Гидроэлектричество - Hydroelectricity

В Плотина Три ущелья в Центральном Китае - это самый большой в мире энергетический объект любого типа.

Доля первичной энергии от гидроэнергетики (2018 г.)

Часть серии о
Устойчивая энергия
Обзор
Устойчивая энергия Углеродно-нейтральное топливо Поэтапный отказ от ископаемого топлива
Энергосбережение
Когенерация Эффективное использование энергии Хранилище энергии Зеленое здание Тепловой насос Низкоуглеродистая энергия Микрогенерация Пассивная солнечная конструкция здания
Возобновляемая энергия
Биотопливо Геотермальный Гидроэлектричество Солнечная Приливный Волна ветер
Экологичный транспорт
Электромобиль Зеленый автомобиль Подключаемый гибрид
Портал возобновляемой энергии  Портал окружающей среды

Гидроэлектричество является произведенная электроэнергия от гидроэнергетика. В 2015 году гидроэнергетика произвела 16,6% всей электроэнергии в мире и 70% всей электроэнергии. возобновляемая электроэнергия,^[1] и ожидалось, что в течение следующих 25 лет он будет увеличиваться примерно на 3,1% ежегодно.

Гидроэнергетика производится в 150 странах мира, причем Азиатско-Тихоокеанский регион в 2013 году регион производил 33 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии с 920 ТВтч производства в 2013 году, что составляет 16,9% от внутреннего потребления электроэнергии.

Стоимость гидроэлектроэнергии относительно невысока, что делает ее конкурентоспособным источником возобновляемой электроэнергии. Гидростанция не потребляет воду, в отличие от угольных или газовых станций. Типичная стоимость электроэнергии от ГЭС больше 10 мегаватты от 3 до 5 Центы США на киловатт-час.^[2] Вместе с плотиной и водохранилищем это также гибкий источник электроэнергии, поскольку количество, производимое станцией, можно очень быстро увеличивать или уменьшать (всего за несколько секунд), чтобы адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии. После строительства гидроэлектростанции проект не производит прямых отходов и обычно имеет значительно более низкий уровень выработки - парниковые газы чем фотоэлектрические электростанции и, конечно, ископаемое топливо энергетические установки (см. также Выбросы парниковых газов из источников энергии в течение жизненного цикла ).^[3] Однако при строительстве в низине тропический лес районы, где необходимо затопление части леса, могут выделять значительное количество парниковых газов. Строительство гидроэнергетического комплекса может вызвать значительное воздействие на окружающую среду, в основном в виде потери пахотных земель и перемещения населения. Они также нарушают естественную экологию реки, затрагивая среду обитания и экосистемы, а также модели заиления и эрозии. Хотя плотины могут снизить риск наводнений, они также содержат риск разрушение плотины, что может иметь катастрофические последствия.

История

Музейная ГЭС «Под городом» в г. Сербия, 1900 года постройки.^[4]

Гидроэнергетика использовалась с древних времен для измельчения муки и выполнения других задач. В конце 18 века гидравлическая энергия обеспечивала источник энергии, необходимый для начала Индустриальная революция. В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест де Белидор опубликовано Архитектура Hydraulique, описавшего вертикальные и горизонтальные гидравлические машины, а в 1771 г. Ричард Аркрайт Комбинация сила воды, то водная рамка, и непрерывное производство сыграли значительную роль в развитии фабричной системы с современной практикой занятости.^[5] В 1840-х гг. гидросеть был разработан для производства и передачи гидроэнергии конечным пользователям. К концу 19 века электрический генератор был разработан и теперь может быть соединен с гидравликой.^[6] Растущий спрос, связанный с Индустриальная революция также будет стимулировать развитие.^[7] В 1878 году первая в мире схема гидроэлектростанции была разработана в г. Cragside в Нортумберленд, Англия Уильям Армстронг. Он использовался для питания сингла дуговая лампа в его картинной галерее.^[8] Старый Электростанция Шелькопф № 1, США, рядом Ниагарский водопад, начал производить электричество в 1881 году. Эдисон гидроэлектростанция, Завод на улице Вулкан, начал работу 30 сентября 1882 г. в г. Эплтон, Висконсин, мощностью около 12,5 киловатт.^[9] К 1886 году в США и Канаде было 45 гидроэлектростанций; а к 1889 году только в Соединенных Штатах их было 200.^[6]

В Уорикский замок дом с водяным генератором, который с 1894 по 1940 год использовался для выработки электроэнергии для замка.

