Полная версия

Главная arrow Агропромышленность arrow Гидравлика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА

ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ, ЭНЕРГИЯ И МОЩНОСТЬ ВОДОТОКА

Гидроэнергетические ресурсы — часть водных ресурсов, которая используется или может быть использована для производства электроэнергии.

В отличие от остальных видов первичных энергоресурсов, используемых преимущественно для выработки энергии, гидроэнергетические ресурсы могут быть применимы для промышленного и общественного водоснабжения, развития рыбного хозяйства, ирригации, судоходства и т.д.

Характерной особенностью гидроэнергоресурсов является преобразование на гидроэлектростанциях механической энергии воды в электрическую без промежуточного производства тепла.

Энергия рек возобновляема, причем цикличность ее воспроизводства полностью зависит от речного стока, поэтому гидроэнергоресурсы неравномерно распределяются в течение года, кроме того, их величина меняется из года в год (табл. 7.1). В обобщенном виде гидроэнергоресурсы, как и водные, характеризуются среднемноголетней величиной.

Таблица 7.1

Данные о речном стоке отдельных стран мира_

Страна

Площадь территории, млн км2

Суммарный средний многолетний объем стока, км3/год

Удельная водность в среднем за год с 1 км2, л/с

Россия

17,075

4000

7,4

Бразилия

8,51

5300

11,9

США

9,36

2850

9,8

Китай

9,9

2600

8,3

Канада

9,98

1500

24

Норвегия

0,32

368

35,8

Франция

0,551

343

19,7

Югославия

0,256

123

15,2

Польша

0,312

58

5,9

Гидроэнергетические ресурсы на Земле оцениваются в 33 тыс. ТВт-ч/год, но по техническим и экономическим причинам доступны к использованию всего лишь 4...25%.

На территории Российской Федерации сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По этому показателю наша страна занимает второе место после Китая. При этом неосвоенный экономический потенциал гидроэнергоресурсов сосредоточен в основном в Сибири и на Дальнем Востоке и составляет около 700 млрд кВт-ч.

Большие и малые водостоки постоянно возобновляются вследствие круговорота воды в природе, спускаясь с гор и возвышенностей до уровня морей и океанов, постоянно расходуя энергию на преодоление различных сопротивлений. Эта энергия воды, перемещающейся с высоких отметок на более низкие, называется гидравлической, или водной, энергией.

Для определения энергии и мощности отдельного участка водостока рассмотрим участок между двумя избранными сечениями 1 — 1 и 2—2 (рис. 7.1).

Схематический профиль участка реки

Рис. 7.1. Схематический профиль участка реки

Предположим, что в течение / с через произвольно выбранное поперечное сечение 1 — 1 проходит объем ИДм3) при средней величине расхода Q3/с), так что W= Q t. Полная энергия потока в рассматриваемом сечении 1 — 1 согласно уравнению Бернулли описывается выражением

Р

где z, — потенциальная энергия положения; — — потенциальная

У

энергия давления, соответствующая среднему давлению р ;

а,)? „ ,

——?— кинетическая энергия при средней скорости о и коэф- 2g

фициенте Кориолиса а,; у — удельный вес.

Энергия того же объема воды W, переместившегося на расстояние L вниз по течению водостока до сечения 2—2, аналогично записывается

Энергия водостока на рассматриваемом участке определяется как разность Е участка

В естественном состоянии эта энергия расходуется водотоком на преодоление внешних и внутренних сил трения, взаимодействие потока с руслом, перемещение наносов и другие виды работы, определяющие рассеяние энергии. Вот эта энергия и может быть эффективно использована на гидроэлектростанциях для получения электрической энергии.

Отнеся полученное выражение к единице времени и учитывая, что W= Q ? t, получим выражение средней за время t мощности водостока на рассматриваемом участке:

где (z, — Z-) — характеризует изменение потенциальной энергии

Р Pi ^

высотного положения; —-- — изменение потенциальной

Y

0? -у2 _ 0( -у2

энергии давления; —LJ1-— — изменение величин кинети-

2 g

ческой энергии.

