ГЭС: принцип работы, схема, оборудование, мощность

Содержание

Классификация и конструктивные отличия

Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений. В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:

  1. Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
  2. Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
  3. Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
  4. Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
  5. Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.

ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы. Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.

Условия для строительства ГЭС

Место для строительства выбирают очень тщательно, ведь неправильное расположение станции может не только снизить ее эффективность, но и привести к затоплению близлежащих районов, в том числе и населенных. Чтобы построить эффективно работающую гидроэлектростанцию, соблюдаются следующие требования:

Сильная река, текущая под углом и обеспечивающая круглогодичный доступ воды

В результате работы гидростанции вода постоянно испаряется в большом количестве, поэтому необходим сильный водный поток, нивелирующий испарение. Идеально, если река проходит под большим углом, а течение непрерывное и сильное.

Приближенность мест добычи сырья и строительных материалов

ГЭС чаще всего строится рядом с горными реками, поэтому может быть сложно доставлять материалы к месту стройки. Поэтому место для строительства выбирают с учетом близко расположенных карьеров для добычи высококачественного песка, камня и других стройматериалов.

Устойчивость почвы

Станцию строят только там, где скалистые структуры и почва достаточно устойчивы, чтобы выдержать огромную нагрузку от силы потока в плотине, веса воды и самого сооружения. Горные породы должны выдерживать землетрясения и не пропускать воду, чтобы не ослабить плотину.

Принцип работы ГЭС

Работа гидроэлектростанции достаточно проста. Возведенные гидротехнические сооружения обеспечивают стабильный напор воды, который поступает на лопасти турбины. Напор приводит турбину в движение, в результате чего она вращает генераторы. Последние и вырабатывают электроэнергию, которую затем по линиям высоковольтных передач доставляют потребителю.

Основная сложность подобного сооружения – обеспечение постоянного напора воды, что достигается путем возведения плотины. Благодаря ей большой объем воды концентрируется в одном месте. В некоторых случаях используют естественный ток воды, а иногда плотину и деривацию (естественное течение) применяют совместно.

В самом здании находится оборудование для ГЭС, основная задача которого заключается в преобразование механической энергии движения воды в электрическую. Эта задача возложена на генератор. Также используется и дополнительное оборудование для контроля работы станции, распределяющие устройства и трансформаторные станции.

Ниже на картинке показана принципиальная схема ГЭС.

Как видите, поток воды вращает турбину генератора, тот вырабатывает энергию, подает ее на трансформатор для преобразования, после чего она транспортируется по ЛЭП к поставщику.

Деление электростанции России по типам

Ведущую роль в электроэнергетике России играют тепловые электростанции, доля которых в отрасли составляет 67%, что в числовом эквиваленте равно 358 электростанциям. При этом внутри теплоэнергетика делится на станции по виду потребляемого топлива. Первое место занимает природный газ, на долю которого приходится 71%, далее следует уголь с 27,5%, на третьем месте жидкое топливо (мазут) и альтернативные виды топлива, объем которых не превышает половины процента от общей массы.

Крупные тепловые электростанции России, как правило, размещаются в местах сосредоточения топлива, что позволяет снизить затраты на доставку. Также особенностью ТЭС является ориентированность на потребителя при одновременном применении топлива, обладающего высокой калорийностью. В качестве примера, можно привести станции, потребляющие в качестве топлива мазут. Как правило, они расположены в крупных нефтеперерабатывающих центрах.

Наряду с привычными ТЭЦ на территории России функционируют ГРЭС, что расшифровывается как государственная районная электрическая станция. Примечательно, что подобное название сохранилось со времен СССР. Слово «районная» в названии означает ориентированность станции на покрытие энергетических затрат определенной территории.

Мощности

Есть разные гидроэлектростанции, которые можно поделить по вырабатываемой мощности:

  1. Очень мощные – с выработкой более 25 МВт.
  2. Средние – с выработкой до 25 МВт.
  3. Малые – с выработкой до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от в первую очередь от потока воды и КПД самого генератора, который на ней применяется. Но даже самая эффективная установка не сможет производить большие объемы электроэнергии при слабом напоре воды. Также стоит учитывать, что мощность гидроэлектростанции не является постоянной. В силу естественных природных причин уровень воды в дамбе может увеличиваться или уменьшаться. Все это оказывает влияние на объемы производимой электроэнергии.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций

Даже используя возобновляемый источник энергии (воду), гидроэлектростанции не являются «чистой» альтернативой производству энергии. Как сказано, установка конструкций завода представляет сильное влияние на местную фауну и флору.

