Гидроэлектростанции входят в состав гидроузлов. Гидроузел – комплекс гидротехнических сооружений, обеспечивающих использование водных ресурсов для получения электрической энергии, водоснабжения, орошения, а также защиту от наводнений, улучшение условий судоходства, рыбоводства, рекреации и др.
Состав и назначение сооружений ГЭС. Если основной задачей создания гидроузла является получение электроэнергии, то его обычно называют ГЭС или гидроэнергетическим объектом. В комплексе сооружений гидроузла выделяют основные и вспомогательные сооружения. Для обеспечения производства строительно-монтажных работ в период строительства возводят временные сооружения.
Основные сооружения в зависимости от выполняемых функций подразделяют на:
Водоподпорные и водосбросные сооружения,
предназначенные в зависимости от схемы ГЭС для создания водохранилища, всего или части напора ГЭС, пропуска в нижний бьеф эксплуатационных расходов, в том числе паводковых (включающие плотины и водосбросы разных типов), а также для сброса льда, шуги, промыва наносов (включающие для этих целей в ряде случаев специальные устройства). На многоводных реках максимальные паводковые расходы могут достигать 100 тыс.м3 /с и более. Так, на самой крупной в мире ГЭС «Три ущелья» на р. Янцзы (Китай) сооружения гидроузла рассчитаны на пропуск при ФПУ максимального расчетного паводка 102,5 тыс.м3 /с, на Чебоксарской ГЭС на Волге максимальный расчетный расход обеспеченностью 0,01% составляет 48 тыс.м3 /с, на Днепрогэсе – 25,9 тыс.м3 /с.Энергетические сооружения, предназначенные для выработки электроэнергии и выдачи ее в энергосистему и включающие водоприемники; водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к гидротурбинам в здании ГЭС и отводящие воду от здания ГЭС в нижний бьеф; здания ГЭС с энергетическим оборудованием (гидротурбины, гидрогенераторы, трансформаторы и др.), механическим, подъемно-транспортным, вспомогательным оборудованием, системой управления; открытые (ОРУ) или закрытые (ЗРУ) распределительные устройства для приема и выдачи электроэнергии в энергосистему, а также аварийного отключения ЛЭП.
Судоходные и лесосплавные сооружения, предназначенные для пропуска судов, плотов через гидроузел и включающие шлюзы, судоподъемники с подходными и отводящими каналами, плотоходы и др.
Водозаборы для орошения, водоснабжения, обеспечивающие необходимую подачу воды и включающие водоприемники, насосные станции и др.
Рыбопропускные и рыбозащитные сооружения, предназначенные для пропуска проходных пород рыбы к нерестилищам в верхнем бьефе и в обратном направлении и включающие рыбоходы и рыбоподъемники.
Транспортные сооружения, предназначенные для связи сооружений гидроузла между собой, а также для пропуска через них автомобильных и железных дорог и включающие мосты, шоссейные и железные дороги и др.
В зависимости от природных условий участка размещения гидроузла (гидрологических, топографических, геологических, климатических), схемы создания напора, типа ГЭС часть основных сооружений гидроузла может быть совмещена друг с другом (например, водосливные здания ГЭС, где здание ГЭС совмещено с водосбросом).
Вспомогательные сооружения предназначены для обеспечения необходимых условий нормальной эксплуатации гидроузла и работы обслуживающего персонала и включают административно-бытовые здания, системы водоснабжения, канализации и др.
Временные сооружения, необходимые для производства строительно-монтажных работ, можно разбить на две группы.
К первой группе относятся сооружения, обеспечивающие пропуск расходов реки во время строительства в обход котлованов и строящихся сооружений и защиту их от затопления и включающие строительные каналы, водоводы, туннели, перемычки, системы водопонижения и др.
Ко второй группе относятся подсобные производственные предприятия, включающие бетонные заводы со складами цемента, заполнителей для бетона, арматурные, деревообрабатывающие и механические цеха, базы механизации и автотранспорта, склады, временные дороги, системы временного электроснабжения, связи, водоснабжения и др.
Во многих случаях часть временных сооружений после завершения строительства используют в период эксплуатации ГЭС. Так, из сооружений первой группы строительные каналы и туннели могут входить полностью или частично в состав водосбросов или водоводов ГЭС, а перемычки в состав плотин.
Сооружения второй группы полностью или частично могут использоваться как начальная инфраструктура территориальнопроизводственных комплексов, базирующихся на ГЭС.
