Принцип работы ГЭС
Вода под напором поступает на лопасти турбины гидроэлектростанции, которая в свою очередь приводит в действие генераторы, вырабатывающие электричество. Мощность ГЭС зависит от напора и количества воды, проходящей через гидроагрегаты.
Главной задачей в строительстве гидроэлектростанции является создание напора воды.
По принципу решения этой проблемы ГЭС делятся на плотинные и деривационные.
Саяно-Шушенская ГЭС – типичная станция плотинного типа
Деривационные ГЭС обычно строят в тех местах, где река имеет довольно большой уклон. Таким образом отпадает необходимость в сооружении водохранилища, а вода через специальные водоводы (тоннели или каналы) попадает напрямую к зданию ГЭС. Но и на деривационных ГЭС стараются возводить небольшие водохранилища, чтобы иметь определенные возможности по регулированию стока и изменять выработку электроэнергии в зависимости от потребностей энергосистемы
Крупные гидроэлектростанции не работают изолировано от других электрических станций. Наиболее часто применяют работу гидроэлектростанций параллельно с тепловыми, тем самым создавая оптимальный режим потребления топлива ТЭС и гидроэнергии ГЭС. Это процесс заключатся в следующем – зимой, когда уровень воды в реках идет на спад и, соответственно, ГЭС не могут работать на полную мощность, тогда часть нагрузки ГЭС берет на себя ТЭС, а летом, когда уровень воды в реках увеличивается, ГЭС начинают работать на полную мощность, а ТЭС снижает выработок электрической энергии, снижая тем самым потребления органического топлива. Таким образом происходит экономия средств на твердом топливе, что снижает стоимость электрической энергии.
Гидроэлектростанция (ГЭС) как гидротехническое сооружение:
На сегодняшний день существует несколько определений гидроэлектростанции (ГЭС). К наиболее распространенному варианту формулировки данного определения следует отнести следующее:
Гидроэлектростанция (ГЭС) представляет собой сложную технологическую систему, конечной целью которой является получение электроэнергии из речного водотока.
Или, например, такое:
Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока.
Очевидно, что главным условием работы гидроэлектростанции является соблюдение нескольких факторов:
а) поступление больших объемов воды круглый год,
б) максимальный уклон речного рельефа, что позволит водной массе низвергаться вниз.
Гидроэлектростанции (ГЭС) строят на реках, чтобы иметь доступ к восполняемому источнику воды.
Для бесперебойной и стабильной работы станции необходим резервный запас воды, сосредоточенный в водохранилище. Благодаря искусственному водоему с заданными объемами водной массы можно регулировать мощность потока воды. Чтобы получить водохранилище с четко обозначенными границами возводят плотину, которая перегораживает водоток.
Гидроэлектростанция относится к одному из видов гидротехнических сооружений, которые возводятся человеком с целью рационального использования водных ресурсов. Гидротехнические сооружения имеют конкретное функциональное назначение, однако, все их разновидности обслуживают водные потоки.
Видов гидротехнических сооружений множество: это собственно гидроэлектростанция, судоподъёмник, шлюз, плотина, дренажная система, волнолом, пирс, дамба.
Таким образом, гидроэлектростанцию следует рассматривать, как один из видов искусственных сооружений, возводимых человеком на речном водотоке.
По своему предназначению, гидроэлектростанция (ГЭС) является гидротехническим сооружением, использующим огромную массу падающей водной массы для выработки электроэнергии.
