Проектування малої гідростанції на Печенізькому водосховищі

Зміст

Перелік позначень та скорочень

Вступ

1. Переваги й недоліки малої енергетики

1.1 Актуальність розвитку розподіленої генерації

1.1.1 Недоліки й переваги децентралізації енергопостачання

1.1.2 Децентралізація електропостачання сучасної економіки

2. Водоймища малих ГЕС та їхній вплив на екологію

2.1 Вплив на гідрологічний режим

2.2 Зміна рівня ґрунтових вод

2.3 Зміна мікроклімату прибережної зони

2.4 Використання водоймищ малих ГЕС

3. Мала гідроенергетика

3.1 РТ-турбіна

3.2 FТ-турбіна

3.3 МВТ-турбіна

3.4 КТ-турбіна

3.5 DТ-турбіни

4. Перспективні конструкції й компонування гідроагрегатів малих ГЕС

4.1 Класифікація малих ГЕС і вимоги до їхнього устаткування

4.2 Типізація гідротурбінного устаткування для малих ГЕС, область застосування, конструктивні особливості

4.3 Гідрогенератори, система регулювання й автоматизація роботи

5. Вибір параметрів турбіни

6. Економічна частина

7. Охорона праці і навколишнього середовища

7.1 Загальні питання з охорони праці

7.2 Небезпечні та шкідливі виробничі фактори

7.2.1 Освітлення

7.2.2 Шум

7.3 Електробезпека

7.4 Пожежна безпека

7.5 Охорона навколишнього середовища

Висновки

Перелік джерел інформації

Перелік позначень та скорочень

БНіП – будівельні норми і правила

ГЕС – гідроелектростанція

ДСТУ – державні стандарти України

ЕЛТ – електронно-променеві трубки

ЕОМ – електронно-обчислювальна машина

з/п – заробітна платня

ККД - коефіцієнт корисної дії

КПО – коефіцієнт природної освітленості

млн. – мільйон

млрд. – мільярд

ПЕОМ – персональна електронно-обчислювальна машина

ПК – паливні комірки

РЕВ – рада економічної взаємодопомоги

у.п. – умовне паливо

Вступ

Нетрадиційній енергетиці останнім часом приділяється пильна увага в усьому світі . Зацікавленість у використанні відновлюваних джерел енергії - вітру, сонця, морського припливу й річкової води, - легко з'ясовна: немає потреби закуповувати дороге паливо, є можливість використовувати невеликі станції для забезпечення електроенергією важкодоступних районів.

Малі й мікро ГЕС - об'єкти малої гідроенергетики. Ця частина енерговиробництва займається використанням енергії водних ресурсів і гідравлічних систем за допомогою гідроенергетичних установок малої потужності (від 1 до 3000 кВт). Мала енергетика одержала розвиток у світі в останні десятиліття, в основному через прагнення уникнути екологічного збитку, який наноситься водоймищами великих ГЕС, через можливість забезпечити енергопостачання у важкодоступних і ізольованих районах, а також, через невеликі капітальні витрати при будівництві станцій і швидкого повернення вкладених коштів (у межах 5 років).

Однією з основних переваг об'єктів малої гідроенергетики є екологічна безпека. У процесі їх спорудження й наступної експлуатації шкідливих впливів на властивості і якість води немає. Водоймища можна використовувати й для рибогосподарської діяльності, і як джерела водопостачання населення. Однак, і крім цього в мікро й малих ГЕС чимало переваг. Сучасні станції прості в конструкції й повністю автоматизовані, тобто не вимагають присутності людини при експлуатації. Вироблюваний ними електричний струм відповідає вимогам ДСТУ по частоті й напрузі, причому станції можуть працювати як в автономному режимі, тобто поза електромережею енергосистеми краю або області , так і в складі цієї електромережі. А повний ресурс роботи станції - не менш 40 років (не менш 5 років до капітального ремонту). Ну а головне - об'єкти малої енергетики не вимагають організації великих водоймищ із відповідним затопленням території й колосальним матеріальним збитком.

