Plusy i minusy energetyki wodnej. Zalety i wady elektrowni wodnych

Elektrownia to zespół budynków, budowli i urządzeń przeznaczonych do wytwarzania energii elektrycznej. Oznacza to, że elektrownie przekształcają różne rodzaje energii w energię elektryczną. Najpopularniejsze typy elektrowni to:

— elektrownie wodne;
- termiczny;
- atomowy.

Elektrownia wodna (HPP) to elektrownia, która przekształca energię poruszającej się wody w energię elektryczną. Na rzekach buduje się elektrownie wodne. Za pomocą tamy powstaje różnica wysokości wody (przed i za zaporą). Powstałe ciśnienie wody wprawia w ruch łopatki turbiny. Turbina napędza generatory wytwarzające energię elektryczną.

W zależności od mocy elektrownie wodne dzielimy na: małe (do 5 MW), średnie (5-25 MW) i mocne (powyżej 25 MW). Ze względu na maksymalne stosowane ciśnienie dzieli się je na: niskociśnieniowe (maksymalne ciśnienie - od 3 do 25 m), średniociśnieniowe (25-60 m) i wysokociśnieniowe (ponad 60 m). Elektrownie wodne dzieli się także ze względu na zasadę wykorzystania zasobów naturalnych: zaporowe, przyzaporowe, dywersyjne i szczytowo-pompowe.

Zalety elektrowni wodnych to: wytwarzanie taniej energii elektrycznej, wykorzystanie energii odnawialnej, łatwość sterowania, szybki dostęp do trybu pracy. Ponadto elektrownie wodne nie zanieczyszczają atmosfery. Wady: przyłączenie do zbiorników wodnych, możliwe zalanie gruntów ornych, szkodliwy wpływ na ekosystemy rzeczne. Elektrownie wodne można budować wyłącznie na rzekach nizinnych (ze względu na zagrożenie sejsmiczne w górach).

Elektrociepłownia (TPP) wytwarza energię elektryczną poprzez konwersję energii cieplnej uzyskanej w wyniku spalania paliwa. Paliwem dla elektrowni cieplnych jest: gaz ziemny, węgiel, olej opałowy, torf lub gorące łupki.

W wyniku spalania paliwa w piecach kotłów parowych woda zasilająca zamienia się w parę przegrzaną. Para ta o określonej temperaturze i ciśnieniu jest dostarczana przewodem parowym do turbogeneratora, gdzie wytwarzana jest energia elektryczna.

Elektrownie cieplne dzielą się na:

- turbina gazowa;

— kocioł-turbina;

- Połączony cykl;

— w oparciu o instalacje gazowe pracujące w cyklu kombinowanym;
- oparte na silnikach tłokowych.

Elektrociepłownie kotłowo-turbinowe z kolei dzielą się na elektrownie kondensacyjne (CPS lub GRES) i elektrociepłownie (CHP).

Zalety elektrowni cieplnych

— niskie koszty finansowe;

— duża prędkość budowy;

— możliwość stabilnej pracy niezależnie od pory roku.

Wady elektrowni cieplnych

— praca na zasobach nieodnawialnych;

— powolny powrót do trybu pracy;

- odbiór odpadów.

Elektrownia jądrowa (NPP)- stacja, w której wytwarzana jest energia elektryczna (lub energia cieplna) w wyniku pracy reaktora jądrowego. Na rok 2015 prawie 11% energii elektrycznej.

Podczas pracy reaktor jądrowy przekazuje energię do pierwotnego chłodziwa. Ten płyn chłodzący dostaje się do generatora pary, gdzie podgrzewa wodę w obiegu wtórnym. W generatorze pary woda zamieniana jest na parę, która wchodzi do turbiny i napędza generatory elektryczne. Para po turbinie trafia do skraplacza, gdzie jest chłodzona wodą ze zbiornika. Głównym czynnikiem chłodzącym jest woda. Można jednak w tym celu stosować także chłodziwa ołowiowe, sodowe i inne ciekłe metale. Liczba obwodów może się różnić.

Elektrownie jądrowe są klasyfikowane w zależności od rodzaju użytego reaktora. W elektrowniach jądrowych stosuje się dwa rodzaje reaktorów: termiczne i szybkie na neutrony. Reaktory pierwszego typu dzielimy na: wrzącą, wodno-wodną, ​​ciężką, chłodzoną gazem, grafitowo-wodną.

W zależności od rodzaju odbieranej energii elektrownie jądrowe dzielą się na dwa typy:

Stacje przeznaczone do wytwarzania energii elektrycznej.

Stacje przeznaczone do wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej (CHP).

Zalety elektrowni jądrowych:

— niezależność od źródeł paliw;

— czystość środowiska;

Główna wada stacji tego typu- poważne konsekwencje w przypadku sytuacji awaryjnych.

Oprócz wymienionych elektrowni istnieją również elektrownie: dieslowa, słoneczna, pływowa, wiatrowa, geotermalna.

ZALETY HPP:

Elastyczność

Energia wodna jest elastycznym źródłem energii elektrycznej, ponieważ elektrownie wodne potrafią bardzo szybko dostosować się do zmieniającego się zapotrzebowania na energię, zwiększając lub zmniejszając produkcję energii elektrycznej. Turbina hydrauliczna ma czas rozruchu rzędu kilku minut. Doprowadzenie urządzenia od zimnego startu do pełnego obciążenia zajmuje od 60 do 90 sekund; to znacznie mniej niż w przypadku turbin gazowych czy elektrowni parowych. Produkcję energii elektrycznej można również szybko zmniejszyć w przypadku jej nadmiaru.

Elektrownia Ffestiniog może wyprodukować 360 MW w 60 sekund

Niskie koszty energii

Główną zaletą energii wodnej jest brak kosztów paliwa. Koszt eksploatacji elektrowni wodnej jest prawie odporny na wzrost kosztów paliw kopalnych, takich jak ropa naftowa, gaz ziemny czy węgiel, i nie wymaga importu. Średni koszt energii elektrycznej z elektrowni wodnej o mocy większej niż 10 megawatów wynosi od 3 do 5 centów amerykańskich za kilowatogodzinę.

Elektrownie wodne mają długą żywotność, niektóre elektrownie wodne nadal dostarczają energię elektryczną po 50–100 latach pracy.