В начале 20-го века многие небольшие гидроэлектростанции строились коммерческими компаниями в горах недалеко от мегаполисов. Гренобль Франция провела Международная выставка гидроэнергетики и туризма, с более чем одним миллионом посетителей. К 1920 году, когда 40% электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, приходилось на гидроэлектростанции, Федеральный закон о власти был принят в закон. Закон создал Федеральная энергетическая комиссия регулировать гидроэлектростанции на федеральных землях и воде. По мере того, как электростанции становились больше, связанные с ними плотины приобрели дополнительные цели, в том числе борьба с наводнениями, орошение и навигация. Федеральное финансирование стало необходимым для крупномасштабного развития, и федеральные корпорации, такие как Власть долины Теннесси (1933) и Bonneville Power Administration (1937 г.).^[7] Кроме того, Бюро мелиорации который начал серию ирригационных проектов на западе США в начале 20-го века, в настоящее время строит крупные гидроэлектростанции, такие как 1928 г. Плотина Гувера.^[10] В Инженерный корпус армии США также участвовал в развитии гидроэнергетики, завершив Bonneville Dam в 1937 году и был признан Закон о борьбе с наводнениями 1936 года в качестве главного федерального агентства по борьбе с наводнениями.^[11]

Гидроэлектростанции продолжали расти в течение 20 века. Гидроэнергетика называлась белый уголь.^[12] Плотина Гувера начальный 1345 МВт электростанция была крупнейшей гидроэлектростанцией в мире в 1936 г .; это было затмило 6,809 МВт Плотина Гранд-Кули в 1942 г.^[13] В Плотина Итайпу открылся в 1984 году в Южной Америке как крупнейший производитель 14 ГВт, но в 2008 г. Плотина Три ущелья в Китае на 22,5 ГВт. В конечном итоге гидроэлектроэнергия будет снабжать некоторые страны, в том числе Норвегия, Демократическая Республика Конго, Парагвай и Бразилия, с более чем 85% их электроэнергии. В настоящее время в Соединенных Штатах насчитывается более 2000 гидроэлектростанций, которые обеспечивают 6,4% общей выработки электроэнергии, что составляет 49% возобновляемой электроэнергии.^[7]

Будущий потенциал

Технический потенциал для развития гидроэнергетики во всем мире намного превышает фактическое производство: процент потенциальных гидроэнергетических мощностей, которые не были разработаны, составляет 71% в Европе, 75% в Северной Америке, 79% в Южной Америке, 95% в Африке. , 95% на Ближнем Востоке и 82% в Азиатско-Тихоокеанском регионе.^[14] В связи с политическими реалиями новых водохранилищ в западных странах, экономическими ограничениями в странах третьего мира и отсутствием системы передачи в неосвоенных районах, возможно, 25% оставшегося технически эксплуатируемого потенциала могут быть разработаны до 2050 года, при этом большая часть этого будет в Азиатско-Тихоокеанском регионе. В некоторых странах гидроэнергетический потенциал сильно развит, и у них очень мало возможностей для роста: Швейцария производит 88% своего потенциала, а Мексика - 80%.^[14]

Методы генерации

Поперечное сечение традиционной плотины гидроэлектростанции

Накачка-хранилище

Русло реки

Приливный

Обычные (плотины)

Большая часть гидроэлектроэнергии поступает из потенциальная энергия из запруженный водить водяная турбина и генератор. Мощность, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды. Эта разница в высоте называется голова. Большая труба ("затвор ") подает воду из резервуар к турбине.^[15]

Накачка-хранилище

Этот метод производит электричество для удовлетворения высоких пиковых потребностей за счет перемещения воды между резервуары на разных высотах. Во времена низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для закачки воды в более высокий резервуар. Когда потребность возрастает, вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. Системы гидроаккумуляции в настоящее время являются наиболее коммерчески важными средствами крупномасштабного сетевое хранилище энергии и улучшать ежедневно коэффициент мощности системы генерации. Накачка не является источником энергии и отображается в списках как отрицательное число.^[16]

