Низконапорная гидроэнергетика относится к развитию гидроэнергетики, где напор обычно составляет менее 20 метров, хотя точные определения различаются. [1] Напор — это вертикальная высота, измеренная между уровнем воды на гидрозаборе и уровнем воды в точке сброса. Использование только низкого падения напора в реке или приливных течениях для выработки электроэнергии может обеспечить возобновляемый источник энергии, который будет иметь минимальное воздействие на окружающую среду. Поскольку вырабатываемая мощность (рассчитываемая так же, как и для общей гидроэнергетики ) является функцией напора, эти системы обычно классифицируются как маломасштабная гидроэнергетика, которая имеет установленную мощность менее 5 МВт.
Сравнение с обычной гидроэнергией
Большинство современных гидроэлектростанций используют большой гидравлический напор для питания турбин, вырабатывающих электроэнергию. Гидравлический напор либо возникает естественным образом, например, водопад, либо создается путем строительства плотины в речной долине, создавая водохранилище . Использование контролируемого сброса воды из водохранилища приводит в действие турбины. Затраты и воздействие на окружающую среду при строительстве плотины могут сделать традиционные гидроэлектростанции непопулярными в некоторых странах. С 2010 года появились новые инновационные экологически чистые технологии, которые стали экономически жизнеспособными.
В низконапорной гидроэнергетике существует несколько стандартных ситуаций:
Русловые : Малая гидроэлектроэнергия с низким напором может производиться из рек, часто описываемых как русловые или русловые проекты. Подходящие места включают плотины, ручьи, шлюзы, реки и выпуски сточных вод. Плотины распространены на реках по всей Европе, а также на реках, которые канализированы или имеют волнорезы. Генерация значительной энергии из мест с низким напором с использованием традиционных технологий обычно требует больших объемов воды. Из-за низкой скорости вращения для эффективного привода генераторов требуются редукторы, что может привести к большому и дорогостоящему оборудованию и гражданской инфраструктуре.
Приливная энергия : в сочетании с лагуной или плотиной приливы могут использоваться для создания разницы напоров. Самый большой приливной диапазон находится в заливе Фанди , между канадскими провинциями Нью-Брансуик и Новая Шотландия, Канада, и может достигать 13,6 м. Первая установка приливного диапазона была открыта в 1966 году в Ле-Рансе, Франция.
Низконапорное насосное хранение морской воды: в настоящее время уровень TRL очень низкий , но в следующем десятилетии эти технологии могут стать частью энергетической системы.
Динамическая приливная энергия : Еще один потенциально перспективный тип низконапорной гидроэнергетики — динамическая приливная энергия, новый и не применяемый метод извлечения энергии из приливных движений. Хотя требуется плотинная структура, никакая территория не огорожена, и поэтому большинство преимуществ «безплотинной гидроэнергетики» сохраняются, при этом обеспечивая огромные объемы генерации электроэнергии.
Низконапорные гидроэлектростанции не следует путать с технологиями «свободного потока» или «потока», которые работают исключительно с использованием кинетической энергии и скорости воды.
Типы турбин низкого напора
Турбины, подходящие для использования в приложениях с очень низким напором, отличаются от турбин типа Фрэнсиса, пропеллера, Каплана или Пельтона, используемых в более традиционных крупных гидроэлектростанциях. Различные типы турбин с низким напором:
- Турбина с улучшенной системой Вентури : этот тип турбины использует принципы Вентури для достижения усиления давления для турбины, так что меньшие, более быстрые турбины без редуктора могут быть развернуты в гидроустановках с низким напором, без необходимости в большой инфраструктуре или больших водотоках. Вода, проходящая через Вентури (сужение), создает область низкого давления. Турбина, выгружающаяся в эту область низкого давления, затем испытывает более высокий перепад давления, т. е. более высокий напор. [2] Только около 20% потока проходит через турбину пропеллера и, следовательно, требует экранирования, но рыба и водные организмы могут безопасно проходить через Вентури (80% потока), что исключает необходимость в больших экранах. Турбины Вентури могут использоваться при низком напоре (1,5–5 метров) и средних и высоких расходах (1 м 3 /с–20 м 3 /с). Несколько турбин могут быть установлены параллельно.
- Винт Архимеда : вода подается в верхнюю часть винта, заставляя его вращаться. Вращающийся вал затем может использоваться для привода электрогенератора. Требуется коробка передач, поскольку скорость вращения очень низкая. Винт используется при низком напоре (1,5–5 метров) и средних и высоких расходах (от 1 до 20 м 3 /с). Для более высоких расходов используется несколько винтов. Из-за конструкции и медленного движения лопастей турбины турбина, как правило, очень большая, но считается безопасной для водных животных.
