Енергетика як учасник водогосподарського комплексу

Енергетика як учасник водогосподарського комплексу Енергетика як учасник водогосподарського комплексу План 1. Основнi поняття про енергетичне використання рiчок 3. Енергетична система 4. Схеми гiдроелектростанцiй 1. Основнi поняття про енергетичне використання рiчок В сучасних умовах гiдроенергетика – один iз найважливiших компонентiв водогосподарських комплексiв. Вона несе основну долю затрат при їх створеннi i експлуатацiї. N = 9,81 Q H , кВт, де Q – витрата, м3 Величина енергiї Е = N T, кВт/год. Витрата води в рiчцi приймається для середнього за воднiстю року (Q50 % ). Для рацiонального використання енергiї потоку необхiдно зосередити падiння води в будь-якому одному мiсцi. Для цього будуються спецiальнi гiдротехнiчнi споруди (греблi, деривацiйнi водоводи i т. п.), якi утворюють перепад рiвнiв, тобто напiр. Частина напору втрачається на перемiщення води у верхньому б’єфi, тому дiючий напiр брутто на ГЕС буде меншим статичного. При характеристицi гiдроенергетики, як учасника водогосподарського комплексу, важливе значення має встановлена потужнiсть ГЕС NВСТГЕС H hаа = hг hт , де hа т – коефiцiєнт корисної дiї гiдротурбiни; hг – коефiцiєнт корисної дiї гiдрогенератора. 2. Повний, технiчний i економiчний потенцiал рiчок Повний потенцiал, це повна теоретична сума енергiї всiх поверхневих вод або рiчкового стоку, яку можна розрахувати за залежнiстю Е = N T. Технiчний потенцiал, це частина повного потенцiалу, яку можна використати на сучасному технiчному рiвнi. Вiн вираховується за природними водними ресурсами за виключенням неминучих втрат, якi пов’язанi з фiльтрацiєю i випаровуванням, а також забраних об’ємiв води на рiзнi потреби. Величина технiчного потенцiалу залежить вiд рiвня технiчного розвитку використання гiдроресурсiв водотоку. Економiчний потенцiал, це та частина гiдроресурсiв, використання якої є економiчно доцiльним. Сукупнiсть гiдравлiчних, теплових, атомних i iнших електростанцiй, якi працюють на загальну електричну мережу, називається енергетичною системою. В останнi роки великого значення набули промисловi енергетичнi системи, до яких приєднуються i сiльськогосподарськi споживачi електроенергiї. Однак в районах, якi значно вiддiленi вiд великих промислових енергосистем, особливо в районах iнтенсивного зрошення, створюють невеликi енергосистеми, якi в подальшому приєднуються до великих промислових енергосистем. Об’єднання енергетичних систем сприяє: пiдвищенню надiйностi i безперебiйностi постачання електроенергiї споживачам; пiдвищенню якостi електроенергiї у вiдношеннi якостi напруги i частоти електричного струму; зменшенню сумарної встановленої потужностi електростанцiї завдяки не спiвпаданню в часi максимального навантаження окремих споживачiв електроенергiї; зниженню резервної потужностi; досягненню оптимального використання електростанцiй i пiдвищенню їх маневреностi; зниженню собiвартостi електроенергiї за рахунок бiльш дешевого її виробництва. Кожна енергетична система повинна мати резервну потужнiсть, яка приймається 6... 15 % максимального навантаження. Ця потужнiсть необхiдна для сприйняття надпланових пiдвищень навантаження, замiни агрегатiв i т. п. Графiки навантаження . Графiк електричного навантаження – це графiк змiни необхiдної потужностi для будь-якого споживача. Графiк навантаження енергосистеми – це графiк сумарного навантаження споживачiв, об’єднаних в єдину система. В залежностi вiд тривалостi розрiзняють добовi i рiчнi графiки навантаження. Добовi графiки навантаження характеризуються: - величиною добового виробництва електроенергiї ЕДОБ = å Ni ti , кВт . год, де Nii - величиною середньодобової потужностi NСР = ЕДОБ / 24 = å Ni ti / 24. - величиною максимальної i мiнiмальної потужностi, NМАКС i NМІН ; - коефiцiєнтом нерiвномiрностi, b = NМАКС / NСР . Виробництво електроенергiї за заданим графiком навантаження всiх споживачiв називається покриттям графiка навантаження. Для цього покриття об’єм виробництва електроенергiї електростанцiями повинен змiнюватись. Це ускладнює їх роботу i знижує їх коефiцiєнт корисної дiї. Для згладжування графiкiв навантаження споживачiв електроенергiї об’єднують в енергосистеми, запроваджують пiльговi тарифи на електроенергiю в нiчнi години, переводять енергоємнi виробництва на цiлодобову роботу. Вирiвнюванню графiкiв навантаження сприяє розвиток машинного зрошення, якщо роботу насосних станцiй пристосувати до перiодiв провалiв графiкiв. У районах, де спостерiгається напруження з подачею пiкової електроенергiї, будують гiдроакумулюючi електростанцiї (ГАЕС). Вони в години провалiв графiка навантаження працюють в насосному режимi, а в години пiкiв – в турбiнному. 