ГЭС ее понятие и виды гидроэлектростанций

Гидроэлектростанция (ГЭС) - это станция для выроботки электроэнергии, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс, приливов на водотоках. В основном размещение ГЭС происходит на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективной работы гидроэлектростанции необходимы как минимум два фактора, такие как:

  1. Гарантированность обеспеченния водой круглый год
  2. Большие улоны реки, для более сильного течения

ГЭС отличаются вырабатываемой мощностью, поэтому выделяют три вида ГЭС по мощности:

  • Мощные - от 25 МВт и выше;
  • Средние - до 25 МВт;
  • Малые гидроэлектростанции - до 5 МВт;

Также ГЭС отличают по максимальному количеству использования воды:

  • Высоконапорные - более 60 м;
  • Средненапорные - от 25 м;
  • Низконапорные - от 3 до 25 м.

Существует и отдельный тип ГЭС, так называемая ГАЭС, что расшифровывается как гидроаккумулирующая электростанция.

Гидроаккумулирующая электростанция - это гидроэлектростанция, используемая для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки. ГАЭС служат для накопления электроэнергии во время низкого потребления сетями электричества (в ночной период) и отдачи её во время пиковых нагрузок, уменьшая тем самым необходимость изменения мощности в течение суток основных электростанций.

Здание ГЭС Сооружение, подземная выработка или помещение в плотине, в которомустанавливается гидросиловое электротехническое 

Схемы различных видов гидроэлектростанций

Гидроэлектрические станции делятся также в зависимости от принципа использования природных ресурсов, можно выделить следующие ГЭС:

  • Плотинная ГЭС. Плотинная система ГЭС является наиболее распространенной. При таком принципе река полностью перекрывается плотиной. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
  • Приплотинная ГЭС.Возводятся при более сильных напорах воды. При этом принципе река также полность перекрывается плотиной. В таком случае здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода же подводится к турбинам через напорные тоннели.
  • Деривационная ГЭС. Гидроэлектростанции такого типа возводятся, если велик уклон реки. Необходимый напор создается с помощью деривации.
  • Гидроаккумулирующая электростанция. 
  • Схема собственных мини гидроэлектростанций.  

Принцип работы гидроэлектростанции 

Принцип действия ГЭС дотстаточно прост. Вода под давлением, большим напором попадает, а чаще падает, на лопасти гидротурбины, которые, в свою очередь вращают ротор генератора, который уже вырабатывает электричество. Для достяжения необходимого напора воды создаются плотины, и как следствие, образуется концентрация реки в определенном месте. Также может использоваться и деривация- отвод воды от главного русла реки в сторону по каналу. Есть случаи использования двух методов создания напора одновременно. 

Принцип работы гидроаккумулирующей электростанции отличен от обычной, привычной нас ГЭС. У ГАЭС существуют два периода работы, такие как турбинный и насосный. Во время насосного режима ГАЭС  потребляет электроэнергию, которая подаётся от тепловых электростанций во время минимальной нагрузки (примерно 7-12 часов в сутки). В этом режиме на ГАЭС происходит перекачка воды в верхний аккумулирующий бассейн из нижнего питающего водохранилища (станция запасает энергию). В турбинном режиме ГАЭС отдаёт накопленную энергию обратно в сеть во время максимальной нагрузки на неё (2-6 часов в сутки). Вода в этот период из верхнего бассейна направляется обратно в питающее водохранилище, вращая при этом турбину генератора. 

Оборудование гидроэлектростанций 

Существует несколько групп оборудования ГЭС для осуществленния главной ее функции - выработки электроэнергии:

  1. Гидросиловое оборудование включает в себя турбины, и гидрогенераторы. В состав данной группы кроме перечисленного входят устройства, связанные с подачей воды на турбину и регулированием ее количества. 

  2. Электрические устройства включают в себя токопроводы от генератора, главные силовые трансформаторы, выводы высокого напряжения, открытое распределительное устройство и ряд других систем. Трансформаторы повышают напряжение до значения, требуемого для передачи энергии на большие расстояния (110 - 750 кВ). Выводы высокого напряжения служат для передачи энергии от силовых трансформаторов к открытому распределительному устройству (ОРУ), которое предназначено для распределения вырабатываемой ГЭС электроэнергии между отдельными линиями электропередачи.

  3. Механическое оборудование включает в себя гидротехнические затворы, подъемно-транспортные механизмы, сороудерживающие решетки и т. п.

  4. Вспомогательное оборудование состоит из системы технического водоснабжения, пневматического хозяйства, масляного хозяйства, противопожарных и санитарно-технических устройств. Из перечисленного оборудования далее рассмотрим более подробно конструкции турбин.

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.

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.