Рішення

А

Визначальна рівність потужності Р =,

t

де Р – енергія (робота), Дж; t – час, с.

Енергія падаючої води (А) буде прямо пропорційна натиску і масі m, що обумовлює силу F, яка діє на лопасті гідротурбіни:

F = mg,

де g – прискорення вільного падіння на земну поверхню – 9,8 м/с².

Масу води m, що проходить через турбіну за хвилину, знайдемо із рівняння:

m = rН₂О × V = 1000 кг/м³ × 21400 м³ = 21,4 × 10⁶ кг.

Сила потоку води F = mg = 21,4 × 10⁶ кг × 9,8 м/с² =

= 209,7 × 10⁶ (кгм/с²) = 209,7 МН.

Робота, що виконує потік за 1 хвилину:

А = F × L = 209,7 × 10⁶ Н × 200 м = 41,9 × 10⁹ ГДж.

Електрична потужність одного гідроелектрогенератора з урахуванням коефіцієнта конверсії h = 0,92 складе:

41,9 × 10⁹Дж × 0,92

––––––––––––––––– = 642 × 10⁶ Дж = 642 МДж.

Тобто потужність ГЕС (10 блоків) складає 6,4 ГВт.

Потужність одного блока РБМК-1000 (1000 МВт) більше, ніж гідроелектрогенератора, у 1,5 рази.

Діючі ГЕС України – Київська, Канівська, Кременчуцька, Дніпродзержинська, Дніпровська, Каховська та Дністровська.

При будівництві й експлуатації ГЕС багато аспектів не було враховано. Насамперед, це стосується водоймищ, що заливають великі площі сільськогосподарських угідь і лісів. На кожний кіловат потужності гідроелектростанції затоплюється біля 300 м² землі.

У басейнах рік рівнинних регіонів значна частина площ таких водоймищ є мілководна (до 2 м), де створюються сприятливі умови для широкого розміщення синьозелених водоростей. Небезпека цього явища – насиченість води токсичними хімічними сполуками (фенолом, індолом і т. ін.), що виділяються в процесі відмирання і розкладання водоростей. Це явище спостерігається як “цвітіння” води й особливо розповсюдилося в різноманітних регіонах світу в другій половині ХХ сторіччя. Пояснюють це тим, що через застосування на полях добрив у мілководні площі водяних басейнів, що добре прогріваються сонцем, із дощовими потоками з грунту потрапляє велика кількість живильних для водоростей елементів – азот, фосфор, калій. У таких водоймищах зникає риба, а вода, перед тим, як вона надійде до споживача, потребує збільшення коштів на її очищення.

Крім того, утворення величезних водоймищ змінює мікроклімат регіону і часто не в кращій бік. Так, утворення глибокого (понад 100 м) Красноярського водоймища на Єнисеї (Росія) спричинило зниження температури води влітку більш ніж на 10°С, а взимку, навпаки, у сорокаградусний мороз річка вкрита густим туманом, не замерзає протягом 300 км униз за течією. При спорудженні цієї ГЕС були затоплені найцінніші сільськогосподарські угіддя краю.

Але існує й інша сторона проблеми. Для потужних ГЕС у 2000...3000 МВт необхідні великі водяні артерії, які б забезпечували потік води понад 1000 м³ за секунду. Таких річок мало, а в Європі – зовсім немає.

Перспективний напрямок у гідроенергетиці – електростанції, що гідроакумулюють (ГАЕС). Вони включаються в регіональну електромережу з іншими електростанціями і виконують роль демпфера – самі споживають електроенергію, коли вона є в надлишку, і повертають її в мережу, коли її недостатньо. Електричні машини станції можуть працювати як насоси, коли перекачують воду у верхнє водоймище, і як блок гідротурбіни з електрогенератором, коли вона з верхнього водой­мища перетікає в нижнє. Такі станції дозволяють не тільки раціонально витрачати електроенергію, не знижуючи її виробництва всіма станціями електромережі, але й забезпечувати використання води з верхніх водоймищ для сільськогосподарських угідь. Перша гідроакумулююча електростанція була споруджена в 1971 році на правому березі Київського водоймища потужністю 225 МВт із натиском 65 м, довжиною водой­мища 275 м. Нижнім є Київське водоймище. Після 1980 р. побудовані ще дві ГАЕС: Загорська (Московська область) на річці Кум’я потужністю 1200 МВт і найбільша у Литві на р. Німан – 1600 МВт. У 1999 р. запущено в експлуатацію ГАЕС на річці Дністер.