- Турбина Каплана : эта турбина представляет собой турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопастями для достижения эффективности в широком диапазоне напоров и потоков. Каплан может использоваться при низких и средних напорах (1,5–20 метров) и средних и высоких потоках (3 м 3 /с–30 м 3 /с). Для более высоких потоков можно использовать несколько турбин. Они представляют риск для водной флоры и фауны и в большинстве ситуаций требуют полной экранировки.
- Турбина с поперечным потоком : также известная как турбина Банки-Митчелла или турбина Оссбергера, эти устройства используются для большого диапазона гидравлических напоров (от 2 до 100 метров) и расходов (от 0,03 до 20 м 3 /с), но более эффективны для низких напоров и низкой выходной мощности. Они считаются «импульсными» турбинами, поскольку получают энергию от воды, уменьшая ее скорость (вся гидравлическая энергия преобразуется в кинетическую энергию). Они представляют высокий риск для водной флоры и фауны и требуют полной защиты.
- Водяное колесо : Водяные колеса могут использоваться при низком напоре (1–5 метров) и среднем расходе (0,3–1,5 м 3 /с) и считаются безопасными для водной флоры и фауны.
- Гравитационно-вихревая электростанция : Этот тип гидроэлектростанции использует энергию гравитационного водоворота, который существует только при низком напоре.
Воздействие низконапорной гидроэнергетики на окружающую среду
Высказывались опасения по поводу воздействия на окружающую среду речных течений и приливных устройств. Среди наиболее важных из них:
- Водная жизнь. Высказываются опасения по поводу опасности вращающихся лопастей для водной жизни, такой как тюлени и рыбы. Установки в водотоках могут быть проверены, чтобы гарантировать, что морская жизнь не соприкасается с движущимися частями. После обширных испытаний и аудита со стороны природоохранных органов технология может получить сертификацию, подтверждающую ее безопасность для молоди, зрелой рыбы, угрей и морских экосистем. [3]
- Батиметрия. Изменяя волновые узоры и приливные течения, устройства, несомненно, будут оказывать влияние, например, на отложение осадков. Исследования, проведенные на сегодняшний день, по-видимому, указывают на то, что эффекты не будут значительными и могут быть даже положительными, например, помогая замедлить прибрежную эрозию. (Это особенно актуально в свете доказательств того, что волны неуклонно увеличивались в размерах в недавнем прошлом.) Море под прикрытием устройств почти наверняка будет спокойнее, чем обычно, но, как предполагалось, это поможет создать больше зон для таких видов деятельности, как водные виды спорта или яхтинг.
- Ландшафт . В реках или подобных водотоках чувствительные экологические параметры могут затруднить получение разрешений на строительство гидроэнергетических установок. Крупная инфраструктура и надводная видимая инфраструктура, такая как системы винтов Архимеда и турбинные дома, могут вызвать возражения. Кроме того, вибрации и уровень шума от редукторов могут вызвать возражения со стороны окружающей среды из-за опасений воздействия на местную дикую природу, такую как выдры или птицы (например, в поместье Балморал, Шотландия [4] ). Основное воздействие, вероятно, будет оказываться протяженными линиями электропередачи, необходимыми для передачи энергии от береговой линии к конечным пользователям. Эту проблему придется решать, возможно, путем использования подземных линий электропередачи.
Плотины и волнорезы исторически использовались для управления водными ресурсами и для обеспечения транспортировки вверх по течению реки. Плотины и волнорезы могут оказывать негативное воздействие на батиметрию реки и препятствовать миграции рыб вверх по течению, что повлияет на местную экологию и уровень воды. Установка турбин гидроэлектростанций с низким напором на исторических сооружениях может увеличить транспортировку осадка вместе с новыми проходами для миграции рыб, либо через саму турбину, либо путем установки рыбоходов.
Там, где большие площади не расчищены, «растительность, затопленная поднимающейся водой, разлагается, образуя метан — гораздо более опасный парниковый газ, чем углекислый газ», особенно в тропиках. Низконапорные плотины и водосливы не производят вредный метан. Волнорезы, а также водосливы предотвращают транспортировку ила (осадка) вниз по течению для удобрения полей [5] и перемещения осадка в сторону океанов.
Низконапорные гидроэлектростанции обычно устанавливаются вблизи районов, где требуется энергия, что исключает необходимость в строительстве крупных линий электропередачи.
Реализация и регулирование
Государственное регулирование
Большая часть государственного регулирования исходит из использования водных путей. Большинство систем низконапорных гидротурбин представляют собой меньшие инженерные проекты, чем традиционные гидротурбины. Тем не менее, необходимо получить разрешение от государственных и федеральных правительственных учреждений перед внедрением этих систем [1]. Некоторые из ограничений, с которыми сталкиваются эти системы на более крупных водных путях, заключаются в том, что водные пути по-прежнему могут использоваться для лодок, а также в том, что пути миграции рыб не будут нарушены.
