1.1.2 Децентралізація електропостачання сучасної економіки

На Тайм Сквер у Нью-Йорку піднімається новий сорокавосьмиповерховий "зелений хмарочос", "одягнений" з південної й східної сторони в "шкіру" із сонячних батарей. У підвалі будинку встановлені дві 200-кіловатні ПК, які поставляють електрику й гарячу воду. Разом з додатковими конструктивними заходами, такими як ефективне (з високим ККД) висвітлення й ізолюючі вікна, "холодна енергетика" (так іноді називають енергетику, що не використовує процеси горіння для вироблення енергії), по оцінці, приведе до зменшення на 40% викидів парникових газів у порівнянні з будинком із традиційним енергопостачанням.

Смілива поява малої енергетики в одному із провідних світових фінансових центрів (усього кілька кварталів від Едисонової маленької електростанції 1882 року на Пірл стріт) є своєрідним символом повернення до децентралізації енергетики на новому, більш досконалому технологічному рівні. Однак багато хто з аналітиків залишаються скептиками щодо того, чи зможуть малі генератори масового виробництва стати серйозною альтернативою більшим центральним електростанціям. Подібні сумніви спостерігалися серед власників залізниць, які зустрілися з першими автомобілями, і серед виробників великих електронно-обчислювальних машин, коли вони зустрілися з персональними комп'ютерами.

Один з аргументів, спрямованих проти малої енергетики, полягає у тому, що такі маленькі генератори ніяк не зможуть зробити великий внесок в електропостачання сучасної економіки. Слабкість цього доводу показує простий розрахунок. Якщо середню потужність автомобільного двигуна прийняти рівною приблизно 100 кВт, а річна продукція американської автомобільної промисловості становить 13 млн. легкових і малих вантажних автомобілів, то сумарна потужність, що генерує, складе 1300 Гвт. Для порівняння: потужність всіх діючих електростанцій у США в 1998 році становила 778 Гвт. У всьому автомобільному парку США вже діють понад 200 млн. надійних самостійний енергогенераторів з основними витратами на в 10 разів меншими, ніж у великих центральних генераторів.

Останні ринкові оцінки передбачають, що бум малої енергетики вже незабаром. Оцінки обсягів американського продажу енергетичного устаткування потужністю від 1 кВт до 5 Мвт у 1998 році в $4,2 млрд. показали, що американський ринок протягом декількох наступних років буде рости щорічно на 32%. Ринок паливних елементів виріс із $305 млн. у 1998 році до $1,1 млрд. у 2003-м. Ринок мікротурбін, що був близьким до нуля в 1998 році, виріс до $8,5 млрд. і. досягає майже половини американського сектора розподіленої генерації.

Прогнози темпів росту малої енергетики в США до 2010 року коливаються в межах від 5% до 40%. Одне з досліджень прогнозує, що на той час світовий ринок паливних елементів на відновлюваному паливі досягне $10 млрд. Але дійсний потенціал може бути набагато більшим. Малі енергосистеми могли б витиснути значну частину існуючої центральної генерації в промисловому світі й надати країнам, що розвиваються, можливість уникнути шляху надмірної централізації.

Неможливо знати напевно, чи буде одержувати через 20 років світ 30, 50 або навіть 80% енергії від малої енергетики й чи буде вона провісником нової ери "енергетичної незалежності". Але в одному можна бути впевненими; майбутнє електроенергетики не буде схожим на її недавнє минуле.

У перспективі можливо, що більше половини всього енергопостачання суспільство буде одержувати від малих локальних енергосистем, а інше від великих електростанцій на поновлюваних джерелах, таких як вітрові й сонячні станції, а традиційні теплові електроцентралі стануть неефективними.

Експерти по енергетиці представили 10 "ринкових прискорювачів" для просування малої енергетики (табл. 1.4).

