Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

Гидроэлектростанция (гидроэлектрическая станция, ГЭС) — это комплекс сложных гидротехнических сооружений и оборудования. Его назначение — преобразовывать энергию потока воды в электрическую энергию. Важнейшее гидротехническое сооружение — плотина.

Она задерживает воду в водохранилище, создает необходимый напор воды. Гидравлическая турбина — главный двигатель на ГЭС. С ее помощью энергия воды, движущейся под напором, превращается в механическую энергию вращения, которая затем (благодаря электрическому генератору) преобразуется в электрическую энергию. Гидравлическая турбина, гидрогенератор, устройства автоматического контроля — пульты размещены в машинном зале здания ГЭС. Повышающие трансформаторы могут располагаться и внутри здания, и на открытых площадках. Распределительные устройства чаще всего устанавливают на открытом воздухе рядом со зданием.

По установленной мощности гидроэлектрические станции подразделяют на малые — до 5 МВт, средние — от 5 до 25 и крупные — свыше 25 МВт. В нашей стране действуют 20 ГЭС, на каждой из которых установленная мощность превышает 500 МВт. Крупнейшая среди них — Саяно-Шушенская мощностью 6400 МВт. Гидроэлектрические станции вырабатывают около 14% всей электроэнергии, производимой в нашей стране.

Потенциальные возможности гидроэнергоресурсов сейчас использованы примерно на 14,5%. Проектными организациями доказана возможность сооружения на реках 1870 малых, средних и крупных ГЭС с суммарной мощностью 125 ГВт и годовой выработкой 650 млрд. кВт • ч электроэнергии.

Строительство ГЭС немыслимо без комплексного решения многих задач. Надо удовлетворять нужды не только энергетики, но и водного транспорта, водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйства. Лучше всего этим задачам отвечает принцип к а с к а д н о с т и — когда на реке строят не одну, а ряд ГЭС, расположенных по течению реки. Это позволяет создать на реке ряд последовательно расположенных на разных уровнях водохранилищ, а значит, полнее использовать сток реки, ее энергетические ресурсы и маневрировать мощностью отдельных ГЭС. Каскады гидроэлектрических станций сооружены на многих реках. Кроме Волжского, каскады построены на Каме, Днепре, Чирчике, Раздане, Иртыше, Риони, Свири. Наиболее мощным будет Ангаро-Енисейский каскад с крупнейшими в мире ГЭС — Братской, Красноярской, Саяно-Шу-шенской и Богучанской общей мощностью около 17 ГВт и годовой выработкой 76 млрд. -;Вт • ч электроэнергии.

Существует несколько видов электростанций, использующих энергию потока воды. Помимо гидроэлектростанций строят еще и г и д р о а к к у м у л и р у ю щ и е электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС). С первого взгляда едва ни заметишь разницу между обычной гидроэлектростанцией и гидроаккумулирующей электростанцией. Такое же здание, где размещено главное энергетическое оборудование, такие же линии электропередачи. Нет принципиальной разницы и в способе производства электроэнергии. В чем же особенности ГАЭС?

В отличие от ГЭС гидроаккумулирующая станция требует два водохранилища (а не одно) емкостью по нескольку десятков миллионов кубических метров. Уровень одного должен быть на несколько десятков метров выше другого. Оба водохранилища сообщаются между собой трубопроводами. На нижнем водохранилище строится здание ГАЭС. В нем так называемые обратимые гидроагрега-т ы — гидравлические турбины и электрические генераторы размещены на одном валу. Они могут работать и как генераторы тока, и как электрические водяные насосы. Когда потребление энергии уменьшается, например в ночные часы, гидравлические турбины выполняют роль насосов, перекачивая воду из нижнего водохранилища в верхнее. При этом генераторы работают как электрические двигатели, получающие электрическую энергию от тепловых и атомных электростанций. Когда же потребление электроэнергии возрастает, гидроагрегаты   ГАЭС   переключаются   на   обратное вращение. Падающая из верхнего водохранилища в нижнее вода вращает гидравлические турбины, генераторы вырабатывают электрическую энергию. Таким образом, ГАЭС в ночные часы как бы накапливает электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, а днем отдает ее. Поэтому ГАЭС обычно служит, как говорят энергетики, для покрытия «пиков» нагрузки, т. е. она выдает энергию тогда, когда в ней особо нуждаются. На земном шаре действует более 160 ГАЭС. У нас в стране первая ГАЭС построена под Киевом. Она имеет малый напор, всего 73 м, и суммарную мощность 225 МВт. Вступает в строй более крупная ГАЭС в Московской области (мощностью 1,2 ГВт, с напором 100 м). С вводом ее в строй столичная энергосистема станет еще более надежной и экономичной.

Обычно ГАЭС строят на реках. Но, как оказалось, подобные электростанции можно строить на берегах морей и океанов. Только там они получили иное название — приливные электростанции (ПЭС).

С точностью часов 2 раза в сутки уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.

Если залив или устье реки перегородить плотиной, то в момент наибольшего подъема воды в таком искусственном водохранилище можно запереть сотни миллионов кубических метров воды. Когда же в море наступает отлив, между уровнями воды в водохранилище и в море создается перепад, достаточный для вращения гидротурбин, установленных в зданиях ПЭС. Если водохранилище одно, ПЭС может вырабатывать электрическую энергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами соответственно по 1—2 ч четыре раза за сутки (столько раз меняется уровень воды в водохранилище при приливах и отливах).

Чтобы устранить неравномерность выработки электроэнергии, водохранилище станции делится плотиной на 2—3 меньших.  В одном поддерживают уровень отлива, в другом — уровень  прилива,  третье  служит   резервным.

На ПЭС устанавливают гидроагрегаты, которые способны работать с высоким кпд как з генераторном (производить электроэнергию), так и в насосном режиме (перекачивать воду из водохранилища с низким уровнем воды в водохранилище с высоким уровнем). В насосном режиме ПЭС работает в том случае, если в энергосистеме появляется избыточная электроэнергия. В этом случае агрегаты подкачивают или откачивают воду из одного водохранилища в другое.

В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.

Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на 6—14 ГВт на Белом море, Пенжинской на 35 ГВт и Тугурской на 10 ГВт на Охотском море.

Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн — интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.

Строительство крупных энергетических гигантов — будь то ГЭС, ГАЭС или ПЭС — каждый раз экзамен для строителей. Здесь соединяется труд рабочих самой высокой квалификации и разных специальностей — от мастеров бетонных   работ  до  монтажников-верхолазов.