Koszty utrzymania operacyjnego są niskie Do sterowania pracą elektrowni wodnej potrzeba niewielu osób.

Tamę można wykorzystać do kilku celów jednocześnie: gromadzić wodę dla elektrowni wodnych, chronić terytoria przed powodziami, tworzyć zbiornik.

Przydatność do zastosowań przemysłowych

Chociaż wiele zapór wodnych dostarcza energię do sieci użyteczności publicznej, niektóre z nich powstają w celu obsługi określonych zakładów przemysłowych. Na przykład w Nowej Zelandii zbudowano elektrownię dostarczającą energię elektryczną do huty aluminium Tiwai Point.

Zmniejszona emisja CO2

Elektrownie wodne nie spalają paliw kopalnych i nie wytwarzają bezpośrednio dwutlenku węgla. Chociaż w procesie produkcyjnym i konstrukcyjnym projektu powstaje pewna ilość dwutlenku węgla. Według badań Paula Scherrera z Uniwersytetu w Stuttgarcie, hydroenergia produkuje najmniej dwutlenku węgla spośród innych źródeł energii. Na drugim miejscu znalazł się wiatr, na trzecim energia jądrowa, na 4. energia słoneczna.

Inne zastosowania zbiornika

Zbiorniki hydroelektryczne często dają możliwość uprawiania sportów wodnych i same stają się atrakcjami turystycznymi. W niektórych krajach akwakultura w zbiornikach jest powszechna. Wodę ze zbiorników można wykorzystać do nawadniania upraw, można w niej hodować ryby. Tamy pomagają również zapobiegać powodziom.

WADY ELEKTROWNI WODNEJ:

Uszkodzenia ekosystemów i utrata gruntów

Duże zbiorniki wymagane do obsługi zapór wodnych zalewają rozległe obszary w górę rzeki od tamy, niszcząc leśne doliny i bagna. Utratę gruntów często potęguje niszczenie siedlisk na otaczających obszarach zajmowanych przez zbiornik.
Elektrownie wodne mogą prowadzić do niszczenia ekosystemów, ponieważ woda przepływa przez turbinyoczyszczony z naturalnych osadów. Szczególnie niebezpieczne są elektrownie wodne na dużych rzekach, które powodują poważne zmiany w środowisku.

Na zdjęciu zbiornik powstały w wyniku budowy tamy.

Zamulenie

Kiedy woda płynie, cięższe cząstki unoszą się w dół rzeki.
Ma to negatywny wpływ na tamy, a w konsekwencji na ich elektrownie, zwłaszcza na rzekach lub w zlewniach o wysokim poziomie zamulenia. Ił może wypełnić zbiornik i zmniejszyć jego zdolność do kontrolowania powodzi, powodując dodatkowe ciśnienie poziome na zaporze. Zmniejszenie koryta rzeki może skutkować zmniejszeniem produkcji energii elektrycznej. Ponadto nawet upalne lato lub niewielkie opady mogą doprowadzić do spadku poziomu rzeki.

Emisje metanu (ze zbiorników)

Największy wpływ mają elektrownie wodne w regionach tropikalnych, a zbiorniki elektrowni w regionach tropikalnych wytwarzają znaczne ilości metanu. Wynika to z obecności na zalanych obszarach materiału roślinnego, który rozkłada się w środowisku beztlenowym i wytwarza metan i gaz cieplarniany. Według raportu Światowej Komisji ds. Zapór, w przypadkach, gdy zbiornik jest duży w porównaniu do mocy wytwórczych (mniej niż 100 watów na metr kwadratowy powierzchni) i lasy w rejonie zbiornika nie zostały wycięte . Wówczas emisja gazów cieplarnianych w zbiorniku może być wyższa niż w przypadku konwencjonalnej elektrowni cieplnej.

O głównej wadzie elektrowni jądrowych wszyscy słyszeli – o poważnych konsekwencjach awarii w elektrowniach jądrowych. Dziesiątki tysięcy zabitych i wielu śmiertelnie chorych, potężne narażenie na promieniowanie wpływające na zdrowie człowieka i jego potomków, miasta, które stały się niezdatne do zamieszkania… tę listę można niestety ciągnąć w nieskończoność. Dzięki Bogu, że wypadki są rzadkie; zdecydowana większość elektrowni jądrowych na świecie działa pomyślnie od dziesięcioleci i nigdy nie doświadczyła awarii systemów.

Energetyka jądrowa jest dziś jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin nauki światowej. Spróbujmy odejść od utartego mitu, że elektrownie jądrowe stanowią zagrożenie katastrofą nuklearną i poznajmy zalety i wady elektrowni jądrowych jako źródła energii elektrycznej. Pod jakim względem elektrownie jądrowe są lepsze od elektrowni cieplnych i wodnych? Jakie są zalety i wady elektrowni jądrowych? Czy warto rozwijać ten obszar produkcji energii elektrycznej? O tym wszystkim i nie tylko...

Czy wiesz, że możesz uzyskać prąd za pomocą zwykłego ziemniaka, cytryny lub kwiatu doniczkowego? Wszystko czego potrzebujesz to gwóźdź i drut miedziany. Ale ziemniaki i cytryny oczywiście nie będą w stanie dostarczyć prądu całemu światu. Dlatego od XIX wieku naukowcy zaczęli doskonalić metody wytwarzania energii elektrycznej za pomocą generacji.

Wytwarzanie to proces przekształcania różnych rodzajów energii w energię elektryczną. Proces wytwarzania odbywa się w elektrowniach. Obecnie istnieje wiele typów pokoleń.