Кроме того, растения могут повышать температуру окружающей среды, затоплять близлежащие районы, поднимать уровень реки и вызывать выселение населения, проживающего вблизи участка.

С другой стороны, гидроэлектростанции менее агрессивны по отношению к окружающей среде, чем термоэлектростанции, которые основаны на использовании минерального угля и нефти. Производство электроэнергии на гидроэлектростанции дешевле, чем на других моделях, например, на атомной электростанции.

Деривационные

Деривационные гидроэлектростанции строятся на руслах рек с большим уклоном по принципу отведения воды. Большой уклон не позволяет накапливать воду в нужных количествах, поэтому воду забирают из русла и искусственным путем подводят к самой станции по водоотводу с малым уклоном. В результате к гидростанции вода поступает с большой высоты. Именно разницей в уровнях жидкости обусловлен сильный напор станции.

Способы применения гидроэнергии

Гидроэнергетика решает многие вопросы. Водные и гидроэнергетические ресурсы широко используются в России и во всем мире. Строительство ГЭС требует финансовых расходов, но они все оправданы, так как в итоге государство получает много преимуществ:

  • Энергия поступает постоянно и не требует дополнительного (помимо строительства станции) вмешательства.
  • Энергия необходима для быстрого и качественного развития производства.
  • ГЭС решает проблему водоснабжения различных районов страны.
  • Появляется пресная вода. Более того, на некоторых станциях начали устанавливать фильтры для очистки воды.
  • Так как дамба перекрывает циркуляцию воды, то это способствует разведению рыб, что удачно сказывается на рыболовстве.

Этот список далеко не полон. Существует много преимуществ ГЭС, которые позволяют назвать данный способ получения энергии наиболее комфортным для населения и экологии страны.

Гидроаккумулирующие (ГАЭС)

В ГАЭС строятся два бассейна: нижний и верхний, сама станция располагается около нижнего бассейна. Во время возникновения избыточных электрических мощностей в системе электроснабжения агрегаты выполняют роль насосов, качая воду из нижнего бассейна наверх.

При необходимости воду пускают по трубам вниз, запуская турбины. Преимуществом ГАЭС является то, что они собирают электричество и используют его во время пиковых нагрузок.

Гидроэнергия – альтернативный путь получения дешевой энергии:

На всех этапах своего развития человеческая цивилизация остро нуждалась в источниках дешевой энергии, чтобы обогреть жилища и поддерживать простейшие производственные операции ремесленного люда. К основным источникам энергии относилась тепловая энергия, получаемая от сгорания древесины, торфа, каменного угля и производных углеводородного сырья без переработки.

Однако, для получения тепловой энергии необходимо было иметь соответствующие запасы сырья. Иными словами, чтобы в домашнем очаге крестьянина, жившего в средневековье, горел огонь, а в печи ремесленника присутствовал жар, нужно было заготавливать дрова или иметь нужный запас угля. Потребность в топливе постоянно росла, что обусловило необходимость возведения угольных шахт, привело к вырубке лесов и совершенствованию добычи углеводородного сырья.

Несмотря на традиционные представления, сформированные в научной среде на протяжении столетий, всегда имелась реальная альтернатива общепринятым источникам энергии. Речь идет о гидроэнергии, которая скрыта внутри движущихся водных потоках. В действительности, объемы энергии, сосредоточенной в русловых водотоках и приливных движениях природных вод безмерны. Наиболее перспективным вариантом получения дешевой энергии является преобразование внутреннего потенциала течения в электрический ресурс за счет разности уровней потока. До середины XIX века большое распространение получили водяные колёса, преобразующие силу падающей воды в механическую энергию вращающегося вала. Принцип работы водяного колеса широко применялся в водяных мельницах, в работе кузнечного молота и мехов. В последующем, на смену водяным колёсам пришли более производительные гидротурбины с высоким КПД.

