Проектування малої гідростанції на Печенізькому водосховищі

Таблиця 1.2 - Сім схованих переваг малої енергетики (за даними на 2000 рік)

Досягнення в енергетичній електроніці, інформаційних технологіях і пристроях, що акумулюють, спрощують приєднання малопотужних систем до електромережі (або дозволяють їм залишатися поза мережею), одночасно поліпшуючи здатність мережі пристосовуватися до пікових навантажень і коливань потужності. Наслідком може бути "багатобічна мережа", абсолютно відмінна від традиційної "вулиці з однобічним рухом", між центральною електростанцією й кінцевими споживачами. Подібно Інтернету, така енергетична система була б "під керуванням" тисяч або навіть мільйонів індивідуальних споживачів, які дотримуються загального набору технічних правил і вимог.

Новітня енергетична електроніка, включно з мініатюрними чипами (інтегральними схемами), проводами, датчиками, створює нові способи приєднання, інвертування й регулювання потоків енергії. Наприклад, мікропроцесорні пристрої можуть накопичувати дані про потреби в електриці автоматизованих виробничих процесів. Удосконалення в устаткуванні для інвертування й наступного поліпшення струму дозволяють перетворювати постійний струм у змінний (і навпаки) з незначними втратами, синхронізувати малі генератори з електромережею й ізолювати їх від неї, якщо в мережі відбувається збій, зберігаючи надійність локальної енергосистеми й дозволяючи працівникам енергопостачальної компанії безпечно відремонтувати лінію передачі й трансформатори.

В решті решт, у довгостроковій перспективі сполучення комунікаційних і енергетичних технологій можуть привести до "розумної розосередженої автоматизованої електромережі", що буде дозволяти всім частинам електричної системи реагувати на потреби системи в цілому від центральних станцій і малих генераторів до трансформаторів, лініям передачі й навіть окремим електроспоживачам. Керована комп'ютерами система може миттєво реагувати на будь-які проблеми й максимізувати свою загальну ефективність. Наприклад, власник холодильника із відповідним комунікаційним і керуючим устаткуванням для деякого зменшення своєї плати може дозволити енергопостачальнику виключати електродвигун холодильника на короткий момент, коли росте навантаження на всю енергосистему. Це заощаджує гроші споживача й підвищує надійність системи. Також сигнал з комп'ютера енергопостачальника до паливного елемента споживача міг би запускати його в дію для поставки електроенергії в сусідні місця, за що хазяїн ПК одержував би оплату через відповідну знижку у своєму рахунку за електроенергію. Такі програми одержали назву "Керування електричним навантаженням", і в останні роки розглядаються в рамках програм "Інтегрованого ресурсного планування".

Серед пристроїв, створених для енергозбереження, є маховики, акумулятори й суперконденсатори. Особливо, перспективним варіантом, є вироблення водню за допомогою сонячних батарей на дахах, коли світить сонце, з наступним його використанням у паливних елементах для виробництва електрики, коли є в ньому потреба. Так само як двигун внутрішнього згорання збільшив попит на бензин, появу автомобільних ПК прискорює створення мережі для збереження й транспортування водню.

Разом зі зростаючою вимогою до надійності ці інновації в електромережах стимулюють перехід енергетики до більш розосереджених систем відповідно ходу історії. Протягом XX століття яскравим аналогом електроенергетичної системи була радянська система ієрархічного централізованого планування. З початку XXI століття електропостачання рухається до моделі Інтернету: децентралізованої, неієрархічної, орієнтованої на ринок.

Більшість сучасних енергетичних ринків усе ще продовжує використовувати ознаки державної монополії, покладаючись на те, що централізація енергетики необхідна для надійного електропостачання споживачів. Дотепер залишається безліч норм та правил, які підтримують велику енергетику із центральними електростанціями. Як сказав Уолт Петерсон з Королівського інституту міжнародних справ, "занадто часто децентралізовані по своїй суті технології виявляються в ролі команди, що грає на "чужому полі" на домашньому полі централізованої системи й по її правилах".

Для повної реалізації потенціалу малої енергетики, необхідно реформувати регулятивну систему електроенергетики, усунувши перешкоди ринковим відносинам, які в цей час обмежують її впровадження (табл. 1.3).