Prąd możesz dzisiaj pozyskać w następujący sposób:

1. Energetyka cieplna – energia elektryczna wytwarzana jest poprzez termiczne spalanie paliwa organicznego. Mówiąc prościej, olej i gaz spalają się, uwalniają ciepło, a ciepło podgrzewa parę. Para pod ciśnieniem powoduje obrót generatora elektrycznego, który wytwarza energię elektryczną. Elektrownie cieplne, w których zachodzi ten proces, nazywane są elektrowniami cieplnymi.
2. Energia jądrowa - zasada działania elektrowni jądrowych(elektrownie jądrowe odbierające energię elektryczną za pomocą instalacji jądrowych) jest bardzo podobne do działania elektrowni cieplnych. Jedyna różnica polega na tym, że ciepło uzyskuje się nie ze spalania paliwa organicznego, ale z rozszczepienia jąder atomowych w reaktorze jądrowym.
3. Energia wodna – w przypadku elektrowni wodnych(elektrownie wodne) energię elektryczną uzyskuje się z energii kinetycznej przepływu wody. Czy widziałeś kiedyś wodospady? Ta metoda wytwarzania energii opiera się na mocy wodospadów, które obracają wirniki generatorów elektrycznych wytwarzających energię elektryczną. Oczywiście wodospady nie są naturalne. Tworzone są sztucznie przy wykorzystaniu naturalnych przepływów rzecznych. Nawiasem mówiąc, nie tak dawno temu naukowcy odkryli, że prąd morski jest znacznie silniejszy niż prąd rzeczny i istnieją plany budowy morskich elektrowni wodnych.
4. Energia wiatru – w tym przypadku energia kinetyczna wiatru napędza generator elektryczny. Pamiętacie młyny? W pełni odzwierciedlają tę zasadę działania.
5. Energia słoneczna – w przypadku energii słonecznej ciepło pochodzące z promieni słonecznych służy jako platforma konwersji.
6. Energia wodorowa – energia elektryczna wytwarzana jest w wyniku spalania wodoru. Wodór spala się, wydziela ciepło, po czym wszystko dzieje się według znanego nam już schematu.
7. Energia pływów – co w tym przypadku wykorzystuje się do produkcji prądu? Energia morskich przypływów!
8. Energia geotermalna polega na wytwarzaniu najpierw ciepła, a następnie energii elektrycznej z naturalnego ciepła Ziemi. Na przykład na obszarach wulkanicznych.

Wady alternatywnych źródeł energii

Elektrownie jądrowe, wodne i cieplne to główne źródła energii elektrycznej we współczesnym świecie. Jakie są zalety elektrowni jądrowych, elektrowni wodnych i elektrowni cieplnych? Dlaczego nie ogrzewa nas energia wiatru lub energia pływów? Dlaczego naukowcom nie podobał się wodór i naturalne ciepło Ziemi? Istnieją ku temu powody.

Energię wiatru, słońca i pływów nazywa się zwykle alternatywą ze względu na ich rzadkie zastosowanie i bardzo niedawne pojawienie się. A także dlatego, że wiatr, słońce, morze i ciepło Ziemi są odnawialne, a fakt, że człowiek korzysta z ciepła słonecznego lub przypływu morza, nie spowoduje żadnej szkody ani dla słońca, ani dla przypływu. Ale nie spiesz się, aby pobiec i złapać fale, nie wszystko jest takie łatwe i różowe.

Energia słoneczna ma istotne wady – słońce świeci tylko w dzień, więc w nocy nie wydobędziemy z niej żadnej energii. Jest to niewygodne, ponieważ... Główny szczyt zużycia energii elektrycznej przypada na godziny wieczorne. W różnych porach roku i w różnych miejscach na Ziemi słońce świeci inaczej. Dostosowanie się do tego jest kosztowne i trudne.

Wiatr i fale to także zjawiska kapryśne: wieją i przypływają, kiedy chcą, ale nie kiedy chcą. Ale jeśli działają, robią to powoli i słabo. Dlatego energia wiatru i pływów nie jest jeszcze powszechna.

Energia geotermalna to złożony proces, ponieważ... Elektrownie można budować tylko w strefach aktywności tektonicznej, gdzie można „wycisnąć” z gruntu maksimum ciepła. Ile miejsc z wulkanami znasz? Oto niektórzy naukowcy. Dlatego energia geotermalna najprawdopodobniej pozostanie wąsko ukierunkowana i niezbyt wydajna.

Najbardziej obiecująca jest energia wodorowa. Wodór charakteryzuje się bardzo wysoką wydajnością spalania, a jego spalanie jest całkowicie przyjazne dla środowiska, ponieważ produktem spalania jest woda destylowana. Ale jest jedna rzecz. Proces produkcji czystego wodoru kosztuje niesamowitą ilość pieniędzy. Chcesz płacić miliony za prąd i ciepłą wodę? Nikt nie chce. Czekamy, mamy nadzieję i wierzymy, że naukowcy wkrótce znajdą sposób na zwiększenie dostępności energii wodorowej.

Energia jądrowa dzisiaj

Według różnych źródeł energia jądrowa dostarcza dziś od 10 do 15% energii elektrycznej na świecie. 31 krajów korzysta z energii jądrowej. Najwięcej badań z zakresu energetyki elektrycznej prowadzonych jest nad wykorzystaniem energii jądrowej. Logiczne jest założenie, że zalety elektrowni jądrowych są wyraźnie duże, jeśli spośród wszystkich rodzajów produkcji energii elektrycznej to właśnie ta zostanie rozwinięta.

Jednocześnie są kraje, które odmawiają wykorzystania energii jądrowej i zamykają wszystkie istniejące elektrownie jądrowe, np. Włochy. Na terytorium Australii i Oceanii elektrownie jądrowe nie istniały i w zasadzie nie istnieją. Austria, Kuba, Libia, Korea Północna i Polska wstrzymały rozwój elektrowni jądrowych i tymczasowo porzuciły plany budowy elektrowni jądrowych. Kraje te nie zwracają uwagi na zalety elektrowni jądrowych i odmawiają ich instalowania przede wszystkim ze względów bezpieczeństwa oraz wysokich kosztów budowy i eksploatacji elektrowni jądrowych.

Liderami energetyki jądrowej są dziś USA, Francja, Japonia i Rosja. To oni docenili zalety elektrowni jądrowych i zaczęli wprowadzać energię jądrową do swoich krajów. Najwięcej obecnie budowanych projektów elektrowni jądrowych należy do Chińskiej Republiki Ludowej. Około 50 kolejnych krajów aktywnie pracuje nad wprowadzeniem energii jądrowej.

Jak wszystkie metody wytwarzania energii elektrycznej, elektrownie jądrowe mają zalety i wady. Mówiąc o zaletach elektrowni jądrowych, należy zwrócić uwagę na przyjazność dla środowiska produkcji, rezygnację z korzystania z paliw kopalnych i wygodę transportu niezbędnego paliwa. Przyjrzyjmy się wszystkiemu bardziej szczegółowo.

