Новое в экологических рассылках на текущий день.
- Главная
- О нас
- Проекты
- Статьи
- Регионы
- Библиотека
- Новости
- Календарь
- Общение
- Войти на сайт
The hydroenergy potential of the rivers of Kuznetsk Basin, for reception of economically effective energy is estimated. Use of derivational hydroelectric power stations and micropower installations brings the minimal harm to a water-current, the natural processes occuring in natural object and an environment as a whole.
Гидроэнергетические ресурсы — часть водных ресурсов, используемых для производства электроэнергии. Гидравлическая энергия рек — работа, которую совершает текущая в них вода. Работа водного потока осуществляется под действием силы тяжести, поэтому действие воды определяется разностью уровней воды в начале и конце рассматриваемого участка реки. При разности уровней Н (м), длине участка L (м) и среднем на участке реки расходе воды Q (м3/с) мощность водотока N (Вт) на рассматриваемом участке составит:
N - pgQH = 9810- QH (Вт),
где р — плотность воды, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2,
N = 9,81 QH (кВт).
За промежуток времени т (сек) работа А (кВт • ч) совершаемая водотоком, определяется по формуле:
9,81g#T WH
А = Э = 3600
где W = Qt — объем стока, м3.
Для расчета реальной (или полезной) мощности и выработки электроэнергии в формулах (1)-(3) учитывают коэффициент полезного действия П-
Согласно формулам (1)-(3), гидроэнергетические проекты нацелены преимущественно на использование либо напора (создающие достаточный перепад уровней воды), либо водности потока при скорости течения, превышающей некоторый критический минимум.
Гидроэнергетические ресурсы (ГЭР) делят на потенциальные, технические и экономические. К потенциальным, рассчитанным по формуле (2), относятся водные ресурсы, которые теоретически могут быть использованы для нужд гидроэнергетики. Технически возможно реализовать не весь гидроэнергетический потенциал (ГЭП). Располагаемый технический потенциал ГЭР в России составляет около 64 % от теоретического [11].
Экономически оправданный ГЭП — величина переменная и многофакторная. По мере улучшения изученности рек, прогресса в энергетике, изменения структуры энергетического баланса территории, конъюнктуры энергоносителей и других факторов доля экономически целесообразных ГЭР может увеличиваться.
Принципиальные схемы современных гидроэлектростанций разнообразны и позволяют вырабатывать электроэнергию индивидуальными погружными агрегатами, оборудованными турбиной и генератором, что вновь привело к исследованию технической возможности и экономической эффективности использования энергии малых рек. Теоретический ГЭП малых рек по выработке электроэнергии сопоставим с выработкой электроэнергии всеми ГЭС страны, но ранее в балансе экономических ГЭР не учитывался [6].
В условиях крайне низкой плотности населения, проживающего в горных районах Кузбасса, приемлемым и экономически оправданным может стать использование установок микрогидроэнергетики мощностью до 100 кВт в различном исполнении. В середине XX века в нашей стране имелся опыт применения плавучих гидроэнергетических установок, требуемые условия — глубины 2-3 м и скорости не менее 1 м/с [5]. В 1980-х гг. эксплуатировались микроГЭС мощностью 0,25-2,8 кВт (до 50 кВт) с расходом воды 18-90 л/с. В странах Восточной Европы, в частности в Чехии, используются передвижные микроГЭС мощностью до 100 кВт [4]. Сопоставление стоимости электроэнергии от различных энергоисточников для удаленных населенных пунктов с общим энергопотреблением 50 кВт • ч/сут. показало, что использование микроГЭС значительно более эффективно 0,22 $иЯ/(кВт • ч), чем ветровых установок 0,50 $иЯ/(кВт • ч), дизель-генераторов 0,80 $иЯ/(кВт • ч), ЛЭП 1,05 $иЯ/(кВт • ч) и солнечных батарей 1,35 $иЯ/(кВт • ч) [1].
Общая схема оценки гидроэнергетического потенциала рек Кузбасса.
1. Исследование факторов, определяющих ГЭП.
2. Описание условий, благоприятствующих использованию ГЭП.
3. Выявление препятствий при освоении гидроэнергетических ресурсов.
Общий объем поверхностного стока рек Кемеровской области составляет 40,3 км3/год. Основная его масса — 37,4 км3 — формируется в пределах территории области, а 2,9 км3 — за счет притока из соседних областей и краев. Водность рек, показатели ГЭП сильно меняются на реках области по сезонам и месяцам.
Густота речной сети зависит от орографии и климата. Наиболее развита гидрографическая сеть в верхней горной части водосбора р. Томи, где расположены крупные притоки Томи: Уса, Мрас-Су, Кондома, Верхняя, Средняя и Нижняя Терсь, Тайдон и др. Коэффициент густоты речной сети в бассейне Томи равен 0,8 км/км2. Общая протяженность притоков составляет 9,3 тыс. км, из них 40 имеют длину свыше 30 км каждая.