В первой половине прошлого века во многих развитых странах мира начинают возводить уникальные гидротехнические сооружения – гидроэлектростанции (ГЭС). Считается, что в России первая гидроэлектростанция была построена на реке Берёзовка в Рудном Алтае в 1892 году. Берёзовская ГЭС, мощностью 200 КВт обеспечивала электричеством систему шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.

Особенности получения гидроэнергии

  • Основная особенность гидроэнергетики – это то, что энергия рек перерабатывается в электричество.
  • Гидроэнергетический способ получения электричества – один из самых выгодных и дешевых.
  • Гидроэнергетика экологически чистая, так как речной сток – это возобновляемый источник энергии, а вредных отходов в процессе не выделяется.
  • ГЭС часто строятся в горах и территориально отдалены от потребителей.
  • Плотины перекрывают пути нереста рыб, однако в самих водохранилищах рыба может беспрепятственно размножаться, что увеличивает рыбное поголовье и положительно сказывается на рыбном хозяйстве.
  • Защитные сооружения для водохранилищ ограничивают площадь затопляемых территорий.
  • Строительство ГЭС подразумевает использование мощных систем подготовки воды и очистительных систем.

Предыстория развития гидростроения в России.

 
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 возведенных по плану ГОЭЛРО.

Однако и до начала строительства Волховской ГЭС Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями. Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие 19-го века и первые 20 лет двадцатого столетия достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований.

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.

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.

Плюсы и минусы гидроэлектростанций

Преимущества ГЭС:

  • не тратятся природные ресурсы;
  • низкая цена этой энергии;
  • при работе ГЭС нет вредных выбросов.

Недостатки ГЭС также есть. Главный недостаток ГЭС заключается в том, что они затапливают ближайшие земли, возможны несчастные случаи, когда страдают целые поселки.

Важно также понимать, что существуют как плюсы, так и минусы водохранилищ.

Гидроэлектростанция (ГЭС) как гидротехническое сооружение:

На сегодняшний день существует несколько определений гидроэлектростанции (ГЭС). К наиболее распространенному варианту формулировки данного определения следует отнести следующее:

Гидроэлектростанция (ГЭС) представляет собой сложную технологическую систему, конечной целью которой является получение электроэнергии из речного водотока.

Или, например, такое:

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока.

Очевидно, что главным условием работы гидроэлектростанции является соблюдение нескольких факторов:

а) поступление больших объемов воды круглый год,

б) максимальный уклон речного рельефа, что позволит водной массе низвергаться вниз.

Гидроэлектростанции (ГЭС) строят на реках, чтобы иметь доступ к восполняемому источнику воды.

Для бесперебойной и стабильной работы станции необходим резервный запас воды, сосредоточенный в водохранилище. Благодаря искусственному водоему с заданными объемами водной массы можно регулировать мощность потока воды. Чтобы получить водохранилище с четко обозначенными границами возводят плотину, которая перегораживает водоток.

Гидроэлектростанция относится к одному из видов гидротехнических сооружений, которые возводятся человеком с целью рационального использования водных ресурсов. Гидротехнические сооружения имеют конкретное функциональное назначение, однако, все их разновидности обслуживают водные потоки.

Видов гидротехнических сооружений множество: это собственно гидроэлектростанция, судоподъёмник, шлюз, плотина, дренажная система, волнолом, пирс, дамба.

Таким образом, гидроэлектростанцию следует рассматривать, как один из видов искусственных сооружений, возводимых человеком на речном водотоке.

По своему предназначению, гидроэлектростанция (ГЭС) является гидротехническим сооружением, использующим огромную массу падающей водной массы для выработки электроэнергии.

При принятии решения по строительству ГЭС принимают во внимание потенциальные возможности естественного речного водотока в плане поставки достаточного водного ресурса. Кроме того, на данном этапе следует досконально изучить особенности местного рельефа, который может существенно влиять на мощность станции.