Przewaga elektrowni jądrowych nad elektrowniami cieplnymi

Zalety i wady elektrowni jądrowych zależą od tego, z jakim rodzajem wytwarzania energii elektrycznej porównujemy energię jądrową. Ponieważ głównymi konkurentami elektrowni jądrowych są elektrownie cieplne i elektrownie wodne, porównajmy zalety i wady elektrowni jądrowych w odniesieniu do tego rodzaju produkcji energii.

TPP, czyli elektrownie cieplne, są dwojakiego rodzaju:

1. Urządzenia kondensacyjne lub w skrócie CES służą wyłącznie do produkcji energii elektrycznej. Nawiasem mówiąc, ich inna nazwa wywodzi się z sowieckiej przeszłości, IES nazywane są także GRES – skrót od „państwowa elektrownia okręgowa”.
   2. Elektrociepłownie lub elektrociepłownie pozwalają jedynie na wytwarzanie nie tylko energii elektrycznej, ale i cieplnej. Biorąc przykładowo budynek mieszkalny, jasne jest, że CES będzie dostarczał jedynie prąd do mieszkań, a CHP dodatkowo zapewni ogrzewanie.

Elektrownie cieplne działają z reguły na tanim paliwie organicznym – węglu lub miału węglowym i oleju opałowym. Najpopularniejszymi obecnie surowcami energetycznymi są węgiel, ropa naftowa i gaz. Zdaniem ekspertów światowe zasoby węgla wystarczą na kolejne 270 lat, ropy naftowej – na 50 lat, gazu – na 70. Nawet uczeń rozumie, że 50-letnie zasoby są bardzo małe i trzeba je chronić, a nie codziennie spalać w piecach .

WAŻNE JEST WIEDZIEĆ:

Elektrownie jądrowe rozwiązują problem niedoboru paliwa organicznego. Zaletą elektrowni jądrowych jest eliminacja paliw kopalnych, a tym samym ochrona zagrożonego gazu, węgla i ropy. Zamiast tego elektrownie jądrowe wykorzystują uran. Światowe zasoby uranu szacuje się na 6 306 300 ton. Nikt nie liczy, ile lat to będzie trwało, bo... Zasoby są duże, zużycie uranu jest dość małe i nie trzeba jeszcze myśleć o jego zniknięciu. W skrajnych przypadkach, jeśli rezerwy uranu zostaną nagle zabrane przez kosmitów lub wyparują samoczynnie, pluton i tor można wykorzystać jako paliwo nuklearne. Przekształcenie ich w paliwo jądrowe jest wciąż drogie i trudne, ale możliwe.

Przewagą elektrowni jądrowych nad elektrowniami cieplnymi jest zmniejszenie ilości szkodliwych emisji do atmosfery.

Co i jak niebezpieczne jest uwalniane do atmosfery podczas pracy elektrowni cieplnych i elektrociepłowni:

1. Dwutlenek siarki lub dwutlenek siarki– niebezpieczny gaz szkodliwy dla roślin. Spożycie w dużych ilościach powoduje kaszel i uduszenie. W połączeniu z wodą dwutlenek siarki zamienia się w kwas siarkowy. To właśnie dzięki emisji dwutlenku siarki istnieje ryzyko wystąpienia kwaśnych deszczy, niebezpiecznych dla przyrody i człowieka.
   2. Tlenki azotu– niebezpieczny dla dróg oddechowych ludzi i zwierząt, działa drażniąco na drogi oddechowe.
   3. Benapyren– jest niebezpieczny, ponieważ ma tendencję do kumulowania się w organizmie człowieka. Długotrwałe narażenie może powodować nowotwory złośliwe.

Całkowita roczna emisja elektrowni cieplnych na 1000 MW mocy zainstalowanej wynosi 13 tys. ton rocznie w przypadku elektrowni gazowych i 165 tys. ton w ciepłowniach pyłowych. Elektrownia cieplna o mocy 1000 MW rocznie zużywa 8 milionów ton tlenu do utlenienia paliwa, a zaletą elektrowni jądrowych jest to, że w energetyce jądrowej tlen w zasadzie nie jest zużywany.

Powyższe emisje również nie są typowe dla elektrowni jądrowych. Zaletą elektrowni jądrowych jest to, że emisja szkodliwych substancji do atmosfery w elektrowniach jądrowych jest znikoma i w porównaniu z emisjami z elektrowni cieplnych jest nieszkodliwa.

Przewagą elektrowni jądrowych nad elektrowniami cieplnymi są niskie koszty transportu paliwa. Węgiel i gaz są niezwykle drogie w transporcie do fabryk, podczas gdy uran potrzebny do reakcji jądrowych można umieścić w jednej małej ciężarówce.

Wady elektrowni jądrowych w stosunku do elektrowni cieplnych

1. Wadą elektrowni jądrowych w stosunku do elektrowni cieplnych jest przede wszystkim obecność odpadów radioaktywnych. Starają się w miarę możliwości przetwarzać odpady radioaktywne w elektrowniach jądrowych, ale w ogóle nie mogą ich utylizować. Odpady końcowe w nowoczesnych elektrowniach jądrowych przetwarzane są na szkło i składowane w specjalnych magazynach. Nie wiadomo, czy kiedykolwiek zostaną użyte.
   2. Wadą elektrowni jądrowych jest ich niska sprawność w porównaniu z elektrowniami cieplnymi. Ponieważ procesy w elektrowniach cieplnych zachodzą w wyższych temperaturach, są one bardziej produktywne. Jest to nadal trudne do osiągnięcia w elektrowniach jądrowych, ponieważ stopy cyrkonu, które pośrednio biorą udział w reakcjach jądrowych, nie wytrzymują ekstremalnie wysokich temperatur.
   3. Odrębny jest ogólny problem elektrociepłowni i elektrowni jądrowych. Wadą elektrowni jądrowych i elektrociepłowni jest termiczne zanieczyszczenie atmosfery. Co to znaczy? Podczas wytwarzania energii jądrowej uwalniana jest duża ilość energii cieplnej, która jest uwalniana do środowiska. Zanieczyszczenie termiczne atmosfery jest problemem współczesności, niesie ze sobą wiele problemów takich jak powstawanie wysp ciepła, zmiany mikroklimatu i w efekcie globalne ocieplenie.