Русло реки

Русловые гидроэлектростанции - это гидроэлектростанции с небольшой емкостью водохранилища или без них, так что в этот момент для выработки доступна только вода, поступающая из верхнего течения, и любое избыточное предложение должно оставаться неиспользованным. Постоянная подача воды из озера или существующего водохранилища выше по течению является значительным преимуществом при выборе участков для русла реки. В Соединенных Штатах речная гидроэлектроэнергия потенциально может обеспечить 60 000 мегаватт (80 000 000 л.с.) (около 13,7% от общего потребления в 2011 г., если оно будет постоянно доступно).^[17]

Прилив

А приливная сила станция использует ежедневные подъемы и опускания океанской воды из-за приливов; такие источники очень предсказуемы, и, если условия позволяют строительство резервуаров, также могут быть отправляемый для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса. Менее распространенные типы гидросхем используют воду кинетическая энергия или неповрежденные источники, такие как недокус водяные колеса. Приливная энергия жизнеспособна в относительно небольшом количестве мест по всему миру. В Великобритании есть восемь объектов, которые могут быть построены, на которых будет производиться 20% электроэнергии, потребляемой в 2012 году.^[18]

Размеры, типы и мощности гидроузлов.

Большие объекты

Крупные гидроэлектростанции чаще рассматриваются как крупнейшие в мире предприятия по производству электроэнергии, при этом некоторые гидроэлектростанции способны производить более чем вдвое установленную мощность по сравнению с нынешними. крупнейшие атомные электростанции.

Хотя официального определения диапазона мощностей крупных гидроэлектростанций не существует, объекты из более чем нескольких сотен мегаватты обычно считаются крупными гидроэлектростанциями.

В настоящее время только четыре объекта 10 ГВт (10,000 МВт) работают по всему миру, см. таблицу ниже.^[2]

Ранг	Станция	Страна	Расположение	Вместимость (МВт )
1.	Плотина Три ущелья	Китай	30 ° 49′15 ″ с.ш. 111 ° 00′08 ″ в.д. / 30,82083 ° с.ш.111,00222 ° в. / 30.82083; 111.00222 (Плотина Три ущелья)	22,500
2.	Плотина Итайпу	Бразилия  Парагвай	25 ° 24′31 ″ ю.ш. 54 ° 35′21 ″ з.д. / 25,40861 ° ю.ш.54,58917 ° з.д. / -25.40861; -54.58917 (Плотина Итайпу)	14,000
3.	Плотина Ксилуоду	Китай	28 ° 15′35 ″ с.ш. 103 ° 38′58 ″ в.д. / 28,25972 ° с.ш.103,64944 ° в. / 28.25972; 103.64944 (Плотина Ксилуоду)	13,860
4.	Плотина Гури	Венесуэла	07 ° 45′59 ″ с.ш. 62 ° 59′57 ″ з.д. / 7,76639 ° с.ш. 62,99917 ° з.д. / 7.76639; -62.99917 (Плотина Гури)	10,200

Панорамный вид на Плотина Итайпу, с водосбросом (закрытым на момент фото) слева. В 1994 г. Американское общество инженеров-строителей избрал плотину Итайпу одним из семи современных Чудеса света.^[19]

Маленький

Малая гидроэлектростанция - это развитие гидроэлектростанция в масштабе, обслуживающем небольшой населенный пункт или промышленное предприятие. Определение проекта небольшой гидроэлектростанции варьируется, но генерирующая мощность до 10 мегаватты (МВт) обычно считается верхним пределом того, что можно назвать малой гидроэнергетикой. Это может быть растянуто на 25 МВт и 30 МВт в Канада и США. Производство малой гидроэлектроэнергии выросло на 29% с 2005 по 2008 год, в результате чего общая мировая мощность малых гидроэлектростанций выросла до 85 ГВт. Более 70% этого было в Китай (65 ГВт), с последующим Япония (3,5 ГВт), Соединенные Штаты (3 ГВт), и Индия (2 ГВт).^[20][21]

Микрогидроустановка в Вьетнам

Пико гидроэлектроэнергия в Мондулкири, Камбоджа

Небольшие гидроэлектростанции могут быть подключены к обычным электрическим распределительным сетям в качестве источника недорогой возобновляемой энергии. В качестве альтернативы, небольшие гидроэлектростанции могут быть построены в изолированных районах, которые было бы нерентабельно обслуживать из сети, или в районах, где нет национальной распределительной сети. Поскольку небольшие гидроэлектростанции обычно имеют минимальное количество резервуаров и строительных работ, они считаются оказывающими относительно низкое воздействие на окружающую среду по сравнению с крупными гидроэлектростанциями. Это уменьшенное воздействие на окружающую среду сильно зависит от баланса между потоком ручья и производством энергии.

