Главная страница Случайная лекция Мы поможем в написании ваших работ! Порталы: БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика Мы поможем в написании ваших работ! |
Реки — источник энергииВелико энергетическое значение рек. Энергия рек — даровая сила природы, возникающая в процессе круговорота влаги на Земле. Используя ее в своих интересах, человек помещает созданные им орудия труда в поток влаги на Земле и делает даровую силу падения воды одной из важнейших своих производительных -сил. Энергия реки с давних пор используется человеком. В XI— XIV вв. водяное колесо — энергетическая база для мукомольного производства; далее — суконного, позже — металлургии, бумажного и хлопчатобумажного. В эпоху водяного колеса промышленные (мануфактурные) предприятия располагались у водопадов — естественных или искусственных, образованных перепадом воды у больших плотин, •создававших значительный подпор. Например, на Урале плотины создавали подпор до 7—8 м, длина некоторых плотин на реках Урала в XVIII в. превышала 1 км, они имели ширину до 60 м по основанию и до 30 м по гребню. В XVIII же веке русский изобретатель И. Ползунов на Алтае соорудил крупную деривационную силовую установку. Несколько позднее там же К. Фролов создал каскад водных силовых установок на одной и той же реке. В Англии до использования каменного угля и изобретения •паровой машины широко пользовались речками, берущими начало в Пенниках. На эти речки ориентировались старые металлургические заводы, текстильные мануфактуры и мельницы. До сих пор некоторые из старых водяных колес действуют для рекламы предприятий (от водяного колеса — до автоматизированного производства!) и для привлечения туристов. В Соединенных Штатах Америки в XVIII в. Аппалачи с их многочисленными водопадами и порогами притянули разнообразную промышленность, в том числе металлургию. Паровая машина разрушила зависимость промышленности от водяного колеса, сделала географическое размещение промышленности более свободным: она стала ориентироваться на местные источники топлива, а также снабжаться привозным топливом. Еще более свободным сделала географическое размещение промышленности электрическая энергия, причем очень важным ее источником стала река, приводящая в движение турбины гидроэлектростанций. Гидроэнергетика достигла очень больших успехов: построено много плотин и водохранилищ, сильно увеличились диаметры турбин и возросла мощность электрических станций. Дальность передачи энергии по проводам уже составляет тысячи километров. Успехи техники строительства гидроэлектростанций и строительства линий высоковольтных электропередач привели к тому, что гидроэлектростанции стали создаваться, с одной стороны, в местах, наиболее благоприятных по природным условиям, с передачей энергии в районы потребления, и, с другой — непосредственно в районах потребления энергии — на тех реках с широкими долинами и небольшим падением, которые еще совсем недавно считались непригодными для гидростроительства. Современные крупные гидроэлектростанции дают дешевую энергию. Она потребляется электроемкими промышленными производствами (электрометаллургия черных и цветных металлов и электрохимия), электрифицированными железными дорогами, городами и сельским хозяйством. Гидроэнергетика является одной из основ современной техники. Создание каскада взаимосвязанных гидроэлектростанций требует планирования всего хозяйства экономического района, что в полной мере возможно лишь при социалистической экономике. По современным подсчетам, потенциальные энергетические ресурсы речного стока земного шара оцениваются в 3700— 3750 млн. кет, со следующим распределением по частям света <табл. И). Советский Союз (по той же методике расчетов) обладает гидроэнергоресурсами, оцениваемыми в 420 млн. кет (3700 млрд. квт-ч),т. е. 11,4% мировых ресурсов Если даже взять минимальную оценку мировых гидроэнергетических ресурсов (3700 млн. кет), то все же окажется, что пока еще (к началу 1963 г.) их использование невелико (180 млн. кет, т. е. около 5% потенциала). В Европе и Северной Америке степень использования гидроэнергоресурсов высока (в Европе — 30%), а в Азии (кроме СССР и Японии), Африке и Южной Америке — ничтожна. Гидроэнергетика сможет сыграть большую роль в подъеме народного хозяйства развивающихся стран трех последних континентов, подобно той, какую она сыграла в электрификации Советского Союза. Таблица 11