Nowoczesne elektrownie jądrowe rozwiązują już problem zanieczyszczeń termicznych i do chłodzenia wody wykorzystują własne sztuczne baseny lub wieże chłodnicze (specjalne wieże chłodnicze do chłodzenia dużych ilości gorącej wody).

Zalety i wady elektrowni jądrowych w porównaniu z elektrowniami wodnymi

Zalety i wady elektrowni jądrowych w stosunku do elektrowni wodnych związane są głównie z uzależnieniem elektrowni wodnych od zasobów naturalnych. Więcej na ten temat...

1. Przewagą elektrowni jądrowych nad elektrowniami wodnymi jest teoretyczna możliwość budowy nowych elektrowni jądrowych, podczas gdy większość rzek i zbiorników zdolnych do pracy na rzecz elektrowni wodnych jest już zajęta. Oznacza to, że otwarcie nowych elektrowni wodnych jest trudne ze względu na brak niezbędnych miejsc.
   2. Kolejną przewagą elektrowni jądrowych nad elektrowniami wodnymi jest ich pośrednie uzależnienie od zasobów naturalnych. Elektrownie wodne są bezpośrednio zależne od naturalnych zbiorników, elektrownie jądrowe tylko pośrednio od wydobycia uranu, całą resztę zapewniają sami ludzie i ich wynalazki.

Wady elektrowni jądrowych w porównaniu do stacji wodnych są nieznaczne - zasoby, które elektrownia jądrowa wykorzystuje do reakcji jądrowej, a konkretnie paliwo uranowe, nie są odnawialne. Podczas gdy ilość wody, głównego odnawialnego zasobu elektrowni wodnej, nie zmieni się w żaden sposób w wyniku działania elektrowni wodnej, a samego uranu nie można przywrócić do natury.

Elektrownie jądrowe: zalety i wady

Szczegółowo zbadaliśmy zalety i wady elektrowni jądrowych w porównaniu z innymi metodami wytwarzania energii elektrycznej.

„A co z emisją radioaktywną z elektrowni jądrowych? Nie da się mieszkać w pobliżu elektrowni atomowych! Czy to jest niebezpieczne!" - mówisz. „Nic takiego” – odpowiedzą statystyki i światowa społeczność naukowa.

Według statystycznych szacunków porównawczych przeprowadzonych w różnych krajach zauważa się, że śmiertelność z powodu chorób, które pojawiły się w wyniku narażenia na emisje z elektrowni cieplnych, jest wyższa niż śmiertelność z powodu chorób, które rozwinęły się w organizmie człowieka w wyniku wycieku substancji radioaktywnych .

Właściwie wszystkie substancje radioaktywne są mocno zamknięte w magazynach i czekają na godzinę, kiedy nauczą się je ponownie przetwarzać i wykorzystywać. Substancje takie nie są uwalniane do atmosfery, poziom promieniowania na obszarach zaludnionych w pobliżu elektrowni jądrowych nie przekracza tradycyjnego poziomu promieniowania w dużych miastach.

Mówiąc o zaletach i wadach elektrowni jądrowych, nie sposób nie wspomnieć o kosztach budowy i uruchomienia elektrowni jądrowej. Szacunkowy koszt małej nowoczesnej elektrowni jądrowej to 28 miliardów euro, eksperci twierdzą, że koszt elektrowni cieplnych jest w przybliżeniu taki sam, nikt tu nie wygrywa. Zaletą elektrowni jądrowych będą jednak niższe koszty zakupu i utylizacji paliwa – uran, choć droższy, może „pracować” ponad rok, a zapasy węgla i gazu trzeba stale uzupełniać.

Wypadki w elektrowniach jądrowych

Wcześniej nie wspominaliśmy jedynie o głównych wadach elektrowni jądrowych, które są znane każdemu - są to konsekwencje ewentualnych awarii. Awarie w elektrowniach jądrowych klasyfikowane są według 7-stopniowej skali INES. Wypadki na poziomie 4 i wyższym stwarzają ryzyko narażenia ludności.

Tylko dwa wypadki w historii zostały ocenione na maksymalnym poziomie 7 – katastrofa w Czarnobylu oraz awaria w elektrowni jądrowej Fukushima 1. Jeden wypadek został oceniony na poziomie 6, jest to wypadek w Kyshtym, który miał miejsce w 1957 r. w zakładach chemicznych Mayak w obwód czelabiński.

Oczywiście zalety i wady elektrowni jądrowych bledną w porównaniu z możliwością katastrof nuklearnych, które pochłoną życie wielu ludzi. Ale zaletami dzisiejszych elektrowni jądrowych jest ulepszony system bezpieczeństwa, który prawie całkowicie eliminuje możliwość wypadków, ponieważ Algorytm działania reaktorów jądrowych jest skomputeryzowany i za ich pomocą reaktory są wyłączane w przypadku minimalnych naruszeń.

Przy opracowywaniu nowych modeli elektrowni jądrowych, które będą pracować w oparciu o przetworzone paliwo jądrowe i uran, których złoża nie zostały wcześniej uruchomione, uwzględniane są zalety i wady elektrowni jądrowych.

Oznacza to, że głównymi zaletami elektrowni jądrowych są dziś perspektywy ich modernizacji, udoskonaleń i nowych wynalazków w tym zakresie. Wydaje się, że najważniejsze zalety elektrowni jądrowych zostaną ujawnione nieco później, mamy nadzieję, że nauka nie będzie stać w miejscu i już wkrótce się o nich dowiemy.

Ostatnio, jako alternatywę dla klasycznych średniowysokich elektrowni wodnych zaporowych, aktywnie proponuje się niskoprężne elektrownie wodne pracujące na naturalnym przepływie, które są dość rozpowszechnione w Europie Zachodniej. Spróbujmy dowiedzieć się, czym są te elektrownie wodne i jakie są ich zalety i wady.