Микро

Микрогидро - термин, используемый для гидроэлектростанция установки, которые обычно производят до 100 кВт власти. Эти установки могут обеспечивать электроэнергией изолированный дом или небольшой поселок, а иногда и подключены к электрическим сетям. Этих установок много по всему миру, особенно в развивающихся странах, поскольку они могут обеспечить экономичный источник энергии без покупки топлива.^[22] Комплектация микрогидросистем фотоэлектрический солнечные энергетические системы, потому что во многих регионах поток воды и, следовательно, доступная гидроэнергетика максимальны зимой, когда солнечная энергия минимальна.

Пико

Pico hydro - это термин, используемый для гидроэлектростанция поколение под 5 кВт. Это полезно в небольших удаленных общинах, где требуется лишь небольшое количество электроэнергии. Например, для питания одной или двух люминесцентных лампочек и телевизора или радио в нескольких домах.^[23] Даже небольшие турбины мощностью 200–300 Вт могут привести в действие один дом в развивающейся стране с перепадом высоты всего 1 м (3 фута). Установка Пико-гидро обычно русло реки, что означает, что плотины не используются, а скорее трубы отводят часть потока, опускают его вниз по градиенту и через турбину, прежде чем возвращать в поток.

Под землей

An подземная электростанция обычно используется на крупных объектах и ​​использует большую естественную разницу высот между двумя водотоками, такими как водопад или горное озеро. Строится туннель для забора воды из высокого резервуара в генерирующий зал, построенный в пещере рядом с самой нижней точкой водного туннеля, и горизонтальный отвод воды, отводящий воду в нижний выпускной канал.

Измерение скорости отводов и передних отводов на Станция производства известняка в Манитоба, Канада.

Расчет доступной мощности

Простая формула для аппроксимации производства электроэнергии на гидроэлектростанции:

${ displaystyle P = - eta ({ dot {m}} g Delta h) = - eta (( rho { dot {V}}) g Delta h)}$

где

• ${ displaystyle P}$ является мощность (в Вт )
• ${ displaystyle eta}$ (эта ) - это коэффициент эффективности (безразмерный скалярный коэффициент, от 0 для полной неэффективности до 1 для полной эффективности).
• ${ displaystyle rho}$ (ро ) это плотность воды (~ 1000кг /м³ )
• ${ displaystyle { dot {V}}}$ это объемный расход (в м³/ с)
• ${ displaystyle { dot {m}}}$ это массовый расход (в кг / с)
• ${ displaystyle Delta h}$ (Дельта h) - изменение высоты (в метры )
• ${ displaystyle g}$ является ускорение силы тяжести (9,8 м / с²)

Эффективность часто выше (то есть ближе к 1) с более крупными и современными турбинами. Годовое производство электроэнергии зависит от доступного водоснабжения. В некоторых установках расход воды может изменяться в 10: 1 в течение года.

Свойства

Преимущества

В Электростанция Ffestiniog может генерировать 360 МВт электроэнергии в течение 60 секунд после возникновения потребности.

Гибкость

Гидроэнергетика - это гибкий источник электроэнергии, поскольку станции можно очень быстро наращивать и уменьшать, чтобы адаптироваться к изменяющимся потребностям в энергии.^[2] Время пуска гидротурбин составляет порядка нескольких минут.^[24] Для перевода агрегата из холодного состояния в режим полной нагрузки требуется от 60 до 90 секунд; это намного короче, чем для газовых турбин или паровых установок.^[25] Выработку электроэнергии также можно быстро уменьшить при ее избыточном производстве.^[26] Следовательно, ограниченная мощность гидроагрегатов обычно не используется для выработки базовой энергии, кроме как для освобождения паводка или удовлетворения потребностей в нижнем течении.^[27] Вместо этого он может служить резервным источником для негидрогенераторов.^[26]

Низкая стоимость / высокая ценность мощности

Основным преимуществом обычных плотин гидроэлектростанций с водохранилищами является их способность хранить воду при низких затратах на отправка позже как высокоценное чистое электричество. Средняя стоимость электроэнергии от гидроэлектростанции мощностью более 10 мегаватт составляет от 3 до 5 центов США за киловатт-час.^[2] При использовании в качестве пиковой мощности для удовлетворения спроса гидроэлектроэнергия имеет более высокое значение, чем базовая мощность, и гораздо более высокое значение по сравнению с прерывистые источники энергии.

