2. Принцип работы
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.
вырабатываемой мощности
- мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
- средние — до 25 МВт;
- малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
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.
Оборудование гидроэлектростанции
... основных элемента, без которых невозможна гидроэлектростанция: плотина, гидротурбина, гидрогенератор, распределение и ... (колеса), преобразующий в механическую работу энергию подводимой воды), была впервые описана в ... современная гидроэлектростанция представляет собой взаимоувязанный комплекс гидротехнических сооружений, водохранилища и ... значимость работы включает в себя материалы о понятии ГЭС, ее ...
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 приплотинные 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.
- плотинные 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 судоподъемники, 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. [2]
3. Гидроэнергетика в мире
На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт.
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях.
Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир).
На 2008 год крупнейшими производителями гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются следующие страны [3] :
| Потребление гидроэнергии в ТВт·ч | |
|---|---|
| 1. Китай | 585 |
| 2. Канада | 369 |
| 3. Бразилия | 364 |
| 4. США | 251 |
| 5. Россия | 167 |
| 6. Норвегия | 140 |
| 7. Индия | 116 |
| 8. Венесуэла | 87 |
| 9. Япония | 69 |
| 10. Швеция | 66 |
| 11. Франция | 63 |
3.1. Крупнейшие ГЭС в мире
| Наименование | Мощность,
ГВт |
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч |
Собственник | География |
|---|---|---|---|---|
| Три ущелья | 22,40 | 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 |
4. Гидроэлектростанции России
По состоянию на 2009 год в России имеется 15 гидроэлектростанций свыше 1000 МВт (действующих, достраиваемых или находящихся в замороженном строительстве), и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.
4.1. 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 |
Примечания:
- ↑ 1 2 Восстанавливается после аварии (2009 год), в скобках указано доаварийное значение.
- Строящиеся объекты.
- ↑ 1 2 3 4 Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.
4.2. Другие гидроэлектростанции России
4.3. Предыстория развития гидростроения в России [4]
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. [6]
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. [7]
5. 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.
6. Недостатки
- затопление пахотных земель.
- строительство ведется там, где есть большие запасы энергии воды.
- на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов.
7. Крупнейшие аварии и происшествия
- Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохранилища Банкяо в 1975 году.Число погибших более 170 000 человек,пострадало 11 млн.[8]
- 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.
Примечания
Данный реферат составлен на основе .