Przykładem niskociśnieniowej elektrowni wodnej przepływowej jest elektrownia wodna Iffezheim na Renie, oddana do użytku w 1978 roku. Zdjęcie stąd

Koncepcja niskociśnieniowego kompleksu hydroelektrycznego przepływowego zakłada budowę elektrowni wodnej na płaskiej rzece o kilkumetrowym spadzie, której zbiornik lokalizowany jest zwykle w naturalnej strefie zalewowej równiny zalewowej w czasie silnych powodzi. Takie wodociągi mają następujące zalety:
* Mały obszar zalewowy, który zazwyczaj nie obejmuje (lub prawie nie obejmuje) terenów zabudowanych. W rezultacie nie trzeba nikogo przesiedlać, a wpływ na ekosystemy jest znacznie mniejszy.
* O wiele łatwiej jest zintegrować przejścia dla ryb z tamami niskociśnieniowymi, a ryby przepływają przez turbiny z mniejszymi obrażeniami.

Elektrownia wodna Saratów jest najniżej ciśnieniową elektrownią wodną w kaskadzie Wołga-Kama.

Przejdźmy teraz do wad:
* Takie elektrownie wodne tworzą małe zbiorniki, nadające się co najwyżej do codziennej regulacji przepływu, a nawet działające na cieku wodnym. W rezultacie produkcja tego typu elektrowni wodnych jest w dużym stopniu uzależniona od pory roku i warunków pogodowych – w okresach niżów wodnych gwałtownie spada.
* Efektywność wykorzystania spływu przez takie elektrownie wodne jest znacznie mniejsza niż w przypadku klasycznych elektrowni wodnych - nie będąc w stanie akumulować spływu podczas wezbrań i powodzi, zmuszone są one do opróżniania dużej ilości wody.
* Bez pojemnego zbiornika takie hydroelektrownie nie są w stanie zwalczać powodzi.
* Z punktu widzenia nawigacji budowa kilku niskociśnieniowych kompleksów hydroelektrycznych zamiast jednego dużego prowadzi do wydłużenia czasu śluzowania - zamiast jednej śluzy trzeba przejść przez kilka.
*Niskoprężne elektrownie wodne charakteryzują się znacznie wyższym kosztem jednostkowym (w przeliczeniu na kW mocy i kWh wytworzonej energii elektrycznej). Im niższe ciśnienie, tym większe wymiary i, odpowiednio, zużycie metalu przez sprzęt; niemożność gromadzenia spływu w zbiorniku prowadzi do konieczności tworzenia mocniejszych konstrukcji przepustów; kilka śluz jest droższych niż jedna itp. Dla porównania można przytoczyć niskoprężną elektrownię wodną Połock na Białorusi i wysokociśnieniową elektrownię wodną Boguczańska. Pierwszy kosztuje około 4500 dolarów za kW, drugi – około 1000 dolarów za kW. Różnica, jak widzimy, jest 4,5 razy.

Elektrownia wodna Tucurui w Brazylii. W dżungli amazońskiej, podobnie jak w tajdze syberyjskiej, duże elektrownie wodne są bardziej wydajne.

Podsumujmy. Zalety niskociśnieniowych elektrowni wodnych są największe na obszarach gęsto zaludnionych, gdzie wysoki koszt gruntu i duży nakład pracy związany z przenoszeniem ludzi, usuwaniem obiektów i infrastruktury sprawiają, że duże elektrownie wodne z dużymi zbiornikami są nie do przyjęcia. Dlatego też niskoprężne elektrownie wodne są najbardziej rozpowszechnione w Europie, gdzie gęstość zaludnienia jest duża, a własne źródła energii są niewielkie, co wymusza wykorzystanie całego dostępnego potencjału hydroelektrycznego, choć kosztownie.
Jednocześnie w relatywnie słabo zaludnionych regionach zalety dużych elektrowni wodnych są oczywiste – tak naprawdę buduje się je tam obecnie najczęściej na całym świecie (choć kryteria rzadkiej populacji w poszczególnych krajach znacznie się różnią, w przypadku Chin , przy miliardowej populacji, przesiedlenie kilkudziesięciu tysięcy ludzi jest całkiem akceptowalne).

Niskociśnieniowe elektrownie wodne przepływowe nie stanowią konkurencji dla elektrowni wodnych średnio i wysokociśnieniowych – każdy typ elektrowni wodnych ma swoją „niszę ekologiczną”, w której sprawdzają się najlepiej. A odniesienia do przepływowych elektrowni wodnych w Europie Zachodniej przy omawianiu projektów hydroelektrowni we wschodniej Syberii są porównaniem nieporównywalnym.

W związku z zainteresowaniem odnawialnymi źródłami energii na całym świecie, tu i ówdzie powstają tamy wodne. niektóre z nich zadziwiają wyobraźnię swoją wielkością. Ale oddając hołd odważnym rozwiązaniom inżynieryjnym, należy pamiętać, że ogromne masy wody zatrzymywane przez tamy są obarczone straszliwą niszczycielską siłą

Redakcja PM

Uważana za jedną z przyjaznych środowisku metod pozyskiwania energii, hydroenergia ma poważny wpływ na przyrodę. A wpływ ten ma zarówno pozytywne, jak i negatywne strony. Na zdjęciu tama elektrowni wodnej Chirkey w Dagestanie

Elektrownia wodna Enguri Tamę na gruzińskiej rzece Enguri można uważać za dumę radzieckiej elektrowni wodnej: jest to najwyższa na świecie betonowa tama typu łukowego. Jej wysokość wynosi 272 m. Budowę tamy rozpoczęto w 1961 r., a całkowicie zakończono dopiero w 1987 r. Obecnie elektrownia wodna Enguri jest podzielona pomiędzy Gruzję i Abchazję, która niedawno została uznana przez Rosję, która posiada 40% produkowanej energii

Elektrownia wodna Zeya Wybudowana w latach 1965-1980 na rzece Zeya w obwodzie amurskim zapora należy do unikalnego dla Rosji typu masywnej przypory. Podzieliła rzekę na dwa, niepołączone ze sobą baseny – projekt nie przewiduje ani śluz, ani podnośników rybnych. Zbiornik ma duże znaczenie przeciwpowodziowe.

