Гідроенергетика України

 

 

 

 

 

 

 

 

Гідроенергетика України.

 

ПЛАН

 

Вступ. 3

1. Особливості функціонування гідроенергетики України. 4

2. Становлення малої гідроенергетики України. 10

3. Аналіз ефективності малої гідроенергетики України. 17

4. Еколого-економічні аспекти регіональної гідроенергетики. 20

Висновок. 25

Список використаної літератури. 26

 

Вступ.

 

Для енергетики України характерна велика концентрація генеруючих потужностей і залежність, що росте, від експорту палива.  Поліпшення техніко-економічних показників при концентрації енерговиробництва одночасно приводило до загострення екологічних проблем регіонів розташування генеруючих потужностей.  Чорнобильська катастрофа і відставання у  створенні екологічно прийнятних технологій генерування призвели до енергетичної кризи, наслідки якої ще до кінця не усвідомлені.

В умовах мораторію на АЕС, кінцевої екологічної ємності навколишнього середовища, дефіциту палива і технологічного відставання у вугільній промисловості необхідні нетрадиційні рішення в енергетичній політиці.

При цьому технології, що вважалися економічно малоефективними, стають конкурентноспроможними. Прикладом є нетрадиційні і поновлювані джерела енергії. До них відносяться і малі форми гідроенергетики, що мають визначені переваги гарантованої потужності при значному потенціалі ресурсів малих рік і водоймищ на Україні.

Предметом даної курсової роботи є проблема розвитку гідроенергетики в Україні. Об'єктом - велика і мала гідроенергетика. Робота складається з чотирьох розділів, в яких послідовно досліджуються проблеми і перспективи розвитку гідроенергетики України.

 

1. Особливості функціонування гідроенергетики України.

    

Гідроенергетика України розпочалась зі спорудження найбільшої в Європі Дніпровської ГЕС - 560 МВт (1927 р. - початок будівництва, 1932 р. - введена в експлуатацію). До складу споруди входили будівлі ГЕС з дев'ятьма агрегатами.

     Концентрація потужностей в процесі розвитку енергетики призвела до будівництва переважно потужних ГЕС. З ГЕС середньої потужності була споруджена лише Теребле-Рікська (27 МВт, 1955 р.) - надзвичайно цікава ГЕС, де задіяно процедуру перекидання стоку р.Теребля в р.Ріку.

Тут використовується різниця наявних природних рівнів рік Теребля і Рікі, складова 200 м в тому місці, де ці ріки зближаються на відстані 3,5 км.

У період з 1955 р. почалось освоєння гідропотенціалу р. Дніпро - спорудження ГЕС Дніпровського каскаду. Узагальнені енергетичні показники Дніпровських ГЕС наведені в табл. 1. Сьогодні почався важливий процес реконструкції цих ГЕС. Як видно, всі ГЕС, крім Каховської (періодично - полупіковий об'єкт), є піковими електростанціями.

У 1983 р. введена в експлуатацію Дністровська ГЕС. Встановлена потужність Дністровської ГЕС - 702 МВт, середньобагаторічне (проектне) виробництво електроенергії складає 800 млн. кВт*год, розрахунковий напір - 55 м, число годин використання потужності по проекту - 1140 годин, тобто це чисто гостропікова електростанція. Дана електростанція має характер гірської, тому площа затоплення земель під водосховищем складає лише 14,2 тис. га (буферне водосховище - 1,04 тис. га).

ГЕС, в залежності від водності, виробляли в останні роки 14 - 16 % електроенергії в енергооб'єднанні. Собівартість електроенергії на великих ГЕС склала, наприклад, в 1998 р. 0,59 коп./кВт*год. Ясно, що саме ГЕС стримують зростання тарифів. Причому слід мати на увазі, що в структурі собівартості плата за водокористування складає 31 % (одна й та ж вода проходить через всі ГЕС Дніпровського каскаду та оплачується багаторазово), а витрати на заробітну плату у структурі собівартості вкрай малі.

Рівень освоєння гідропотенціалу великих рік практично вичерпаний. В останні роки використання технічного гідропотенціалу великих рік в Україні перевищувало 60 %. Довикористання потенціалу р.Дністер вимагає серйозних екологічних досліджень та обгрунтування (крім верхів'я). Ускладнює цю роботу нове міждержавне значення річки.