Крупнейшие гидроэлектростанции России

Наименование Мощность,
ГВт
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч
Собственник География
Саяно-Шушенская ГЭС 2,56 (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 2,58 12,30 ОАО РусГидро р. Волга, г. Волжский
Жигулёвская ГЭС 2,32 10,50 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] 3,31 (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 2,60 ОАО РусГидро р. Кама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС 1,00 2,47 ОАО РусГидро р. Сулак, п. Дубки

Устройство и конструкция ГЭС

Обычные гидроэлектростанции включают четыре основных компонента:

  • Дамба. Поднимает уровень воды в реке, чтобы создать энергию падающей воды. Также контролирует подачу воды. Образующийся резервуар – это, по сути, накопленная энергия.
  • Турбина. Сила падающей воды, толкающей на лопатки турбины, заставляет турбину вращаться. Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия обеспечивается падающей водой вместо ветра. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию.
  • Генератор Соединенный с турбиной, валами и, возможно, шестернями поэтому, когда турбина закручивается, генератору нужно также ей раскрутить. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как и генераторы на других типах электростанций, он нужен.
  • Линии электропередач. Проводят электричество от гидроэлектростанции до жилых домов и предприятий.
  • Запруда.

Это лишь краткий обзор ГЭС, на самом деле компонентов больше.

Классификация гидроэлектростанций. Типы и виды гидроэлектростанций:

В зависимости от степени напора водяной массы различают:

– низконапорные гидроэлектростанции (высота напора здесь варьируется в пределах от 3 до 25 метров), при этом устанавливаются поворотно-лопастные гидротурбины;

– средненапорные гидроэлектростанции (высота напора здесь может находиться в пределах 25-60 метров), при этом практикуется установка гидротурбин радиально-осевого и поворотно-осевого типа;

– высоконапорные гидроэлектростанции (высота напора здесь больше 60 метров), при этом используются гидротурбины ковшового и радиально-осевого типа.

В зависимости о мощности вырабатываемой электроэнергии встречаются:

– ГЭС большой мощности, более 25 МВт;

– ГЭС средней мощности, менее 25 МВт;

– маломощные ГЭС, мощность которых не превышает 5 МВт.

В зависимости от принципа использования водного ресурса, различают:

– плотинные станции генерации электроэнергии. ГЭС такого типа – наиболее распространенный вариант. Плотина (дамба) возводится с целью перегораживания русла реки и подъема уровня воды для создания необходимого напора. Вода подается на гидротурбины непосредственно из созданного водохранилища. Сфера применения – многоводные реки на равнинах и горные реки с узким руслом;

– приплотинные станции. ГЭС данного типа возводятся с целью получения повышенного напора. Плотина полностью перегораживает речное русло, а вода подается через специальный канал к гидротурбинам, расположенным в нижней части ГЭС;

– станции деривационного типа, возводимые в местах с большим уклоном реки. Вода отводится к зданию ГЭС через водоотводы. Деривационные ГЭС могут быть с напорной деривацией, безнапорные или смешанного типа;

– гидроаккумулирующие станции. Станции подобного типа в обычной обстановке могут аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, а в моменты пиковых нагрузок отдавать в систему для поддержания станции в рабочем состоянии;

– гирляндная свободно-проточная станция. Принцип работы такой станции следующий: в речной проток поперек русла (под углом) опускается трос с нанизанными роторами, которые под воздействием течения вырабатывают электроэнергию. Данный тип ГЭС является примером преобразования потенциала водной массы в электроэнергию без возведения плотины.

Конструкция и составляющие гидроэлектростанции. Машинный зал. Гидротурбины. Генераторы тока. Гидрогенераторы. Плотина (дамба). Уравнительный резервуар:

Одним из центральных помещений гидроэлектростанции является машинный зал, в котором размещается базовое энергетическое оборудование. Под машинный зал выделяется большое помещение, расположенное в нижней части объекта. В зале на специальной бетонной основе размещается целая система гидроагрегатов, которые в свою очередь состоят из гидротурбин и генераторов тока. Поток воды, подводимый к турбинам, заставляет лопасти крутиться, в результате чего гидрогенераторы начинают вырабатывать ток.

Длина машинного зала зависит от количества расположенных здесь гидротурбин. Зал оснащается мостовым краном, благодаря которому происходит периодическая замена изношенного оборудования, т.е. гидротурбин и генераторов тока. Турбины, выпускаемые отечественной промышленностью, рассчитаны на разный напор воды, поэтому подбираются для конкретной ГЭС с учетом рассчитанной мощности. Работой гидротурбин и электрогенераторов управляет дежурная смена операторов из другого помещения, расположенного в здании ГЭС.