Na rzece Bureya w regionie Amur powstaje elektrownia wodna Bureya. Budowę tej elektrowni wodnej rozpoczęto w 1978 roku, ale prace nad nią trwają do dziś. Od końca lat 80. do końca 90. XX wieku budowa była w zasadzie wstrzymana. Projekt przewiduje na stacji sześć agregatów hydraulicznych, z czego dwa zostały już oddane do użytku, a trzeci powinien zacząć działać jeszcze w tym roku. Zapora jest typu grawitacyjnego, ma długość 736 m i wysokość 140 m. Zbiornik zalał duże obszary leśne, głównie na terytorium Chabarowska

Ameryka: Zapora Hoovera, nazwana na cześć prezydenta Herberta Hoovera, najwyższa tama z łukiem grawitacyjnym w Stanach Zjednoczonych zablokowała rzekę Kolorado w 1936 roku. Cele budowy: energetyka wodna, nawadnianie pól, poprawa warunków żeglugowych, ochrona przeciwpowodziowa

Ameryka: Kanał Panamski Jedną z najsłynniejszych konstrukcji hydraulicznych na świecie jest Kanał Panamski (ukończony w 1914 r.). Statki prowadzone są przez śluzy kanału za pomocą holowników lokomotyw, które poruszają się po szynach zębatych wzdłuż śluzy.

Ameryka: „Glory Hole” Łukowa tama Monticello, blokująca kalifornijską zatokę Piuta Creek, nie jest szczególnie znana z niczego poza „dziurą chwały”. Pod tą dziwną nazwą kryje się nieuregulowany przelew wykonany w formie betonowego leja. Kiedy poziom w zbiorniku Berryessa przekracza poziom projektowy, woda przelewa się przez krawędzie lejka, tworząc piękny, ale nieco niesamowity spektakl

Parada gigantów: tama wodna Itaipu Jedna z największych tam na świecie zablokowała rzekę Paraná w pobliżu granicy brazylijsko-paragwajskiej. Do budowy tamy z ziemi, kamienia i betonu wykuto w skałach 150-metrowy kanał, którym odprowadzano wodę z koryta rzeki. Po wyschnięciu koryta rzeki w wybranym miejscu w 1979 roku rozpoczęto budowę tamy. Jego całkowita długość wynosi 7235 m.

Ściśle mówiąc, budowa zapór i zapór niekoniecznie jest związana z energetyką wodną. Tamy moskiewskie po prostu podnoszą poziom niegdyś prawie płytkiej rzeki, a na potrzeby nawadniania utworzono na przykład zbiornik Krasnodar na rzece Kubań. Mimo to przeważająca większość dużych konstrukcji hydraulicznych w Rosji jest związana z przemysłem energetycznym. Od czasu zatwierdzenia planu GOELRO w 1921 roku przez IX Ogólnorosyjski Zjazd Rad nasz kraj aktywnie wykorzystuje energię małych i wielkich rzek.

Zdradzieckie dno

Nie wchodząc w szczegóły klasyfikacji, tamy elektrowni dzieli się głównie na zapory grawitacyjne i łukowe. Tama grawitacyjna – zwykle o przekroju trójkątnym – jest zbudowana z ziemi, skał lub bloków betonowych. Już samo określenie „grawitacja” jasno pokazuje, że taka tama utrzymuje masę wody ze względu na swoją grawitację – przepływ rzeki nie jest w stanie wypchnąć tego olbrzyma z miejsca i woda zaczyna się podnosić. Tamy łukowe są stosowane na obszarach górskich. Ze względu na swój kształt (w zasadzie jest to fragment kopuły zakrzywiony w kierunku napływającej wody) taka tama przenosi obciążenie na boki kanionu. Zapora łukowa jest trudniejsza w budowie, ale bardziej ekonomiczna pod względem zużycia materiału. Przy wysokości 100 m zapora grawitacyjna powinna mieć podstawę o szerokości 70-80 m, a zapora łukowa o tej samej wysokości będzie miała szerokość podstawy tylko około 5 m. Istnieją również zapory o mieszanym typie grawitacyjno-łukowym (na przykład tama największej elektrowni wodnej Sayano-Shushenskaya w Rosji) i typ przypory.

Aby zapora spełniała swoje zadanie i nie sprawiała przykrych niespodzianek, konieczne jest przeprowadzenie dokładnych badań geologicznych odcinków rzek w miejscu planowanej budowy elektrowni wodnej. Historia zna przypadki, gdy na dnie ustawiono tamę, w której znajdowały się jamy krasowe. Po napełnieniu zbiornika woda przedostawała się do tych wgłębień, a następnie znajdowała ujście w dolnym biegu. Zbiornik zaczął się opróżniać i aby temu zapobiec, w puste przestrzenie krasowe trzeba było wpompowywać beton, którego objętość była w przybliżeniu równa objętości samej tamy.

Do budowy tamy idealnie nadaje się skaliste dno, mniej preferowana jest śliska gleba gliniasta. W tym drugim przypadku, jeśli masa tamy jest niewystarczająca, może ona po prostu „zejść” w dół rzeki.

Woda znajdzie dziurę

Zapora wodna jest strukturalnie złożoną konstrukcją. Składa się ze ślepych zapór - nad którymi woda nie przelewa się (a w każdym razie nie powinna się przelewać); tamy stacyjne, przez które woda ze zbiornika wpływa do komór z turbinami obracającymi wały generatorów elektrycznych; oraz tamy przelewowe, przez które odprowadzana jest woda w celu regulacji poziomu wody w górnym biegu rzeki (zbiornik).

System przelewów jest jednym z kluczowych elementów wodociągów. Poziom wody w rzece zaporowej może ulegać znacznym wahaniom w zależności od pory roku i czynników klimatycznych, takich jak topniejący śnieg i lód w górnym biegu lub obfite opady deszczu. Niekontrolowany odpływ wody z góry może doprowadzić do zniszczenia całej konstrukcji.

Być może większość dramatycznych wydarzeń związanych ze zniszczeniem tam jest spowodowana przepełnieniem górnego basenu w wyniku przedostania się dużych ilości stopionej lub burzowej wody. Ostatni taki incydent miał miejsce w marcu tego roku w Indonezji, kiedy tama zbudowana przez holenderskie władze kolonialne w 1933 roku nie wytrzymała naporu tropikalnych opadów. Wylewająca się woda spowodowała śmierć około stu osób. Jeden z największych wypadków na obiektach hydraulicznych miał miejsce w USA w 1976 roku. Najpierw pojawił się niewielki wyciek w tamie ziemnej, która zablokowała rzekę Teton (Idaho). Początkowo nie zwracali na to większej uwagi, następnie gdy wyciek stał się bardziej zauważalny, próbowano go wyeliminować przy pomocy sprzętu budowlanego. Ostatecznie, aby ratować życie, trzeba było porzucić buldożery. W końcu przebiwszy się przez ziemną tamę, woda zmyła ją w ciągu kilku minut.

