Гідроенергетика – галузь відновлювальної енергетики, а також сукупність великих природніх та штучних підсистем, які слугують для перетворення кінетичної енергії води в електроенергію.
За допомогою дамб на річках штучно створюється перепад рівнів водяної поверхні. Вода під впливом сили тяжіння переливається з верхнього в нижній б’єф по спеціальним протокам, у яких розміщені гідротурбіни. Лопаті турбін розкручуються водяним потоком і механічна енергія, таким чином, передається на гідрогенератор, який і виробляє електроенергію.
Гідроенергоресурси - відновлювальне та найбільш екологічне джерело енергії, використання якого дозволяє знизити викиди в атмосферу парникових газів. Гідроелектростанції – найбільш маневрові потужності, які здатні, за необхідності, істотно збільшити обсяги виробітку за лічені хвилини, покриваючи пікову частину графіку навантаження, а також забезпечувати надійність енергопостачання в аварійних ситуаціях.
Кілька цікавих фактів із історії
Перші спроби використання «сили» води зафіксовані в 206 р. до н. е. – 9 р. н. е. Відбійні молотки, що приводились в дію водяним колесом, використовувались для обвалки зерна, розбивання руди та виробництва паперу
У 1849 році інженер Джеймс Френсіс розробив першу водну турбіну, яка досі лишається найбільш широко використовуваною гідротурбіною у світі.
Ключові технологічні розробки гідроенергетики відбулися в першій половині 19 століття. У 1827 році французький інженер Бенуа Фурнейрон створив турбіну, здатну давати потужність близько 6 кінських сил.
У 1870-х роках американський винахідник Лестер Аллан Пелтон розробив колесо Пелтона (також відоме як ковшова турбіна) – імпульсну водну турбіну, яку запатентував у 1880.
Більше цікавих фактів дізнавайтесь тут: Коротка історія гідроенергетики: з давніх часів до сучасної епохи
Офіційна статистика нараховує близько 2,5 - 4 мільярдів річок. В цю кількість входять річки від найбільших річок (Амазонка, Ніл, Янцзи, Міссісіпі) до невеликих річечок тривалістю в кілька десятків метрів.
Світові запаси прісних вод, які знаходяться в руслах річок, озерах і неглибоко залягають в підземних по-доносних горизонтах (500 м) становлять близько 35 млн. км3.
Світові запаси прісних вод, які знаходяться в руслах річок, озерах і неглибоко залягають в підземних по-доносних горизонтах (500 м) становлять близько 35 млн. км3.
Потужність ГЕС в світі складає 1036 ГВт, з них гідроакумулюючих - 142,1 ГВт. Найбільшими виробниками гідроенергії (ГЕС і ГАЕС) в світі є США, Канада, Бразилія, Китай і Росія.
На території України близько 63 тисяч річок загальною довжиною близько 206 тис. км, у тому числі близько 3 тис. довжиною понад 10 км, 115 - понад 100 км.
Сумарна середня величина пріних водних ресурсів України оцінюється в 94,1 млрд. кубометрів. Основна частина - 92,6% припадає на річковий стік.
Станом на 2020 р в Україні налічується 10 ГЕС понад 10 МВт, 4 гідроакумулюючі електростанції та близько 50 ГЕС до 10 МВт
Україна, яка має величезні водні ресурси, використовує їх лише на 50%. Встановлена потужність ГЕС і ГАЕС в Об'єднані енергетичній системі України складає 7350 МВт.
Міжнародна гідроенергетична асоціація (IHA) нещодавно опублікувала інтерактивну мапу, при взаємодії з якою можна дізнатися про встановлену потужність ГЕС і ГАЕС країн світу.
Україна представлена на мапі з показником загальної встановленої потужності гідроенергетичних об’єктів – 6,23 ГВт за даними на 2019 рік.
Загалом увесь світ на мапі розділений на кольорові зони в залежності від величини показника гідроенергетичної потужності. Так, Україна потрапила в зону країн, чий показник знаходиться у діапазоні від 2000 до 9999 МВт. Серед країн гідроенергетиків-рекордсменів – без змін: потужністю понад 20 000 МВт можуть похвалитися Канада, США, Китай, Бразилія, Індія та інші.
Цікаво, що загальний показник встановленої потужності усіх ГЕС та ГАЕС світу становить 1308 ГВт, 158 ГВт з яких – це ГАЕС.
У цьому розділі ви можете ознайомитись з матеріалами, присвяченими розвитку гідроенергетики в Україні і світі.
Що таке ГЕС?
ГЕС – це електростанція, що завдяки напору води, який надходить на лопаті гідротурбіни і таким чином приводить в дію генератори, виробляє електроенергію. Для роботи гідроелектростанції потрібен перепад висоти русла річки. Щоб його створити, будують греблю, що також слугує водосховищем та дає змогу працювати ГЕС у будь-який час. В результаті вода падає з висоти, потрапляє на лопаті турбіни і змушує їх крутитися, а ті, у свою чергу, змушують обертатися вал генератора і виробляти електроенергію. Також для створення потрібного тиску води застосовується деривація – відведення води від русла річки каналом або системою водоводів до гідротехнічних споруд. Інколи використовується одночасно і гребля, і деривація.
Який принцип роботи ГЕС та ГАЕС?
Принцип роботи ГЕС досить простий: за допомогою будівництва штучної греблі на річці (ГЕС), або за допомогою створення штучної водойми (ГАЕС) поряд з нею, забезпечується необхідний напір води, який потрапляє на обладнання, перетворюючи кінетичну енергію течії в електричну. Падаючи з великої висоти через водоводи, або під натиском природної течії річки, вода передає свою кінетичну енергію лопатям турбіни, та, в свою чергу, передає обертальний момент на гідроагрегати, що знаходяться у машинному залі ГЕС. А вже ці складні пристрої перетворюють механічну енергію на електричну, яка через розгалуджену мережу ліній електропередач надходить безпосередньо до споживачів.