4. Схеми гiдроелектростанцiй i складом гiдротехнiчних споруд. За напором ГЕС подiляються на: низьконапiрнi (до 25 м), середньо напiрнi (25... 80 м) i високонапiрнi (бiльше 80 м). За потужнiстю: 1 категорiя (бiльше 1 млн. кВт), 2 категорiя (301 тис... 1 млн. кВт), 3 категорiя (51... 300 тис. кВт) i 4 категорiя (менше 51 тис. кВт). За роллю в енергосистемi: регулюючi (здiйснюють добове регулювання стоку, покривають нерiвномiрну частину графiка навантаження) i не регулюючi (працюють за витратою водотоку в базиснiй частинi графiка навантаження). За роллю в народному господарствi: галузевi (працюють для окремих галузей або окремих пiдприємств) i в складi ВГК ( працюють на багатьох учасникiв ВГК). За матерiалом греблi: землянi, камiнно-накиднi, залiзобетоннi. Гребельнi ГЕС подiляються на русловi i пригреблевi. В руслових ГЕС машинний будинок приймає участь у створення напору разом з греблею. Вiн сприймає тиск води зi сторони верхнього б’єфу. Такi ГЕС будують на рiвнинних рiчках з невеликим похилом (Днiпровський каскад). В деривацiйних ГЕС напiр створюється деривацiєю (напiрною чи безнапiрною). Такi ГЕС будують на гiрських рiчках з великим падiнням русла по довжинi (Фархадська ГЕС на р. Сир-Дар’ї, каскад ГЕС Кубань-Калауської системи). В пiслявоєнний перiод в свiтовiй практицi стали будувати ГАЕС i приливнi електростанцiї (ПЕС). На думку спецiалiстiв потужнiсть таких ГЕС повинна складати 10.. 15 % потужностi державної енергосистеми. 5. Теплова i атомна електроенергетика На вiдмiну вiд гiдроенергетики, теплова i атомна енергетика вiдноситься до водоспоживачiв. Безповоротне водоспоживання там складає 5,1 %. Основу енергетики України складають тепловi i атомнi електростанцiї потужнiстю 2... 4 млн. кВт з блоками по 150... 1000 тис. кВт. На ТЕС припадає близько 60 % сумарної потужностi електростанцiй країни. Цi електростанцiї працюють переважно на органiчному паливi – вугiллi, нафтi, газi. При згораннi палива в атмосферу попадає летючий попiл, сiрчистий та сiрчаний ангiдриди, фтористi сполуки, газоподiбнi сполуки неповного згорання. За рахунок теплоти, яка утворюється при згораннi палива, вода перетворюється в пару (t = 5500 ) i при надходженнi в парову турбiну перетворює теплову енергiю в механiчну. Електрична енергiя виробляється генераторами парових турбiн. Надалi, вiдпрацьована пара охолоджується. У водойми безперервно надходить пiдiгрiта на 8... 120 вода. Це призводить до теплового забруднення водойми. Стiчнi води ТЕС забрудненi, вони мiстять в собi ванадiй, нiкель, фтор, феноли i нафтопродукти. рiк). 48 МВт. на п’яти АЕС: Запорiзькiй, Рiвненськiй, Хмельницькiй, Чорнобильськiй i Пiвденноукраїнськiй. Проекти будiвництва Чигиринської i Харкiвської АЕС були анульованi через серйознi геологiчнi помилки. Необхiднi витрати води для ТЕС визначають за потужнiстю агрегатiв i їх типу, а також в залежностi вiд кiлькостi пари, що вiдбирається для потреб iнших пiдприємств. Орiєнтовно можна рахувати, що на 1 кВт встановленої потужностi витрачається 0,16... 0,45 м3 /год води. Бiльшi значення вiдносяться до теплових станцiй невеликої потужностi (до 300 тис. кВт). зонi. При цьому схема водопостачання може бути прямоточною. При розташування ТЕС безпосередньо бiля родовищ палива i в умовах обмеженого запасу водних ресурсiв, виникає необхiднiсть переходу до зворотних систем водопостачання. В зв’язку iз зростанням у бiльшостi районiв напруженостi водного балансу, а також забрудненостi водних ресурсiв, водопостачання ТЕС повинне бути зворотним. Витрата води для потреб ТЕС при прямоточнiй схемi водопостачання QТЕС = NТЕС qТЕС , м3 /с де NТЕС – потужнiсть ТЕС в кВт; qТЕС. 10-4 м3 /с. При зворотнiй схемi водопостачання потреба ТЕС у свiжiй водi складає 3... 