Гэс принцип работы схема оборудование мощность. Принцип работы и классификация гидроэлектростанций

ГЭС - это гидроэлектростанция, преобразующая энергию водного потока в электрическую. Поток воды, падая на лопасти, вращает турбины, которые, в свою очередь, приводят в движение генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую. Гидроэлектростанции сооружаются на руслах рек, при этом обычно строятся плотины и водохранилища.

Принцип работы

Основа работы ГЭС - это энергия падающей воды. Из-за разности уровней речная вода образует непрерывный поток от истока к устью. Плотина - неотъемлемая часть практически всех гидроэлектростанций, перекрывает движение воды в русле реки. Перед плотиной образуется водохранилище, создавая значительную разницу уровня воды до и после нее.

Верхний и нижний уровень воды называют бьефом, а разницу между ними - высотой падения или напором. Принцип работы достаточно прост. На нижнем бьефе устанавливается турбина, на лопасти которой направляется поток с верхнего бьефа. Падающий поток воды приводит в движение турбину, а она через механическую связь вращает ротор электрического генератора. Чем больше напор и количество воды, проходящее через турбины, тем выше мощность гидроэлектростанции. Коэффициент полезного действия составляет около 85%.

Особенности

Существует три фактора эффективного производства энергии на гидроэлектростанциях:

  • Круглогодичная гарантированная водообеспеченность.
  • Благоприятствующий рельеф. Наличие каньонов и перепадов способствуют гидростроительству.
  • Больший уклон реки.

Эксплуатация гидроэлектростанция имеет несколько, в том числе сравнительных особенностей:

  • Себестоимость производимой электроэнергии существенно меньше, чем на других видах электростанций.
  • Возобновляемый источник энергии.
  • В зависимости от количества энергии, которое должна производить ГЭС, ее генераторы можно быстро включать и выключать.
  • По сравнению с другими видами электростанций ГЭС намного меньше влияет на воздушную среду.
  • В основном ГЭС - это удаленные от потребителей объекты.
  • Строительство гидроэлектростанций очень капиталоемкое.
  • Водохранилища занимают большие территории.
  • Строительство плотин и устройство водохранилищ перекрывает многим видам рыб пути к нерестилищам, что кардинально меняет характер рыбного хозяйства. Но при этом в самом водохранилище устраиваются рыбоводческие хозяйства, увеличиваются запасы рыбы.

Виды

Гидроэлектростанции разделяют по характеру возведенных сооружений:

  • Приплотинные ГЭС - это самые распространенные в мире станции, в которых напор создается плотиной. Строятся на реках с преимущественно небольшим уклоном. Для создания большого напора под водохранилища затопляются значительные территории.
  • Деривационные - станции, сооружаемые на горных реках с большим уклоном. Нужный напор создается в обходных (деривационных) каналах при сравнительно малом расходе воды. Часть потока реки через водозабор направляется в трубопровод, в котором создается напор, что приводит в движение турбину.
  • Гидроаккумулирующие станции. Они помогают справиться энергосистеме с пиковыми нагрузками. Гидроагрегаты таких станций способны работать в насосном и генераторном режиме. Состоят из двух водохранилищ в разных уровнях, соединенных трубопроводом с гидроагрегатом внутри. При высоких нагрузках вода сбрасывается из верхнего водохранилища в более низкое, при этом происходит вращение турбины и вырабатывается электричество. При низком спросе вода перекачивается назад из низкого хранилища в более высокое.

Гидроэнергетика России

На сегодняшний день в России суммарно вырабатывается более 100 МВт электроэнергии на 102 гидроэлектростанциях. Общая мощность всех гидроагрегатов ГЭС России составляет порядка 45 млн кВт, что соответствует пятому месту в мире. Доля ГЭС в общем количестве вырабатываемой электроэнергии в России составляет 21 % - 165 млрд кВт*ч/год, что также соответствует 5 месту в мире. По количеству потенциальных гидроэнергоресурсов Россия стоит на втором месте после Китая с показателем 852 млрд кВт*ч, но при этом степень их освоения составляет лишь 20%, что существенно ниже, чем практически у всех стран мира, в том числе развивающихся. Для освоения гидропотенциала и развития российской энергетики в 2004 году была создана Федеральная программа по обеспечению надежной эксплуатации функционирующих гидроэлектростанций, завершение действующих строек, проектирование и возведение новых станций.

Список крупнейших ГЭС России

  • Красноярская ГЭС — г. Дивногорск, на реке Енисей.
  • Братская ГЭС — г. Братск, р. Ангара.
  • Усть-Илимская — г. Усть-Илимск, р. Ангара.
  • Саяно-Шушенская ГЭС — г. Саяногорск.
  • Богучанская ГЭС — на реке. Ангара.
  • Жигулёвская ГЭС — г. Жигулевск, р. Волга.
  • Волжская ГЭС — г. Волжский, Волгоградская обл, река Волга.
  • Чебоксарская — г. Новочебоксарск, река Волга.
  • Бурейская ГЭС — пос. Талакан, река Бурея.
  • Нижнекамская ГЭС — Челны, р. Кама.
  • Воткинская — г. Чайковский, р. Кама.
  • Чиркейская — река. Сулак.
  • Загорская ГАЭС — река. Кунья.
  • Зейская — г. Зея, р. Зея.
  • Саратовская ГЭС — река. Волга.

Волжская ГЭС

В прошлом Сталинградская и Волгоградская ГЭС, а ныне «Волжская», расположенная в одноименном городе Волжский на реке Волга, средненапорная станция руслового типа. На сегодняшний день считается крупнейшей гидроэлектростанцией в Европе. Количество гидроагрегатов - 22, электрическая мощность - 2592,5 МВт, среднегодовое количество вырабатываемой электроэнергии 11,1 млрд кВт*ч. Пропускная способность гидроузла - 25000 м3/с. Большая часть вырабатываемой электроэнергии поставляется местным потребителям.

Возведение ГЭС стартовало в 1950 году. Пуск первого гидроагрегата был осуществлен в декабре 1958. В полном объеме Волжская гидроэлектростанция заработала в сентябре 1961 года. Ввод в эксплуатацию сыграл важнейшую роль в объединении значимых энергосистем Поволжья, Центра, Юга и энергоснабжения Нижнего Поволжья и Донбасса. Уже в 2000-х годах было произведено несколько модернизаций, что позволило увеличить общую мощность станции. Кроме производства электроэнергии Волжская ГЭС используется для орошения засушливых земельных массивов Заволжья. На сооружениях гидроузла устроены автодорожные и железнодорожные переходы через Волгу, обеспечивающие связь районов Поволжья между собой.

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция (СШГЭС) - крупнейшая в России, расположена на реке Енисей, между Красноярским краем и Хакасией. Строительство станции началось в 1963 году. Первый гидроагрегат был запущен в декабре 1978 года. Возведение ГЭС полностью завершилось лишь в 2000-м. Через девять лет на станции произошла авария: тогда вышел из строя гидроагрегат № 2, его выбросило напором воды со своего места. Машинный зал и технические помещения под ним затопило, погибли 75 человек. Как позже установила комиссия, причиной аварии стал износ шпилек крепления крышки турбины. На восстановление и комплексную модернизацию станции компания «Русгидро» потратила 41 миллиард рублей. Сейчас работы практически завершены. The Village выяснил, как работает станция.

Саяно-Шушенская ГЭС

Крупнейшая гидроэлектростанция
в России

год основания : 1963

местоположение : посёлок Черёмушки, Хакасия

число сотрудников : 580 человек






Саяно-Шушенское водохранилище образовано плотиной ГЭС. Его объём составляет 31 кубический километр. Эта плотина является самой высокой в мире арочно-гравитационной плотиной, её высота 245 метров. Длина гребня составляет 1 074 метра, ширина основания - 105 метров.