Які переваги гідроенергетики порівняно з іншими видами відновлюваної енергії?
• Надійність та стабільність: Гідроелектростанції можуть забезпечувати стабільне і передбачуване виробництво електроенергії, оскільки вони не залежать від погодних умов так, як сонячна та вітрова енергетика.
• Зберігання енергії: Гідроенергетика може забезпечувати зберігання енергії за допомогою гідроакумулюючих станцій. ГАЕС використовують у своїй роботі комплекс генераторів та насосів або оборотні гідроагрегати, що можуть працювати як в режимі генератора, так і в режимі насоса. Під час нічного «провалу» енергоспоживання гідроакумулююча електростанція отримує з мережі дешеву електроенергію та використовує її, щоб закачати воду. Під час ранкового та вечірнього піків енергоспоживання ГАЕС спускає воду і, таким чином, виробляє дорогу «пікову» електроенергію для мережі.
• Тривалий термін служби: Гідроелектростанції мають довгий термін експлуатації, часто більше 50 років, і потребують відносно низьких витрат на обслуговування.
• Гнучкість: Гідроелектростанції можуть швидко змінювати свою потужність, що дозволяє їм ефективно реагувати на зміни в споживанні електроенергії та підтримувати стабільність електромережі.
• Екологічність: Гідроелектростанції можуть створювати середовища, сприятливі для розвитку біорізноманіття. Наприклад, водосховища можуть стати місцями проживання для різних видів риб та інших водних організмів.
Загалом, гідроенергетика пропонує надійне, ефективне і екологічно чисте джерело енергії, яке може відігравати важливу роль у світовій енергетичній системі.
Які основні виклики стоять перед гідроенергетикою України у XXI столітті?
Основні виклики, що стоять перед гідроенергетикою у XXI столітті, є різноманітними і включають як технічні, так і екологічні, соціальні та економічні аспекти. Ось деякі з них:
• Безпека: Забезпечення надійної роботи гідроелектростанцій є критично важливим для запобігання аваріям та катастрофам.
• Зміна клімату: Зміна клімату може вплинути на гідрологічні цикли, зменшуючи кількість доступної води в деяких регіонах, що призводить до зниження продуктивності гідроелектростанцій.
• Баланс між енергетичними та екологічними потребами: Знайти баланс між необхідністю виробництва електроенергії та збереженням навколишнього середовища в умовах ракетних обстрілів гідроенергетичної інфраструктури є важливим та, водночас, непростим завданням.
• Старіння інфраструктури: Основна маса існуючих гідроелектростанцій були побудовані багато років тому і потребують модернізації для ефективної та безпечної роботи. Укргідроенерго приділяє значну увагу модернізації обладнання гідроелектростанцій та підвищенню ефективності його роботи. На станціях компанії триває глобальне оновлення.
• Інновації та технологічний розвиток: Впровадження новітніх технологій для підвищення ефективності та екологічної безпеки гідроелектростанцій є важливим викликом для галузі.
• Повоєнна відбудова: Внаслідок бойових дій багато гідроелектростанцій, дамб та водосховищ були пошкоджені або зруйновані, що призвело до значних втрат виробничих потужностей і дестабілізації енергетичної системи країни. Відновлення цієї критично важливої інфраструктури вимагатиме значних фінансових ресурсів, технічних зусиль та часу.
Окрім фізичного відновлення, важливо також враховувати соціально-економічні аспекти. Відбудова гідроенергетичних об'єктів має супроводжуватися відновленням життєдіяльності прилеглих громад, що постраждали від війни.
Ці виклики потребують комплексного підходу, включаючи наукові дослідження, інноваційні рішення, активну участь громадськості та міжнародне співробітництво для забезпечення сталого розвитку української гідроенергетики в XXI столітті.
Коли була побудована перша ГЕС в Україні?
В Україні гідроенергетика розвивається з початку XX століття. Перші у світі ГЕС і ГАЕС з’явилися у 1882 році у США та Швейцарії відповідно. Найбільша гідроелектростанція в Україні – вона ж і найперша – Дніпровська ГЕС. Її будівництво розпочалося в 1927 році, а в 1932 був введений в експлуатацію перший гідроагрегат. Наразі станція входить до складу ПрАТ «Укргідроенерго».
Яка роль гідроенергетики в забезпеченні стабільності ОЕС України?
Гідроенергетика відіграє ключову роль у забезпеченні стабільності Об'єднаної енергосистеми країни, особливо в умовах воєнного контексту. В умовах, коли теплові електростанції пошкоджені або знищені, гідроелектростанції стають критично важливими для підтримання надійного енергопостачання та стабільності енергосистеми.
По-перше, гідроелектростанції здатні швидко регулювати потужність, що дозволяє ефективно реагувати на коливання попиту на електроенергію. Це особливо важливо в ситуаціях, коли інші джерела енергії можуть бути недоступними або недостатньо стабільними. ГЕС можуть оперативно включатися в роботу під час пікових навантажень і компенсувати недостатню генерацію з інших джерел.
По-друге, гідроакумулюючі електростанції можуть відігравати роль «павербанків», зберігаючи надлишкову енергію, вироблену під час низького попиту, і відпускаючи її в мережу під час пікових навантажень. Це дозволяє збалансувати виробництво і споживання електроенергії, підвищуючи стабільність та надійність енергосистеми. У воєнний час, коли багато об'єктів енергетичної інфраструктури пошкоджені або зруйновані, роль ГАЕС стає ще більш важливою для функціонування економіки та життєдіяльності населення.
- 14118