Государственные субсидии
Субсидии правительства США для реализации малых гидроэнергетических объектов проще всего получить через федеральные гранты, а именно гранты на зеленую энергию [2]. Конкретным примером является налоговый кредит на производство возобновляемой электроэнергии. Это федеральный налоговый кредит, направленный на продвижение возобновляемых источников энергии. Чтобы соответствовать требованиям, гидроисточник должен иметь минимальную мощность 150 кВт. Эта субсидия предоставляется на первые десять лет производства. Организации получают $.011/кВт·ч. [3]. Для гидроэнергетических проектов эта субсидия истекла 31 декабря 2017 года [4].
Общественное восприятие
Поскольку они являются устойчивым источником энергии, не наносят вреда водным источникам, которые они используют, и визуально не портят глаз, они пользуются уважением в общественной сфере [5] [ постоянная мертвая ссылка ] . Однако, общественность и промышленность мало знают об этих системах, поскольку они все еще проходят испытания, чтобы «ответить на вопросы реального мира». [6] Таким образом, сторонники и производители этих систем попытались сделать их достоянием общественности [6]
Смотрите также
Ссылки
- ^ "Определение низконапорной гидроэлектростанции - ExpertGlossary" . Получено 14.12.2022 .
- ^ "VerdErg Возобновляемая энергия". VerdErg Возобновляемая энергия .
- ^ "Испытание выживаемости рыб с помощью "технологии усовершенствованной турбины Вентури"" (PDF) . VerdErg Renewable Energy .
- ^ "План гидроэлектростанции Балморал сталкивается с трудностями планирования". BBC News . 2018-02-27 . Получено 2020-07-02 .
- ^ Иванов, И.И.; Иванова, Г.А.; Кондратьев, В.Н.; Полинковский, И.А. (1991-01-01). «Повышение эффективности малых гидроэлектростанций». Гидротехническое строительство . 25 (1): 1–4. doi :10.1007/BF01428128. ISSN 1570-1468. S2CID 108957913.
- ^ Софге, Эрик (1 октября 2009 г.). «Подводные ветровые турбины используют речную энергию». Popular Mechanics .
- (2009). Новости альтернативной энергетики. Получено 3 марта 2009 г., веб-сайт: http://www.alternative-energy-news.info/technology/hydro/
- (2008, янв.). AE Hydro Power. Получено 2 марта 2009 г., веб-сайт: http://www.alternative-energy-news.info/renewable-energy-from-slow-water-currents/
Лэм, Тина
- (25 января 2009 г.). Ученые будут использовать речные течения для создания чистой энергии. Получено 2 марта 2009 г. с веб-сайта Physorg.com: http://www.physorg.com/news152115803.html
- (2008, 11 апреля). Превращение речных течений в чистое электричество. Получено 2 марта 2009 г. с веб-сайта CNW Group: http://www.newswire.ca/en/releases/archive/April2008/11/c4718.html
Фэрли, Питер
- (23 апреля 2007 г.). Приливные турбины помогают освещать Манхэттен. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта TEchnology Review: http://www.technologyreview.com/Energy/18567/?a=f
- (28 января 2008 г.) Alden помогает Free Flow Power в разработке гидрокинетической турбины. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта Alden News: http://www.aldenlab.com/index.cfm/News?NID=141
- (2001, 30 апреля). Наука и технологии - Седьмой отчет. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта House of Commons Publications and Records: https://web.archive.org/web/20080509094036/http://www.parliament.the-stationery-office.co.uk/pa/cm200001/cmselect/cmsctech/291/29102.htm
- Харви, А. и Браун, А. (1992). Руководство по проектированию микрогидроэлектростанций. Стокгольм: ITDG Publishing.
- Кертис, Дэн (1999). Двигаясь по течению: Малая гидроэнергетика. CAT.
Внешние ссылки
- https://web.archive.org/web/20101129052257/http://www.oregon.gov/ENERGY/RENEW/Hydro/Hydro_index.shtml#Regulation
- http://tonto.eia.doe.gov/energy_in_brief/energy_subsidies.cfm
- [7] [ постоянная мертвая ссылка ]
- http://www.microгидроpower.com/
- https://web.archive.org/web/20130317000437/http://www.dsireusa.org/incentives/incentive.cfm?Incentive_Code=US13F
- http://amppartners.org/pdf/project-reports/November_2011_Phase_1.pdf [ постоянная неработающая ссылка ]