* А. Н. Вознесенский и И. А. Терман. Гидроэнергетические ресурсы СССР. «Гидротехническое строительство», 1956, №4, стр. 19—20 В последнее время в мировой литературе участились утверждения, что гидроэнергостанции (ГЭС) должны отступить на задний план по сравнению с мощными тепловыми ТЭС и особенно с атомными (АЭС) электростанциями. Уже теперь строятся более дешевые и в более короткий срок АЭС, такой же большой мощности, как и ГЭС. Существует даже мнение, что те ГЭС, которые не начнут строиться или проектироваться в 1970-х годах, уже никогда не будут построены, так как атомная энергетика в 1980-х годах будет намного экономически выгоднее, чем гидроэнергетика. И все же, конечно, гидроэлектростанции будут продолжать строиться и в следующие десятилетия. Другое дело, что при их строительстве будут выбираться особенно удачные пункты для мощных ГЭС и еще более, чем в настоящее время, будут учитываться выгоды комплексного решения водохозяйственных проблем, при первостепенном значении водоснабжения и ирригации. Будет все меньше ГЭС на равнинных реках с большими по площади водохранилищами и больше — на могучих реках, прорывающих горы, плато и возвышенности узкими ущельями. В настоящее время уделяется внимание гидроаккумулирующим электростанциям (ГАЭС), которые строятся вблизи потребителей энергии. В часы, когда энергия в системе не потребляется, она используется на перекачку воды в аккумулирующие резервуары, а в часы «пик» на этой воде работают ГАЭС. Вблизи Нью-Йорка построена ГАЭС мощностью около 2 млн. кет. Реки по их использованию для строительства гидроэлектростанций делятся на два основных типа: 1. Реки, на которых можно построить низкие или высокие плотины с ГЭС или в теле плотины, или рядом с ней. Сюда относятся, в частности, гидроэлектростанции на равнинных реках, которые при сравнительно небольшом падении воды пропускают через гигантские турбины колоссальные массы воды. Как известно, мощность гидроэлектростанции зависит (по формуле N = 9,81 -С2-Н кет) о? (2 — массы воды и Я — высоты падения воды. При строительстве крупных волжских, днепровских и других ГЭС, использующих огромные массы воды, приходится создавать гидротурбины больших размеров. На равнинных реках с небольшим падением сооружаются низконапорные (с напором 10—15 м) и средненапорные (20—25 м) гидротехнические узлы. Куйбышевский и Волгоградский гидроузлы имеют напор 25 м. На равнинных реках с широкими долинами и относительно низкими коренными берегами нельзя строить высоконапорных плотин. Каждый метр прироста напора вызывает сильное увеличение площади затопления, отнимает много сельскохозяйственных земель. В этих условиях расходы на сооружение плотины возрастают с увеличением ее высоты гораздо быстрее, чем мощность ГЭС. __ На равнинных реках высота плотин, создаваемых для работы гидроэлектростанций, не должна быть ниже максимального подъема воды во время половодья и паводков (в среднем и нижнем течении Волги —10—15 м) и не может быть выше той точки, за которой начинается резкое увеличение площади затопления без существенного прироста объема водохранилища, т. е. создаются обширные мелководья, испаряющие много влаги, но мало влияющие на работу гидроэлектростанций. Отсюда совершенно ясной становится необходимость серьезно считаться при строительстве гидроузлов с высотами речных долин. Для больших равнинных рек, как правило, типична чрезвычайно сильная неравномерность расхода воды (минимум относится к максимуму как 1 : 100 и даже как 1 : 150). На этих реках надо запасать много воды в водохранилищах, а в половодье приходится сбрасывать из верхнего бьефа в нижний избыточные полые воды. Для этого надо сооружать дорогостоящие и сложные по конструкции водосливные плотины. Могучие реки с узкими долинами имеют более