При принятии решения по строительству ГЭС принимают во внимание потенциальные возможности естественного речного водотока в плане поставки достаточного водного ресурса. Кроме того, на данном этапе следует досконально изучить особенности местного рельефа, который может существенно влиять на мощность станции
Гидроэлектростанции в мире
Крупнейшие ГЭС
Основная статья: Крупнейшие ГЭС в мире
| Наименование | Мощность,ГВт | Среднегодовая выработка, млрд кВт·ч | Собственник | География |
|---|---|---|---|---|
| Три ущелья | 22,50 | 98,00 | р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай | |
| Итайпу | 14,00 | 92,00 | Итайпу-Бинасионал | р. Парана, г. Фос-ду-Игуасу, Бразилия/Парагвай |
| Силоду | 13,90 | 64,80 | р. Янцзы, Китай | |
| Гури | 10,30 | 40,00 | р. Карони, Венесуэла | |
| Черчилл-Фолс | 5,43 | 35,00 | Newfoundland and Labrador Hydro | р. Черчилл, Канада |
| Тукуруи | 8,30 | 21,00 | Eletrobrás | р. Токантинс, Бразилия |
Крупнейшие гидроэлектростанции России
По состоянию на 2017 год в России имеется 15 действующих гидроэлектростанций свыше 1000 МВт, и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.
| Наименование | Мощность,ГВт | Среднегодовая выработка, млрд кВт·ч | Собственник | География |
|---|---|---|---|---|
| Саяно-Шушенская ГЭС | 6,40 | 23,50 | РусГидро | р. Енисей, г. Саяногорск |
| Красноярская ГЭС | 6,00 | 20,40 | ЕвроСибЭнерго | р. Енисей, г. Дивногорск |
| Братская ГЭС | 4,52 | 22,60 | ЕвроСибЭнерго | р. Ангара, г. Братск |
| Усть-Илимская ГЭС | 3,84 | 21,70 | ЕвроСибЭнерго | р. Ангара, г. Усть-Илимск |
| Богучанская ГЭС | 3,00 | 17,60 | РусГидро, Русский алюминий | р. Ангара, г. Кодинск |
| Волжская ГЭС | 2,66 | 11,63 | РусГидро | р. Волга, г. Волгоград и г. Волжский (плотина ГЭС находится между городами) |
| Жигулёвская ГЭС | 2,46 | 10,34 | РусГидро | р. Волга, г. Жигулёвск |
| Бурейская ГЭС | 2,01 | 7,10 | РусГидро | р. Бурея, пос. Талакан |
| Чебоксарская ГЭС | 1,40 (0,8) | 3,50 (2,2) | РусГидро | р. Волга, г. Новочебоксарск |
| Саратовская ГЭС | 1,40 | 5,7 | РусГидро | р. Волга, г. Балаково |
| Зейская ГЭС | 1,33 | 4,91 | РусГидро | р. Зея, г. Зея |
| Нижнекамская ГЭС | 1,25 (0,45) | 2,67 (1,8) | Татэнерго | р. Кама, г. Набережные Челны |
| Загорская ГАЭС | 1,20 | 1,95 | РусГидро | р. Кунья, пос. Богородское |
| Воткинская ГЭС | 1,04 | 2,28 | РусГидро | р. Кама, г. Чайковский |
| Чиркейская ГЭС | 1,00 | 1,74 | РусГидро | р. Сулак, п. Дубки |
Примечания:
- ↑ Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.
- Другие гидроэлектростанции России
Основная статья: Список гидроэлектростанций России
Первая во всём
ГЭС-1 во многом опережала другие электростанции. В 1899 году отсюда проложили кабель для питания первой московской трамвайной линии. В 1926-м здесь создали первый в СССР центральный диспетчерский пункт, в 1933-м ввели в эксплуатацию первую отечественную теплофикационную трубу мощностью 12 мегаватт, а в 1946-м ГЭС первой в стране стала использовать газ в качестве топлива. В 2001 году на станции ввели первую в отечественной энергетике полностью автоматизированную водоподготовительную установку, которая увеличивает срок службы основного оборудования.
Вот только первой электростанцией Москвы ГЭС-1 не была. С 1888-го на Большой Дмитровке работала центральная электростанция постоянного тока «Георгиевская». Сейчас её здание занимает выставочный зал «Новый Манеж». Такое же будущее ждёт и бывшую ГЭС-2, где откроют центр современного искусства.