Если отнести г, — z2 к свободной поверхности воды в соответствующих сечениях водостока и учитывать, что в естественных условиях

2 2 0Г 'у- _ 0? 'у-

разность кинетических энергий —1-'L-L настолько мала, что ею

можно пренебречь, то получим выра^ние энергии и мощности водостока в следующем виде:

где Яум = zx - Z2 величина падения уровня свободной поверхности водостока в пределах рассматриваемого участка.

С учетом того что 102 кг • м/с = 1 кВт и для воды у = 9810 Н/м3, эти формулы приводятся к более удобному для использования виду:

Эта формула справедлива при условии, что расход водостока на участке между сечениями 1—1 и 2—2 остается неизменным.

Если учитывать наличие поверхностного стока, который может вызвать увеличение расхода на протяжении рассматриваемого участка, то мощность может быть определена по формуле

где Qh и Qk — расходы воды соответственно в начале и конце участка.

Приведенные формулы используются для определения так называемых потенциальных ресурсов водной энергии, которые принято подсчитывать в предположении, что преобразование водной энергии в электрическую происходит без потерь, т.е. это валовый, или теоретический, гидроэнергетический потенциал. Потенциальные ресурсы водной энергии характеризуются величиной среднегодовой потенциальной мощности N или среднемноголетней годовой энергией Епот, которая подсчитывается по среднемноголетней величине годового стока W

ср.мл

Мировые потенциальные гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 35 трлн кВт-ч в год, из них на долю России приходится 2896 млрд кВтч.

Величины мощности и энергии водотоков принято относить к протяженности участка, т.е. выражать в виде удельных значений гидроэнергоресурсов на единицу длины водотока. Определенные подобным образом величины ресурсов регистрируются в форме записей и графиков в гидроэнергетическом кадастре.

Кадастровые мощности могут быть определены для расходов различной обеспеченности. Обычно исчисление ведут на среднемноголетний сток и расход, а также на максимальные сток и расход — 50% обеспеченности и минимальные с 95% обеспеченности. Этим достигаются подробные энергетические характеристики ресурсов водотока.

Для реальной оценки энергоресурсов необходимо выявить ту их часть, которую технически можно использовать, т.е. технический гидроэнергетический потенциал.

Очевидно, что эту часть гидроэнергоресурсов можно определить только с учетом потерь, возникающих при производстве электроэнергии и ее преобразовании:

  • 1) потери напора, связанные с падением уровня по длине водохранилища в соответствии с формой кривой напора и неизбежной сработкой уровня верхнего бьефа при регулировании стока водохранилищем, а также вызванные гидравлическими потерями в элементах конструкций сооружений;
  • 2) потери стока из-за невозможности полного использования в связи с недостаточной регулирующей емкостью водохранилища, связанные с испарениями, фильтрацией и т.п.;
  • 3) потери при превращении гидравлической энергии в электрическую.

Технические гидроэнергетические ресурсы России оцениваются в 1670 млрд кВт ч в год с учетом ресурсов малых рек.

Кроме того, гидроэнергетические ресурсы характеризуются экономически эффективной их частью, использование которой с народнохозяйственной точки зрения целесообразно в данное время. Эта часть определяется путем сопоставления экономических характеристик ГЭС с характеристиками других источников получения электроэнергии — ТЭС, АЭС и т.п.

Экономически эффективные гидроресурсы России оцениваются в 95 млн кВт, или 895 млрд кВт-ч, что значительно превышает по величине гидроэнергоресурсы других стран (США — 685 млрд кВт-ч, ФРГ — 25 млрд, Канада — 218 млрд, Норвегия — 152 млрд кВт ч).

Следует отметить, что гидроэнергоресурсы России распределены крайне неравномерно. Так, в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке сосредоточено 60% экономического гидроэнергопотенциала страны.

Помимо речных гидроэнергоресурсов Россия обладает и значительными потенциальными энергоресурсами морских приливов — около 170 млрд кВт-ч.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>