Для обеспечения надежной и долговечной работы ГЭС в эксплуатационных условиях с учетом комплексного использования, достижения максимального экономического эффекта за счет снижения стоимости, сокращения сроков строительства и ускорения ввода в действие гидроагрегатов важное значение имеет выбор рациональной компоновки и типов сооружений, исходя из природных условий, параметров водохранилища и ГЭС, режимов эксплуатации.
Учитывая длительные сроки строительства крупных ГЭС, достигающие 5–10 лет, обычно предусматривается возведение сооружений и ввод гидроагрегатов в эксплуатацию очередями при недостроенных сооружениях, пониженных напорах, благодаря чему повышается экономическая эффективность.
ГЭС и ГАЭС подразделяют:
По способу создания напора, исходя из принципиальных схем использования гидравлической энергии на ГЭС, размещения здания ГЭС в составе сооружений: ГЭС с русловыми зданиями; ГЭС с приплотинными зданиями; деривационные ГЭС.
По установленной мощности (для ГАЭС по мощности в генераторном режиме) на: мощные – более 1000 МВт, средней мощности от 30 до 1000 МВт, малой мощности – менее 30 МВт.
По напору (максимальному): высоконапорные – более 300 м, средненапорные – от 30–50 до 300 м, низконапорные – менее 30–50 м.
ГЭС с русловыми зданиями обычно применяются на равнинных реках на мягких и скальных основаниях при напорах до 50 м и характеризуются тем, что здания ГЭС входят в состав напорного фронта и воспринимают давление воды со стороны верхнего бьефа. В комплекс сооружений ГЭС обычно входят бетонные сооружения, включающие здание ГЭС, водосливную плотину и судоходный шлюз, и земляные плотины, образующие большую часть напорного фронта. Во многих случаях русловые здания ГЭС выполняются совмещенными с водосбросами. Применение совмещенных русловых зданий на Киевской, Каневской, Днестровской (Украина), Плявинской (Латвия), Саратовской (Россия) ГЭС и ряде других позволило отказаться от водосливных бетонных плотин, сократить фронт бетонных сооружений и получить значительную экономию. На выбор общей компоновки сооружений ГЭС с русловыми зданиями, применяемых на многоводных реках, где расчетные паводковые расходы в период строительства могут достигать 10–20 тыс.м3 /с, существенно влияет схема пропуска расходов реки в период строительства.
В зависимости от расположения бетонных сооружений ГЭС различают следующие компоновки (рис. 4.1):
Береговая и пойменная компоновка.
Такие компоновки отличаются тем, что основные бетонные сооружения (здание ГЭС, водосливная плотина и др.) размещаются вне русла реки, их котлован ограждается перемычками, и в период их строительства пропуск строительных расходов, включая паводки, осуществляется по руслу реки. Когда бетонные сооружения возведены, русло перекрывается глухой плотиной, чаще всего земляной, и расходы реки пропускаются через бетонные сооружения. При береговой компоновке высота перемычек меньше, а при расположении котлована в пределах участка берега, не затапливаемого паводками строительного периода, вообще отпадает необходимость в устройстве перемычек. Существенным недостатком береговой компоновки является необходимость выполнения больших объемов земляных работ по выемке грунта в котловане, подводящем и отводящем каналах. При пойменной компоновке котлован бетонных сооружений размещается в пойме ближе к руслу, что приводит, с одной стороны, к увеличению высоты перемычек, ограждающих котлован, а, с другой, – к уменьшению объемов работ по выемке грунта.
Русловая компоновка. При такой компоновке бетонные сооружения размещаются в русле реки. При этом применяются следующие схемы их возведения:
В одном котловане, огражденном перемычками, с пропуском строительных расходов через выполненный в береге канал.
В две (редко в три) очереди, когда часть русла отгораживается перемычками и в ней возводят бетонные сооружения 1-й очереди, а через другую часть русла пропускают строительные расходы. Когда сооружения 1-й очереди возведены, через них пропускаются расходы реки, а другая часть русла ограждается перемычками и возводятся бетонные сооружения 2-ой очереди.
Смешанная компоновка. При такой компоновке бетонные сооружения размещаются частично в русле и на берегу (в пойме) или в русле на всей его ширине и частично на берегу (в пойме).