Природа дає нам самий невибагливий спосіб видобутку енергії. На жаль, ми ним майже не користуємося. Залишається тільки сподіватися, що надалі, при розвитку малого виробництва, необхідність у використанні енергії незліченної кількості природних водойм все-таки виникне.

Електрична енергія багато в чому визначає технічний прогрес, сприяє розвитку високоточних технологій, допомагає забезпечити добробут і життєвий комфорт населення. У той же час подорожчання природних носіїв енергії - вугілля, нафти, газу веде до постійного підвищення тарифів на електроенергію, що негативно позначається на реалізації згаданих положень, на діяльності дрібних і середніх промислових виробництвах і на фермерських господарствах. Доводиться також констатувати, що існують цілі регіони, де зайнятість населення і його життєві блага прямо залежать від своєчасної доставки органічного палива до теплових і дизельних електричних станцій, у той час як у більшості з них є невичерпні запаси надійного поновлюваного джерела електричної енергії - води. Реальним виходом з положення , що створилося, може стати відновлення й зміцнення ролі малої гідроенергетики в розвитку продуктивних сил суспільства , як альтернативного джерела енергії.

Тим більше, що сучасний рівень техніки дозволяє створювати устаткування для мікро й малих ГЕС, що забезпечує якість електричної енергії при роботі на ізольованого споживача, що не уступає своїми параметрами якості електроенергії, виробленої великими тепловими й гідроелектростанціями. Малу гідроенергетику в першу чергу слід використовувати у віддалених і важкодоступних районах, де поблизу немає ліній електропередач, і куди доставка органічного палива сполучена з більшими тимчасовими, технічними й фінансовими труднощами.

1. Переваги й недоліки малої енергетики

У цей час все більша увага приділяється "малій енергетиці", що використовує генератори невеликої потужності, які екологічно більш чисті, енергоефективні й економічно більш прийнятні. Ця нова техніка викидає в атмосферу менше шкідливих речовин, включаючи двоокис вуглецю, що впливає на зміну клімату на 70...100% менше, ніж звичайні електростанції. Це відбувається тому, що вони використають природний газ або відновлювані джерела енергії, а також тому, що вони більш ефективні, тобто мають значно більш високі коефіцієнти корисної дії (ККД).

Перехід до малої енергетики призводить до децентралізації енергопостачання, що має інші переваги. Енергія, вироблена на місці, дозволяє знизити вимоги до системи її передачі й забезпечує додаткову надійність. Оскільки більшість виробництв і життєво важливі установи, такі як фінансові або медичні, у цей час є високоавтоматизованими, то перерва в енергопостачанні навіть на короткий час часто приводить до значних економічних і соціальних втрат. Локальні енергоустановки дають також споживачам додатковий ступінь незалежності від централізованих постачальників енергії.

Все це визначило швидкі темпи зростання і розвиток малої енергетики, що базується на розосередженні електричних генераторів невеликої потужності в сучасних системах енергозабезпечення споживачів енергії. З огляду на переваги малої енергетики в порівнянні із традиційними електричними станціями, варто очікувати її розвитку й в Україні, оскільки викладені важливі аргументи є визначальними в сучасній сфері енергозабезпечення. Ніяке енергетичне лобі прихильників використання потужних ТЕС або АЕС не зможе загальмувати розвиток екологічно більш чистих, енергоефективних і економічно більш прийнятних джерел енергії.

Установки потужністю менше 30 Мвт не підпадають під дію відповідних документів у питаннях регулювання енергосистем загального призначення й деяких державних законів з виробництва теплової й електричної енергії, режимів роботи й потужності устаткування.

У практиці більшості країн світу прийнято використати наступне визначення: "Мала установка для виробництва енергії" це установка, що використовує біомасу, вторинні або відновлювані ресурси, включаючи вітер, сонячні й водні ресурси, для виробництва електроенергії із установленою потужністю не більше 80 Мвт.

