Гидроэлектростанция

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «ГЭС»)
Перейти к: навигация, поиск
Одна из самых крупных по выработке российская ГЭС — Братская
Плотина Серрон Гранде в Сальвадоре, вогнутая для увеличения прочности тела плотины

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Богучанская ГЭС, 2010 год. Самая новая ГЭС в России

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.

Принцип работы[править | править вики-текст]

Схема плотины гидроэлектростанции

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:

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 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.

Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу

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 — 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 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:

  • русловые и плотинные 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.
  • 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 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 ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные 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 водоему, 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. [1]

Особенности[править | править вики-текст]

  • Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.[2]
  • Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой 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, 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.
  • 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.

Преимущества и недостатки[править | править вики-текст]

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

История[править | править вики-текст]

В России[править | править вики-текст]

Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Березовская (Зыряновская) ГЭС, построенная в Рудном Алтае на реке Березовка (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырехтурбинная общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.[3]

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 трехфазного 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 подъемники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.[4]

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.

Первая очередь строительства ГЭС:[5]
Район Название Мощность,
тыс. кВт
Северный Волховская 30
  Нижнесвирская 110
  Верхнесвирская 140
Южный Александровская 200
Уральский Чусовая 25
Кавказский Кубанская 40
  Краснодарская 20
  Терская 40
Сибирь Алтайская 40
Туркестан Туркестанская 40

В советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утвержден 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен в СССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвященная 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 труда и 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.[6]

Гидроэлектростанции в мире[править | править вики-текст]

Крупнейшие ГЭС[править | править вики-текст]

Наименование Мощность,
ГВт
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч
Собственник География
Три ущелья 22,50 100,00 р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай
Итайпу 14,00 100,00 Итайпу-Бинасионал р. Парана, г. Фос-ду-Игуасу, Бразилия/Парагвай
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

Гидроэлектростанции России[править | править вики-текст]

По состоянию на 2013 год в России имеется 15 гидроэлектростанций свыше 1000 МВт (действующих, достраиваемых или находящихся в замороженном строительстве), и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.

Крупнейшие гидроэлектростанции России[править | править вики-текст]

Наименование Мощность,
ГВт
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч
Собственник География
Саяно-Шушенская ГЭС 4,48 (6,40)[сн 1] 23,50[сн 1] ОАО РусГидро р. Енисей, г. Саяногорск
Красноярская ГЭС 6,00 20,40 ОАО «Красноярская ГЭС» р. Енисей, г. Дивногорск
Братская ГЭС 4,52 22,60 ОАО Иркутскэнерго, РФФИ р. Ангара, г. Братск
Усть-Илимская ГЭС 3,84 21,70 ОАО Иркутскэнерго, РФФИ р. Ангара, г. Усть-Илимск
Богучанская ГЭС[сн 2] 3,00 17,60 ОАО «Богучанская ГЭС», ОАО РусГидро р. Ангара, г. Кодинск
Волжская ГЭС 2,59 11,63 ОАО РусГидро р. Волга, г. Волжский
Жигулёвская ГЭС 2,34 10,34 ОАО РусГидро р. Волга, г. Жигулевск
Бурейская ГЭС 2,01 7,10 ОАО РусГидро р. Бурея, пос. Талакан
Чебоксарская ГЭС 1,40 (0,8)[сн 3] 3,50 (2,2)[сн 3] ОАО РусГидро р. Волга, г. Новочебоксарск
Саратовская ГЭС 1,36 5,7 ОАО РусГидро р. Волга, г. Балаково
Зейская ГЭС 1,33 4,91 ОАО РусГидро р. Зея, г. Зея
Нижнекамская ГЭС 1,25 (0,45)[сн 3] 2,67 (1,8)[сн 3] ОАО «Генерирующая компания», ОАО «Татэнерго» р. Кама, г. Набережные Челны
Загорская ГАЭС 1,20 1,95 ОАО РусГидро р. Кунья, пос. Богородское
Воткинская ГЭС 1,02 2,28 ОАО РусГидро р. Кама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС 1,00 1,74 ОАО РусГидро р. Сулак, п. Дубки

Примечания:

  1. 1 2 Восстанавливается после аварии (2009 год), в скобках указано доаварийное значение
  2. Строящиеся объекты.
  3. 1 2 3 4 Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.
Другие гидроэлектростанции России

Крупнейшие аварии и происшествия[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

ссылка на KML  Крупнейшие ГЭС мира Google Maps  KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Гидроэлектрическая станция (ГЭС)
  2. Интервью профессора Дмитрия Селютина // «ВЕСТИ», 22.08.2009
  3. Березовская 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. ГЭС как оружие / infox.ru