Гидроэлектростанция - это комплекс сложных гидротехнических
сооружений и оборудования. Его назначение - преобразовывать энергию
потока воды в электрическую энергию. Гидроэнергия относится к числу так
называемых возобновляемых источников энергии, т. е. практически
неиссякаема.
Важнейшее гидротехническое сооружение - плотина. Она задерживает воду в
водохранилище, создает необходимый напор воды. Гидравлическая турбина -
главный двигатель на ГЭС. С ее помощью энергия воды, движущейся под
напором, превращается в механическую энергию вращения, которая затем
(благодаря электрическому генератору) преобразуется в электрическую
энергию. Гидравлическая турбина, гидрогенератор, устройства
автоматического контроля и управления - пульты размещены в машинном зале
ГЭС. Повышающие трансформаторы могут располагаться и внутри здания, и на
открытых площадках. Распределительные устройства чаще всего
устанавливаются на открытом воздухе рядом со зданием электростанции.
В Советском Союзе, обладающем большими гидроэнергоресурсами (12% от
мировых), развернуто широкое строительство гидростан- По установленной
мощности гидроэлектри-ций. Только за 30 послевоенных лет, с 1950 ческие
станции подразделяют на малые - по 1980 год, выработка электроэнергии на
до 5 МВт, средние - от 5 до 25 и крупные - свыше 25 МВт. В нашей стране
действуют 20 ГЭС, на каждой из которых установленная мощность превышает
500 МВт. Крупнейшие из них - Красноярская (6000 МВт) и Саяно-Шушенская
(6400 МВт) ГЭС.
Схематическое устройство гидроэлектростанции
Красноярская ГЭС на реке Енисей мощностью 600МВт
Работа гидроаккумулирующей ГЭС, насосный режим
Работа гидроаккумулирующей ГЭС, генераторный
режим
Строительство ГЭС немыслимо без комплексного решения многих задач.
Надо удовлетворять нужды не только энергетики, но и водного транспорта,
водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйства. Лучше всего этим задачам
отвечает принцип каскадности - когда на реке строят не одну, а ряд ГЭС,
расположенных по течению реки. Это позволяет создать на реке несколько
последовательно расположенных на разных уровнях водохранилищ, а значит,
полнее использовать сток реки, ее энергетические ресурсы и маневрировать
мощностью отдельных ГЭС. Каскады гидроэлектрических станций сооружены на
многих реках. Кроме Волжского, каскады построены на Каме, Днепре,
Чирчике, Раздане, Иртыше, Риони, Свири. Наиболее мощный
Ангаро-Енисейский каскад с крупнейшими в мире ГЭС - Братской,
Красноярской, Саяно-Шушенской и Богучанской общей мощностью около 17 ГВт
и годовой выработкой 76 млрд. кВт- ч электроэнергии.
Существует несколько видов электростанций, использующих энергию потока
воды. Помимо гидроэлектростанций строят еще гид-роаккумулирующие
электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). С первого
взгляда едва ли заметишь разницу между обычной гидроэлектростанцией и
гидро-аккумулирующей электростанцией. Такое же здание, где размещено
главное энергетическое оборудование, такие же линии электропередачи. Нет
принципиальной разницы и в способе производства электроэнергии. В чем же
особенности ГАЭС?
В отличие от ГЭС гидроаккумулирующая станция требует два водохранилища
(а не одно) емкостью по нескольку десятков миллионов кубических метров.
Уровень одного должен быть на несколько десятков метров выше другого.
Оба водохранилища сообщаются между собой трубопроводами. На нижнем
водохранилище строится здание ГАЭС. В нем так называемые обратимые
гидроагрегаты - гидравлические турбины и электрические генераторы
размещены на одном валу. Они могут работать и как генераторы тока, и как
электрические водяные насосы. Когда потребление энергии уменьшается,
например в ночные часы, гидравлические турбины выполняют роль насосов,
перекачивая воду из нижнего водохранилища в верхнее. При этом генераторы
работают как электрические двигатели, получающие электрическую энергию
от тепловых и атомных электростанций. Когда же потребление
электроэнергии возрастает, гидроагрегаты ГАЭС переключаются на обратное
вращение. Падающая из верхнего водохранилища в нижнее вода вращает
гидравлические турбины, генераторы вырабатывают электрическую энергию.
Таким образом, ГАЭС в ночные часы как бы накапливает электроэнергию,
вырабатываемую другими электростанциями, а днем отдает ее. Поэтому ГАЭС
обычно служит, как говорят энергетики, для покрытия <пиков> нагрузки, т.
е. она дает энергию тогда, когда в ней особо нуждаются. На земном шаре
действуют более 160 ГАЭС. У нас в стране первая ГАЭС построена под
Киевом. Она имеет малый напор, всего 73 м, и суммарную мощность 225 МВт.
Вступила в строй более крупная ГАЭС в Московской области, мощностью 1,2
ГВт, с напором 100 м.
Прямой генераторный режим
Выравнивание уровня
Обратный насосный режим
Обратный генераторный режим
Выравнивание уровня, максимальный уровень
Прямой насосный режим
Обычно ГАЭС строят на реках. Но, как оказалось, подобные
электростанции можно строить на берегах морей и океанов. Только там они
получили иное название - приливные электростанции (ПЭС).
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то
опускается Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе
массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у
самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе
на Охотском море.
Если залив или устье реки перегородить плотиной, то в момент наибольшего
подъема воды в таком искусственном водохранилище можно запереть сотни
миллионов кубических метров воды. Когда же в море наступает отлив, между
уровнями воды в водохранилище и в море создается перепад, достаточный
для вращения гидротурбин, установленных в зданиях ПЭС. Если
водохранилище одно, ПЭС может вырабатывать электрическую энергию
непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами соответственно по 1-2 ч четыре
раза за сутки (столько раз меняется уровень воды в водохранилище при
приливах и отливах).
Чтобы устранить неравномерность выработки электроэнергии, водохранилище
станции делится плотиной на 2-3 меньших. В одном поддерживают уровень
отлива, в другом - уровень прилива, третье служит резервным.
На ПЭС устанавливают гидроагрегаты, которые способны работать с высоким
КПД как в генераторном (производить электроэнергию), так и в насосном
режиме (перекачивать воду из водохранилища с низким уровнем воды в
водохранилище с высоким уровнем). В насосном режиме ПЭС работает тогда,
когда в энергосистеме появляется избыточная электроэнергия. В этом
случае агрегаты подкачивают или откачивают воду из одного водохранилища
в другое.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в
нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено
2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к
составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугурской
на Охотском море.
Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих
океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только
приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
Строительство крупных энергетических гигантов - будь то ГЭС, ГАЭС или
ПЭС - каждый раз экзамен для строителей. Здесь соединяется труд рабочих
самой высокой квалификации и разных специальностей - от мастеров
бетонных работ до монтажников-верхолазов.
