

По сути, система насосного аккумулирования воды использует избыточную электри­ческую мощность в периоды низкой суточной потребности в энергии: электри­ческая энергия преобразуется в потенциальную энергию путем подъема воды на более высокий уровень. В периоды пиковой потребности потенциальная энергия воды снова преобразуется в электрическую в дополнение к энергии главной станции (ТЭС), работающей в это время на полную мощность [3].

У такого насосного аккумулирования воды есть несколько недостатков. Во-первых, высоко расположенный бассейн для накопления воды испыты­вает суточные колебания уровня воды от почти полного заполнения до почти полного опорож­нения. Берега бассейна при этом обнажаются и выглядят крайне непривлекательно [3].

Второй недостаток насосного аккумулирования воды состоит в его низкой эф­фективности.  Из электроэнергии, которая необходима для накачки воды в запасной резервуар, полезно используются лишь две трети. Если энергию для работы насосов дает ТЭС, то эффективность преобразования тепла от сжигаемого угля в электричество снижается ещё на две трети [3].

Таким образом, если рассматривать суточный цикл, классические ГАЭС не вырабатывают дополнительную энергию, а только перераспределяют ее в течение суток, в целом расходуя её.

Любая ГАЭС с суточным циклом работы, даже оборудованная высокона­порным центробежным насосом с электрическим приводом, по своим возможностям не может устранить фундаментальный недостаток речных ГЭС - существенное (примерно в десять раз) уменьшение выработки электроэнергии в зимний период, когда сток воды в реках умень­шается во столько же раз. Это очень важно, поскольку у классической ГЭС цикл не суточный, а годовой (паводок раз в году).

Для повышения годовой выработки электрической энергии речными ГЭС предлагается, наряду с естественным кругооборотом воды в природе, создать за счет энергии ветра дополни­тельный кругооборот воды через уже существующие гидравлические турбины, превратив ГЭС в ГВЭС, существенно увеличив мощность последней (в несколько раз) в период минимального (зимнего) стока воды в реке, причем без увеличения высоты плотины ГЭС, без создания специ­альных резервных емкостей для воды, необходимых для ГАЭС [5].

Данный технический результат достигается за счет использования энергии ветра для подъема из нижнего бьефа в верхний бьеф воды, прошедшей через гидравлические турбины ГЭС (рис.2).

Рис.2 Использование энергии ветра для подъема воды из нижнего в верхний бьеф

Новым в предлагаемом техническом решении является то, что обычные ГЭС снабжают ветро­двигателями с электрическими генераторами, вырабатывающими постоянный электрический ток, которым через общую электрическую сеть питают электрические двигатели работающих параллельно центробежных насосов, перекачивающих воду через плотину из нижнего в верх­ний бьеф, обеспечивая при этом максимальный коэффициент использования энергии ветра за счет поддержания заданного оптимального значения коэффициента быстроходности ветроколес ветродвигателей, а, следовательно, и максимальное значение КПД центробежных насосов при переменной скорости ветра.

Данное техническое решение позволяет максимально использовать потенциал энергии ветра при переменной его скорости; увеличить существенно (до десяти раз) выработку элек­троэнергии в период наименьшего речного водостока (зимой), не увеличивая высоту речных плотин и не создавая дополнительно гидроаккумулирующих стан­ций (ГАЭС). Потенциальные возможности использования данного технического решения, включая и экономические показатели, определяются техническими возможностями и ценой ветродвигателей, мощность которых в настоящее время достигает 7 МВт.

При использовании предлагаемого способа увеличения выработки электрической энергии устраняется также фундаментальный недостаток ветроэлектростанций (ВЭС), свя­занный с переменной силой ветра и отсутствием мощных электрических аккумуляторов. При­меняемые в настоящее время электрические аккумуляторы энергии не надежны и слишком до­роги. В предлагаемом способе в качестве аккумуляторов энергии используется природный источ­ник воды - река. Становятся излишними малонадежные и дорогостоящие классические ВЭС, стоимость выработки электроэнергии которых, с учетом капитальных за­трат, превышает аналогичные затраты дизельных, тепловых и атомных электростанций. Это яв­ляется основной причиной их малого распространения в нашей стране.