     Відомо, що для енергооб'єднань з відносно малою питомою часткою в структурі потужностей ГЕС та переважним розвитком низькоманеврових пилевугільної блочної теплоенергетики та атомних електростанцій необхідним є спорудження спеціальних пікових енергооб'єктів. Розуміння важливості рішення проблеми покриття пікових потужностей спеціальними способами (крім широкого використання споживачів-регуляторів на основі багатозонних тарифів) було притаманне енергооб'єднанню України. Ще в січні 1975 р. введена перша в СРСР гідроакумулююча електростанція - Київська ГАЕС потужністю 225 МВт. Її характеристики:

• повний об'єм верхнього водоймища - 4,79 млн. м3;
• корисний об'єм - 3,79 млн. м3;
• площа верхнього водоймища - 60 га (нижнє - водосховище Київської ГЕС);
• середній напір води Нср = 70 м (65 - 74 м);
• потужність ГАЕС в турбінному режимі складає 225 МВт;
• на станції встановлені три обертових агрегати одиничної потужності в насосному режимі 43 МВт (після модернізації 43,5 МВт), в турбінному - 33,4 МВт (після модернізації 37,0 МВт);
• потужність трьох прямих агрегатів складає по 41,5 МВт.

     Українське енергомашинобудування впоралось із завданням створення перших обернених гідромашин. Набуто досвід їх проектування та експлуатації. При створенні гідрообладнання вирішено складні питання розробки проточної частини насосів-турбін та реверсивних підп'ятників з нульовим ексцентриситетом.

Київська ГАЕС стала великомаштабною моделлю для всебічних досліджень. Виконані дослідження властивостей утомленості металів в оборотних агрегатах у залежності від впливу інтенсивних вібраційних навантажень, міцності вузлів (кришки турбіни та турбінного підшипника), вібрації лопаток направляючого апарату, системи віджиму води та випуску повітря при пуску в насосний режим. Проведено комплекс досліджень перехідних процесів при пусках та переведенні в різні режими, зупинках, втраті привода. Відпрацьований двотактний та більше режим експлуатації. Досвід експлуатації та накопичені дослідні наробки в майбутньому сприятимуть впровадженню потужних ГАЕС (споруджуються Дністровська та Ташликська, почато будівництво, але законсервовано, Канівської ГАЕС).

 

Таблиця 1.

Узагальнені енергетичні показники ГЕС Дніпровського каскаду.

Гідроелектростанції	Потужність на 01.06.00, МВт	Потужністьгідроагрегатів, шт.*МВт	Вироб-ництво електро-енергії, млн. кВт*год	Макси-мальний напір,м	Об'єм водо-cховища, км3	Нормаль-ний рівень резервуару, м	Характер регулювання стоку
Київська ГЕС	361,2	4x16,3  16x18,5	635	12,0	1,175	103,0	сезонне обмеження
Київська ГАЕС	235,5	3x37  3x41,5	112	73,1	0,0037	174,6	денне
Канівська ГЕС	444	24x18,5	829	15,7	0,29	91,5	денне/тижневе
Канівська ГЕС	444	24x18,5	829	15,7	0,29	91,5	денне/тижневе
Кременчуцька ГЕС	625	12x32	1506	17,0	8,97	81,0	ранкове
Дніпродзержинська ГЕС	352	8x44	1250	15,5	0,5	64,0	денне/тижневе
Дніпровська ГЕС	1538,2	9x72  1x2,6  2x104,5  6x113,1	4140	38,7	0,865	54,4	денне/тижневе
Каховська ГЕС	351	6x58,5	1420	16,5	6,78	16,0	ранкове
Дністровська ГЕС	702	6x117	800	53,4	2,0	121,0	ранкове з переходом на тривалий режим

 

У 20-30-ті роки почався масовий розвиток малої гідроенергетики. Так, в 1924 р. в Україні експлуатувалось 84 малих гідроелектростанцій (МГЕС) (сумарна потужність 4000 кВт, середня потужність 47,6 кВт), а до 1929 р. їх було вже 150 (сумарна потужність 8400 кВт, середня потужність 56 кВт). Серед них достатньо потужною була Бузька (введена в експлуатацію в 1929 р., потужність 570 кВт), Вознесенська (1929 р., 840 кВт), Сутиська (1927 р., розширена в 1935 р. до 1000 кВт). В 1935 - 1937 рр. з відомих введені в експлуатацію Шумська (120 кВт), Потуська (32 кВт), Писаревська (160 кВт), Білоусівська (88 кВт), Березовська (108 кВт), Клебанська (64 кВт) та багато інших МГЕС.

У 1934 р. споруджена Корсунь-Шевченківська станція (1650 кВт), яка була однією з найдосконаліших МГЕС та стала основою першої в Україні і в СРСР місцевої Корсунь-Шевченківської сільської енергосистеми з дуже високими для того часу економічними показниками (існувала до 1957 р.). До складу її увійшли та працювали паралельно ще Юрківська ПТЕС (2000 кВт), Стеблівська ГЕС (2800 кВт), Дибненська ГЕС (560 кВт).

