Гидроэлектростанция

Статья на основе материалов из Википедии

Крупнейшая российская ГЭС — Саяно-Шушенская

Плотина Серрон Гранде в Сальвадоре, вогнутая для увеличения прочности тела плотины

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

349x349px

Принцип действия

thumb

238x238px

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 определённом месте, или деривацией — естественным потоком воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается всё энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет своё определённое деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию. Есть ещё всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Особенности

  • Стоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже чем на тепловых электростанциях.[5]
  • Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от первой до максимальной мощности и позволяют плавно изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.
  • Сток реки является возобновляемым источником энергии.
  • Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.
  • Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.
  • Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, посёлки).
  • 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.
  • Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.
  • Водохранилища делают климат более умеренным.

Классификация

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также ещё по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

320x320px

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
  • 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 — поток воды поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передаётся на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

  • плотинные ГЭС. Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создаётся 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.
  • приплотинные 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 ГЭС. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создаётся 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 создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище — такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
  • гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определённые периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.
В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъёмники, способствующие навигации по водоёму, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации, и многое другое.

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[6].

Преимущества и недостатки

Преимущества

  • использование возобновляемой энергии;
  • очень дешёвая электроэнергия;
  • работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;
  • быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки

История

Гидроэнергия использовалась с древних времён, для молки муки и других нужд. При этом приводом служил колёсный механизм, вращаемый потоком воды. В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест де Bélidor в опубликованной им работе Architecture Hydraulique, привёл описание гидромашин с вертикальной и горизонтальной осью вращения. К концу 19-го века появились электрические генераторы, которые могли работать в сочетании с гидроприводом. Растущий спрос на электроэнергию вследствие Промышленной революции дал толчок в их развитии. В 1878 году заработала «первая в мире ГЭС», разработанная английским изобретателем Уильямом Джорджем Армстронгом в Нортумберленде, Англия. Она представляла собой агрегат, предназначенный для питания одной единственной дуговой лампы в его картинной галерее. Старая электростанция № 1 Schoelkopf возле Ниагарского водопада в США начала производить электричество в 1881 году. Первая гидроэлектростанция Эдисона, Vulcan Street начала работать 30 сентября 1882 года, в г. Аплтон, штат Висконсин, США, и выдавала мощность около 12,5 киловатт. К 1886 году в США и Канаде было уже 45 гидроэлектростанций. К 1889 году только в США их было 200.

В начале 20-го века коммерческими компаниями строится много небольших ГЭС в горах недалеко от городских районов. К 1920 году до 40 % электроэнергии, производимой в Соединённых Штатах вырабатывалось на ГЭС. В 1925 году в Гренобле (Франция) состоялась Международная выставка гидроэнергетики и туризма, которую посетили более одного миллиона человек. Одной из вех в освоении гидроэнергетики как США, так и в мире в целом стало строительство в 1930-х Плотины Гувера.

В России

Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Берёзовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Берёзовка (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырёхтурбинная, общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.[7]

На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трёхфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъёмники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.[8]

Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями. Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие XIX века и первые 20 лет XX столетия достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований. {{врезка |Заголовок = Первая очередь строительства ГЭС:[9] |Выравнивание = right | Ширина = 300px |Содержание= {| class="wide sortable" !Район||Название||Мощность,
тыс. кВт |- |Северный||Волховская||align=right|30 |- | ||Нижнесвирская||align=right|110 |- | ||Верхнесвирская||align=right|140 |- |Южный||Александровская||align=right|200 |- |Уральский||Чусовая||align=right|25 |- |Кавказский||Кубанская||align=right|40 |- | ||Краснодарская||align=right|20 |- | ||Терская||align=right|40 |- |Сибирь||Алтайская||align=right|40 |- |Туркестан||Туркестанская||align=right|40 |} }} В советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утверждён 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен в СССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвящённая гидроэнергетике, называлась «Электрификация и водная энергия». В ней указывалось, что гидроэлектростанции могут быть экономически выгодными, главным образом, в случае комплексного использования: для выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства или мелиорации. Предполагалось, что в течение 10-15 лет в стране можно соорудить ГЭС общей мощностью 21 254 тыс. лошадиных сил (около 15 млн кВт), в том числе в европейской части России — мощностью 7394, в Туркестане — 3020, в Сибири — 10 840 тыс. л.с. На ближайшие 10 лет намечалось сооружение ГЭС мощностью 950 тыс. кВт, однако в последующем было запланировано сооружение десяти ГЭС общей рабочей мощностью первых очередей 535 тыс. кВт.

