Uno dei principali vantaggi dei piccoli impianti idroelettrici è la sicurezza ambientale. Durante la loro costruzione e il successivo funzionamento non si verificano effetti dannosi sulle proprietà e sulla qualità dell'acqua. I bacini artificiali possono essere utilizzati per le attività di pesca e come fonti di approvvigionamento idrico per la popolazione. Ma oltre a ciò, le micro e le piccole centrali idroelettriche presentano numerosi vantaggi. Le stazioni moderne sono semplici nel design e completamente automatizzate, ad es. non richiedono la presenza umana durante il funzionamento. La corrente elettrica generata soddisfa i requisiti GOST in termini di frequenza e tensione e le stazioni possono funzionare in modalità autonoma, ovvero al di fuori della rete elettrica del sistema elettrico della regione o regione e come parte di questa rete elettrica. E la vita utile completa della stazione è di almeno 40 anni (almeno 5 anni prima delle riparazioni importanti). Ebbene, e soprattutto, gli impianti energetici su piccola scala non richiedono l'organizzazione di grandi bacini idrici con corrispondenti inondazioni del territorio e colossali danni materiali.

Durante la costruzione e il funzionamento delle centrali idroelettriche, il paesaggio naturale viene preservato e non vi è praticamente alcun carico sull’ecosistema. I vantaggi del piccolo idroelettrico - rispetto alle centrali elettriche che utilizzano combustibili fossili - includono anche: basso costo dell'elettricità e costi operativi, sostituzione relativamente economica delle attrezzature, maggiore durata delle centrali idroelettriche (40-50 anni), uso integrato delle risorse idriche (energia elettrica, approvvigionamento idrico, bonifica, tutela delle acque, pesca).

Molte delle piccole centrali idroelettriche non sempre garantiscono una produzione energetica garantita, essendo centrali stagionali. In inverno la loro produzione energetica diminuisce drasticamente; il manto nevoso e i fenomeni glaciali (ghiaccio e fanghi), nonché la magra estiva e il prosciugamento dei fiumi, possono interrompere completamente il loro lavoro. La stagionalità delle piccole centrali idroelettriche richiede fonti energetiche di riserva; un gran numero di esse può portare ad una perdita di affidabilità dell’approvvigionamento energetico. Pertanto, in molte aree, la potenza delle piccole centrali idroelettriche è considerata non quella principale, ma quella di riserva.

I bacini idrici di piccole centrali idroelettriche, soprattutto nelle zone montuose e pedemontane, hanno un problema molto acuto di insabbiamento e il problema associato dell'innalzamento del livello dell'acqua, delle inondazioni e delle inondazioni, della riduzione del potenziale idroelettrico dei fiumi e della generazione di elettricità. È noto, ad esempio, che il bacino della centrale idroelettrica di Zemonechal sul fiume Kura è stato interrato del 60% in 5 anni.

Per la pesca, le piccole dighe idroelettriche sono meno pericolose di quelle medie e grandi, che bloccano le rotte migratorie dei pesci anadromi e semi-anadromi e bloccano le zone di deposizione delle uova. Sebbene, in generale, la realizzazione di acquedotti non elimini completamente i danni alle riserve ittiche dei principali fiumi, perché Un bacino idrografico è un unico sistema ecologico e le violazioni dei suoi singoli collegamenti si ripercuotono inevitabilmente sul sistema nel suo insieme.

Una centrale elettrica è un complesso di edifici, strutture e apparecchiature progettate per generare energia elettrica. Cioè, le centrali elettriche convertono vari tipi di energia in elettricità. I tipi più comuni di centrali elettriche sono:

— centrali idroelettriche;
— termico;
- atomico.

Una centrale idroelettrica (HPP) è una centrale elettrica che converte l'energia prodotta dal movimento dell'acqua in energia elettrica. Sui fiumi vengono installate centrali idroelettriche. Con l'aiuto di una diga si crea una differenza nell'altezza dell'acqua (prima e dopo la diga). La pressione dell'acqua risultante mette in movimento le pale della turbina. La turbina aziona i generatori che producono elettricità.

A seconda della potenza, gli impianti idroelettrici si dividono in: piccoli (fino a 5 MW), medi (5-25 MW) e potenti (oltre 25 MW). In base alla pressione massima utilizzata si dividono in: bassa pressione (pressione massima - da 3 a 25 m), media pressione (25-60 m) e alta pressione (oltre 60 m). Le centrali idroelettriche sono classificate anche secondo il principio di utilizzo delle risorse naturali: diga, quasi-diga, deviazione e stoccaggio tramite pompaggio.

