Развитие гидроэлектростанций

Гидроэлектростанции (ГЭС) по сравнению с тепловыми обладают рядом достоинств, связанных с экономией топлива, с рациональным решением не только проблем энергетики, но и ряда других: судоходство, агрегация, мелиорация, водоснабжение и т.п.

Опыт эксплуатации первых ГЭС показал, что они имеют большую маневренность, хорошую надежность, малые эксплуатационные расходы, требуют немногочисленного персонала, допускают полную автоматизацию.

Современные гидравлические турбины обладают КПД до 93 %. Энергия, производимая ГЭС, дешевле, чем тепловых электростанций.

В техническом и эксплуатационном отношениях очень важным является то, что гидроэлектрические установки обладают маневренностью. Это особенно важно для крупных энергетических систем, так как резкий прирост нагрузки, особенно при аварийных ситуациях в системе, можно быстро компенсировать включением резервных гидроагрегатов. Таким образом, гидроагрегаты очень удобны для покрытия пиков нагрузки в системах, сочетающих как тепловые, так и гидроэлектростанции. Кроме того, конструкция агрегатов ГЭС проще, чем тепловых станций, а процесс производства электроэнергии менее сложен.

Недостатком ГЭС является их «локальность». Она преодолевается передачей электроэнергии на расстояние, однако в некоторых случаях передача энергии перевозкой топлива более оправдана, особенно при применении нефтепроводов и газопроводов. Первоначальные затраты на сооружение ГЭС выше, чем на тепловые.

Отечественные энергетики решили многие сложные задачи, связанные с ГЭС, в частности проблемы сооружения:

- электростанций на равнинных реках с мягкими грунтами (Свирская ГЭС, Днепровская);

- новые ГЭС создавались не только на равнинных реках, но и высоконапорные, в горных районах. Сложными и интересными с точки зрения прогресса гидростроительства явились такие станции как, Ингурская ГЭС в Закавказье с бетонной плотиной высотой 271 м.; Нурекская ГЭС на р.Вахш (Таджикистан) с каменно-набросной плотиной высотой 300 м. и подземным зданием станции; Вилюйская ГЭС , построенная в зоне вечной мерзлоты.

В настоящее время сооружаются ГЭС:

- деривационные;

- приплотинные.

На деривационных ГЭС существенная часть напора создается деривационными водоводами, являющимися искусственными сооружениями в виде открытых каналов, лотков, туннелей или трубопроводов. Водяные турбины ставятся на деривационных водоводах. Такие ГЭС подходят для горных рек.

Приплотинные ГЭС устроены так, что напор в них создается искусственно сооруженной плотиной, которая поддерживает уровень воды, создает верхний бьеф. Здание ГЭС обычно располагается вблизи плотины: вода из водохранилища подходит к турбинам по напорным водоводам, проходящим через тело плотины, либо под плотиной, либо непосредственно из верхнего бьефа. Затем использованная вода из турбин отводится в русло. Для пропуска избытка воды устанавливаются особые водосливные плотины.

В развитии гидростроительства наблюдается общая для электроэнергетики традиция укрупнения агрегатов и увеличения мощности ГЭС.

Если в тридцатые годы XX века единичная мощность крупнейших агрегатов составляла несколько десятков МВт, то мощность крупнейших, например Волжских ГЭС равна 115 МВт, Братской - 225МВт, Красноярской -500 МВт, Саяно-Шушенской - 650 МВт.

Крупнейшими ГЭС являются: Братская - 4 млн кВт, Красноярская 6 млн кВт, Саяно-Шушенская 6,4 млн кВт [2].

Новейшим направлением в области гидроэлектростроительства являются приливные и гидроаккумулирующие электростанции.

Уже работает приливная электростанция (ПЭС) на Ла-Манше мощностью 240 тыс. КВт.

С 1967 года ведется активная эксплуатация второй в мире приливной электростанции - Кислогубской в Баренцевом море.

Плотина ПЭС отгораживает часть моря так, что во время прилива образуется перепад в несколько метров. В нужный момент открывается затвор и вода направляется на лопасти турбины, выравнивая уровни моря и замкнутого пространства. При отливе образуется верхний бьеф со стороны бассейна и нижний со стороны моря и вода направляется в обратную сторону. ПЭС предназначена для покрытия пиков нагрузки. Их мощность может составлять от тыс. до миллионов кВт.

Гидроаккумулирующие станции (ГАЭС) также предназначены для покрытия пиков нагрузки, когда они работают как обычные электростанции. Но они также и потребляют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями системы. В те часы, когда электроэнергия дешева, когда имеется ее избыток, например в поздние ночные часы, ГАЭС превращает свои обратимые турбины в насосы, перекачивающие воду из нижнего в верхний бассейн. Так происходит аккумулирование энергии в форме потенциальной энергии воды, поднятой на определенную высоту. Первая такая станция в СССР была построена под Киевом и имеет мощность 225 тыс. кВт [3].