Анализируя многие неоднозначные моменты работы гидроэлектростанции, нельзя упустить назначение отдельных гидротехнических сооружений, без которых процесс преобразования механической энергии в принципе невозможен. К таким важным гидротехническим сооружениям следует отнести плотину (дамбу).

Главное предназначение плотины – целенаправленное перекрытие речного русла с перенаправлением водотока по закрытому каналу или искусственному руслу в направлении гидроэлектростанции. Плотина, совместно с электростанцией образуют комплексное гидротехническое сооружение – гидроузел. В результате перекрытия водотока реки образуется достаточно объемное водохранилище, уровень которого может регулироваться посредством увеличения или снижения напора выпуска. В гористых районах возводятся глухие плотины, полностью перекрывающие речное русло. Для получения большого напора низвергающейся водной повышаются требования к массе плотины, повышающей ее прочность. Вот почему во время строительства горных плотин используется бетонная (железобетонная) основа. Достаточной надежностью отличаются каменные плотины, возведенные из плотных скальных пород или высокопрочного полнотелого кирпича.

Очевидно, что для обеспечения бесперебойной работы ГЭС необходимо поддерживать напор в заданных пределах. Поэтому, вода, поступающая к гидротурбинам, предварительно сосредотачивается в уравнительном резервуаре. Данный подход актуален для электростанций, возведенных на реках с естественным течением водных масс, не меняющимся на протяжении года. Для речных водоемов с нестабильной скоростью потока требуется возведение плотины с формированием четких границ водохранилища, что сопровождается подъемом уровня воды.

Безаварийную круглосуточную работу ГЭС обеспечивает устройство управления и контроля станции.

Немаловажное значение имеет дополнительное оборудование – трансформаторная подстанция и распределительные устройства.

От слаженной работы всех систем и устройств зависит безопасность эксплуатации электростанции. В силу сложности инициируемых рабочих операций и технологических регламентов возрастает ответственность руководящего аппарата и обслуживающего персонала за безаварийную эксплуатацию всего объекта.

Ископаемое топливо: характеристика, проблематика

Природные запасы ископаемого топлива – это модифицированные продукты распада животных и растений, погибших миллионы лет назад. Когда они сжигаются на специализированных предприятиях, выделяется тепловая энергия, которая применяется для производства электрической.

Сегодня переход на чистые возобновляемые источники энергии является политической задачей всего мира. Это обусловлено тем, что ископаемое топливо будет исчерпано в течение последующих 200 лет, а мировые поставки сырой нефти и природного газа, по оценкам специалистов, иссякнут в течение 100 лет.

Но есть и преимущества ископаемого топлива:

  • Высокая эффективность. Оно может быть добыто относительно дешевым способом, а транспортировка его сравнительно быстра и удобна.
  • Технологии, необходимые для генерирования электроэнергии, давно отработаны, оборудование является надёжным, его легче приобрести и эксплуатировать, чем, например, устройства для солнечных или ветровых электростанций.

Помимо того, что запасы ископаемого топлива постепенно истощаются, главным недостатком процесса извлечения энергии этим способом является негативное воздействие на окружающую среду. Горение сопровождается образованием тяжелых твердых частиц и высоким выбросом углекислого газа.

Каменный уголь более качественный, но многие электростанции используют бурый, который добывать намного дешевле. Количество получаемой энергии в расчете на 1 кг веса бурого угля по сравнению с каменным примерно в 3 раза ниже (первого – 3 кВт⋅ч на кг, второго – 9 кВт⋅ч на кг). Поэтому на электростанциях, работающих на буром угле, необходимо сжигать тройную массу на единицу энергии.

Для уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде, ТЭС имеют высотные дымоходы, которые рассеивают эти частицы и локально уменьшают их вредное влияние. Кроме того, на электростанциях устанавливаются дымоходные фильтры.

Проблемы данной области энергетики

Обладая массой плюсов, гидроэнергетика все же несет за собой и ряд минусов. Основной из них – отчуждение больших площадей под искусственные водоемы с разрушением экосистемы.

Второй недостаток – это периодические затопления из-за увеличения уровня воды и заболачивание местности. Также подмывание и изменение береговых линий, ухудшение качества воды.

