Гидроэлектростанции

21 Декабря 2018

Гидроэлектрическая станция (гидроэлектростанция, ГЭС) это электростанция, преобразующая механическую энергию воды в электрическую энергию.

По установленной мощности и выработке гидроэлектростанции находятся на втором месте в мире после тепловых электростанций (более 1400 ГВт и около 4 200 ТВт ч соответственно на начало 2018 г.).

В настоящее время на территории России функционируют 185 гидроэлектростанций, в том числе: 15 ГЭС мощностью свыше 1000 МВт, 102 ГЭС мощностью свыше 10 МВт, две ГАЭС (Загорская ГАЭС и ГАЭС каскада Кубанских ГЭС) и Зеленчукская ГЭС-ГАЭС.

При низкой себестоимости вырабатываемой электроэнергии ГЭС и ГАЭС характеризуются высокими удельными капитальными затратами.

Мощность и выработка крупных ГЭС значительно превышает показатели действующих в настоящее время ТЭС и АЭС. Мощность крупнейшей в мире ГЭС «Три ущелья» (на р. Янцзы, Китай) 22,5 ГВт, а ее выработка составляет около 100 млрд кВт⋅ч в год. Крупнейшая ГЭС в России Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего мощностью 6,4 ГВт ежегодно вырабатывает более 22 млрд кВт⋅ч.

ГЭС можно разделить на две основные группы: ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая сосредоточенный перепад уровней (напор) и водохранилище, обеспечивающее перераспределение речного стока в течении определенного срока (периода регулирования), а также здание ГЭС, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование. В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа (водохранилища) в нижний бьеф, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую.

Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами, играют решающую роль в обеспечении надежности, устойчивости и живучести Единой энергетической системы России (ЕЭС России).

Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС.

Малые ГЭС (мощностью до 25 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС.

ГЭС—ГАЭС вырабатывает электроэнергию в период пика нагрузки за счет притока воды в верхний бьеф и за счет перекаченной из нижнего бьефа в верхний в период провалов нагрузки в энергосистеме. Реконструкция ГЭС в ГЭС—ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.

Основными препятствиями для создания новых гидроэлектростанций и, прежде всего, крупных ГЭС являются несовершенство законодательной и нормативной базы, необходимость в большинстве случаев вывода из оборота земель и переселения жителей, сложность проектирования (географические и геологические условия в каждом случае уникальны), масштабные риски проектных и строительных ошибок, длительные сроки строительства, необходимость безусловного учета на всех этапах (от проектирования до эксплуатации) современных требований, касающихся охраны окружающей среды. В то же время безусловным достоинством гидроэнергетики является улучшения экологической обстановки и значительное снижение (на 20-40 %) выбросов углекислого газа в атмосферу.

 

Литература:

Основы современной энергетики. Курс лекций для менеджеров энергетических компаний Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е. В. Аметистова, Издательство МЭИ, 2004

Hydropower status report 2018. Sector trends and insights. International Hydropower Association (IHA)

 

Вернуться к списку