Факультет додаткової професійної освіти
Pumped storage hydroelectricity produces electricity to supply high peak demands by moving water between reservoirs at different elevations. At times of low electrical demand, excess generation capacity is used to pump water into the higher reservoir. When there is higher demand, water is released back into the lower reservoir through a turbine. Pumped storage schemes currently provide the only commercially important means of large-scale grid energy storage and improve the daily load factor of the generation system. Hydroelectric plants with no reservoir capacity are called run-of-the-river plants. A tidal power plant makes use of the daily rise and fall of water due to tides; such sources are highly predictable, and if conditions permit construction of reservoirs, can also be dispatch able to generate power during high demand periods.
Less common types of hydro schemes use water's kinetic energy or undammed sources such as undershot waterwheels.
A simple formula for approximating electric power production at a hydroelectric plant is: P = hrgk, where P is Power in kilowatts, h is height in meters, r is flow rate in cubic meters per second, g is acceleration due to gravity of 9.8 m / s2, and k is a coefficient of efficiency ranging from 0 to 1. Efficiency is often higher with larger and more modern turbines.
Annual electric energy production depends on the available water supply. In some installations the water flow rate can vary by a factor of 10: 1 over the course of a year.
Industrial hydroelectric plants
While many hydroelectric projects supply public electricity networks, some are created to serve specific industrial enterprises. Dedicated hydroelectric projects are often built to provide the substantial amounts of electricity needed for aluminium electrolytic plants. In the Scottish Highlands there are examples at Kinlochleven and Lochaber, constructed during the early years of the 20th century. The Grand Coulee Dam, long the world's largest, switched to support Alcoa aluminum in Bellingham, Washington for America's World War II airplanes before it was allowed to provide irrigation and power to citizens (in addition to aluminum power) after the war. In Suriname, the Brokopondo Reservoir was constructed to provide electricity for the Alcoa aluminium industry. New Zealand's Manapouri Power Station was constructed to supply electricity to the aluminium smelter at Tiwai Point.
Small-scale hydro-electric plants
Small hydro schemes are particularly popular in China, which has over 50% of world small hydro capacity.
Small hydro units in the range 1 MW to about 30 MW are often available from multiple manufacturers using standardized "water to wire" packages; a single contractor can provide all the major mechanical and electrical equipment (turbine, generator, controls, switchgear), selecting from several standard designs to fit the site conditions. Micro hydro projects use a diverse range of equipment; in the smaller sizes industrial centrifugal pumps can be used as turbines, with comparatively low purchase cost compared to purpose-built turbines.
The major advantage of hydroelectricity is elimination of the cost of fuel. The cost of operating a hydroelectric plant is nearly immune to increases in the cost of fossil fuels such as oil, natural gas or coal, and no imports are needed.
Hydroelectric plants also tend to have longer economic lives than fuel-fired generation, with some plants now in service which were built 50 to 100 years ago. Operating labor cost is also usually low, as plants are automated and have few personnel on site during normal operation.
Reservoirs created by hydroelectric schemes often provide facilities for water sports, and become tourist attractions in themselves. Multi-use dams installed for irrigation support agriculture with a relatively constant water supply. Large hydro dams can control floods, which would otherwise affect people living downstream of the project.
Hydroelectric projects can be disruptive to surrounding aquatic ecosystems both upstream and downstream of the plant site. For instance, studies have shown that dams along the Atlantic and
^ Affected by flow shortage
Changes in the amount of river flow will correlate with the amount of energy produced by a dam. Because of global warming, the volume of glaciers has decreased, such as the North Cascades glaciers, which have lost a third of their volume since 1950 resulting in stream flows that have decreased by as much as 34%. The result of diminished river flow can be power shortages in areas that depend heavily on hydroelectric power.
Comparison with other methods of power generation
Hydroelectricity eliminates the flue gas emissions from fossil fuel combustion, including pollutants such as sulfur dioxide, nitric oxide, carbon monoxide, dust, and mercury in the coal. Hydroelectricity also avoids the hazards of coal mining and the indirect health effects of coal emissions. Compared to nuclear power, hydroelectricity generates no nuclear waste, has none of the dangers associated with uranium mining, nor nuclear leaks. Unlike uranium, hydroelectricity is also a renewable energy source.
Compared to wind farms, hydroelectricity power plants have a more predictable load factor. If the project has a storage reservoir, it can be dispatched to generate power when needed. Hydroelectric plants can be easily regulated to follow variations in power demand.
Велика частина гідроелектроенергії створюється за рахунок потенційної енергії загаченій води, яка приводить в дію водяну турбіну і генератор. У цьому випадку енергія витягнута з води залежить від обсягу і різниці в висоті між джерелом і водостоком. Ця різниця висоти називається натиск. Сума потенційної енергії води пропорційна напору. Щоб отримати дуже високий натиск, вода для гідравлічної турбіни може бути пущена через велику трубу названу шлюзом.