благоприятные природные условия для гидроэнергетического строительства. На этих реках возможно строительство высоконапорных плотин, водохранилища имеют меньшие площади, более глубоки и имеют влд узких фьордов. В 1900 г. во всем мире было около тысячи крупных плотин на реках, в 1960 г. их число возросло до 8 тысяч. Самые высокие в мире плотины — это Ингурская на р. Ингу-ри, высотой 300 м (СССР), Буолдер-Дам в глубоком каньоне р. Колорадо, высотой в 221 м (США), Гранд-Диксоне, высотой в 284 м (Швейцария) и Нурекская в узком ущелье, прорытом р. Вахш, высотой более 300 м (СССР). Высоки и новые плотины на великих сибирских реках: 58 м имеет плотина Иркутской ГЭС и 128 м — плотина Братской ГЭС на Ангаре, 101 м—Красноярской ГЭС на Енисее. 2. Горные реки несут обычно относительно небольшую массу воды, но зато высота падения водного потока очень велика. На использовании высоты падения водного потока и основывается сооружение горных гидроэлектростанций. При строительстве ГЭС на горной реке плотина сооружается значительно выше самой электростанции; от плотины, из верхнего бьефа, по склону с очень небольшим уклоном проводится канал, называемый деривационным, который заканчивается высоко над зданием гидроэлектростанции. Из этого канала вода устремляется по трубопроводу (или нескольким трубопроводам) вниз, к турбинам ГЭС. На деривационных (по преимуществу горных) гидроэлектростанциях напор достигает многих сотен метров (до 1500 и даже 1770 м). Таких гидроэлектростанций много в гористой Норвегии, в Швейцарии и" в других горных странах, а в СССР — на Кавказе. Самые мощные гидроэлектростанции в мире сооружены и "строятся в Советском Союзе. Режим рек, на которых сооружаются гидроэлектростанции, в значительном большинстве случаев неравномерен по временам • года. Кроме того, водность реки довольно сильно меняется от года к году. Потребитель же нуждается в возможно более постоянной в течение года (и ряда лет) выработке электрической энергии. Как устранить это противоречие между режимом реки и потребностью в электрической энергии? Во-первых, человек может пользоваться для этого некоторыми благоприятными природными условиями: а) строить гидроэлектростанции на естественно регулируемых б) соединить линиями высоковольтных электропередач гидро гидроэлектростанций разного типа выравнивает производство электроэнергии, позволяет давать ее потребителю более равномерно в течение года. Так, соединение кольцом электропередач гидроэлектростанций Северного Кавказа -и Южного склона Большого Кавказа и Армении (где режим станций регулируется оз. Севан) выравнило производство энергии в году и от года к году. Огромные возможности открываются перед человечеством в деле гидроэнергетического использования притоков таких больших рек экваториального пояса, как Конго и Амазонка. Мощные северные притоки этих рек обильны водой в период тропических дождей северного полушария (март—октябрь), а южные притоки несут много воды в период тропических дождей южного полушария (ноябрь—март). В бассейне Конго могли бы быть созданы гидроэлектростанции общей мощностью в 130 млн. кет. Однако далеко не везде можно опереться на благоприятные природные возможности. В остальных случаях при строительстве гидроэлектростанции создаются водохранилища, искусственно регулирующие режим реки и поступление воды в турбины гидроэлектростанции. Водохранилища необходимы для выравнивания различий режима реки от года к году (многолетнее регулирование), от сезона к сезону— (межсезонное регулирование) и в течение суток (внутрисуточное регулирование). На Земле создано уже немало крупных по объему искусственных водохранилищ. По подсчетам М. И. Львовича, к 1967 г. площадь9 искусственных водохранилищ всего мира составляла не менее 300 тыс. км2г с полезным объемом примерно 2,3 тыс. км3. На первом месте стоит Братское водохранилище (СССР), объем около 180 км3, далее следуют водохранилища Кариба на р. Замбези —150 км3, Акосомбо на р. Вольта — 140 км3, Сад-эль-Али на р. Нил — около 140 км3. Оптимум получается при большом объеме и сравнительно небольшой площади. Слишком большие по площади, но небольшие по объему водохранилища затопляют много земли, испаряют много влаги, ветры вызывают на них большие волны. Объем водохрани-^ лища состоит из неиспользуемого («мертвого») объема и полезно* го, составляющего от !