Вони прийшли до висновку, що якщо електропостачаючі компанії не виявлять ініціативи в сприянні розосередженої енергетики, то це зроблять покупці, підтримані агресивними новими компаніями. Найближчим часом ріст малої енергетики буде значною мірою залежати від напрямків реструктуризації електроенергетики, темпів закриття атомних і вугільних електростанцій і від нових екологічних нормативів. Деякі енергетичні правила в США і Європі вже переглядаються з урахуванням малої енергетики, але ще багато чого потрібно зробити.

Мала енергетика у віддалених місцевостях є найкращим рішенням в енергозабезпеченні сільських шкіл, лікарень, малих підприємств; у питаннях опріснення, очищення й викачування води, виробництва льоду. Хоча малі дизель-генератори в цей час широко використаються для вироблення енергії поза електромережею, вони не використаються в регіонах із проблемами у використанні пального, тому на їхню зміну можуть прийти інші технології малої енергетики.

Таблиця 1.4 - Десять "прискорювачів ринку" малої енергетики (за даними на 2000 рік)

Велике міжнародне співробітництво могло б допомогти стимулювати розподілену генерацію. Зобов'язання, узяті країнами, з питань зміни клімату могли б прискорити впровадження малої енергетики у великій кількості країн. Іншими цілями є технологічне лідерство, зменшення залежності від імпорту нафти, зменшення атмосферного забруднення, підвищення ядерної безпеки, нові експортні ринки також можуть спонукати до підтримки малої енергетики. Посилаючись на прогнозований у США $10 трлн. світовий ринок поставок енергії на найближчі 25 років, доповідь Білого Дому в 1999 році призиває урядові структури й промисловість збільшити інвестування в екологічно чисту енергію й створити міжнародні союзи в її підтримку.

В остаточному підсумку, перехід до малої енергетики може прискорити еволюцію до безвуглецевого водневого енергетичного господарства, тому що поширення паливних елементів створює попит на водень як носій енергії. Уряд, бізнесові структури й громадяни, стурбовані зміною клімату, розділяють зацікавленість у тому, щоб цей перехід дійсно здійснився.

Ключове питання щодо технологій прориву не в тому, чи пересилять вони існуючі технології за звичайними критеріями, а в тому, чи зможуть вони більш ефективно задовольнити потреби майбутнього ринку. Поточне ринкове дослідження може значно недооцінити їхній потенціал. Президентові компанії Polaroid маркетингова служба повідомила, що лише 100000 його моментальних фотоапаратів можна буде продати протягом усього строку їхнього життя, тому що лише деякі бачили користь у моментальній фотографії. Так само в цей час більшість менеджерів монопольних енергопостачальних компаній навряд чи може уявити собі великий ринок для малої енергетики. Але ситуація швидко змінюється, коли екологічні й економічні фактори виявляють властиві їм переваги, а більші фірми незграбно підключаються, щоб доганяти своїх спритних конкурентів.

Поза залежністю від того, як незабаром залишиться ця великомасштабна централізована модель електроенергетики, як безперечний релікт ХХ століття, людство вже вступило в період будівництва децентралізованих систем. Безумовно, найближче майбутнє світу за інтегрованими системами енергопостачання споживачів, оскільки протягом значного періоду часу будуть співіснувати як централізовані, так і децентралізовані системи, з поступовим розширенням останніх. У цьому зв'язку необхідно володіти загальними фундаментальними й прикладними знаннями, які властиві централізованим і децентралізованим системам, так і інтегрованим.

2. Водоймища малих ГЕС та їх вплив на екологію

Спорудження малої ГЕС, якщо вона не пристроюється до існуючого вузла або каналу, системи водопостачання або водовідведення, пов'язане зі створенням водоймища. Всебічна оцінка в проекті впливу таких водоймищ на навколишнє природне середовище здобуває в сучасних умовах все більше значення.

Малі ГЕС можуть бути створені не тільки на малих, але на середніх і великих річках теж. Створенню щодо великих водоймищ приділяється досить уваги в спеціальній літературі. Тут докладно розглянуті особливості малих водоймищ.