Гідроакумулюючі електростанції виробляють електроенергію під час піків навантаження, переміщаючи воду між резервуарами з різними висотами. Під час низького електроспоживання, надлишок енергії використовується, щоб закачати воду в більш високий резервуар. Коли з'являється максимум споживання, вода знову спускається в більш низький резервуар через турбіну. Гідроакумулюючі схеми в даний час постачають тільки важливі комерційні великомасштабні енергомережі зберігаючи добову навантаження генеруючої системи. Гідроелектричним заводи без можливості зберігати воду називаються русловими ГЕС. Приливна електростанція використовує щоденне підвищення і падіння води через припливів і відливів; такі джерела - дуже передбачувані, і якщо умови дозволяють конструкцію водосховищ, то вони також можуть бути використані, щоб генерувати потужність протягом максимумів споживання.
Менш поширені типи гідро схем використовують кінетичну енергію води або незапруженние джерела як наприклад, колесо млина.
Існує проста формула, щоб визначати кількість електроенергії вироблене на гідростанції: P = hrgk, де P - потужність в кіловатах, h - напір в метрах, r - витрата води в кубічних метрах в секунду, g - прискорення вільного падіння 9,8 м / с 2. і k - коефіцієнт корисної дії, що коливається від 0 до 1. Ефективність часто більш висока з великими і більш сучасними турбінами.
Річне виробництво електроенергії залежить від кількості води, що поступає. У деяких системах швидкість течії води може змінюватися з коефіцієнтом 10: 1 протягом року.
Поки багато гідроелектростанцій постачають громадські мережі електрикою, деякі створені, щоб обслуговувати специфічні промислові підприємства. Спеціалізовані гідроелектростанції часто будуються, щоб забезпечити надійне постачання електрикою необхідне для алюмінієвих електролітичних заводів. У Шотландських Горах є приклади в Kinlochleven і Lochaber, створені на початку 20-го сторіччя. The Grand Coulee Dam найдовша в світі, під час Другої Світової Війни постачала Alcoa
alluminium в Bellingham, Вашингтон який виробляв Американські літаки, після війни, з її допомогою здійснюється зрошення і постачання енергією громадян (додатково до алюмінієвої навантаженні). У Сурінамі, Brokopondo Reservoir був створений, щоб забезпечити електрикою Alcoa aluminium. Новозеландська електростанція Manapouri була створена, щоб забезпечувати електрикою піч для плавки алюмінію в Tiwai Point.
Хоча великі гідроелектростанції генерують більшу частину світової гідроелектроенергії, в деяких ситуаціях потрібні невеликі гідроелектростанції. Такі станції діють в Північній Америці і видають до 10 або 30 мегават. Невелика гідроелектростанція може бути підключена до розподільної мережі або може постачати потужністю ізольованих споживачів. Невеликі ГЕС зазвичай не вимагають тривалих економічних, інженерних і пов'язаних з навколишнім середовищем досліджень з великими проектами, і часто можуть бути побудовані більш швидко. Невелика ГЕС може бути використана спільно з проектом з контролю за повенями, для зрошення або інших цілей, що забезпечують додатковий дохід по проектної вартості. У місцях, де раніше використовувалися водяні колеса для млинів та інших цілей, часто можуть бути реконструйовані для виробництва електроенергії, тим самим виключаючи нове негативний вплив на навколишнє середовище. Невеликі ГЕС можуть бути в подальшому розділені на мініГЕС, пристрої близько 1 МВт за величиною, і мікроГЕС. пристрою від 100 кВт до декількох кВт.
Невеликі ГЕС особливо популярні в Китаї, який має більше 50% від загальної кількості малих ГЕС в світі.
Невеликі ГЕС в діапазоні від 1 МВт до 30 МВт часто доступні у численних виробників використовують стандартні комплектації; один підрядник може забезпечити все основне механічне та електричне обладнання (турбіна, генератор, елементи управління, комутаційна апаратура) вибирати з декількох стандартних планувань відповідних для даного місця. МікроГЕС використовуються для широкого діапазону обладнання; на маленьких виробництвах, промислові відцентрові насоси можуть бути використані як турбіни, з порівняно низькою вартістю в порівнянні зі спеціально сконструйованими турбінами.
Основна перевага гідроелектроенергії є відсутність витрат на паливо. На вартість роботи ГЕС майже не впливає збільшення вартості викопного палива, такого як нафта, природний газ або кам'яне вугілля, а також не потрібно ніякого імпортування.