Реки берут начало в Кузнецком Алатау и Горной Шории, текут с юга на север, являются типичными горными водотоками с порожистым и валунистым руслом. Глубина вреза русел крупных рек 120-200 м, малых — 40-70 м. Русла рек устойчивые, слабоизвилистые. Русловой процесс развивается как немеандрирующее русло и ограниченное меандрирование. На среднем участке р. Томь сохраняет горный характер, но притоки резко отличаются от горной части строением русла, характером течения и ледовым режимом. Скорости становятся слабее, в устьевых участках реки приобретают равнинный характер. Выйдя на Западно-Сибирскую равнину, Томь носит типичный равнинный облик. Средняя скорость течения на плесах — 0,38 м/с, на перекатах — 1,75 м/с.
По характеру водного режима реки Кузбасса относят к алтайскому типу рек с весенним (р. Ускат — Красулино и р. Лебяжья — с. Безменово) и весенне-летним половодьем, и паводками в теплое время года. Сток весеннего половодья составляет 65-90 % годового, летне-осенней межени — от 5 до 25 %, на зимний сток приходится не более 10 % от годового. Максимальные расходы и уровни воды отмечаются в половодье. Залесенность бассейнов рек меняется от 60 до 95 % площади.
Начало половодья приходится на конец апреля — начало мая, продвигаясь с юга на север. Продолжительность половодья 3090 дней. Основным источником питания рек в период половодья являются твердые осадки, формирующие 55-75 % годового стока.
После половодья устанавливается летне- осенняя межень, часто нарушаемая дождевыми паводками. Начало сезона в засушливых районах, в июне — июле, а в увлажненных — позднее. Продолжительность летне-осенней межени от 150 до 90 суток, доля стока межени в объеме от годового 5-35 %, наименьшие расходы отмечаются в августе — сентябре.
Величина подземного притока составляет от 2 до 10 % от годового стока. Зимняя межень устанавливается в середине или конце ноября — начале декабря и продолжается до начала подъема половодья. Водный режим тесно связан с ледовым режимом грунтовых вод. Период зимней межени от 160 до 190 суток. Доля зимнего стока в годовом объеме меняется от 3 до 10 %. Наименьшие расходы воды наблюдаются в конце зимней межени.
Средний многолетний модуль стока q л/(с • км2) уменьшается с юга на север области от 20 до 5 л/(с • км2), и с востока на запад от 40 до 5 л/(с • км2). Колебания стока носят циклический характер с преобладанием циклов 10-12-летней продолжительности. Коэффициенты вариации стока уменьшаются с севера на юг и с запада на восток от 0,50 до 0,15. Для большинства рек бассейна р. Томи максимальный сток наблюдается в апреле, на некоторых реках (р. Мрас-Су), мае. Практически на всех реках, увеличивается сток в октябре-ноябре, что связано с выпадением дождей [2].
Возможности создания и/или использования имеющегося геометрического напора воды (Н) для выработки энергии зависят от перепадов высот, то есть рельефа местности, определяющего продольные уклоны рек на разных их участках. Реки Западно-Сибирской равнины в ряде случаев прокладывают свои русла в сравнительно легко размываемых рыхлых грунтах [7] и имеют изломанную форму продольного профиля за счет расчлененности рельефа и выпуклости, приурочены к участкам, пересечения рекой поднимающиеся тектонические структуры [3].
Анализ значений уклонов для периодов ледостава, пика половодья и летне-осенней межени за многоводные 1966 и 1969 гг. и за маловодный 1967 г. показал, что для рек бассейна р. Томи характерным является высокое значение уклонов водной поверхности во все фазы водного режима, независимо от водности года [10]. На спаде половодья уклоны существенно снижаются, оставаясь при этом достаточно высокими. Для ряда рек в зимнюю и летне-осеннюю межени уклоны достигают максимальных значений, превышая уклоны многоводного сезона до 1,5 раз. В межень на перекатах уклоны водной поверхности достигают максимальных значений, увеличивая скорости воды. В половодье перекаты перекрываются толстым слоем воды, уклоны водной поверхности по длине участка реки выравниваются и становятся ниже меженных. Резкое увеличение средней глубины потока в половодье частично компенсируется уменьшением уклонов, что приводит к значительному росту средних и максимальных скоростей речного потока. Подобный внутри- годовой режим уклонов водной поверхности, наличие вертикальной и горизонтальной расчлененности речных долин являются благоприятными факторами для применения деривационных ГЭС и микрогидроэнергетических установок.
Наивысших значений средние и максимальные скорости воды достигают в половодье и могут составлять 3,5-4,2 м/с. В летне- осеннюю межень скорости воды существенно снижаются до 0,5-0,9 м/с. При этом максимальные скорости в 1,3-1,5 раза превышают средние скорости.
Сток донных (влекомых) наносов составляют около 10-30 % от стока взвешенных. По оценкам Ю. И. Каменскова [8] р. Томь у Томска переносит за год не более 200 тыс. м3 донных наносов, что составляет около 15 % от стока взвешенных наносов в указанном створе. Наличие наносов в речном потоке приводит к быстрому истиранию лопаток турбин гидроэнергетических установок, что необходимо учитывать при определении периода эксплуатации ГЭС.