5 % витрати води прямоточної схеми. До теплоенергетичної промисловостi вiдносяться ТЕС, якi працюють на органiчному твердому, газо-мазутному i ядерному паливi. За видом продукцiї, що вiдпускається, i типом обладнання ТЕС подiляються на конденсацiйнi (без вiдбору пари на теплофiкацiю) i теплоелектроцентралi (з вiдбором пари). В залежностi вiд виду палива, основними вiдходами виробництва електроенергiї є димовi гази, залишки твердого палива i “скидне тепло”. Основна кiлькiсть води на ТЕС витрачається на охолодження пари в конденсаторах турбiн i на охолодження мастила, газу i повiтря турбоагрегатiв. При згораннi твердого палива вода використовується i для видалення попiлу i шлакiв. Крiм того, вода витрачається на компенсацiю втрат у пароводяному циклi в теплових мережах, на миття обладнання, хiмводопiдготовку i iнш. На газо турбiнних установках конденсацiя пари вiдсутня. На АЕС найбiльш поширеною є система зворотного водопостачання з водосховищами-охолоджувачами. Стiчнi води ТЕС вiд охолодження в прямоточних системах водопостачання i продувнi води в системах зворотного водопостачання скидаються у водойми без спецiальної очистки. Промасленi стоки пiсля вiдстою i деемульгування або очистки на фiльтрах скидаються у водойми тiльки в прямоточних системах водопостачання. Стiчнi води хiмводоочисток використовуються для гiдро-золовидалення або накопичуються в накопичувачах-випаровувачах. Стiчнi води АЕС пiддаються спецiальнiй очистцi i повторно використовуються в тих же циклах станцiї. Стiчнi води вiд процесiв водопiдготовки пiсля обробки використовуються повторно без скиду у водойми. Виробка електроенергiї значною мiрою змiнюється пропорцiйно кiлькостi використаної води. Для ТЕС i АЕС регулювання виробки електроенергiї вирiшується шляхом включення чи виключення агрегатiв, що вiдповiдно змiнює кiлькiсть витраченої води. Особливого значення це набуває при прямоточнiй системi водопостачання i практично воно не викликає ускладнень при наявностi оборотної системи, за виключенням лiтнього перiоду експлуатацiї станцiї. Для охолодження води в оборотних системах застосовуються водосховища-охолоджувачi, бризкальнi басейни, градирнi. Оскiльки iнтенсивнiсть охолодження зростає з ростом площi водойми, необхiдно її збiльшувати. Тип i розмiри охолоджувача визначають за витратою i температурою води в зимовий i лiтнiй перiоди i за умови роботи i природних особливостей майданчика станцiї. В якостi водосховищ-охолоджувачiв можуть використовуватись озера i штучнi водойми. Охолодження скинутої в них гарячої води здiйснюється не на всiй площi дзеркала, а в межах тiльки так званої активної зони, площа якої складає приблизно 0,85 всiєї площi водойми. води досягається шляхом створення фонтанiв досить маленьких капель, якi iнодi приводять до утворення туманiв i обледенiння розташованих поряд споруд. В градирнях охолодження води здiйснюється або шляхом роздроблення її на каплi, або шляхом утворення водяних плiвок iз охолодженої води на вертикальних чи похилих щитах. Продуктивнiсть таких градiрен залежить вiд площi зрошення, на яку поступає охолоджена вода. На сучасних градирнях продуктивнiсть охолодження складає 26... 100 тис. м3 за годину. В зв’язку з iнтенсивним розвитком теплової i атомної енергетики i вiдповiдним збiльшенням витрати води, зростає так зване теплове забруднення водотокiв i водойм. Особливо це проявляється при прямоточнiй системi водопостачання, коли безпосередньо в рiчки i водойми скидається гаряча вода. Це впливає на рослиннiсть i живi органiзми у водоймах, в тому числi на рибу. Тут також спостерiгається втрата у водi великої кiлькостi кисню, що порушує бiологiчнi процеси. Для вiдновлення вмiсту кисню у водi при її охолодженнi потребується час i значнi вiдстанi для проходження гарячої води. Тому, останнiм часом, здiйснюється перехiд до оборотних систем водопостачання електростанцiй. Лiтература 1. Комплексное использование и охрана водных ресурсов / Под. ред. О. Л. Юшманова/ -М.: Агропромиздат, 1985. 2. Зарубаев Н. В. Комплексное использование водных ресурсов. – Л. Стройиздат, 1976. 3. Грищенко Ю. М. Комплексне використання та охорона водних ресурсiв. Рiвне, 1997. 4. Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов/ Под. ред. Непорожнего П. С./ -М.: Энергоиздат, 1982.