Возможные масштабы применения предлагаемого технического решения огромны. В России свыше 2,5 млн малых рек. Переоборудование ГЭС в ГВЭС, объединение потенциала малых рек и потенциала ветра уже в ближайшее время, а тем более в перспективе, может решить энергетическую про­блему огромного числа небольших городов и поселков за счет эффективных воз­обновляемых ресурсов.

Данное техническое решение применимо и для крупных ГЭС. По данным [7] установлен­ная мощность каждой ГЭС Волжско-Камского каскада, в среднем, составляет 0,85 млн кВт. Если бы водосток Волги не уменьшался зимой, такая ГЭС за год (8760 часов) выработала бы 7,27 млрд-ч электроэнергии. Реально же  такая станция вырабатывает ежегодно 4,16 млрд-ч электроэнергии, то есть 57% её потенциальных возможностей. Преобразовав ГЭС в ГВЭС, станция выработает в течение года дополнительно 3,11 млрд кВт-ч. При стоимости электроэнергии 3,53 руб/кВт-ч, экономический эффект данного технического решения составит 10,98 млрд руб./год.

Библиография
1.Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989,- 695 с. 129 с.
2.Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии: Пер. с англ.- М.: Энерго- атомиздат. 1990.
3.Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. Энергетические проблемы человече­ства. М.: Мир, 1995.
4.Уделл Свен. Солнечная энергия и другие альтернативные источники энергии. М.: Зна­ние, 1980.
5.Заявка на изобретение КЛ № 2012107928 , кл. Г 9/02, опуб. 10.09.2013
6.Невский В.В., Копац Л.Н., Смирнов Ю.С. Гидравлика. Гидрология. Гидрометрия - М.: Транспорт. 1988.
7.Китаев Е.В., Гревцов Н.Ф. Курс общей электротехники,- М.: Высшая школа. 1965.
 

 
Связанные ссылки
· Больше про Альтернативные источники энергии
· Новость от Proatom


Самая читаемая статья: Альтернативные источники энергии:
Новая ториевая энергетика: топливо, твэлы, реактор

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 2.8
Ответов: 5


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 7 Комментарии | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 21/01/2015
Идея в тренде.
Но простой мощностей при низком КИУМ будет очень накладен.
Гидроаккумулирующие ГАЭС строятся относительно малой мощности и при очень благоприятном рельефе.
Но с ветром Германия (ЕОн) готова даже на водородное аккумулирование идти лишь бы увеличить возможную долю ВЭС в энергосистеме.
Хотя это и дорого.


[ Ответить на это ]


Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 19/01/2015
Было одно водохранилище - понадобится второе, внизу. Иначе откуда накачивать воду "наверх" в период минимального стока. И это при условии, что ветровая установка сопоставима по мощности с гидротурбиной - иначе кому нужен возврат по стакану в час.


[ Ответить на это ]


Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 19/01/2015
Идея хорошая, но цена вопроса может быть слишком большой. Сколько стоят ветряки суммарной мегаваттной мощности, да еще не в оптимальных условиях размещения вблизи ГЭС? сколько потребуется земель для размещения ветряков? какой урон будет нанесен природе ветряками? Вот когда мы учтем эти и другие факторы, можно будет говорить о реальном экономическом эффекте. 


[ Ответить на это ]


Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 20/01/2015
Прекраснодушная и безграмотная туфта.


[ Ответить на это ]


Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 01/02/2015
Автор ,военный,этим все сказано. Не мешайте людям делать деньги. Но ,конечно удивительно,как можно нести такую ахинею в таких масштабах.


[
Ответить на это ]


Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 20/01/2015
Шедевр! ;)
Вырабатывать электричество, чтобы качать воду, чтобы потом вырабатыватбь электричество ...
А не проще ли просто вырабатывать ветроэлектричество, снижая расход воды в краткие часы усиления ветра?


[ Ответить на это ]


Re: Преобразование ГЭС в ГВЭС – источник дополнительной энергии (Всего: 0)
от Гость на 20/01/2015
Я в детстве изобрел вечный двигатель - нарисовал соединенные друг с другом механически и электрически генератор и элетродвигатель. Папа пояснил тогда, что если это не подкручивать извне, то все остановится. Судя по всему, моя тогдашняя бумажка как-то попала к многоуважаемому автору.


[
Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, webmaster@proatom.ru. Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.08 секунды
Рейтинг@Mail.ru