Выбор варианта компоновки ГЭС в каждом конкретном случае определяется природными условиями участка расположения ГЭС, обеспечением благоприятных условий эксплуатации, сокращения сроков строительства, стоимости гидроузла и производится на основании технико-экономического сопоставления вариантов.
В качестве примера на рис. 4.2 приведена компоновка Киевской ГЭС. В состав бетонных сооружений, расположенных на правом берегу, входят: русловое здание ГЭС с 20 горизонтальными капсульными гидроагрегатами суммарной установленной мощностью 360 МВт со среднегодовой выработкой 0,64 млрд. кВт·ч в год, совмещенное с поверхностными водосбросами, однокамерный шлюз. Земляная плотина, перекрывающая русло, и левобережная дамба имеют общую длину около 54 км. Максимальный напор ГЭС 11,8 м, расчетный – 7,6 м. Расчетный максимальный паводковый расход, пропускаемый через сооружения ГЭС, составляет 14,8 тыс.м3/с, а максимальный удельный расход на водобое равен 90 м3/с. В условиях песчаного основания для обеспечения надежной работы руслового здания ГЭС предусмотрены противофильтрационные мероприятия, включающие глинистый понур, шпунтовую завесу под фундаментной плитой здания ГЭС, за которой устроен дренаж, соединенный с нижним бьефом. Для недопущения опасных размывов дна при работе ГЭС и пропуске паводков в нижнем бьефе выполнено крепление, включающее водобой и рисберму из железобетонных плит толщиной от 2,5 до 1,5 м и ковша, заполненного каменной наброской, которая при образовании воронки размыва предотвратит дальнейший размыв.
В комплекс сооружений входит Киевская ГАЭС, расположенная на берегу Киевского водохранилища в 3,5 км от ГЭС.
ГЭС с приплотинными зданиями сооружаются на равнинных и горных реках, преимущественно на скальном основании при напорах от 30 до 300 м и характеризуются тем, что здание ГЭС размещается за плотиной.
От типа, высоты и других параметров плотины, природных условий створа зависят длина напорных водоводов и компоновка здания ГЭС.
В условиях равнинных рек компоновки ГЭС с приплотинными зданиями аналогичны компоновкам с русловыми зданиями и отличаются от них тем, что перед зданием находится бетонная плотина с водоприемником и напорными водоводами (станционная плотина), отделенная от здания ГЭС деформационным швом. Интересным примером такой компоновки является Днепрогэс (рис. 4.3).
После строительства Кременчугской ГЭС с водохранилищем полезной емкостью 9 км3 , обеспечивающим сезонное регулирование стока Днепра, расчетный максимальный паводковый расход Днепрогэса в условиях зарегулированного стока снизился с 40 до 25,9 тыс.м3 /с, благодаря чему освободилась часть водосливных отверстий (пролетов) плотины, что позволило использовать их в качестве водоприемных отверстий второго здания ГЭС общей мощностью 888 МВт и увеличить общую мощность Днепрогэса до 1595 МВт. К каждой турбине вода подается из двух пролетов (водоприемных отверстий) по двум железобетонным напорным трубопроводам, опирающимся на плотину и отделенным деформационным швом от здания ГЭС.
а 
б 
в 
Рис. 4.3. Днепрогэс: а – план; б, в – машинный зал соответственно ГЭС-1 и ГЭС-2; 1 – здание ГЭС-1; 2 – гравитационная плотина; 3 – здание ГЭС-2; 4 – шлюз
При более высоких напорах обычно в условиях горных рек компоновки ГЭС с бетонными плотинами и плотинами из грунтовых материалов имеют особенности.
Компоновки с бетонными плотинами, как правило, выполняются русловыми или смешанными с размещением здания ГЭС за гравитационной, контрфорсной или арочной плотинами и характеризуются расположением напорных водоводов в теле плотины, на ее верховой или низовой гранях (рис. 4.4). В состав гидроузла входят станционная плотина с приплотинным зданием ГЭС, водосбросная плотина и глухие плотины, которые могут быть бетонными и из грунтовых материалов.