Гидроэлектростанции имеют долгий экономический срок службы, при этом некоторые станции все еще эксплуатируются через 50–100 лет.^[28] Затраты на рабочую силу также обычно невысоки, поскольку заводы автоматизированы и при нормальной работе на стройплощадке мало персонала.

Если плотина служит нескольким целям, можно добавить гидроэлектростанцию ​​с относительно низкими затратами на строительство, что обеспечит полезный поток доходов для компенсации затрат на эксплуатацию плотины. Было подсчитано, что продажа электроэнергии от Плотина Три ущелья Покроет затраты на строительство через 5-8 лет полной генерации.^[29] Однако некоторые данные показывают, что в большинстве стран крупные плотины гидроэлектростанций будут слишком дорогостоящими, и их строительство займет слишком много времени для получения положительной прибыли с поправкой на риск, если не будут приняты соответствующие меры по управлению рисками.^[30]

Пригодность для промышленного применения

Хотя многие гидроэлектростанции обеспечивают питание общественных сетей электроснабжения, некоторые из них созданы для обслуживания конкретных промышленных предприятий. Специальные проекты гидроэлектростанций часто строятся для обеспечения значительного количества электроэнергии, необходимой для алюминий электролитические заводы, например. В Плотина Гранд-Кули перешел на поддержку Алкоа алюминий в Беллингхэм, Вашингтон, Соединенные Штаты для американцев Вторая Мировая Война самолетам до этого было разрешено обеспечивать ирригацию и электроэнергию граждан (в дополнение к алюминиевой энергии) после войны. В Суринам, то Брокопондское водохранилище был построен для обеспечения электроэнергией Алкоа алюминиевая промышленность. Новая Зеландия с Электростанция Манапури был построен для подачи электроэнергии в алюминий плавильный завод в Tiwai Point.

Сниженный CO₂ выбросы

Поскольку плотины гидроэлектростанций не используют топливо, выработка электроэнергии не дает углекислый газ. В то время как диоксид углерода первоначально производится во время строительства проекта, и некоторое количество метана ежегодно выделяется из резервуаров, гидроэнергетика обычно имеет самый низкий выбросы парниковых газов жизненного цикла для выработки электроэнергии.^{[31][требуется полная цитата ]} По сравнению с ископаемым топливом, производящим эквивалентное количество электроэнергии, гидроэнергетика вытеснила три миллиарда тонн CO.₂ выбросы в 2011 г.^[32] Согласно сравнительному исследованию, проведенному Институт Пауля Шеррера и Штутгартский университет,^[33] гидроэлектроэнергия в Европе производит наименьшее количество парниковые газы и внешность любого источника энергии.^[34] На втором месте было ветер, третий был ядерная энергия, а четвертый был солнечный фотоэлектрический.^[34] Низкий парниковый газ влияние гидроэлектроэнергии особенно заметно в умеренный климат. Более сильное воздействие на выбросы парниковых газов наблюдается в тропических регионах, поскольку резервуары электростанций в тропических регионах производят большее количество метан чем в районах с умеренным климатом.^[35]

Как и другие источники неископаемого топлива, гидроэнергетика также не имеет выбросов диоксида серы, оксидов азота или других твердых частиц.

Другое использование резервуара

Резервуары, создаваемые гидроэлектростанциями, часто предоставляют возможности для водный спорт, и сами становятся туристическими достопримечательностями. В некоторых странах, аквакультура в водоемах - обычное дело. Установлены многоцелевые плотины для орошение поддержка сельское хозяйство при относительно постоянной подаче воды. Крупные гидроэлектростанции могут контролировать наводнения, которые в противном случае затронут людей, живущих ниже по течению от проекта.^[36]

Недостатки

Ущерб экосистеме и потеря земель

Плотина Мерове в Судан. Гидроэлектростанции, использующие плотины затопить большие участки земли из-за требования резервуар. Эти изменения цвета земли или альбедо, наряду с некоторыми проектами, которые одновременно затопляют тропические леса, могут в этих конкретных случаях привести к глобальному потеплению или аналогичному парниковые газы жизненного цикла проектов гидроэнергетики, потенциально превысив проект угольных электростанций.