Гідроелектростанції також мають більш тривалий термін служби в порівнянні з генераторами, які спалюють паливо, деякі станції, які зараз знаходяться в роботі були побудовані від 50 до 100 років тому. Обслуговуюча вартість також зазвичай знаходиться на низькому рівні, так як станції автоматизовані і мають невелику кількість робочого персоналу під час нормальної роботи.
У місцях, де дамба служить для кількох цілей, гідроелектростанція може бути споруджена з порівняно низькою вартістю, за умови, що дохід буде відшкодовувати вартість роботи дамби. Було підраховано, що продаж електрики з Three Gorges Dam покриє будівельні витрати після 5 - 8 років роботи.
Водосховища, створені гідроелектростанціями часто забезпечують сприятливі умови для водних видів спорту і привертають до себе туристів. Багатоцільові дамби використовуються для зрошення, допомагаючи сільському господарству порівняно постійним водопостачанням. Великі водяні греблі можуть контролювати повені, які могли б торкнутися людей, що живуть вниз за течією.
Шкоди навколишньому середовищу
Виробництво гідроелектроенергії змінює навколишнє середовище вниз за течією річки. Вода виходить з турбіни зазвичай містить дуже маленька кількість опадів, в результаті можуть бути змиті дно і береги річки. Оскільки ворота турбіни часто відкриваються нерегулярно, спостерігаються щоденні коливання в швидкості течії річки. Наприклад, у Великому Каньйоні, щоденне циклічну зміну течії, викликане Glen Canyon Dam, розмиває піщані мілини. Розчинений у воді кисень може вплинути на початковий стан. Залежно від розміщення, вода, що виходить з турбіни зазвичай тепліше, ніж до неї, це може вплинути на мешканців водної фауни і навіть піддати їх небезпеки, а також перешкоджає природному утворенню льоду. Деякі гідроелектростанції використовують канали, щоб направляти річку на мілководді, тим самим збільшуючи перепад. У деяких випадках, ціла річка може бути направлена в іншу строну, залишаючи за собою висохле русло. Наприклад річки Tekapo і Pukaki.
Руйнування великих гребель, поки явище рідкісне, але потенційно небезпечне - руйнування Banqiao Dam в Південному Китаї закінчилося смертю 171,000 людей і появою мільйонів бездомних. Греблі можуть піддатися бомбардуванню у воєнний час, диверсії або терористичного акту. Маленькі греблі і мікро ГЕС менш уразливі до таких небез
^ Вплив нестачі течії
Зміни у величині течії річки змінює сумарну енергію вироблену греблею. Через глобальне потепління, зменшуються обсяги льодовиків, як наприклад льодовики North Cascades, які втратили третини їх обсягу з 1950, результатом стало зменшення потоку на 34%. Результатом цього зменшення став дефіцит потужності в області, сильно залежить від гідроелектричної енергії.
Порівняння з іншими методами виробництва енергії
Гідроелектроенергія виключає газоподібні виділення, які утворюються при спалюванні палива палива, що включають в себе такі речовини як двоокис сірки, окис азоту, чадний газ, пил, і ртуть в кам'яному вугіллі. Гідроелектроенергія виключає ризик, пов'язаний з видобутком вугілля і непрямий вплив на здоров'я вугільних виділень. У порівнянні з ядерною енергією, гідроелектроенергія не зізнається радіоактивних відходів, не пов'язана з небезпечною видобутком урану і ядерними витоками. На відміну від урану, гідроелектроенергія є також поновлюваним джерелом енергії.
У порівнянні з повітряними фермами, ГЕС має більш передбачувану рушійну силу. Якщо побудовано водосховище, то можна виробляти енергію, коли вона необхідна. ГЕС можуть легко регулюватися, слідуючи за змінами необхідної потужності.
На відміну від турбін, що спалюють викопне паливо, будівництво ГЕС вимагає тривалого часу для вивчення місця, гідрологічного дослідження і оцінки впливу на навколишнє середовище. Гідрологічні дані для великих ГЕС визначають місце і режим функціонування аж до 50 років або більше. На відміну від станцій працюють на паливі, такому як вугілля або ядерна паливо, кількість місць, де можуть бути сконструйовані ГЕС обмежено; в місцях з найбільшою ефективної вартістю вони вже використовуються. Нові місця для ГЕС віддалені від населених пунктів і вимагають протяжних ліній електропередач. Отримання гідроелектроенергії залежить від кількості опадів в вододілі, і може бути значно зменшено на рік через низьку кількість опадів або танення снігу. Довгострокове енергетичне виробництво може бути під впливом змін в кліматі. Первісна прибуток від використання гідроелектроенергії може бути використана для спорудження додаткового обсягу, що гарантує достатню кількість потужності в роки з низьким рівнем води.