Фактором, определяющим запас кинетической энергии потока воды, является средняя скорость реки:
3, = f, 2 g
где Эк - удельная кинетическая энергия, принадлежащая единице массы жидкости.
Малые и микрогидроэнергетические системы имеют мощность до 20 МВт, причем к последним относятся системы мощностью менее 1 МВт [12]. Малые и микрогидроэнергетические системы имеют многие преимущества для децентрализованного энергоснабжения. Некоторые гидроустановки при этом вообще не требуют сооружения плотин и водохранилищ.
Таблица 1
Характеристика потенциальной мощности и энергии отдельных рек Кемеровской области [10]
Река-створ |
L км |
F км |
I %0 |
AH м |
Q м/с |
потенц. N |
МГЭ кВт/км |
Э 10кВт-ч/год |
|
|
|
|
|
|
|
кВт |
кВт/км |
|
|
р. Кондома — г. Таштагол |
77 |
842 |
5,50 |
423 |
15,3 |
31745 |
412,3 |
37,70 |
278,3 |
р. Лебяжья — с. Безменово |
71 |
1390 |
1,30 |
92,3 |
3,63 |
1643 |
23,1 |
1,18 |
14,4 |
р. Мрас-Су — улус Усть-Кабырза |
137 |
3170 |
5,90 |
808 |
61,5 |
243739 |
1779,1 |
76,89 |
2136,6 |
р. Мундыбаш — пгт. Мундыбаш |
117 |
1060 |
9,90 |
1158 |
22,7 |
128936 |
1102,0 |
121,64 |
1130,3 |
р. Ср. Терсь — п. Монашка |
106 |
1860 |
11,0 |
1166 |
80,7 |
461542 |
4354,2 |
248,14 |
4045,9 |
р. В. Терсь — п. Осиновое Плесо |
92 |
1020 |
12,0 |
1104 |
42,7 |
231226 |
2513,3 |
226,69 |
2026,9 |
р. Н. Терсь — п. Пезас |
80 |
930 |
10 |
800 |
41,5 |
162846 |
2035,6 |
175,10 |
1427,5 |
р. Урюп — Изындаево |
157 |
5000 |
5,4 |
848 |
32,8 |
136430 |
869,0 |
27,29 |
1195,9 |
р. Кия — Макаракский |
174 |
3420 |
5,7 |
992 |
85,4 |
415536 |
2388,1 |
121,50 |
3642,6 |
р. Яя — Усманка |
180 |
3460 |
0,6 |
108 |
31,6 |
16740 |
93,0 |
4,84 |
146,7 |
Положительный эффект малой гидроэнергетики, по Л. К. Малик [9] заключается в обеспечении высокой экологической и социальной эффективность малых ГЭС: небольшие площади затопления и подтопления земель; простота подготовки ложа к затоплению: мелководные и небольшие по объему водохранилища малых ГЭС не препятствуют процессам водообмена; небольшая степень нарушения среды обитания человека и животного мира; наносится незначительный ущерб рыбному хозяйству; заполнение малых водохранилищ не провоцирует землетрясения и катастрофические разрушения плотин не столь опасны, как плотин крупных ГЭС.
Приведенные в табл. 1 ориентировочные значения характеристик энергетического потенциала отдельных малых и средних рек Кузбасса со всей определенностью свидетельствуют о том, что этот потенциал весьма высок.
Факторами, препятствующими освоению гидроэнергетического потенциала в теплое полугодие, являются слабая изученность гидрологических и гидравлических характеристик малых и средних рек.
8. Следует также учитывать возможность использования энергетического потенциала искусственных потоков — например, при сбросе сточных вод с очистных сооружений, и возможность создания таких потоков на промышленных предприятиях, течение воды в трубопроводах. Дополнительный потенциал может оказаться полезным непосредственно в пределах городов Кузбасса.Каменсков Ю. И. Русловые и пойменные процессы. — Томск: Изд-во ТГУ. — 1987. — 170 с.
9. Малик Л. К. Проблемы освоения гидроэнергетического потенциала малых рек России: экологический и социально-экономический аспекты // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже третьего тысячелетия. — Томск, 2000. — С. 627-630.
10. Перспективы возобновляемой энергетики Кузбасса. — Кемерово: Государственное учреждение «Кузбасский центр энергосбережения». — 2008. — 236 с.
11.Энергетические ресурсы СССР. Гидроэнергетические ресурсы. — М.: Наука, 1967.— 598 с.
12. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://solstice.crest.org/renewables/re-kiosk/hydro.
Томский государственный университет, Россия Tomsk State Universal
![]() |
|
---|---|
1 год 25 недель назад YВMIV YВMIV |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,467 | |
1 год 28 недель назад Гость ![]() |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,467 | |
1 год 28 недель назад Гость ![]() |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,467 | |
2 года 4 недели назад Евгений Емельянов |
Ядовитая река БелаяСмотрели: 274,467 | Возможно вас заинтересует информация на этом сайте https://chelyabinsk.trud1.ru/ |
1 год 28 недель назад Гость ![]() |
Ситуация с эко-форумами в Бразилии Смотрели: 6,153 | |