Большие водохранилища, связанные с традиционными гидроэлектростанциями, приводят к затоплению обширных территорий вверх по течению от плотин, иногда уничтожая биологически богатые и продуктивные леса низменностей и речных долин, болота и луга. Строительство плотин прерывает течение рек и может нанести вред местным экосистемам, а строительство больших плотин и водохранилищ часто связано с перемещением людей и диких животных.^[2] Потеря земли часто усугубляется фрагментация среды обитания окружающих территорий, вызванных водохранилищем.^[37]

Гидроэнергетические проекты могут нанести ущерб окружающей водной среде. экосистемы как до, так и после завода. Производство гидроэлектроэнергии меняет окружающую среду в нижнем течении реки. Вода, выходящая из турбины, обычно содержит очень мало взвешенных отложений, что может привести к размыву русел рек и потере берегов.^[38] Поскольку турбинные затворы часто открываются с перерывами, наблюдаются быстрые или даже суточные колебания речного стока.

Потеря воды за счет испарения

Исследование 2011 г. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии пришли к выводу, что гидроэлектростанции в Соединенных Штатах потребляют от 5,39 до 68,14 кубометров на мегаватт-час (от 1425 до 18 000 галлонов США на мегаватт-час) произведенной электроэнергии за счет потерь от испарения в резервуаре. Средняя потеря составила 17,00 м.³/ МВтч (4491 галлон США / МВтч), что выше, чем потери для технологий генерации, использующих градирни, включая концентрацию солнечной энергии на высоте 3,27 м³/ МВтч (865 галлонов США / МВтч) для желоба CSP и 2,98 м³/ МВтч (786 галлонов США / МВтч) для башни CSP, уголь на глубине 2,60 м³/ МВтч (687 галлонов США / МВтч), ядерная на 2,54 м³/ МВтч (672 галлона США / МВтч) и природного газа на 0,75 м³/ МВтч (198 галлонов США / МВтч). Там, где водохранилища используются по-разному, например, для водоснабжения, рекреации и борьбы с наводнениями, все испарение из водохранилища связано с производством электроэнергии.^[39]

Заиление и недостаток стока

Когда вода течет, она имеет способность переносить частицы тяжелее, чем она сама по себе. Это отрицательно сказывается на плотинах и впоследствии на их электростанциях, особенно на реках или в водосборных бассейнах с высоким уровнем заиления. Заиление может заполнить водохранилище и снизить его способность контролировать наводнения, а также вызвать дополнительное горизонтальное давление на верхнюю часть плотины. В конце концов, некоторые водохранилища могут заполниться отложениями и стать бесполезными во время наводнения или выйти из строя.^[40][41]

Изменения количества речного стока будут коррелировать с количеством энергии, производимой плотиной. Более низкие речные потоки уменьшат количество живого запаса в водохранилище, тем самым уменьшив количество воды, которая может быть использована для гидроэлектроэнергии. Результатом уменьшения речного стока может быть нехватка электроэнергии в районах, которые сильно зависят от гидроэнергетики. Риск нехватки потока может увеличиться в результате изменение климата.^[42] Одно исследование из Река Колорадо в Соединенных Штатах Америки предполагают, что умеренные изменения климата, такие как повышение температуры на 2 градуса Цельсия, приводящее к снижению количества осадков на 10%, могут сократить речной сток до 40%.^[42] Бразилия в частности, уязвима из-за сильной зависимости от гидроэлектроэнергии, поскольку повышение температуры, снижение расхода воды и изменение режима выпадения осадков могут снизить общее производство энергии на 7% ежегодно к концу века.^[42]

Выбросы метана (из водохранилищ)

В Плотина Гувера в Соединенных Штатах - крупный гидроузел с традиционной плотиной с установленной мощностью 2,080 МВт.