На відміну від великих водотоків малі ріки тісніше пов'язані з навколишнім природним середовищем. Кожна зміна в ландшафті водозбору малої річки (відомість лісу, оранка землі й інше господарське освоєння) швидко відбивається на поверхневому стоці й, як наслідок, на режимі її живлення. Через меншу глибину малих рік питоме значення їхнього підземного живлення значно менше, ніж у великих рік, внутрішньорічного розподілу стоку. Більшу нерівномірність стоку малих рік породжують й інші причини.

Нерівномірність стоку впливає на гідрохімічний режим малих рік. Оскільки паводковий стік перебуває в руслі малої ріки нетривалий час - усього протягом декількох діб або навіть годин, річка не встигає очиститися від забруднень під впливом природних біологічних і хімічних процесів. Особливо це позначається в межень (період ґрунтового живлення). Через це забруднення малих рік, навіть при відносно невеликих надходженнях забруднень, може перевищити припустиме.

З розвитком народного господарства істотно змінилися функції малих річок й антропогенне навантаження на них. Значно зменшилося їхнє енергетичне використання. Приблизно століття назад на території України налічувалася велика кількість водяних млинів, які створювали сприятливий режим річки (збільшення глибини, аерацію потоку). З ліквідацією їх погіршився стан малих річок, тому що для нормальної експлуатації млинів доводилося стежити за станом водозбору щоб уникнути замулення підпертої ділянки ріки.

У цей час найважливішими факторами, що негативно впливають на малі річки, є скорочення меженного стоку (головним чином за рахунок меліорації земель, лісозводки, сільськогосподарських робіт) і забруднення їх промисловими й господарсько-побутовими стоками. Власне кажучи, багато малих рік у промислово освоєних районах перетворюються в стічні колектори.

У зв'язку із цим зменшилося рибогосподарське значення малих річок, на багатьох з них у минулому перебували нерестовища не тільки туводних, але й прохідних риб.

Зберігається рекреаційне значення малих річок, що є місцем відпочинку. Однак багато малих річок використовуються як вододжерела для розвитку місцевого зрошення й колектори для скидання вод з осушуваних ділянок.

На заплавних землях малих рік розташовані кращі сільськогосподарські угіддя (луги, пасовища, рілля). Інтенсивна сільськогосподарська діяльність привела до того, що деякі малі ріки практично зневоднились, пересихали або замулювались.

Всі ці обставини необхідно брати до уваги при створенні водоймищ малих ГЕС. На жаль, на багатьох малих річках не ведуться гідрометричні спостереження за стоком, мінералізацією, забрудненням води, немає обліку господарського використання річкового стоку й скидань стічних вод, що ускладнює розробку багатьох інженерних рішень по малих водоймищах. При проектуванні малих водоймищ варто враховувати все різноманіття факторів, що впливають на умови їхнього формування й експлуатації. Цей вплив позначається на формуванні ложа й берегів водоймищ, на природні умови прилягаючої території, екологію низ лежачої ділянки ріки.

Як же впливають різні фактори на природу утворення водоймищ малих рік?

Геологоморфологічні умови району розміщення водоймища визначають геологію річкової долини, умови утворення твердого стоку, склад донних відкладень, біогенних елементів, процеси берегової абразії й інше. По цих умовах виділяють водоймища тундри й лісотундри, рівнинні водоймища лісової, лісостепової й степової зон, пустель і напівпустель, а також гірські водоймища. Важливим фактором, що впливає на формування водоймищ малих ГЕС, є морфологія річкової долини, що визначає його глибоководність, співвідношення мілководної й глибоководної зон. Досвід експлуатації малих водоймищ показує, що відносні розміри мілководної зони є часом одним з вирішальних елементів при виборі параметрів водоймища, тому що негативний вплив цієї зони на гідробіологічний режим водоймищ загальновідомий.

На формування природи малих водоймищ істотно позначаються гідрологічні умови, що визначають гідродинамічні умови, що визначають гідродинамічний розвиток внутрішньоводоймових процесів: водообмін водоймища, режим плинів, водний і тепловий баланс, термічний режим у нижньому б'єфі, вирівняний і хвильовий режими. Із цих факторів варто особливо виділити водообмін, значення якого в умовах сильного забруднення малих рік велике. На умови водообміну впливають і морфометричні особливості водоймища. Природно, що чим нижче ступінь зарегульованості стоку водоймищем, тим вище водообмін. Однак умови підвищення водообміну у водоймищі суперечать прагненню збільшити гарантовану енерговіддачу ГЕС, тому їхньому вв'язуванню також варто приділяти увагу. На якість води у водоймище впливають водообмін і процеси природного біологічного самоочищення. Для неблагополучних по якості води водотоків, особливо розташованих у зонах з низькими температурами, що знижують активність процесу самоочищення, вирішаючим для якості води водоймищ малих ГЕС є водообмін.

Важливим при утворенні водоймищ малих ГЕС є берегова абразія. Найбільш активно процеси обвалення й переформування берегів ідуть у приплотинній частини. Спостереженнями встановлені три стадії розвитку берегової абразії: становлення, стабілізація й відмирання. На першій стадії інтенсивно йде процес обвалення берегів, формування прибережних обмілин, вирівнювання берегової лінії (зрізка мисів і заповнення продуктами абразії й наносами заток). Дані експлуатації [5] показують, що становлення берегів малих водоймищ в основному завершується до 15-20 років, у цілому ж цей процес може тривати 100 і більше років.

Активність берегової абразії малих водоймищ може істотно впливати на інтенсивність їхнього замулення, а окремі ділянки берегової смуги, перспективні на утворення великих зсувів, можуть вимагати проведення спеціальних заходів щодо їхньої стабілізації й закріплення. Виявленню таких ділянок необхідно приділяти увагу на стадії проектування малих ГЕС.

При утворенні водоймищ малих ГЕС відбувається процес акумуляції наносів. Недоліки прогнозування цього процесу привели до замулення багатьох раніше побудованих водоймищ малих ГЕС, особливо в гірських і передгірних районах, на річках з високим змістом наносів. Такі ГЕС мають відносну ємність менш 0,01%.

Замулення малих водоймищ походить від зони виклинцьовування підпору до греблі. У верхів'ї водоймища замулення починається не в русловій, а в заплавній частині; руслова частина заливається від греблі. На інтенсивності замулення позначається так само берегова абразія, хвильова активність, вітрова ерозія, водна рослинність. Остання особливо впливає на формування ложа водоймищ у мілководній зоні, часом поступово перетворюючи їх у болото. Для водоймищ малих ГЕС, де відсоток мілководь (глибини до 2 м) вище, ніж у великих водоймищ, і вони займають 25-90% обсягу, небезпека заростання велика, і тому є безліч прикладів [5].

При проектуванні водоймищ малих ГЕС їхньому замуленню варто приділяти особливу увагу. Очевидно, не завжди економічно виправдане буде створення необхідного мертвого обсягу у водоймищі малої ГЕС із тривалим періодом його заповнення. У деяких випадках можна періодично в процесі експлуатації робити очищення від наносів, передбачаючи для цього в проекті площадку розміщення відвалів, а також і господарське використання наносів. Донні відкладення водоймищ можуть бути різними. Залежно від їхнього хімічного складу й фізико-механічних властивостей вони використовуються на добрива, будматеріали [5].

Різноманітний вплив водоймищ малих ГЕС на екологію.

2.1 Вплив на гідрологічний режим

Створення водоймищ малих ГЕС веде до трансформації річкового стоку залежно від характеру регулювання - добового, тижневого, сезонного, багаторічного. Для таких водоймищ характерні перші два види регулювання. У більшості випадків ці водоймища змінюють на незначну величину внутрішньорічний розподіл річкового стоку, хоча є приклади водоймищ досить глибокого регулювання [5].

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6