В узких створах возникают трудности с размещением здания ГЭС и водосброса. В этих случаях водосброс может быть выполнен отдельно на берегу (например Чиркейская ГЭС) или в виде поверхностного водосброса, расположенного на перекрытии приплотинного здания ГЭС (например Токтогульская ГЭС). Крайне редко машинный зал ГЭС располагают в теле плотины (например ГЭС Монтейнар во Франции, где машинный зал с четырьмя гидроагрегатами общей мощностью 320 МВт размещается в полости внутри арочно-гравитационной плотины высотой 153 м и длиной по гребню 210 м, а поверхностный водосброс на низовой грани плотины). Такие встроенные здания, размещаемые в полости внутри бетонной плотины (см. рис. 4.4,г), составляют отдельную группу и условно относятся к приплотинным зданиям.
а 
б
в
г
Рис. 4.4. Компоновки ГЭС с приплотинными зданиями и бетонными плотинами: а – русловая компоновка – ГЭС «Три ущелья»: 1– водосливная плотина; 2 – левобережная и правобережная станционные плотины и здания ГЭС; 3 – судоподъемник; 4 – двухниточный шлюз; б – смешанная компоновка – ГЭС Итайпу: 1 – левобережная плотина из грунтовых материалов; 2 – канал для пропуска строительных расходов; 3 – временный водосброс; 4 – низовая перемычка; 5 – здание ГЭС; 6 – верховая перемычка; 7 и 8 – бетонная плотина; 9 – водосброс; 10 – правобережная плотина из грунтовых материалов; в – варианты расположения напорных водоводов ГЭС с приплотинным зданием; г – вариант со встроенным зданием
б 
Рис. 4.5. Красноярская ГЭС: а – план; б – поперечный разрез станционной плотины и здания ГЭС; 1 – здание ГЭС; 2 – станционная плотина; 3 – водосливная плотина; 4–7 – глухие плотины; 8 – монтажная площадка; 9 и 10 – верховой и низовой судоходные пути; 11 – поворотное устройство; 12 – судовая камера; 13 – волнозащитная стенка
В относительно широких створах строительство обычно ведется в две очереди с возведением в первую очередь бетонной водосбросной плотины (или части плотины) и пропуском строительных расходов через стесненное русло реки, а после его перекрытия во вторую очередь – через водосбросные отверстия в возведенной водосбросной плотине и завершением строительства сооружений ГЭС.
В узких створах для пропуска строительных расходов выполняется строительный туннель, который в условиях эксплуатации может использоваться для устройства паводкового водосброса.
а
б
Рис. 4.6. Чиркейская ГЭС: а – поперечный разрез; б – план; 1 – плотина; 2 – водоприемник; 3 – напорные водоводы; 4 – здание ГЭС; 5 – подъездной туннель; 6 – эксплуатационный водосброс, совмещенный со строительным туннелем
Примерами ГЭС с приплотинным зданием в относительно широком створе являются самая крупная в мире ГЭС «Три ущелья» мощностью 18,2 млн. кВт (см.рис. 4,4,а ), ГЭС Итайпу мощностью 12,6 млн.кВт·ч, (см. рис. 4,4,б ), Саяно-Шушенская ГЭС мощностью 6.4 млн. кВт, Красноярская ГЭС мощностью 6 млн. кВт со среднегодовой выработкой 20,4 млрд. кВт·ч. В состав сооружений Красноярской ГЭС входят гравитационная плотина длиной 1065 м и максимальной высотой 125 м (рис. 4.5), состоящая из станционной и глухих плотин, водосливной плотины, обеспечивающей пропуск паводкового расхода 14,6 тыс.м3 /с (с учетом трансформации паводка в водохранилище при форсировке уровня), а также судоподъемник.
Примером ГЭС с приплотинным зданием в узком створе является Чиркейская ГЭС мощностью 1,0 млн.кВт с арочной плотиной длиной по гребню 333 м и максимальной высотой 233 м и с двухрядным расположением гидроагрегатов в здании (рис. 4.6). На левом берегу выполнен туннельный эксплуатационный водосброс, рассчитанный на пропуск паводкового расхода 3,5 тыс.м3 /с.
На Токтогульской ГЭС мощностью 1,2 млн.кВт с приплотинным зданием в узком створе с двухрядным расположением гидроагрегатов в здании ГЭС и гравитационной плотиной максимальной высотой 216 м в теле плотины размещены напорные водоводы ГЭС и глубинный водосброс, а на низовой грани плотины поверхностный водосброс (рис. 4.7).
В узких створах с бетонными плотинами и из грунтовых материалов могут применяться компоновки с береговым и подземным зданием ГЭС.