Более низкие положительные воздействия наблюдаются в тропических регионах. В низине тропический лес В районах, где необходимо затопление части леса, было отмечено, что водохранилища электростанций производят значительное количество метан.^[43] Это связано с тем, что растительный материал на затопленных территориях разлагается в анаэробный окружающей среды и образования метана, парниковый газ. Согласно Всемирная комиссия по плотинам отчет^[44] если водохранилище велико по сравнению с генерирующей мощностью (менее 100 Вт на квадратный метр площади поверхности) и не проводилась вырубка леса на территории до наполнения водохранилища, выбросы парниковых газов из водохранилища могут быть выше, чем те, которые используются в обычных тепловых электростанциях, работающих на жидком топливе.^[45]

В северный водохранилища Канады и Северной Европы, однако, Выбросы парниковых газов обычно составляют от 2% до 8% от любого вида традиционной тепловой генерации на ископаемом топливе. Новый класс подводных рубок леса, нацеленный на затонувшие леса, может смягчить эффект разрушения лесов.^[46]

Переезд

Еще один недостаток плотин гидроэлектростанций - необходимость переселения людей, живущих там, где планируются водохранилища. В 2000 году Всемирная комиссия по плотинам подсчитала, что плотины физически переместили 40-80 миллионов человек во всем мире.^[47]

Риски отказа

Поскольку крупные традиционные сооружения с плотинами удерживают большие объемы воды, отказ из-за плохого строительства, стихийных бедствий или саботажа может иметь катастрофические последствия для населенных пунктов и инфраструктуры ниже по течению.

Во время тайфуна Нина в 1975 году Плотина Баньцяо в Южном Китае потерпели неудачу, когда в течение 24 часов выпало более года дождя (см. 1975 Прорыв плотины Баньцяо ). В результате наводнения погибло 26 000 человек, еще 145 000 - от эпидемий. Миллионы остались без крова.

Создание плотины в геологически неподходящем месте может вызвать бедствия, такие как катастрофа 1963 г. Плотина Ваджонт в Италии, где погибло почти 2000 человек.^[48]

В Malpasset Dam неудача в Фрежюс на французская Ривьера (Лазурный берег), юг Франции, обрушился 2 декабря 1959 года, в результате чего погибло 423 человека.^[49]

Меньшие плотины и микро гидро установки создают меньший риск, но могут создавать постоянные опасности даже после вывода из эксплуатации. Например, небольшая земляная набережная. Келли Барнс плотина потерпел неудачу в 1977 году, через двадцать лет после того, как его электростанция была выведена из эксплуатации, в результате чего погибли 39 человек.^[50]

Сравнение и взаимодействие с другими методами производства электроэнергии

Гидроэлектричество устраняет выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива, включая загрязняющие вещества, такие как диоксид серы, оксид азота, монооксид углерода, пыль и Меркурий в уголь. Гидроэнергетика также позволяет избежать опасностей добыча угля и косвенное воздействие угольных выбросов на здоровье.

Атомная энергия

В сравнении с атомная энергия строительство гидроэлектростанций требует изменения больших территорий в окружающей среде, в то время как атомная электростанция занимает мало места, а отказы гидроэлектростанции унесли жизни на десятки тысяч человек больше, чем отказ любой атомной станции.^[37][48][50] Создание Гарнизонная плотина, например, потребовалась земля коренных американцев для создания озера Сакакавеа, береговая линия которого составляет 2120 километров (1320 миль), и заставило жителей продать 94% своих пахотных земель за 7,5 миллионов долларов в 1949 году.^[51]

Однако ядерная энергетика относительно негибкая; хотя ядерная энергетика может достаточно быстро снизить ее мощность. Поскольку в стоимости ядерной энергетики преобладает ее высокая стоимость инфраструктуры, стоимость единицы энергии значительно возрастает при низком уровне производства. Из-за этого ядерная энергия в основном используется для базовая нагрузка. Напротив, гидроэлектроэнергия может обеспечивать пиковую мощность при гораздо меньших затратах. Таким образом, гидроэлектроэнергия часто используется в качестве дополнения к ядерным или другим источникам энергии. загрузить после. Примеры стран, где их доля составляла примерно 50/50, включают электросеть в Швейцарии, то Электроэнергетика Швеции и в меньшей степени Украина и Электроэнергетика Финляндии.