Особенности возведения и эксплуатации

Выбор определенной модификации ГЭС определяется особенностями местности и расчетной эффективностью речного потока. Общая схема всех видов в обязательном порядке включает сорозаборные решетки на входных отверстиях, центр управления и контроля, площадку для обслуживания электрооборудования и трансформаторы, преобразующие вырабатываемое электричество в 220 V или другой необходимый стандарт напряжения.

Для сооружения генератора ГЭС используют распространенные унифицированные элементы. Все оборудование износостойкое, обладает большим сроком эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию. Но в целом устройство каждой станции уникально. Конструкцию, привязанную к конкретному географическому району, нельзя повторить, как нельзя найти и две идентичные по условиям бассейна реки.

Разобравшись, как работает гидроэлектростанция, можно сформулировать ее преимущества относительно ТЭС и АЭС:

  • вода — возобновляемый и чистый источник энергии;
  • высокий КПД;
  • отсутствие расходов на топливо;
  • снижение затрат на обслуживание и персонал;
  • низкий уровень риска аварий.

Причина, по которой выработка электроэнергии ГЭС составляет лишь около 20% от мирового производства электричества, заключается в необратимом влиянии на экосистему по всему руслу реки и ирригацию прилегающих территорий. Размеры всего гидроузла, включая водохранилище, достигают сотен тысяч га. До сих пор не существует надежных методов комплексной оценки масштабов такого влияния.

Крупнейшие аварии и происшествия

  • Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохранилища Баньцяо на реке Жухэ в провинции Хэнань в результате тайфуна Нина 1975 года. Число погибших более 170 000 человек, пострадало 11 млн.
  • 17 мая 1943 года — подрыв британскими войсками по операции Chastise плотин на реках Мёне (водохранилище Мёнезее) и Эдер (водохранилище Эдерзее), повлекшие за собой гибель 1268 человек, в том числе около 700 советских военнопленных.
  • 9 октября 1963 года — одна из крупнейших гидротехнических аварий на плотине Вайонт в северной Италии.
  • В ночь на 11 февраля 2005 года в провинции Белуджистан на юго-западе Пакистана из-за мощных ливней произошел прорыв 150-метровой плотины ГЭС у города Пасни. В результате было затоплено несколько деревень, более 135 человек погибли.
  • 5 октября 2007 года на реке Чу во вьетнамской провинции Тханьхоа после резкого подъема уровня воды прорвало плотину строящейся ГЭС Кыадат. В зоне затопления оказалось около 5 тысяч домов, 35 человек погибли.
  • 17 августа 2009 года — крупная авария на Саяно-Шушенской ГЭС (Саяно-Шушенская ГЭС — самая мощная электростанция России). В результате аварии погибло 75 человек, оборудованию и помещениям станции был нанесён серьёзный ущерб.

Влияние ГЭС на экологию

Хотя гидроэнергетика более экологична, чем другие источники, она не лишена своих проблем. Плотины могут оказывать негативное воздействие на окружающие экосистемы, например, снижать численность рыбных популяций, а также снижать качество самой воды. Работа ГЭС шумная и может помешать таким отраслям как: сельское хозяйство. В связи с этим гидроэлектростанции должны строиться с учетом окружающей среды, с гарантиями восстановления любых возможных потерь, которые они могут понести, наряду с постоянным мониторингом воздействия на окружающую среду. Однако при всех минусах также есть и важные плюсы, которые заключаются в экологичности метода.Проблемы данной области энергетики

Гидроэнергетика имеет достоинства и недостатки. Часто происходят случаи затапливание ближайших районов. Также страдает экосистема, что несомненно является недостатком.

Роль плотины

Самый сложный, большой и вообще основной элемент любой ГЭС – плотина. Невозможно понять, что такое ГЭС, не разобравшись в сути работы плотины. Они представляют собой огромные перемычки, которые удерживают водный поток. В зависимости от конструкции они могут отличаться: есть гравитационные, арочные и другие сооружения, но их цель всегда одна – удержание большого объема воды. Именно благодаря плотине удается концентрировать стабильный и мощный поток воды, направляя его на лопасти турбины, которая вращает генератор. Он, в свою очередь, и производит электрическую энергию.

Перспективы и потенциал гидроэнергетики

Гидроэнергетика — наиболее эффективный и удобный метод производства электроэнергии. Современные гидротурбины настолько инновационные, что способны конвертировать более 90% доступной энергии в электроэнергию. Это намного лучше по сравнению с лучшим объектом ископаемого топлива, который является только на 50% эффективным.