Vantaggi delle centrali idroelettriche sono: generazione di elettricità a basso costo, uso di energia rinnovabile, facilità di controllo, accesso rapido alla modalità operativa. Inoltre, le centrali idroelettriche non inquinano l’atmosfera. Svantaggi: attaccamento ai corpi idrici, possibile inondazione dei terreni coltivabili, effetto dannoso sugli ecosistemi fluviali. Le centrali idroelettriche possono essere costruite solo sui fiumi di pianura (a causa del pericolo sismico delle montagne).

Centrale termoelettrica (TPP) genera elettricità convertendo l'energia termica ottenuta a seguito della combustione del carburante. Il combustibile per le centrali termoelettriche è: gas naturale, carbone, olio combustibile, torba o scisto caldo.

Come risultato della combustione del carburante nei forni delle caldaie a vapore, l'acqua di alimentazione viene convertita in vapore surriscaldato. Questo vapore a una determinata temperatura e pressione viene fornito attraverso una linea del vapore a un turbogeneratore, dove viene generata energia elettrica.

Le centrali termoelettriche si dividono in:

— turbina a gas;

— caldaia-turbina;

- ciclo combinato;

— basati su impianti a gas a ciclo combinato;
- basato su motori a pistoni.

Centrali termoelettriche a caldaia-turbina, a loro volta, si dividono in centrali a condensazione (CPS o GRES) e centrali a cogenerazione (CHP).

Vantaggi delle centrali termoelettriche

— bassi costi finanziari;

— elevata velocità di costruzione;

— possibilità di lavoro stabile indipendentemente dalla stagione.

Svantaggi delle centrali termoelettriche

— lavorare su risorse non rinnovabili;

— ritorno lento alla modalità operativa;

- ricevere rifiuti.

Centrale nucleare (NPP)- una stazione in cui viene generata elettricità (o energia termica) attraverso il funzionamento di un reattore nucleare. Per il 2015, quasi l'11% dell'elettricità.

Durante il funzionamento, un reattore nucleare trasferisce energia al refrigerante primario. Questo liquido refrigerante entra nel generatore di vapore, dove riscalda l'acqua del circuito secondario. Nel generatore di vapore, l'acqua viene convertita in vapore, che entra nella turbina e aziona i generatori elettrici. Il vapore dopo la turbina entra nel condensatore, dove viene raffreddato con l'acqua del serbatoio. Principalmente l'acqua viene utilizzata come refrigerante primario. Tuttavia, a questo scopo possono essere utilizzati anche piombo, sodio e altri liquidi refrigeranti metallici liquidi. Il numero di circuiti può variare.

Le centrali nucleari sono classificate a seconda del tipo di reattore utilizzato. Le centrali nucleari utilizzano due tipi di reattori: neutroni termici e veloci. I reattori del primo tipo si dividono in: acqua bollente, acqua-acqua, acqua pesante, raffreddata a gas, acqua-grafite.

A seconda del tipo di energia ricevuta, le centrali nucleari sono di due tipi:

Stazioni progettate per generare elettricità.

Stazioni progettate per generare energia elettrica e termica (CHP).

Vantaggi delle centrali nucleari:

— indipendenza dalle fonti di combustibile;

— pulizia ambientale;

Il principale svantaggio delle stazioni di questo tipo— gravi conseguenze in caso di situazioni di emergenza.

Oltre alle centrali elettriche elencate, ci sono anche: diesel, solare, mareomotrice, eolica, geotermica.

Una centrale idroelettrica è una centrale elettrica che utilizza l'energia dello scarico dell'acqua come fonte di energia. Nella maggior parte dei casi vengono costruiti su bacini idrici esistenti, costruendo dighe e bacini artificiali per immagazzinare il volume d'acqua richiesto.

Per ottenere efficacemente l'elettricità in questo tipo di stazioni, devono essere soddisfatti due requisiti principali: una fornitura continua di acqua tutto l'anno e la presenza di forti pendii del fiume.

Tecnologia di generazione di elettricità centrali idroelettriche rappresenta la trasformazione dell'energia meccanica dell'acqua, dovuta alla presenza di diverse altezze attraverso l'utilizzo di motori e generatori.

Oggi esistono i seguenti tipi di centrali idroelettriche, che differiscono tra loro per il modo in cui forniscono l'acqua: dighe, deviazioni e stazioni di stoccaggio con pompaggio.