Компания «Мосэнерго», в структуре которой работает ГЭС-1, в этом году также готовится к открытию новой музейной экспозиции. В этом году «Мосэнерго» и вся столичная энергосистема отмечают 130-летие со дня образования. К этой памятной дате на ТЭЦ-20, расположенной на юго-западе столицы, планируется открытие музея Мосэнерго и энергетики Москвы, в котором будут собраны архивные документы, старые и новые интерактивные макеты станций, оборудование технологической цепочки производства электроэнергии и тепла.
Архивные фото предоставлены музеем истории Мосэнерго
Круговорот пара
«Забрали воду, очистили, подали в котёл, нагрели, получили пар, пар — в турбину. Турбина является приводом генератора, генератор вырабатывает электроэнергию. Отработанный пар — в бойлер, греть воду. Всё», — вкратце объясняет Алексей Шувалов работу системы.
А если подробнее? В паровые котлы поступают воздух и природный газ, который, сгорая, выделяет тепло. Оно по трубам передаётся воде. Её забирают из Москвы-реки, потому-то станция и построена на берегу. Вода, необходимая для технологического процесса, проходит химическую подготовку — очищается от вредных примесей, чтобы избежать коррозии металла.
При нагревании вода преобразуется в пар, который поступает в турбину. Его энергия заставляет вращаться ротор, и это вращение создаёт электромагнитные поля на обмотках статора. Так вырабатывается электроэнергия.
Вода для отопления и горячего водоснабжения греется в специальном подогревателе и по трубопроводам идёт потребителям. Отдав тепло, она возвращается обратно. Получается замкнутый цикл.
Крупнейшие аварии и происшествия
- Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохранилища Баньцяо на реке Жухэ в провинции Хэнань в результате тайфуна Нина 1975 года. Число погибших более 170 тыс. человек, пострадало 11 млн.
- 17 мая 1943 года — операция британских войск Chastise по подрыву плотин на реках Мёне (водохранилище Мёнезее) и Эдер (водохранилище Эдерзее), повлёкшие за собой гибель 1268 человек, в том числе около 700 советских военнопленных.
- 9 октября 1963 года — одна из крупнейших гидротехнических аварий на плотине Вайонт в северной Италии, погибло более двух тысяч человек.
- В ночь на 11 февраля 2005 года в провинции Белуджистан на юго-западе Пакистана из-за мощных ливней произошёл прорыв 150-метровой плотины ГЭС у города Пасни. В результате было затоплено несколько деревень, более 135 человек погибли.
- 5 октября 2007 года на реке Чу во вьетнамской провинции Тханьхоа после резкого подъёма уровня воды прорвало плотину строящейся ГЭС Кыадат. В зоне затопления оказалось около 5 тыс. домов, 35 человек погибли.
- 17 августа 2009 года — авария на Саяно-Шушенской ГЭС (самой мощной в России). В результате аварии погибло 75 человек, оборудованию и помещениям станции был нанесён серьёзный ущерб.
Польза и вред
Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.
Малая гидроэнергетика – очень привлекательная для людей сфера деятельности. Она дает людям электроэнергию, создает малые водохранилища, благоустраивая этим территории, создает благоприятные условия для ведения хозяйственной деятельности и отдыха населения. Перспективы развития малой гидроэнергетики в России весьма значительны. В тоже время стоимость малых ГЭС как чисто энергетических объектов оказывается выше, чем других электростанций. В рыночных условиях сегодняшнего дня именно это сдерживает активное строительство малых ГЭС в России. Есть ли выход из этой проблемы? – Выход есть!
Во-первых, это использование по возможности не только электроэнергии, но и других преимуществ малых ГЭС: благоустройство и застройка береговых зон, развитие орошаемого земледелия, рыболовство, организация туризма, в том числе водного и т.д.
Во-вторых, это оптимизация конструкций и режимов эксплуатации малых ГЭС. Наличие эксплуатационного персонала, например, резко снижает эффективность малых и, особенно, микро- ГЭС. Решение этого вопроса – автоматические малые ГЭС.
Классификация гидроэлектростанций. Типы и виды гидроэлектростанций:
В зависимости от степени напора водяной массы различают:
– низконапорные гидроэлектростанции (высота напора здесь варьируется в пределах от 3 до 25 метров), при этом устанавливаются поворотно-лопастные гидротурбины;
– средненапорные гидроэлектростанции (высота напора здесь может находиться в пределах 25-60 метров), при этом практикуется установка гидротурбин радиально-осевого и поворотно-осевого типа;
– высоконапорные гидроэлектростанции (высота напора здесь больше 60 метров), при этом используются гидротурбины ковшового и радиально-осевого типа.
В зависимости о мощности вырабатываемой электроэнергии встречаются:
– ГЭС большой мощности, более 25 МВт;
– ГЭС средней мощности, менее 25 МВт;
– маломощные ГЭС, мощность которых не превышает 5 МВт.
В зависимости от принципа использования водного ресурса, различают:
– плотинные станции генерации электроэнергии. ГЭС такого типа – наиболее распространенный вариант. Плотина (дамба) возводится с целью перегораживания русла реки и подъема уровня воды для создания необходимого напора. Вода подается на гидротурбины непосредственно из созданного водохранилища. Сфера применения – многоводные реки на равнинах и горные реки с узким руслом;
– приплотинные станции. ГЭС данного типа возводятся с целью получения повышенного напора. Плотина полностью перегораживает речное русло, а вода подается через специальный канал к гидротурбинам, расположенным в нижней части ГЭС;
– станции деривационного типа, возводимые в местах с большим уклоном реки. Вода отводится к зданию ГЭС через водоотводы. Деривационные ГЭС могут быть с напорной деривацией, безнапорные или смешанного типа;
– гидроаккумулирующие станции. Станции подобного типа в обычной обстановке могут аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, а в моменты пиковых нагрузок отдавать в систему для поддержания станции в рабочем состоянии;
– гирляндная свободно-проточная станция. Принцип работы такой станции следующий: в речной проток поперек русла (под углом) опускается трос с нанизанными роторами, которые под воздействием течения вырабатывают электроэнергию. Данный тип ГЭС является примером преобразования потенциала водной массы в электроэнергию без возведения плотины.
Крупнейшие ГЭС России
Подведя итоги рассмотрим на примере пару из крупнейших гидроэлектростанций в России.
1. Красноярская ГЭС – вторая по мощности ГЭС в России. Расположена на реке Енисее в 2380 км от его устья.
- На Красноярской ГЭС установленная мощность – 6000 МВт. Ежегодно вырабатывается в среднем – 20 400 млн кВт·ч.
- Размеры плотины. Длина – 1072,5 м, максимальной высотой – 128 м и шириной по основанию – 95,3 м. Также плотина делится на несколько частей на левобережную глухую плотину длиной 187,5 м, водосливную плотину длиной 225 м, глухую русловую – 60 м, станционную – 360 м и правобережную глухую – 240 м.
- Здание ГЭС приплотинного типа, длина здания — 428,5 м, ширина 31 м.
2. Братская ГЭС – гидроэлектростанция на реке Ангаре в городе Братске Иркутской области. Является третьей по мощности и первой по среднегодовой выработке гидроэлектростанцией России.
- На Братской ГЭС установленная мощность равняется 4500 МВт. Каждый год в среднем она вырабатывает 22 600 млн кВт·ч энергии.
- Размеры плотины. Общая длина 1430 м и максимальная высотой 125 м. Плотина делится на три участка: русловой, длиной 924 м, левобережный глухой, длина 286 м и правобережный глухой длина 220 м.
В заключение можно сказать, что гидроэлектростанции являются менее воздействующими на окружающую среду, нежели други види электростанций.
Принцип работы
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности
- мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
- средние — до 25 МВт;
- малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
- высоконапорные — более 60 м;
- средненапорные — от 25 м;
- низконапорные — от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.
Можно выделить также ГЭС по принципу использования природных ресурсов
- русловые и приплотинные ГЭС- это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
- П лотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
- Деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
- гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.
Школа
МОУ Средняя школа с.Натальино Балаковского района Саратовской области
Общие сведения по гидроэлектростанциям Росии
Россия располагает большим гидроэнергетическим потенциалом, что определяет широкие возможности развития гидроэнергетики. На ее территории сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе, после КНР, место в мире, опережая США, Бразилию, Канаду.
Общий валовой (теоретический) гидроэнергопотенциал России определен в 2900 млрд кВт-ч годовой выработки электроэнергии или 170 тыс. кВт-ч на 1 кв. км территории.
Технически достижимый уровень использования гидроэнергоресурсов составляет около 70% от валового (теоретического) гидроэнергопотенциала, то есть общий технический гидроэнергопотенциал России составляет 1670 млрд кВт-ч годовой выработки. Преобладающая его часть размещена в восточных районах страны, где сосредоточены огромнейшие запасы гидроресурсов Ангары, Енисея, Оби, Иртыша, Лены, Витима и других рек, природные условия которых позволяют сооружать мощные ГЭС.
Экономический потенциал, как приемлемая для практического использования часть гидроэнергоресурсов, определен в целом по России в размере 850 млрд кВт-ч. Гидроэлектростанции России мощностью свыше 1000 МВт
Наиболее освоен экономический гидроэнергопотенциал в Европейской части России – 46,8%. Существенно ниже освоение гидроэнергопотенциала Сибири – 21,7%. На Востоке России освоение гидроэнергетического потенциала составляет только 3,8%.
Особенности ГЭС
Имеются определённые особенности гидроэлектростанций
- Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
- Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
- Возобновляемый источник энергии
- Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
- Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое
- Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей
Водохранилища часто занимают значительные территории, но, примерно, с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения , например, Киевская ГЭС, которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).
Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
Ар-деко, царские ворота и калужские турбины
Машинных залов на станции два. Они пережили несколько реконструкций, последнюю — в 2007 году. «Она выполнена с использованием современных материалов, но в соответствии с историческим обликом станции», — говорит Алексей Шувалов. А вот клёпаные складные ворота между машинным залом и котельным отделением — те самые, царских времён.
Вдоль одной из стен тянется зелёный балкончик в духе ар-деко, на другой — часы с завитками, на третьей — стилизованные под старину фонари. Они рабочие, но сейчас не горят, да это и не нужно. Солнечный свет льётся через стеклянный потолок и огромные арочные окна, которые выходят на Раушскую набережную. Отсюда видно, как строится парк «Зарядье»: растёт парящий мост, накрывается стеклянным куполом-теплицей филармония, появляются первые деревья.
В зале, как и за окном, кипит работа — здесь проводится капитальный ремонт одной из турбин. Она разобрана, вокруг сложены детали, под потолком по рельсам ходит подъёмный кран. Здесь жарко и очень шумно. Даже немного завидуешь работникам: они-то, проводящие в зале целый день, пользуются берушами. «До конца ремонта — 13 дней», — написано на отрывном стикере.
Всего на станции установлено шесть турбин, все они изготовлены на Калужском турбинном заводе. Самой «старой» из них 23 года. А вот в котельном отделении есть техника и постарше.
Мощность гидроэлектростанций
Режим работы ГЭС в энергосистеме зависит от расхода воды, напора, объема водохранилища, потребностей энергосистемы, ограничений по верхнему и нижнему бьефу. Агрегаты ГЭС по техническим условиям могут быстро включаться, набирать нагрузку и останавливаться. Причем включение и выключение агрегатов, регулирование нагрузки могут происходить автоматически при изменении частоты электрического тока в энергосистеме. Для включения остановленного агрегата и набора полной нагрузки обычно требуется всего 1—2 мин.
Мощность на валу гидротурбины можно определить по формуле указанной справа, где :
- т — расход воды через гидротурбину, м3/с;
- Нт — напор турбины, м;
- ηт — коэффициент полезного действия (КПД) турбины.
Для расчета мощности гидроэлектростанции нужно значение напора воды, 
который можно расчитать по следующей формуле, где:
- ∇ВБ, ∇НБ — отметки уровня воды соответственно в верхнем и нижнем бьефе, м;
- Нг — геометрический напор;
- ∆h — потери напора в водоподводящем тракте, м.
КПД современных турбин может достигать значения 0,95.
Что такое ГЭС и как они работают
Чаще всего для них на реках сооружаются плотины, благодаря которым образуются огромные хранилища водного ресурса. При этом река, на которой предполагается строить электростанцию, должна быть полноводной, чтобы наверняка круглогодично обеспечивать водой турбины электрогенераторов. Кроме того, она должна иметь максимально большой уклон. Идеальным вариантом для строительства ГЭС являются образуемые руслами рек каньоны.
Создаваемая для размещения станции плотина и другие гидротехнические сооружения обеспечивают нужный напор водяного потока, вращающего лопасти гидротурбин и роторы электрогенераторов. Помимо использования напора воды для производства электроэнергии может использоваться естественный ток водяного потока, называемый деривацией. Иногда одновременно используется оба варианта энергии воды.
Необходимое электростанции оборудование для выработки электроэнергии монтируется непосредственно в помещении гидроэлектростанции. Там в отдельных залах устанавливаются агрегаты, которые напрямую преобразуют силу водяного потока в механическую энергию турбин, а затем в электроэнергию.
Кроме того ГЭС должна быть оснащена другим различным оборудованием, с помощью которого организуется контроль работы станции, управление нею. Нормальная работа станции невозможна без устройств, которые распределяют и трансформируют электроэнергию, множества других систем.
Саратовская ГЭС
Саратовская ГЭС расположена на границе Среднего и Нижнего Поволжья, в 1129 км выше устья р. Волга, у города Балаково, на левобережной пойме. Является седьмой ступенью Волжско-Камского каскада гидроэлектростанций и входит в десятку крупнейших гидростанций России. Выработка электроэнергии зависит от многих факторов, например, от водности года. В средний по водности год Саратовская ГЭС вырабатывает порядка 5,7 млрд кВт•ч электроэнергии. Всего с начала эксплуатации первых агрегатов Саратовской ГЭС было выработано более 230 млрд кВт•ч электроэнергии.
Основанием ГЭС служат глины неокома. В состав основных сооружений Саратовского гидроузла входят следующие гидротехнические сооружения: русловая земляная плотина с площадками открытых распределительных устройств; здание гидроэлектростанции, совмещенное с водосбросными напорными галереями; подводящий и отводящий каналы; насосная городского водозабора; рыбоподъемник контейнерного типа; левобережная дамба, ограждающая г. Балаково со стороны верхнего бьефа; судоходные сооружения с левой и правой приканальными дамбами и дамбой-волноломом.
Саратовское водохранилище расположено на территории Саратовской, Самарской и Ульяновской областей. Полный объем водохранилища — 12,8 кубокилометров воды. Его площадь 1831 км2, наибольшая ширина достигает 25 км, а средняя глубина — 7 м. Саратовское водохранилище не предназначено для регулирования стока, поэтому всю прибывающую воду ГЭС пропускает в нижний бьеф в транзитном режиме. В верхнем бьефе уровень воды постоянно поддерживается около отметки 28 м (по балтийской системе высот).
В обычном режиме ГЭС через сооружения Саратовской ГЭС проходит около 4-7 тысяч м3/сек (кубометров воды в секунду), уровень воды в нижнем бьефе держится на отметке около 16 м по балтийской системе. Во время среднего половодья расходы воды увеличиваются до 16-30 тыс. кубометров в секунду, а уровень нижнего бьефа соответственно поднимается на 4-5 метров.
Режимы наполнения и сработки водохранилищ, пропуск паводков на ГЭС устанавливает и регулирует Министерство природных ресурсов в лице Росводресурсов. Решение о режимах работы Волжско-Камских гидроузлов Росводресурсы принимают на основании рекомендаций Межведомственной оперативной группы (МОГ) по регулированию режимов работы водохранилищ Волжско-Камского бассейна.
Согласно «Водному кодексу РФ» водохранилища Волжско-Камских гидростанций находятся в федеральной собственности. Эксплуатация Саратовского водохранилища производится специализированной организацией, находящейся в подчинении Нижне-Волжского бассейнового управления (Федеральное агентство водных ресурсов РФ).
Эксплуатацию судоходных сооружений Саратовского гидроузла осуществляет Волжское государственное бассейновое управление водных путей и судоходства (Федеральное агентство морского и речного транспорта РФ).
Саратовская ГЭС — самая низконапорная среди волжских ГЭС: расчетный напор составляет 9,7 м. По этой причине для Саратовской ГЭС было сконструировано и установлено специальное оборудование: крупнейшие в мире поворотно-лопастные турбины, впервые в стране — низконапорные гидрогенераторы, впервые в мире — два самых мощных на тот момент горизонтально-капсульных гидроагрегата.
Что такое ГЭС?
Гидроэлектростанция – это сложный комплекс, состоящий из разных сооружений и специального оборудования. Возводятся гидроэлектростанции на реках, где есть постоянный приток воды для наполнения плотины и водохранилища. Подобные сооружения (плотины), создаваемые при постройке гидроэлектростанции, необходимы для концентрации постоянного потока воды, который при помощи специального оборудования для ГЭС преобразовывается в электрическую энергию.
Отметим, что важную роль в плане эффективности работы ГЭС играет выбор места для строительства. Необходимо наличие двух условий: гарантированная неиссякаемая обеспеченность водой и высокий угол уклона реки.
Щит управления
Потёртые ступени лестницы XIX столетия ведут в святая святых — к главному щиту управления ГЭС-1. На нём расположены приборы и ключи управления всеми распределительными устройствами станции. Здесь несут круглосуточное дежурство сотрудники ГЭС-1, отвечающие за её надёжную работу. Среди них и начальник смены станции, которого в шутку называют ночным директором.
Приборы показывают частоту сети, напряжение и нагрузку трансформаторов, параметры генераторов турбин, параметры воды, которая уходит в городские сети.
Задача сотрудников на щите управления — следить за состоянием главной электрической схемы и надёжной работой оборудования, чтобы всё было исправно. Если что-то пошло не так, загорятся сигнальные табло, указывающие на оборудование, в котором произошёл сбой.
Выводы и полезное видео по теме
Видео #1. Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного двигателя:
Видео #2. Мини-ГЭС, сконструированная по принципу водяного колеса:
Видео #3. Станция на основе велосипедного колеса – интересный вариант решения проблемы с энергообеспечением на отдыхе вдали от цивилизации:
Как видите, построить водяную миниэлектростанцию своими руками не так уж и сложно. Но так как большинство расчетов и параметров для ее комплектующих определяется «на глазок», следует быть готовым к возможным поломкам и сопутствующим затратам.
Если вы чувствуете нехватку знаний и опыта в данной сфере, стоит довериться специалистам, которые выполнят все необходимые расчеты, посоветуют оптимальное для вашего случая оборудование и качественно произведут его установку.
Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Делитесь интересными сведениями и полезными рекомендациями, оставляйте тематические фото. Возможно, вы хотите рассказать, как соорудили собственными руками действующую гидроэлектростанцию на загородном участке? Будем рады прочитать ваш рассказ о процессе устройства и эксплуатации.