Таблиця 1.3 - Вісім перешкод малої енергетики (за даними на 2000 рік)

Першим кроком тих, хто визначає політику в цій галузі, повинне бути забезпечення того, що мала енергетика, одержуючи плату за ціною, що відображає повну вартість електроенергії. Дослідження Європейської комісії в 1998 році встановило, що повна вартість розосередженої "сонячної електрики" в Італії становить трохи більше, ніж 10 центів за , з них половина є вартістю генерації, а друга половина надбавка, що відображає додаткову надійність та підтримку централізованої системи електропостачання, що є унікальною властивістю для малопотужних локально розосереджених генераторів (можливе їхнє використання в підвищенні безперебійності в системах електропостачання загального призначення).

Данія, Німеччина, Іспанія та інші країни вже ввели закони про "приєднання", які вимагають від постачальників енергії купувати електроенергію, вироблену з відновлюваних джерел, по 7...10 центів за 1 . Ці закони привели до створення понад 5000 Мвт потужності вітроенергетики із середини 1990-х років. Так само Японія й 29 американських штатів мають закони про "вимір чистого балансу" для сонячної енергії, які дозволяють власникам сонячних енергосистем продавати свої надлишки електроенергії в мережі за роздрібними цінами. Ці закони були прийняті швидше за все з екологічних міркувань, ніж для виявлення певних переваг децентралізованої енергетики. Однак вони ясно показують потенційну дієвість простих, добре продуманих законів, які надають розосередженим виробникам електроенергії доступ до мережі по стабільно справедливій ціні на їхній товар.

На конкурентних енергетичних ринках необхідна обов'язкова оцінка вартості передачі електроенергії до споживача для всіх можливих варіантів щодо нового виробництва енергії. Відповідно до цього дослідження така стратегія разом з використанням менш забруднюючих технологій і кращою ефективністю поставки й попиту могла б задовольнити зростаючі потреби в електроенергії, одночасно зменшуючи місцеве забруднення повітря й знижуючи викиди окислів вуглецю на 42% у порівнянні з тенденціями в рамках звичайних підходів.

Необхідна інша реформа, спрямована на стандартизацію вимог до приєднання агрегатів малої енергетики до електромереж загального призначення. У багатьох випадках постачальники електроенергії висувають ряд складних і непотрібних вимог, які додають, як правило, ще тисячі доларів до вартості малої системи, що коштує лише $3.000...10.000. Ці вимоги виходять від застарілих технічних стандартів і зрозумілого бажання енергокомпаній не допустити втрати споживачів централізованої енергетики. Багато країн успішно переборюють ці перешкоди. В Україні також розпочата ця робота. Так, у середині 2004 року прийнятий закон про когенерацію, що спрямований на розв’язання цієї проблеми, зокрема, щоб не допустити нечесного блокування розвитку малої енергетики централізованими постачальниками й не відлякувати власників когенераційних установок непотрібними й безглуздими юридичними документами.

Необхідно переглянути правила, які перешкоджають доступу малої енергетики до мереж загального призначення. Інші перешкоди для малої енергетики виходять з правил, які регулюють розміщення енергоустановок, видачу дозволів на їхню роботу й викиди з них, розроблених ще перед виходом малої енергетики на ринок. Мала енергетика не врахована в більшість спеціальних нормативів (будівельних, електротехнічних, з питань безпеки). Користуючись цим, місцеві чиновники, які стежать за дотриманням правив і встановлюють тарифи, не виявляють знать в цих технологіях.

Монопольним енергопостачальникам необхідні певні стимули, щоб вони заохочували малу енергетику. Сучасні правила оплати послуг постачальників базуються на розмірі їхніх капіталовкладень в устаткування або на обсязі поставляємої ними електроенергії, створюючи фінансову зацікавленість постачальників у блокуванні автономної генерації.

У багатьох державах регулятивні органи створили нормативні правила, які засновані на показниках діяльності всієї енергосистеми, усувають стримуючі фактори й надають місцевим постачальникам стимули для здійснення розосередженої генерації.

Зусилля по перебудові енергетичного законодавства в цілому стримуються нинішніми офіційними монополістами енергопостачання, які прагнуть захистити свої минулі інвестиції в більш централізовані електростанції. Прогрес у реформуванні законодавства, щоб дати дорогу новому класу малих виробників електроенергії, які ще ледь помітні на сучасному ринку, як і слід було сподіватися, є досить повільним. Однак оскільки число компаній, що вкладають капітал у цю техніку, росте й поповнюється більшими фірмами й мільйонами споживачів, що бажають мати свої власні енергогенеруючі системи, зміни відбудуться.

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5