Гидроэлектростанция играет важнейшую роль в современном балансе электроэнергии, обеспечивая более 16% выработки электроэнергии во всем мире. Хотя есть и другие возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и геотермальная ожидается, что благодаря быстрому накоплению пара гидроэнергетика будет обеспечивать энергией большинство мировых экономик в течение многих последующих лет.

Гидроэлектростанции в Бразилии

Почти вся вырабатываемая в стране электроэнергия вырабатывается гидроэлектростанциями. Бразилия обладает третьим по величине гидроэнергетическим потенциалом в мире, уступая только Канаде и США. Кроме того, он также занимает третье место в рейтинге стран с самым высоким гидравлическим потенциалом, опередив только Россию и Китай.

Основными бразильскими гидроэлектростанциями являются:

  • Бинасная гидроэлектростанция Итайпу: часть штата Парана и часть Парагвая.
  • Гидроэлектростанция Белу-Монте: расположена в Рио Сингу, штат Пара.
  • Гидроэлектростанция Тукуруи: расположена на реке Токантинс, штат Пара.
  • Гидроэлектростанция Джирау: расположена на реке Мадейра в штате Рондония.
  • Гидроэлектростанция Санто Антонио: расположена на реке Мадейра, в штате Рондония.

Технологии

Как мы уже знаем, принцип работы ГЭС основан на использовании механический энергии падающей воды, которая в дальнейшем с помощью турбины и генератора преобразуется в электрическую. Сами турбины могут быть установлены либо в дамбе, либо возле нее. В некоторых случаях применяют трубопровод, через который вода, находящаяся ниже уровня дамбы, проходит под высоким давлением.

Индикаторов мощности любой ГЭС несколько: расход воды и гидростатический напор. Последний показатель определяется разницей высот между начальной и конечной точкой свободного падения воды. При создании проекта станции на одном из этих показателей основывают всю конструкцию.

Известные сегодня технологии производства электричества позволяют получать высокий КПД при преобразовании механической энергии в электрическую. Иногда он в несколько раз превышает аналогичные показатели тепловых электростанций. Столь высокая эффективность достигается за счет применяемого на гидроэлектростанции оборудования. Оно надежное и относительно простое в использовании. К тому же за счет отсутствия топлива и выделения большого количества тепловой энергии срок службы подобного оборудования достаточно большой. Поломки здесь случаются крайне редко. Считается, что минимальный срок службы генераторных установок и вообще сооружений – около 50 лет. Хотя на самом деле даже сегодня вполне успешно функционируют гидроэлектростанции, которые были построены в тридцатых годах прошлого века.

Подведем итоги

Подводя итоги, можно отметить, что количество электростанций в России составляет 558 действующих объектов, что в достаточной степени покрывает потребность промышленности и населения в электроэнергии.

При этом наиболее дешевыми в эксплуатации являются ГЭС, а самую дешевую энергию вырабатывают АЭС, которые при этом остаются самыми опасными объектами. Факторами, оказывающими влияние на размещение станций, являются наличие сырья и нужды потребителей. Например, электростанции Урала занимают небольшую часть общего числа, поскольку плотность населения в данном регионе намного ниже, чем в центральных районах, которые считаются самыми «богатыми» по количеству ТЭЦ, АЭС и ГРЭС.

Источники

  • https://ekoenergia.ru/alternativnaya-gidroenergetika/printsip-rabotyi-ges.html
  • https://cleanbin.ru/terms/hydropower-plants
  • https://FB.ru/article/352306/ges-printsip-rabotyi-shema-oborudovanie-moschnost
  • https://MadEnergy.ru/stati/spisok-krupnejshih-ehlektrostancii-rossii-na-karte.html
  • https://ru.basicdefinitions.org/359-meaning-of-hydroelectric-plant
  • https://zen.yandex.ru/media/id/5ce84a3daa7e8b00b356bf15/vidy-ustroistvo-i-princip-raboty-gidroelektrostancii-ges-potencial-gidroenergetiki-5ef060ab77256d0cd871f5b5
  • https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/gidroelektrostantsiya/
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/9011
  • https://energoseti.ru/articles/teploenergetika-rossii

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Cardmoscow
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

error: