Все гидроэлектростанции в качестве источника энергии применяют энергию водного потока. Чаще всего, гидроэлектростанции строят на реках, создавая плотины и водохранилища.

Все ГЭС можно разделить на нижеуказанные виды:
Русловые и плотинные. Такие виды являются самыми распространенными, напор воды создается за счет установки плотины, которая перегораживает реку или поднимает уровень воды к нужной отметке. Данные виды ГЭС строят на многоводных равнинных реках и горных реках.

1. Приплотинные. Их строят на местах максимального напора воды. Для этого, реку перегораживают плотиной, а здание ГЭС располагаются в нижней части этой плотины. Вода попадает в турбины через напорные тоннели.
2. Деривационные. Подобные электростанции строят в местах, где есть большой уклон реки. А концентрацию воды создают за счет деривации. Деривационные ГЭС могут быть с напорной деривацией и без нее.
3. Гидроаккумулирующие. Они аккумулируют электроэнергию, а используют ее только при пиковых нагрузках. В момент максимальной нагрузки, агрегаты ГЭС работают подобно насосам от внешних источников и закачивают воду в специальные бассейны, после вода поступает в трубопровод и заставляет работать турбины.

Преимущества ГЭС:

• Применение возобновляемой энергии.
• Дешевая электроэнергия.
• Отсутствие пагубных выбросов в атмосферу.
• Очень быстрый переход к режиму выдачи рабочей мощности после первого включения станции.
• Выгодно использовать в качестве аварийного резерва, поскольку генераторы станций можно легко включать/выключать в зависимости от потребностей.
• Менее негативное воздействие на воздушную среду, чем у других видов электростанций.
• Хорошо регулируется частота и покрываются растущие пиковые нагрузки.

Недостатки ГЭС:

• Затопление больших участков земель.
• Строительство возможно лишь в местах больших запасов энергии воды.
• На горных реках такие станции очень опасны по причине высокой сейсмичности районов.
• Нерегулируемые попуски воды из водохранилищ приводят к перестройке уникальных экосистем по руслу рек, поэтому реки загрязняются, уменьшается численность рыб, исчезают места гнездования перелетных птиц.
• Уменьшается поток биогенных веществ в океаны.
• Для постройки большой плотины требуется очень много материала и обходится это дорого.
• Строительство ГЭС, в сравнении с другими энергоисточниками более долгое и дорогое.
• Очень большая площадь водохранилищ.
• Большой вред плотины рыбному хозяйству, так как закрыт путь к нерестилищам.
• Крупные гидросооружения и плотины являются причиной пересыхания рек.
• Перспективы развития применения гидроэнергетических ресурсов минимальны, поскольку территории развитых стран практически исчерпали потенциал для развития данной сферы.

К примеру, Европа располагает только 25 процентами неохваченных территорий, которые подойдут для гидроэнергетических проектов, а северная часть США имеет лишь 30 процентов. Но у развивающихся стран перспектива лучше, например, Южная Америка и Африка имеют большие территории пригодные для освоения водных ресурсов. В Африке сейчас освоено только 7 процентов от водного ресурса, а в Южной Америке 33 процента.

Электрические станции являются важнейшей частью жизни каждого человека, поскольку они преобразуют энергию в электроэнергию. Одна станция представляет собой целый комплекс мероприятий, искусственных и естественных подсистем, которые служат для превращения и распределения всех видов источников энергии. Весь процесс можно разделить на несколько этапов:

1. Процесс добычи и переработки первичного источника энергии.
2. Доставка на электростанцию.
3. Процесс превращения первичной энергии во вторичную.
4. Распределение вторичной (электрической или между потребителями.

Электроэнергетика включает в себя производство энергии на станции и последующую ее доставку по линиям электропередач. Такие важнейшие элементы данной цепочки, как электрические станции различаются по типу первичных источников, которые доступны в данном регионе.

Рассмотрим некоторые виды преобразовательных процессов подробнее, а также достоинства и недостатки каждого из них.

Относятся к группе традиционной энергетики и занимают значительную долю выработки электроэнергии мирового масштаба (приблизительно 40%). Достоинства и недостатки ТЭС приведены в следующей таблице:

Используют в качестве первичного источника энергии например, водохранилища и реки. Достоинства и недостатки ГЭС также сведены в таблицу.

Атомные электростанции (АЭС) - комплекс установок и мероприятий, предназначенных для которая выделяется в результате деления атомных ядер, в тепловую, а далее и в Важнейшим элементом данной системы является а также комплекс сопутствующих устройств. В таблице ниже приведены достоинства и недостатки АЭС.

Не менее важным этапом становится транспортировка топливных ресурсов к электростанции. Этот процесс может быть осуществлен несколькими способами, у каждого из которых есть свои достоинства и недостатки. Рассмотри основные способы транспортировки:

• Водный транспорт. Доставка осуществляется при помощи танкеров и бункеровщиков.
• Автомобильный транспорт. Транспортировка осуществляется в цистернах. Возможность перевозить только жидкое или газообразное топливо определяет существующие достоинства и недостатки автомобильного транспорта.
• Железнодорожный транспорт. Доставка в цистернах и открытых вагонах на большие расстояния.
• Подвесные и редко используются и только на очень короткие расстояния.

ПРЕИМУЩЕСТВА ГЭС:

Гибкость

Гидроэнергия является гибким источником электроэнергии, так как ГЭС может очень быстро адаптироваться к изменяющимся требованиям энергии, увеличивая или уменьшая производство электроэнергии. Гидротурбина имеет время запуска порядка нескольких минут. От 60 до 90 секунд требуется, чтобы принести устройство от холодного пуска до полной нагрузки; это гораздо меньше, чем для газовых турбин или паровых установок. Производство электроэнергии может также быть быстро уменьшено, когда есть избыточная мощность.

Электростанция Ffestiniog может развивать мощность 360 МВт в течении 60 секунд

Низкие затраты на электроэнергию

Основным преимуществом гидроэлектроэнергии является отсутствие стоимости топлива. Стоимость эксплуатации гидроэлектростанции почти невосприимчива к увеличению стоимости ископаемого топлива, таких как нефть, природный газ или уголь, и никакой импорт не требуется. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции больше, чем 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час.

Гидроэлектростанции имеют долгий срок эксплуатации , некоторые ГЭС все еще дают электроэнергию после 50-100 лет работы.

Затраты на оперативное обслуживание небольшие , требуется немного людей для контроля работы ГЭС.

Плотина может использоваться сразу в нескольких целях: накапливать воду для ГЭС, защищать территории от наводнений, создавать водоем.

Пригодность для промышленного применения

В то время как многие гидроэлектростанции поставляют энергию в сети общего потребления электроэнергии, некоторые создаются для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Например, в Новой Зеландии электростанция была построена для снабжения электроэнергией алюминиевого завода в Тиваи Пойнт.

Снижение выбросов CO 2

Гидроэлектростанции не сжигают ископаемые виды топлива и непосредственно не производят углекислый газ. Хотя некоторый углекислый газ образуется в процессе производства и строительства проекта. Согласно исследованию Пауля Шеррера из Университета Штутгарта, гидроэнергетика производит меньше всего углекислого газа, среди прочих источников энергии. На втором месте был ветер, третьей стала ядерная энергия, энергия солнца оказалась на 4 месте.

Другие виды использования водохранилища

Водохранилища ГЭС часто предоставляют возможности для занятий водными видами спорта, и сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах, аквакультура в водоемах является распространенным явлением. Вода из водоемов может идти на полив сельскохозяйственных культур, в ней можно разводить рыбу. Кроме того плотины помогают предотвратить наводнение.

НЕДОСТАТКИ ГЭС:

Повреждение экосистемы и потеря земли

Большие резервуары, необходимые для работы гидроэлектростанций приводят к затоплению обширных земель выше по течению от плотины, уничтожая долины лесов и болота. Потеря земли часто усугубляется уничтожением среды обитания окружающих территорий, занятое водохранилищем.
ГЭС могут привести к уничтожению экосистем, так как вода, проходя через турбины очищается от естественных наносов. Особенно опасны ГЭС на крупных реках , которые ведут к серьезным изменениям среды обитания.

На фото изображен водоем, возникший в результате строительства плотины

Заиление

Когда течет вода, более тяжелые частицы сплывают вниз по течению.
Это оказывает негативное влияние на плотины и впоследствии их электростанций, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высокой степенью заиления. Ил может заполнить резервуар и уменьшить его способность контролировать наводнения, вызывая дополнительное горизонтальное давление на плотину. Уменьшение русла реки может привести к снижению вырабатываемой электроэнергии. К тому же даже жаркое лето или малое количество осадков может привести к уменьшению реки.

Выбросы метана (из водохранилищ)

Наибольшее воздействие оказывают ГЭС в тропических регионах, водоемы электростанций в тропических регионах производят значительные объемы метана. Это связано с наличием растительного материала в затопленных районах, распадающихся в анаэробной среде, и образующих метан и парниковый газ. Если верить докладу Всемирной комиссии по плотинам, в случаях, когда водохранилище большое по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 ватт на квадратный метр площади поверхности) и не была произведена очистка лесов в области водоема. То выбросы парниковых газов в резервуаре могут быть выше, чем у обычной ТЭС.

В последнее время, в качестве альтернативы классическим средне-высоконапорным плотинным ГЭС активно предлагаются низконапорные гидроузлы, работающие на естественном стоке, довольно широко распространенные в Западной Европе. Попробуем разобраться, что это ГЭС и каковы их плюсы и минусы.

Пример низконапорной русловой гидроэлектростанции - ГЭС Iffezheim на Рейне, введена в эксплуатацию в 1978 году. Фото отсюда

Концепция низконапорного руслового гидроузла предусматривает создание на равнинной реке ГЭС с напором в несколько метров, чье водохранилище как правило укладывается в зону естественного затопления поймы при сильных паводках. Такие гидроузлы имеют следующие преимущества:

* Небольшая площадь затопления, в которую как правило не попадают (или почти не попадают) застроенные земли. Следовательно, никого переселять не надо, влияние на экосистемы куда менее значительно.

* В низконапорные плотины гораздо проще интегрировать рыбоходы, да и вниз через турбины рыба проходит с меньшим травматизмом.

Саратовская ГЭС - самая низконапорная в Волжско-Камском каскаде.

Теперь перейдем к недостаткам:

* Такие ГЭС образуют небольшие водохранилища, пригодные в лучшем случае для суточного регулирования стока, а то и вовсе работающие на водотоке. В результате, выработка подобных ГЭС сильно зависит от сезона и погодных условий - в маловодные периоды она резко падает.

* Эффективность использования стока такими ГЭС гораздо меньше, чем классическими - не имея возможности аккумулировать сток в половодье и паводки, они вынуждены сбрасывать массу воды вхолостую.

* Не имея емкого водохранилища, такие гидроузлы не могут бороться с наводнениями.

* С точки зрения судоходства сооружение нескольких низконапорных гидроузлов вместо одного большого приводит к увеличению времени на шлюзование - вместо одного шлюза нужно проходить несколько.

* Низконапорные ГЭС умеют существенно большую удельную стоимость (в расчете на кВт мощности и кВт.ч. вырабатываемой электроэнергии). Чем меньше напор, тем больше габариты и соответственно металлоемкость оборудования, невозможность аккумулирования стока в водохранилище приводит к необходимости создания более мощных водопропускных сооружений, несколько шлюзов дороже, чем один и т.п. Для сравнения, можно привести низконапорную Полоцкую ГЭС в Белоруссии и высоконапорную Богучанскую ГЭС. Первая стоит примерно 4500$ за кВт, вторая - около 1000$ за кВт. Разница, как мы видим - в 4,5 раза.

ГЭС Тукуруи в Бразилии. В амазонской сельве, как и в сибирской тайге, более эффективны большие ГЭС.

Подведем итоги. Преимущества низконапорных ГЭС наиболее существенны в густонаселенных районах, где высокая стоимость земли и большое количество работ по переселению людей, выносу сооружений и инфраструктуры делают крупные ГЭС с большими водохранилищами неприемлемыми. Именно поэтому низконапорные ГЭС получили наибольшее распространение в Европе, где плотность населения высока, а собственных энергоресурсов мало, что вынуждает использовать весь доступный гидропотенциал, пусть и дорогими способами.

В то же время, в относительно малонаселенных регионах очевидны преимущества больших ГЭС - собственно, в основном там их и строят сейчас во всем мире (хотя критерии малонаселенности в разных странах существенно различаются, для Китая с его миллиардным населением переселение нескольких десятков тысяч человек вполне приемлемо).

Низконапорные русловые ГЭС не конкурируют со средне- и высоконапорными - у каждого типа гидроэлектростанций своя «экологическая ниша», в которой они наиболее эффективны. И ссылки на русловые ГЭС в Западной Европе при обсуждении гидроэнергетических проектов в Восточной Сибири являются сравнением несравнимого.