Из водохранилища вода попадает в водоводы. Каждый водовод имеет диаметр 7,5 метра. В теле плотины установлено около одиннадцати тысяч различных датчиков, контролирующих состояние сооружения.





Из водоводов вода попадает на турбины. Благодаря их вращению, приходят в движение генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.



Центральный пульт управления. Мозг станции, откуда всего два человека управляют её работой.





В здании СШГЭС установлены десять гидроагрегатов, мощность каждого - 640 мегаватт. Таким образом, общая мощность станции - 6 400 мегаватт, это самая большая электростанция России. Каждый из десяти гидроагрегатов СШГЭС может пропускать по 350 кубических метров воды в секунду.





Восстановительные работы в машинном зале Саяно-Шушенской ГЭС сейчас завершаются, восстанавливается последний гидроагрегат, ведутся отделочные работы.










Оборудование на нижних отметках машинного зала тоже полностью обновили.


Выходя из турбин, вода ниже по течению бурлит и образует водовороты.




Эксплуатационный водосброс используется во время сильных паводков и может пропускать до 13 тысяч кубометров воды в секунду.



Раньше ток со станции подавался в открытое распределительное устройство, которое сейчас демонтируется.




Теперь его функции выполняет комплектное элегазовое распределительное устройство, расположенное в небольшом закрытом помещении. Оно гораздо более надёжное и безопасное, требует намного меньших затрат на обслуживание. В нём - 19 ячеек, в каждой из которых расположены выключатели, разъединители, заземлители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также шкаф управления. В узлах ячейки находится элегаз (SF6). Это тяжёлый газ, очень хороший изолятор.



Станция вырабатывает в среднем 23,5 миллиарда киловатт-часов электроэнергии в год. Проектная мощность - 6 400 мегаватт. Основные потребители - Саянский и Хакасский алюминиевый заводы, предприятия Красноярского края и Кемеровской области. Кроме того, станция является регулирующей для всей энергосистемы Сибири.

Фотографии: Иван Гущин

Гидроэлектростанция

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) - электростанция , в качестве источника энергии использующая энергию водного потока . Гидроэлектростанции обычно строят на реках , сооружая плотины и водохранилища .

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонобразные виды рельефа.

Особенности

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.

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

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.

Крупнейшие гидроэлектростанции России

Наименование Мощность,
ГВт 		Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч 		Собственник География
Саяно-Шушенская ГЭС 2,56 (6,40) 23,50 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 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) 3,31 (2,2) 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) 2,67 (1,8) 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:

Другие гидроэлектростанции России

Предыстория развития гидростроения в России

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.

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.

Недостатки

  • затопление пахотных земель
  • строительство ведется только там, где есть большие запасы энергии воды
  • на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов
  • сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

Крупнейшие аварии и происшествия

Примечания

См. также

Гидроэлектростанция в Викисловаре
Гидроэлектростанция на Викискладе

Ссылки

  • Карта крупнейших ГЭС России (GIF, данные 2003 года)

Многообразие вариантов и уникальность технических решений применяемых при строительстве гидроэлектростанций поражает воображение. На самом деле, не так легко найти две одинаковые станции. Но всё же существует их классификация, основанная на определённых признаках - критериях.

Способ создания напора

Пожалуй, самый очевидный критерий - способ создания напора :

  • русловая гидроэлектростанция (ГЭС);
  • деривационная гидроэлектростанция;
  • гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС);
  • приливная электростанция (ПЭС).

Между этими четырьмя основными видами гидроэлектростанций есть характерные отличия. Речная гидроэлектростанция располагается на реке, перекрывая плотиной её течение для создания напора и водохранилища. Деривационная ГЭС обычно располагается на извилистых горных реках, где можно соединить рукава реки водоводом чтобы пустить часть потока по более короткому пути. Напор при этом создаётся естественным перепадом рельефа местности, а водохранилище может и вовсе отсутствовать. Гидроаккумулирующая электростанция представляет собой два бассейна, располагающихся на разных уровнях. Бассейны соединены водоводами, по которым вода может перетекать в нижний бассейна из верхнего и перекачиваться обратно. Приливная электростанция располагается в заливе, перекрытом плотиной для создания водохранилища. В отличии от гидроаккумулирующей электростанции рабочий цикл ПЭС зависит от явления приливов/отливов.