У 1950 р. за даними "Укргідропроект" в Україні експлуатувалось 956 МГЕС, але потім їх будівництво було призупинене.

З розвитком потужного гідроенергобудівництва, спорудженням великих ТЕС, зростанням централізації енергопостачання, а також низькими цінами на паливо і електроенергію у відомств та підприємств, на балансі яких знаходились МГЕС, інтерес до них зник, почалась їх консервація та стихійний демонтаж. Значною мірою втрачено досвід проектування, виробництва обладнання та спорудження. Сотні МГЕС були закинуті і поступово руйнувались, зносилось основне обладнання, колись споруджені греблі або зруйновані, або знаходяться в аварійному стані.

  Як наслідок, сьогодні гідроенергетика не повністю задовольняє потреби енергосистем у піковій та напівпіковій потужності внаслідок недостатньої потужності на гідро- та гідроакумулюючих електростанціях (ГЕС та ГАЕС), а також обмежень, що їх накладають інші галузі водогосподарського комплексу.

Необхідно зауважити, що питання продовження спорудження великих ГЕС ще потребує значних доробок, пов'язаних з екологічними наслідками їх експлуатації, а також з урахуванням обмеження будівництва атомних електростанцій (АЕС) та широким впровадженням парогазових установок.

На завершення зазначимо, що до 2010 р. установлена потужність ГЕС та ГАЕС України повинна бути доведена до 14,5 млн. кВт, а вироблення електроенергії - до 17 млрд. кВт*год за рахунок спорудження Унізької ГЕС на р. Дністер, ГЕС та ГАЕС в Закарпатті в складі енергокомплексів та споруджених окремо ГАЕС, а також шляхом будівництва середніх, малих та мікроГЕС. Деяке збільшення виробництва елекгроенергії передбачається за рахунок реконструкції та модернізації існуючих об'єктів гідроенергетики, а також залучення ресурсів малих і середніх річок. Мають бути проведені розробки по перетворенню деяких існуючих ГЕС у ГАЕС, що дозволить значно збільшити регулюючу потужність відносно існуючої.

За прийнятою класифікацією до малих форм гідроенергетики належать мікро- (до 100 кВт), міні- (до 1000 кВт) та малі ГЕС (до 25 мВт).

Досвід спорудження малих ГЕС у США та Німеччині підтверджує, що при обгрунтованому їх спорудженні природне середовище не тільки зберігається, але й можливе відтворення раніше втрачених умов біологічного життя. Мале гідробудівництво може стати одним із засобів відтворення гідрологічного стану водостоків, що гинуть.

Освоєння виробництва лише трьох типорозмірів турбін (25 - 100, 120 - 170, 200 - 300 кВт на напір 5 - 15 м) забезпечує половину потреби в них для малих ГЕС.

Основними передумовами гідроакумулювання електроенергії є потреба в маневреній потужності для покриття піків навантаження та компенсації її короткотермінових змін, ущільненні навантаження з використанням дешевої нічної енергії, збільшенні потужності та часу використання базових електростанцій, економії палива в енергосистемі.

Економія палива при використанні ГАЕС досягається за рахунок довантаження теплового обладнання для зарядки ГАЕС. При цьому споживається менше палива, ніж для виробництва пікової електроенергії на ТЕС чи газотурбінній станції. Крім того, режим її зарядки сприяє введенню в експлуатацію базових електростанцій, які вироблятимуть енергію з меншими питомими витратами палива.

 

2. Становлення малої гідроенергетики України.

 

Гідроелектростанції називаються малими, якщо їхня потужність становить менше 25 МВт. Таку потужність, однак, слід вважати умовною, оскільки є багато станцій із встановленою потужністю, яка перевищує зазначену межу, однак за капітальними витратами, конструкційним оформленням, компонуванням та одиничною потужністю агрегатів їх не можна віднести до великих ГЕС (передусім за обсягами попередніх робіт із побудови гідротехнічних споруджень).

Водяні турбіни малої та середньої потужності, які використовуються в малій енергетиці так само, як і у "великій", поділяються на турбіни з віссю, розташованою вздовж потоку, та з віссю, розташованою перпендикулярно до потоку.

Для малої гідроенергетики найбільш складним технічним питанням є проектування турбоагрегатів для заданого потоку води чи протилежне завдання: створення заданої витрати й швидкості води для даної турбіни.

Проектування та установка гідротурбін мають свої особливості, які відрізняють їх від парових і газових турбін. Парові та газові турбіни працюють у комплекті з відповідним чином спроектованими і підібраними джерелами енергії, які однозначно відповідають номінальній потужності агрегатів. При проектуванні гідроагрегатів завжди існує діапазон оцінки потужності потоку робочого тіла, що створює проблеми для проектування та будівництва.