Le centrali idroelettriche di dighe sono il tipo di stazione più popolare e potente. Viene creato un bacino idrico erigendo partizioni artificiali per trattenere il flusso del fiume. L'acqua viene rilasciata per due motivi: quando è necessaria l'elettricità e per creare il livello richiesto nel serbatoio.

La tipologia di deviazione si differenzia in quanto non sfrutta l'intero flusso del fiume, ma con l'ausilio di tubazioni e di un sistema di drenaggio si preleva il volume d'acqua necessario che viene poi inviato alla turbina.

Le stazioni di pompaggio sono impianti che immagazzinano energia elettrica e la restituiscono al sistema quando necessario, utilizzati per livellare l'eterogeneità giornaliera del programma di carico elettrico.

Vengono utilizzate anche le stazioni marittime, che funzionano sfruttando l'energia delle maree e delle onde.

Vantaggi dell'energia idroelettrica

Flessibilità. L’energia idroelettrica è riconosciuta come una fonte flessibile di elettricità perché una centrale idroelettrica può adattarsi facilmente e rapidamente alle mutevoli esigenze energetiche, aumentando o rallentando la produzione di elettricità. La turbina esistente si avvia in pochi minuti.

Bassi costi energetici. Il vantaggio principale della centrale idroelettrica è l'assenza di costi del carburante e la completa indipendenza dai combustibili fossili. Tutte queste centrali hanno una lunga durata; anche oggi funzionano le centrali idroelettriche costruite circa 100 anni fa e inoltre non richiedono molti dipendenti per la loro manutenzione.

Utilizzo per scopi industriali. L'energia idroelettrica viene utilizzata sia per servire la popolazione che per fornire elettricità ad alcune fabbriche.

Emissioni di carbonio minime. Le stesse centrali idroelettriche non sono in grado di produrre anidride carbonica, che molto spesso può formarsi solo durante la costruzione della centrale. Lo scienziato tedesco Paul Scherrer, dopo aver condotto delle ricerche, è giunto alla conclusione che l'energia idroelettrica è al primo posto in termini di produzione minima di anidride carbonica, seguita dall'energia eolica, nucleare e solare.

Vantaggi della creazione di un serbatoio. I bacini artificiali sono spesso ottime opzioni per gli sport acquatici e alcuni sono addirittura considerati attrazioni per gli ospiti in visita. Inoltre, l'acqua che ne deriva è perfetta per l'irrigazione o per l'allevamento di vari tipi di pesci. Inoltre, le dighe artificiali aiutano a prevenire le inondazioni.

Svantaggi delle centrali idroelettriche

Danni ambientali e perdita di territorio. Gli enormi bacini idrici necessari per il funzionamento delle centrali idroelettriche provocano l'inondazione di colossali aree di terreno situate a monte della diga, il che significa la distruzione di foreste, campi, paludi e dei loro abitanti.

Siltazione. Il flusso d'acqua porta con sé varie particelle e residui che danneggiano sia la diga che la centrale elettrica. Tali depositi possono ridurre le dimensioni del bacino idrico e compromettere la capacità di prevenire le inondazioni. E ridurre anche la produzione di elettricità.

Emissioni di metano. Le centrali idroelettriche situate nelle regioni tropicali producono grandi volumi di metano a causa dell’enorme quantità di materiale vegetale in decomposizione. Pertanto, prima di costruire una centrale idroelettrica e una diga, è necessario ripulire l'area dalle foreste nell'area in cui si forma il bacino artificiale.

Trasferimento. Molti ricercatori considerano la necessità di reinsediare la popolazione che vive nell'area del futuro bacino come uno svantaggio significativo della costruzione di centrali idroelettriche. All'inizio del 21° secolo, la Commissione mondiale sulle dighe ha pubblicato le sue statistiche, i cui dati mostravano che a causa della costruzione di dighe, quasi 80 milioni di persone in tutto il mondo hanno dovuto lasciare i propri luoghi di residenza.

Recentemente, in alternativa alle classiche centrali idroelettriche con dighe a media-alta pressione, sono state attivamente proposte centrali idroelettriche a bassa pressione funzionanti a flusso naturale, abbastanza diffuse nell'Europa occidentale. Proviamo a capire cosa sono queste centrali idroelettriche e quali sono i loro pro e contro.

Un esempio di centrale idroelettrica ad acqua fluente a bassa pressione è la centrale idroelettrica di Iffezheim sul Reno, messa in servizio nel 1978. Foto da qui

Il concetto di complesso idroelettrico ad acqua fluente a bassa pressione prevede la realizzazione di una centrale idroelettrica su un fiume pianeggiante con un salto di diversi metri, il cui serbatoio si trova solitamente nella zona di piena naturale della pianura alluvionale durante le forti inondazioni. Tali acquedotti presentano i seguenti vantaggi:

* Una piccola area alluvionale, che solitamente non comprende (o quasi non comprende) i terreni edificati. Di conseguenza, nessuno ha bisogno di essere reinsediato e l’impatto sugli ecosistemi è molto meno significativo.

* È molto più semplice integrare i passaggi dei pesci nelle dighe a bassa pressione e i pesci passano attraverso le turbine subendo meno danni.

La centrale idroelettrica di Saratov è quella a pressione più bassa nella cascata Volga-Kama.

Passiamo ora agli svantaggi:

* Tali centrali idroelettriche costituiscono piccoli serbatoi, adatti nella migliore delle ipotesi alla regolazione della portata giornaliera, o addirittura funzionanti lungo un corso d'acqua. Di conseguenza, la produzione di tali centrali idroelettriche dipende fortemente dalla stagione e dalle condizioni meteorologiche: durante i periodi di magra diminuisce drasticamente.

* L'efficienza nell'utilizzo del deflusso di tali centrali idroelettriche è molto inferiore rispetto a quelle classiche: non potendo accumulare il deflusso durante le piene e le inondazioni, sono costrette a svuotare molta acqua.

* Senza un serbatoio capiente, tali sistemi idroelettrici non possono combattere le inondazioni.

* Dal punto di vista della navigazione, la costruzione di diversi complessi idroelettrici a bassa pressione invece di uno grande porta ad un aumento dei tempi di chiusura: invece di una chiusa, è necessario attraversarne diverse.

*Le centrali idroelettriche a bassa pressione hanno un costo unitario significativamente più elevato (calcolato per kW di potenza e kWh di elettricità generata). Minore è la pressione, maggiori sono le dimensioni e, di conseguenza, il consumo di metallo dell'attrezzatura; l'incapacità di accumulare il deflusso nel serbatoio porta alla necessità di creare strutture di canali sotterranei più potenti che sono più costose di una, ecc. Per fare un confronto, possiamo citare la centrale idroelettrica a bassa pressione di Polotsk in Bielorussia e la centrale idroelettrica ad alta pressione di Boguchanskaya. Il primo costa circa 4.500 dollari per kW, il secondo circa 1.000 dollari per kW. La differenza, come vediamo, è 4,5 volte.

Centrale idroelettrica di Tucurui in Brasile. Nella giungla amazzonica, come nella taiga siberiana, le grandi centrali idroelettriche sono più efficienti.

Riassumiamo. I vantaggi delle centrali idroelettriche a bassa pressione sono più significativi nelle aree densamente popolate, dove l’elevato costo dei terreni e la grande mole di lavoro necessaria per ricollocare persone, rimuovere strutture e infrastrutture rendono inaccettabili le grandi centrali idroelettriche con grandi serbatoi. Ecco perché le centrali idroelettriche a bassa pressione sono più diffuse in Europa, dove la densità di popolazione è elevata e le risorse energetiche proprie sono poche, il che impone lo sfruttamento di tutto il potenziale idroelettrico disponibile, anche se in modi costosi.

Allo stesso tempo, nelle regioni relativamente scarsamente popolate, i vantaggi delle grandi centrali idroelettriche sono evidenti: infatti, la maggior parte di esse vengono costruite lì ormai in tutto il mondo (anche se i criteri per la scarsa popolazione nei diversi paesi variano in modo significativo, per la Cina , con una popolazione di miliardi di persone, il reinsediamento di diverse decine di migliaia di persone è del tutto accettabile).

Le centrali idroelettriche ad acqua fluente a bassa pressione non competono con le centrali idroelettriche a media e alta pressione: ogni tipo di centrale idroelettrica ha la propria "nicchia ecologica" in cui sono più efficaci. E il riferimento alle centrali idroelettriche ad acqua fluente dell'Europa occidentale quando si parla di progetti idroelettrici nella Siberia orientale è un paragone incomparabile.

I principali vantaggi dell’energia idroelettrica sono evidenti. Naturalmente, il vantaggio principale delle risorse idroelettriche è la loro rinnovabilità: la fornitura di acqua è praticamente inesauribile. Allo stesso tempo, le risorse idroelettriche sono significativamente più avanti nello sviluppo di altri tipi di fonti energetiche rinnovabili e sono in grado di fornire energia a grandi città e intere regioni.