В останні роки джерела малої енергетики відносять до розподіленої генерації. Системи енергопостачання споживачів, засновані на використанні розподіленої генерації (джерел малої енергетики), називають децентралізованими системами.

1.1 Актуальність розвитку розподіленої генерації

У зв'язку з різким ростом попиту на електричну енергію у світі наприкінці минулого сторіччя й коливанням цін на первинну енергію енергетичний бізнес був перетворений у величезну "природну монополію".

На жаль, все це не могло надати негативного, часто необоротного впливу на екологію як окремих регіонів, так і світу в цілому. Так, у багатьох країнах світу (у більшості розвинених країн) в 1970-х роках здійснювалося постійне нарощування потужностей електростанцій, що виявилося не ефективним, оскільки екологічні застереження, енергетична криза й багатомільярдні витрати на грандіозні проекти атомної енергетики змусили багатьох сумніватися в раціональності парадигми централізованої електроенергетики. Будівництво великих ядерних і теплових станцій ставало все більш дорогим. Ситуація почала змінюватися починаючи з 1980-х років. У цей же час розвиток нових технологій в енергетичному секторі дозволив істотно знизити вартість невеликих (від 10 кВт до 30 Мвт) установок, що генерують, зокрема газових турбін комбінованого циклу, на ринку з'явилися малі газові турбіни, запущені в масове виробництво. Тому середня потужність нових електростанцій зменшилася з 600Мвт у середині 1980-х до 100 Мвт в 1992 році й 21 Мвт в 1998 році.

У світі помітно почалися зміни на користь впровадження малої енергетики (розподіленої генерації), темпи росту якої (тільки за рахунок поновлюваних джерел енергії) уже в 2000 році були вражаючими (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 – Темпи росту джерел енергії

Останні дані дозволяють стверджувати, що зменшення одиничної потужності генеруючих установок тільки почалося. Останні 5 років засвідчили появу нового покоління "портативного" енергогенеруючого устаткування незмірно меншого розміру, ніж великі генератори, які зараз становлять основу централізованої енергетики. Відображаючи досягнення в галузях металургії, синтетичних матеріалів, електроніки й інших, ці пристрої об'єднали великий спектр технологій від удосконалених двигунів внутрішнього згорання до генераторів, які базуються на електрохімічних і фотоелектричних процесах. Хоча джерела малої енергетики поки ще іноді більш дорогі в порівнянні із традиційними генераторами, але ціни на них стали постійно знижуватися з наступним удосконаленням технологій і зниженням питомих витрат при масовому виробництві.

На перших в новому столітті Олімпійських іграх у Сіднеї (Австралія) у вересні 2000 року одним з місць, що було в центрі уваги, стало олімпійське селище, на дахах будинків якого встановлені сонячні батареї для виробництва необхідної електроенергії. Коли ігри завершилися, селище стало "сонячним передмістям" на 1500 жителів, що, по підрахунках його творців, дозволило уникнути вуглецевого забруднення в 7000 тонн викидів щорічно. Це могло відбутися, якби еквівалентну кількість електроенергії одержали при спалюванні вугілля на електростанціях, які виробляють більшу кількість електроенергії в Сіднеї. Подібно олімпійському гаслу "швидше, вище, сильніше", гаслом енергосистеми олімпійського селища могло б бути "дешевше, чистіше, надійніше". Ці нові мініатюрні домашнього розміру генератори є втіленням вражаючої відмови генерації електроенергії, що очолювала енергетику протягом усього першого сторіччя її існування й досягла вершини у вугільних і атомних чудовиськах, які зараз забезпечують основну масу енергії в усьому світі й коштують багато мільярдів доларів. Сучасне сполучення технічних, політичних і екологічних зусиль вдихнуло нове життя в стару ідею децентралізованої малої енергетики.