Сила ветра

Сила ветра проходит предсказуемо вариация по сезону, но есть прерывистый на ежедневной основе. Максимальная ветровая выработка мало связана с пиковым дневным потреблением электроэнергии, ветер может достигать пика ночью, когда электроэнергия не требуется, или быть спокойным днем, когда потребность в электроэнергии наиболее высока. Иногда погодные условия могут приводить к слабому ветру в течение нескольких дней или недель, гидроэлектростанция, способная хранить недели выработки, полезна для балансировки выработки электроэнергии в сети. Пиковая энергия ветра может быть компенсирована минимальной гидроэнергией, а минимальная энергия ветра может быть компенсирована максимальной гидроэнергетикой. Таким образом, легко регулируемый характер гидроэлектроэнергии используется для компенсации прерывистого характера энергии ветра. И наоборот, в некоторых случаях энергия ветра может использоваться для экономии воды для дальнейшего использования в засушливые сезоны.

В районах, где нет гидроэнергетики, гидроаккумулятор выполняет аналогичную роль, но с гораздо более высокой стоимостью и на 20% меньшей эффективностью. Примером этого является Торговля Норвегии с участием Швеция, Дания, то Нидерланды и возможно Германия или Великобритания в будущем.^[52] Норвегия на 98% производит гидроэнергетику, в то время как ее равнинные соседи устанавливают энергию ветра.

Мировая гидроэнергетическая мощность

Доля возобновляемых источников энергии в мире (2008 г.)

Тенденции в пятерке ведущих стран-производителей гидроэлектроэнергии

Рейтинг гидроэнергетических мощностей осуществляется либо по фактическому годовому производству энергии, либо по установленной мощности. В 2015 году гидроэнергетика произвела 16,6% всей электроэнергии в мире и 70% всей возобновляемой электроэнергии.^[1]Гидроэнергетика производится в 150 странах, при этом в Азиатско-Тихоокеанском регионе в 2010 году было произведено 32 процента мировой гидроэнергетики. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии: в 2010 году было произведено 721 тераватт-час, что составляет около 17 процентов внутреннего потребления электроэнергии. Бразилия, Канада, Новая Зеландия, Норвегия, Парагвай, Австрия, Швейцария, Венесуэла, и несколько других стран имеют большую часть внутреннего производства электроэнергии за счет гидроэлектроэнергии. Парагвай производит 100% электроэнергии за счет плотин гидроэлектростанций и экспортирует 90% своей продукции в Бразилию и Аргентину. Норвегия 96% электроэнергии вырабатывается из гидроэнергетических источников.^[53]

Гидроэлектростанция редко работает на полную мощность в течение всего года; соотношение между среднегодовой мощностью и установленной мощностью составляет коэффициент мощности. Установленная мощность - это сумма всех номинальных мощностей генератора, указанных на паспортной табличке.^[54]

Десять крупнейших производителей гидроэлектроэнергии по состоянию на 2014 год.^[53][55][56]

Страна	Годовая гидроэлектростанция производство (ТВтч )	Установлен вместимость (ГВт )	Вместимость фактор	% от общего производство
Китай	1064	311	0.37	18.7%
Канада	383	76	0.59	58.3%
Бразилия	373	89	0.56	63.2%
Соединенные Штаты	282	102	0.42	6.5%
Россия	177	51	0.42	16.7%
Индия	132	40	0.43	10.2%
Норвегия	129	31	0.49	96.0%
Япония	87	50	0.37	8.4%
Венесуэла	87	15	0.67	68.3%
Франция	69	25	0.46	12.2%

Смотрите также

• Гидротехника
• Международные реки
• Мощность морского тока - электричество от морских течений
• Список проектов накопителей энергии
• Перечень аварий ГЭС
• Списки гидроэлектростанций
• Список крупнейших электростанций
• Список тем о возобновляемых источниках энергии по странам
• Переход на возобновляемые источники энергии

использованная литература

внешние ссылки

• Международная гидроэнергетическая ассоциация
• Гидроэлектричество в Керли
• Национальная гидроэнергетическая ассоциация, США
• Коалиция за реформу гидроэнергетики
• Интерактивная демонстрация воздействия плотин на реки
• Европейская ассоциация малой гидроэнергетики
• IEC TC 4: Гидравлические турбины (Международная электротехническая комиссия - Технический комитет 4) Портал IEC TC 4 с доступом к объему, документам и Сайт ТК 4