Drapieżne morza

Zbiorniki są być może główną piętą achillesową energetyki wodnej. I to wokół nich toczą się ciągłe dyskusje pomiędzy specjalistami ds. energetyki i ekologami. Jest oczywiste, że sztucznych „morz”, które powstały w wyniku budowy kompleksów hydroelektrycznych, nie można uważać jedynie za zło konieczne. Zbiorniki mają ogromne znaczenie dla organizacji żeglugi i rybołówstwa, pełnią funkcję zbiorników wody pitnej i pełnią funkcję rekreacyjną (jak np. kaskada zbiorników zlewni Kanału Moskiewskiego). Często pomagają w rozwiązywaniu problemów powodziowych na obszarach poniżej spiętrzonej rzeki. Ceną za to jest jednak przekształcenie gruntu w dno, poważne zmiany w sytuacji ekologicznej, a nawet zmiany klimatyczne. Lasy są często zalewane, a rozkład beztlenowy na płyciznach dużych mas roślinnej materii organicznej prowadzi do uwalniania do atmosfery metanu, jednego z „gazów cieplarnianych”. Fakt ten nieco psuje wizerunek energetyki wodnej jako alternatywy dla spalania paliw kopalnych.

Dziecko pierwszych planów pięcioletnich, gigantyczny Zbiornik Rybiński, jak wiemy, pochłonął ogromne, starożytnie zaludnione terytorium w samym centrum europejskiej Rosji. „Morze” wypełniło nizinę Mołgo-Szeksninską, powstałą w wyniku topnienia lodowca. Pod wodą znalazły się setki wiosek i całe miasto Mologa, kościoły, klasztory, cmentarze, a nawet trzystu mieszkańców, którzy nie chcieli opuścić swojej „małej ojczyzny”. „Wycięli las i wióry lecą” – to była jedna z podstawowych zasad polityki Stalina. W bardziej humanitarnych czasach, podczas budowy innych zbiorników Kaskady Wołgi, sztuczne morza nie mogły już wylewać się w niekontrolowany sposób, pozostawiając linię brzegową na łasce płaskorzeźby. Jednak jedynym sposobem na powstrzymanie wycieku wody jest nasyp, czyli budowa zapór ziemnych wzdłuż ustalonych granic zbiornika. W praktyce oznacza to, że domy, drogi czy obiekty przemysłowe zlokalizowane w pobliżu zapory znajdują się poniżej poziomu zbiornika i zapewnienie ich bezpieczeństwa staje się odrębnym problemem. Mówimy nie tylko o utrzymaniu tam w dobrym stanie technicznym, ale także o zabezpieczeniu tych obiektów hydraulicznych przed, że tak powiem, czynnikiem ludzkim. Obecnie na tamach niektórych zbiorników Kaskady Wołgi prowadzone są patrole policyjne oraz wznoszone są ogrodzenia.

Tama i wieczność

Nie możemy zapominać o innym problemie związanym z pojawieniem się zbiorników. Pod naporem ogromnej masy wilgoć przedostaje się do otaczającej gleby, podnosząc poziom wód gruntowych. Czasami można to wykorzystać: na przykład w obszarach, w których studnie regularnie wysychają, spiętrzenie lokalnej rzeki pomoże w ich ponownym napełnieniu. Jednak w skali makro podnoszące się wody gruntowe prowadzą do podtopień rozległych obszarów i innych przykrych konsekwencji. W szczególności jednym z argumentów ekologów sprzeciwiających się budowie elektrowni wodnej Evenki na rzece Niżna Tunguska jest prawdopodobieństwo przedostania się wody do jam powstałych po podziemnych wybuchach nuklearnych przeprowadzonych w tym rejonie. W takim przypadku może istnieć niebezpieczeństwo przedostania się materiałów radioaktywnych do Dolnej Tunguski i Jeniseju. Tworzenie zbiorników może również prowadzić do zalania komunikacji podziemnej, piwnic budynków i kopalń w okolicy. Oczywiście projektując wodociągi starają się liczyć takie skutki uboczne, jednak działania elementu wodnego nie da się przewidzieć w 100%.

Duże konstrukcje hydrauliczne mają jedną unikalną cechę. W odróżnieniu od kopalni czy kamieniołomu nie można ich porzucić, zdanych na łaskę sił natury. Albo trzeba będzie utrzymać tamę w dobrym stanie na zawsze (co jest w praktyce prawie niewykonalne), albo po pewnym czasie należy zdemontować agregat hydrauliczny, a zbiornik opróżnić lub przekształcić w zbiornik zamknięty. Tylko w ten sposób można uniknąć katastrofalnych skutków naturalnych zniszczeń. Swoją drogą pokazuje to wspólne cechy energetyki jądrowej i wodnej. Koszt likwidacji elektrowni jądrowej jest porównywalny z kosztem jej budowy. To samo dotyczy elektrowni wodnych. Tamy wodne budowane w ZSRR projektowane są na sto lat. Z jednej strony wiek to dużo czasu, ale z drugiej strony niektóre elektrownie wodne, jak na przykład elektrownia wodna Żigulewska na Wołdze, osiągnęły już około połowę lub nawet więcej żywotności. Tym samym przed żyjącymi pokoleniami pojawi się pytanie, co zrobić ze zużytymi konstrukcjami hydrotechnicznymi i ile będzie kosztować ich demontaż lub większa przebudowa.

Oczywistym jest, że praca z ogromnymi masami wody wymaga kompetentnych rozwiązań inżynierskich, dyscypliny technologicznej i odpowiedzialności. Na szczęście w Rosji, kraju, w którym elektrownie wodne wnoszą ogromny wkład w gospodarkę energetyczną, dysponujemy zarówno technologią, jak i wysoko wykwalifikowanymi specjalistami, zdolnymi do rozwoju energetyki wodnej w oparciu o zasady efektywności, przyjazności dla środowiska i bezpieczeństwa.