У спеціальному випуску журналу "Bisiness Week" у серпні 1999 року під заголовком "21 ідея для 21 століття" локальні "персональні" електростанції були першими в списку. Дійсно, енергетика починає нове сторіччя в період бурхливих змін, не бачених із часу її початку 100 років тому.

Як ми вже відзначали раніше, малі електрогенератори є екологічно більше чистими, енергоефективними й у більшості випадків економічно більш привабливими.

Поява малої електроенергетики може мати найважливіші наслідки в "третьому світі", де централізовані енергетичні мережі відомі своєю незахищеністю від частих вимикань, де будівництво електростанцій і електромереж обтяжує уряд багатомільярдними боргами й де 1,6 млрд. людей і дотепер взагалі не мають електрики. Ця енергетика може істотно зменшити витрати на забезпечення основних послуг швидко зростаючому числу міських споживачів. А в сільській місцевості нова техніка може уможливити розвиток автономних сільських електричних систем і позбавить від потреби підключення до централізованих електричних мереж.

Незабаром лібералізація, реструктуризація й реформи електроенергетики, які відбуваються в багатьох країнах, визначать темп змін у централізованій і децентралізованій енергетиці. Нові правила гри визначать, наскільки енергоринки будуть відкритими для нових малих конкурентів. Усе ще діючі в цей час енергетичні монополії, інтереси яких вкоренилися в існуючу економічну й правову систему, будуть продовжувати опір змінам, але, як і у випадку перебудови телекомунікацій, їхній опір згодом, майже напевно, ослабшає.

1.1.1 Недоліки й переваги децентралізації енергопостачання

Аварії енергосистем 1999 року й в 2003 році виявили, що енергопостачальні компанії на протязі десятиліть недостатньо інвестували в підвищення надійності місцевих еклектичних мереж.

Недостатня пропускна здатність місцевих систем електропередачі викликає потребу більших витрат на модернізацію ліній передач й трансформаторів і вказує на потенційну цінність малих, розосереджених генераторів. Роблячи деяку кількість енергії в межах місцевої мережі, малі генератори можуть зменшити навантаження на устаткування систем електропередачі. А в центрі міста, де лінії передач підземні й де їхня заміна вимагає проведення реконструкції вулиць, витрати на встановлення додаткових малих генераторів часто становлять лише малу частину витрат від необхідної для реконструкції системи електропостачання.

Саме тоді, коли старіння устаткування й перевантаження лінії електропередач викликають сумнів у здатності діючих централізованих енергосистем упоратися зі зростаючим попитом на електрику й витримати більш тверді погодні умови, урахувати зростаючу залежність від автоматизації й комп'ютеризованих процесів, підвищується зацікавленість у високоякісному, безперебійному енергопостачанні. І тоді, коли сучасні інформаційні системи висувають додаткові вимоги до якості електроенергії, нові комунікаційні технології прискорюють рух до більш надійної децентралізованої системи.

У багатьох регіонах світу найбільшу загрозу надійності системи забезпечення електроенергією становлять перебої в місцевих системах електропостачання, викликані ушкодженням ліній електропередач через погодні умови або їхнім перевантаженням через надлишкове споживання. Аварії в системах електропостачання викликають до 95% перебоїв подачі енергії в США. Тоді як жара або холод може спричинити перевантаження системи електропередач через підвищений попит на енергію для забезпечення систем кондиціонування або пристроїв для підігріву повітря, деякі стихійні лиха (повені, бурі з градом, урагани) можуть перервати поставку енергії на більші райони, зруйнувавши лінії електропередач. Відповідно до доповіді Енергетичної ради США витрати на передачу й розподіл електроенергії з 1994 року перевищили витрати на її виробництво (від $800 млн. до $2,5 млрд. із цих засобів могли б бути з вигодою спрямовані на малі генератори й підвищення енергоефективності).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6