Inoltre, l’utilizzo di questa fonte di energia può essere abbastanza semplice, il che è confermato dalla lunga storia dell’energia idroelettrica. Ad esempio, i generatori di energia idroelettrica possono essere accesi o spenti in base al consumo energetico.

Allo stesso tempo, la questione dell’impatto dell’energia idroelettrica sull’ambiente è piuttosto controversa. Da un lato, il funzionamento delle centrali idroelettriche non porta all'inquinamento ambientale con sostanze nocive, a differenza delle emissioni di CO 2 prodotte dalle centrali termiche e dei possibili incidenti nelle centrali nucleari, che possono portare a conseguenze catastrofiche a livello globale.

Ma allo stesso tempo, la formazione dei bacini idrici richiede l'allagamento di vaste aree, spesso fertili, e ciò provoca cambiamenti negativi nella natura. Le dighe spesso bloccano la strada ai pesci verso le zone di deposizione delle uova, interrompono il flusso naturale dei fiumi, portano allo sviluppo di processi stagnanti, riducono la capacità di “auto-purificarsi” e quindi cambiano radicalmente la qualità dell'acqua.

Il costo dell'energia prodotta nelle centrali idroelettriche è molto inferiore rispetto a quello delle centrali nucleari e termiche e sono in grado di raggiungere rapidamente la modalità di produzione di potenza operativa dopo l'accensione, ma la loro costruzione è più costosa.

Le moderne tecnologie per la produzione di energia idroelettrica consentono di ottenere un'efficienza piuttosto elevata. A volte è il doppio di quello delle centrali termoelettriche convenzionali. In molti modi, questa efficienza è garantita dalle caratteristiche delle apparecchiature delle centrali idroelettriche. È molto affidabile e facile da usare.

Inoltre, tutta l'attrezzatura utilizzata presenta un altro importante vantaggio. Ha una lunga durata, dovuta alla mancanza di calore durante il processo di produzione. E infatti non è necessario cambiare spesso l'attrezzatura; i guasti sono estremamente rari. La durata minima di una centrale idroelettrica è di circa cinquanta anni. E nelle vaste distese dell'ex Unione Sovietica, le stazioni costruite negli anni Venti o Trenta del secolo scorso operano con successo. Le centrali idroelettriche sono controllate attraverso un hub centrale e di conseguenza, nella maggior parte dei casi, hanno uno staff ridotto.

Conclusione

La turbina della centrale idroelettrica costa energia

Il potenziale dell'energia idroelettrica può essere determinato sommando tutti i flussi fluviali esistenti sul pianeta. I calcoli hanno dimostrato che il potenziale globale è di cinquanta miliardi di kilowatt all'anno. Ma questa cifra davvero impressionante rappresenta solo un quarto della quantità di precipitazioni che cadono ogni anno in tutto il mondo.

Tenendo conto delle condizioni di ciascuna regione specifica e dello stato dei fiumi del mondo, il potenziale effettivo delle risorse idriche varia da due a tre miliardi di kilowatt. Queste cifre corrispondono ad una produzione annua di energia di 10.000 - 20.000 miliardi di kilowatt all'ora.

Per comprendere le potenzialità dell'energia idroelettrica espresse da questi dati è opportuno confrontare i dati ottenuti con gli indicatori delle centrali termoelettriche alimentate a petrolio. Per generare questa quantità di elettricità, gli impianti alimentati a petrolio avrebbero bisogno di circa quaranta milioni di barili di petrolio ogni giorno.

Senza dubbio, in futuro l’energia idroelettrica non dovrà avere un impatto negativo sull’ambiente o ridurlo al minimo. Allo stesso tempo, è necessario ottenere il massimo utilizzo delle risorse idroelettriche.

Molti esperti lo capiscono e quindi il problema della conservazione dell'ambiente naturale durante la costruzione di ingegneria idraulica attiva è più rilevante che mai. Attualmente è particolarmente importante una previsione accurata delle possibili conseguenze della costruzione di impianti idraulici. Dovrebbe rispondere a molte domande riguardanti la possibilità di mitigare e superare situazioni ambientali indesiderate che possono verificarsi durante la costruzione. Inoltre, è necessaria una valutazione comparativa dell’efficienza ambientale dei futuri impianti idroelettrici. È vero, l'attuazione di tali piani è ancora lontana, poiché oggi non viene effettuato lo sviluppo di metodi per determinare il potenziale energetico ambientale.