Величина напора

По величине напора, создаваемого гидротехническим сооружением (ГТС) гидроэлектростанции делятся на 4 группы:

  • низконапорные - до 20 м;
  • средненапорные - от 20 до 70 м;
  • высоконапорные - от 70 до 200 м;
  • сверхвысоконапорные - от 200 м.

Стоить отметить что классификация по величине напора носит относительный характер и разнится от одного источника к другому.

Установленная мощность

По установленной мощности станции - сумме номинальных мощностей генерирующего оборудования установленного на ней. Эта классификация имеет 3 группы:

  • микро-ГЭС - от 5 кВт до 1 МВт;
  • малые ГЭС - от 1 кВт до 10 МВт;
  • крупные ГЭС - свыше 10 МВт.

Классификация по установленной мощности также как и по величине напора, не является строгой. Одну и ту же станцию в разных источниках могут относить к разным группам.

Конструкция плотины

Существует 4 основных группы плотин гидроэлектростанций:

  • гравитационная;
  • контрфорсная;
  • арочная;
  • арочно-гравитационная.

Гравитационная плотина представляет собой массивную конструкцию удерживающую воду в водохранилище за счёт своего веса. Контрфорсная плотина использует несколько другой механизм – свой относительно небольшой вес она компенсирует весом воды, давящей на наклонную грань плотины со стороны верхнего бьефа. Арочная плотина , пожалуй самая изящная, имеет форму арки, упирающейся основанием в берега и округлой частью выпуклой в сторону водохранилища. Удержание воды у арочной плотины происходит за счёт перераспределения давления с фронта плотины на берега реки.

Расположение машинного зала

Точнее, по расположению машинного зала относительно плотины , не путать с компоновкой! Эта классификация имеет значение только для русловых, деривационных и приливных электростанций.

  • руслового типа;
  • приплотинного типа.

При русловом типе машинный зал располагается непосредственно в теле плотины, приплотинной типе - возводится отдельно от тела плотины и обычно располагается сразу за ним.

Компоновка

Под словом "компоновка" в данном контексте подразумевается расположение машинного зала относительно русла реки. Будьте внимательны при чтении другой литературы на эту тему, потому как слово компоновка имеет более широкое значение. Классификация справедлива только для русловых и деривационных электростанций.

  • русловая;
  • пойменная;
  • береговая.

При русловой компоновке здание машинного зала располагается в русле реки, пойменной компоновке - в пойме реки, а при береговой компоновке - на берегу реки.

Зарегулированность

А именно степень зарегулированности стока реки. Классификация имеет значение только для русловых и деривационных гидроэлектростанций.

  • суточного регулирования (цикл работы - одни сутки);
  • недельного регулирования (цикл работы - одна неделя);
  • годичного регулирования (цикл работы - один год);
  • многолетнего регулирования (цикл работы - несколько лет).

Классификация отражает насколько велико водохранилище гидроэлектростанции по отношению к объему годового стока реки.

Все приведённые критерии не являются взаимно исключаемыми, то есть одна и та же ГЭС может быть речного типа, высоконапорной, средней мощности, русловой компоновки с машинным залом приплотинного типа, арочной плотиной и водохранилищем годичного регулирования.

Список использованных источников

  1. Брызгалов, В.И. Гидроэлектростанции: учеб. пособие / В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. - 541 с.
  2. Гидротехнические сооружения: в 2 т. / М.М. Гришин [и др.]. - Москва: Высшая школа, 1979. - Т.2 - 336 с.
Опубликовано: 21 июля 2016 Просмотров: 4.5k
Загрузка...
Top