Хотя уже за год до этого, в 1919 году, Совет Рабочей и Крестьянской Обороны признал строительства Волховской и Свирской гидростанций объектами, имеющими оборонное значение. В том же году началась подготовка к возведению Волховской ГЭС, первой из гидроэлектростанций, возведённых по плану ГОЭЛРО.[10]

Гидроэлектростанции в мире

Крупнейшие ГЭС

Главная статья: Крупнейшие ГЭС в мире
Наименование Ватт>ГВт выработка, млрд киловатт-час>кВт·чСобственникГеография
Три ущелья22,5098,00р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай
Итайпу14,0092,00Итайпу-БинасионалПарана, г. Фос-ду-Игуасу, Бразилия/Парагвай
Силоду13,9064,80р. Янцзы, Китай
Гури10,3040,00р. Карони, Венесуэла
Черчилл-Фолс5,4335,00Newfoundland and Labrador HydroЧерчилл, Канада
Тукуруи8,3021,00Eletrobrásр. 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 Ватт>ГВт выработка, млрд киловатт-час>кВт·чСобственникГеография
Саяно-Шушенская ГЭС6,4023,50РусГидрор. Енисей, г. Саяногорск
Красноярская ГЭС6,0020,40ЕвроСибЭнергор. Енисей, г. Дивногорск
Братская ГЭС4,5222,60ЕвроСибЭнергор. Ангара, г. Братск
Усть-Илимская ГЭС3,8421,70ЕвроСибЭнергор. Ангара, г. Усть-Илимск
Богучанская ГЭС3,0017,60РусГидро, Русский алюминийр. Ангара, г. Кодинск
Волжская ГЭС2,6611,63РусГидрор. Волга, г. Волгоград и г. Волжский (плотина ГЭС находится между городами)
Жигулёвская ГЭС2,4610,34РусГидрор. Волга, г. Жигулёвск
Бурейская ГЭС2,017,10РусГидроБурея, пос. Талакан
Чебоксарская ГЭС1,40 (0,8)[11]3,50 (2,2)[1]РусГидрор. Волга, г. Новочебоксарск
Саратовская ГЭС1,405,7РусГидрор. Волга, г. Балаково
Зейская ГЭС1,334,91РусГидроЗея, г. Зея
Нижнекамская ГЭС1,25 (0,45)[2]2,67 (1,8)[3]ТатэнергоКама, г. Набережные Челны
Загорская ГАЭС1,201,95РусГидроКунья, пос. Богородское
Воткинская ГЭС1,042,28РусГидроКама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС1,001,74РусГидроСулак, п. Дубки

Примечания: [4]

Другие гидроэлектростанции России Главная статья: Список гидроэлектростанций России

Крупнейшие аварии и происшествия

См. также

Ссылки

15px  Крупнейшие ГЭС мира Google Maps   KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)

Примечания

  1. Интервью профессора Дмитрия Селютина // «ВЕСТИ», 22.08.2009
  2. Гидроэлектрическая станция (ГЭС)
  3. Берёзовская ГЭС
  4. Электроэнергетика Иркутской области. Газета «Наука в Сибири» № 3-4 (2139—2140) 23 января 1998 г.
  5. По материалам Комиссии ГОЭЛРО
  6. «Электроэнергетика. Строители России. XX век.» М.: Мастер, 2003. С.193. ISBN 5-9207-0002-5
  7. Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.
  8. ГЭС как оружие // infox.ru
Энергетика
структура по продуктам и отраслям
Электроэнергетика:
электроэнергия
{{Navbox subgroup
Теплоснабжение:
теплоэнергия
{{Navbox subgroup
Топливная
промышленность
:
топливо
{{Navbox subgroup
:
{{Navbox subgroup
I am not robot