Д до !/2 всего объема водохранилища. Количество энергии, вырабатываемой гидростанцией, достигает наибольшей величины не при полном напоре, а при некотором его уменьшении, дальше которого при последующем уменьшении напора происходит и-уменьшение выработки энергии. Избыток воды в реке (при низконапорных и средненапорных гидроузлах) не увеличивает, а уменьшает выработку энергии. Во время половодья, когда вода сбрасывается через водосливную плотину или через отверстия в водосборной плотине и уровень реки в нижнем бьефе сильно повышается, мощность гидроэлектростанции несколько уменьшается. На горных гидроэлектростанциях с напором в сотни метров колебания уровней верхнего и нижнего бьефов во время половодий и паводков не имеют практического значения. Даже крупные водохранилища не могут полностью устранить зависимость работы отдельных гидроэлектростанций от режима реки, в известной степени она сохраняется. Поэтому большое экономическое значение имеет совмещение в одной энергетической •системе гидроэлектростанций и тепловых электростанций, работающих на угле, мазуте, горючих газах и других видах топлива. В относительно маловодные периоды (или, наоборот, в чрезмерно многоводные), Когда гидроэлектростанции дают меньше энергии, больше загружаются тепловые станции и наоборот — тепловые электростанции сокращают потребление топлива, когда гидроэлектростанции работают на полную мощность. Водохранилища служат для регулирования не только неравномерного во времени природного режима реки, но и для регулирования той неравномерности во времени потребления электрической энергии, которая целиком связана с характером хозяйства в районе действия гидроэлектростанций. Особенно сильны суточные колебания Потребности в энергии, что вызывает необходимость в течение нескольких часов (а иногда даже минут!) резко менять •количество воды, направляемой из водохранилища к турбинам гидроэлектростанции, что вызывает различия в уровне водохранилища на разных расстояниях от плотины. Наилучшие условия для работы гидроэлектростанций создаются каскадом станций на реке, где каждая следующая гидроэлектростанция создается в том месте, где выклинивается (сходит на нет) подпор от нижележащего гидроузла. В результате фека превращается в лестницу искусственных озер-водохранилищ, а у каждой ступеньки этой лестницы располагается гидроэлектростанция. Каскад гидроэлектростанций позволяет многократно использовать силу падающей воды: каждая нижележащая станция использует дл*) своей работы сток реки, который был собран и " использован на гидроузлах, расположенных выше по течению реки. Самая верхняя Из станций еще не регулирует полностью стока, следующие — Делают это во все большей степени, наконец, самая нижняя получает сток, зарегулированный верхними гидроузлами и гидроузлами на притоках, исходя из хозяйственных задач тех экономических районов, через которые протекает река. Для правильного использования каскада гидроэлектростанций надо, чтобы, они работали по единому плану, чтобы были согласованы периоды максимального и минимального поступления воды из водохранилища верхней гидроэлектростанции в нижний бьеф, который является водохранилищем нижерасположенной гидроэлектростанции. При этом должно учитываться время, которое требуется на то, чтобы вода, прошедшая через турбины, верхней гидростанции, дошла бы до турбин нижележащей. Иначе может получиться, что как раз тогда, когда нижняя станция нуждается в максимальном количестве воды, верхняя ее не дает или дала, но она еще находится в пути. Так как на реках гидроэлектростанции каскада расположены друг от друга на расстоянии многих десятков, а иногда и сотен километров, то единому плану регулирования стока реки, сработки водохранилищ, производства и потребления электроэнергии подлежит огромная 'территория речного бассейна. Каскад гидроэлектростанций — грандиозная территориальная система, которая в полном виде может осуществиться только при плановом хозяйстве. В капиталистических странах создаются каскады гидроэлектростанций, в частности в США, где ' гидро-энергостроительство главным образом связано с развитием военной промышленности. Каскад электростанций на р. Теннесси стал базой алюминиевой и магниевой промышленности и производства боеприпасов; на энергии гидростанций Теннесси работает промышленность Окриджа — крупного центра производства атомных бомб. На энергию каскада гидростанций р. Колумбия опирается крупная алюминиевая промышленность и другой центр атомной промышленности США — Хэнфорд. Таким образом, в обоих случаях каскады гидроэлектростанций в США были созданы .в расчете на колоссальные прибыли, которые получают капиталистические монополии от военного производства. В Советском Союзе метод каскадного строительства гидроэлектростанций является не исключением, а основным принципом гидроэнергостроительства. Уже созданы и создаются каскады гидроэлектростанций на многих реках, прежде всего на Волге, Днепре, Ангаре. На Волге построен последовательный ряд гидроэлектростанций — Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Горьков-ская, Куйбышевская, Саратовская (Балаковская), Волгоградская. Волжский каскад охватывает не только Волгу, но и Каму: вошли в строй Камская ГЭС у г. Перми и Боткинская у г. Воткинска, строится Нижнекамская ГЭС у Набережных Челнов. Водохранилища на Волге и Каме в сумме имеют объем около 165 км3, при годовом стоке Волги (в ее устье) в 243 км3. Полезный объем этих водохранилищ — около 85 кмг, емкость волжских водохранилищ невелика по сравнению с объемом всей поступающей в них воды и поэтому большая ее часть проходит через водохранилища «транзитом». При освоении человеком реки нельзя упускать из виду водосборы, где формируется из мельчайших струек дождевых и талых вод мощный речной поток. Поэтому регулирование реки важно для водоснабжения водного транспорта и гидроэнергетики. Оно не может ограничиваться лишь одним гидротехническим строительством в долине реки и должно обязательно включать и регулирование стока на водосборах. Последнее заключается в создании правильного соотношения между пашней, лугами и лесами, в насаждении влагорегулирующих лесных полос, в правильной пахоте и других агротехнических приемах, в устройстве прудов и водоемов и т. д. Задача заключается в переводе значительной части поверхностного стока в подземный сток, т. е. реки должны в возможно большей степени получать невидимые, подземные воды и как можно меньше воды из оврагов и балок. одной эпохи к другой. Еще в рабовладельческую эпоху были созданы крупные оросительные системы, хорошо приспособленные к режиму рек. Типичным примером таких систем надо считать орошение в Древнем Египте. Технический прогресс в развитии промышленности привел к изменению ее структуры, технологии. Все большую долю занимают отрасли химической промышленности, а в технологии ряда других отраслей — химические технологические процессы. Все это привело к тому, что уже очень многие промышленные производства предъявляют спрос на чистую пресную воду, на пар. В результате промышленность в целом становится все более водоемкой. Вода нужна для технологических нужд (безвозвратные расходы воды), для охлаждения тех или иных установок (оборотная вода). При использовании воды для технологических целей важно ее качество — чистота, мягкость и т. д. Потребность в воде (куб. м) на 1 т промышленной продукции различна:
сталь никель алюминий аммиак целлюлоза бумага вискозный шелк капроновое волокно Поэтому современные промышленные предприятия, особенно металлургические и химические заводы и комбинаты, размещаются у мощных источников воды. Помимо приближения промышленности к источникам сырья, приобретает все большее значение приближение промышленности к водным источникам. В ряде случаев химические заводы, например целлюлозные, создаются у источников наиболее чистой воды.
Дата добавления: 2014-05-19; просмотров: 672; Нарушение авторских прав Мы поможем в написании ваших работ! |