Основные компоновки ГЭС с плотинами из грунтовых материалов приведены на рис. 4.8. При этом здание ГЭС может размещаться непосредственно за плотиной (а) или применяются наиболее часто используемые компоновки с береговым (б) и подземным (в) зданием ГЭС.
Для компоновок ГЭС с плотинами из грунтовых материалов характерно береговое размещение эксплуатационных водосбросов для пропуска паводковых расходов: в виде берегового поверхностного водосброса с быстротоком или туннельного водосброса. Для пропуска строительных расходов обычно используются строительные туннели.
Комплекс гидроэнергетических сооружений, включающий водоприемник, водоводы, здание ГЭС, выполненные вне плотины, называют напорно-станционным узлом (НСУ) ГЭС.
Примером высоконапорной ГЭС с приплотинным зданием и плотиной из грунтовых материалов является Нурекская ГЭС мощностью 2,7 млн. кВт со среднегодовой выработкой 11.2 млрд. кВт·ч в год (рис. 4.9). К турбинам вода подводится от водоприемников башенного типа напорными туннелями. Для ускорения ввода в эксплуатацию ГЭС первые три гидроагрегата задействовали при пониженном напоре, когда плотина была возведена только на высоту 143 м (при проектной высоте 300 м), для чего были выполнены временный водоприемник и туннель. В период строительства пропуск расходов реки осуществлялся через три яруса строительных туннелей, расположенных на левом берегу. Паводковые расходы в эксплуатационный период (максимальный расход 5.4 тыс.м3/с обеспеченностью 0,01%) пропускаются через туннельный водосброс, соединенный с концевым участком строительного туннеля третьего яруса.
Деривационные ГЭС применяются при широком диапазоне напоров, начиная от нескольких метров на малых ГЭС и до 2000 м (ГЭС Райссек в Австрии имеет напор 1767 м), и строятся обычно в предгорных и горных районах.
ГЭС с безнапорной деривацией может применяться при незначительных колебаниях уровня воды в водохранилище. На таких ГЭС из водоприемника вода подается в деривационный канал, проходящий по берегу (при соответствующих топографических и геологических условиях), или в безнапорный деривационный туннель.
ГЭС с напорной деривацией применяется как при больших, так и при незначительных колебаниях уровня воды в водохранилище. На таких ГЭС из водоприемника вода подается в напорный деривационный трубопровод, расположенный на поверхности, или в напорный деривационный туннель (рис. 4.10). Сооружения деривационной ГЭС, а также ГЭС с плотинно-деривационной (комбинированной) схемой, при которой напор создается плотиной и деривацией (см. 2.4), включают:
Головной узел, который предназначен для создания подпора в реке и направления потока в деривацию, а также очистки воды от наносов, сора, в ряде случаев от льда, шуги, состоит из плотины, водосброса, водоприемника, отстойника, промывных и ледосбросных сооружений.
Головные узлы с низконапорными плотинами, сооружаемые обычно на горных реках, имеют водохранилища с ограниченным объемом, в связи с чем предусматриваются мероприятия для предотвращения их заполнения наносами. Для этого в составе гидроузла водосбросная бетонная плотина, оборудованная затворами, выполняется с низким порогом и достаточной шириной водосбросного фронта, что обеспечивает при пропуске паводковых расходов промыв наносов. При большом количестве в воде взвешенных наносов, которые могут привести к быстрому истиранию проточной части гидротурбин, устраиваются отстойники в виде камеры, в которой при уменьшении скорости потока взвешенные частицы оседают на дно, а затем удаляются.
Глухая часть плотины может выполняться бетонной или из грунтовых материалов. Водоприемник может быть совмещен с плотиной или выполнен на берегу.
Водохранилища обычно осуществляют суточное регулирование и характеризуются небольшой глубиной сработки, что позволяет выполнить как безнапорную, так и напорную деривацию.
Головные узлы с плотинами среднего и высокого напора характеризуются большим объемом водохранилища (с возможностью осаждения наносов в пределах мертвого объема) и значительной сработкой водохранилища при осуществлении сезонного или многолетнего регулирования стока. В связи с этим водоприемники выполняются глубинными, а деривация – напорной.
Плотины могут выполняться бетонными (гравитационными, контрфорсными, арочными) с устройством в них водосброса и во многих случаях водоприемника ГЭС, а также из местных материалов с размещением водосброса и водоприемника вне тела плотины.
Деривационные водоводы и сооружения на их трассе (деривация), осуществляющие подвод воды к станционному узлу, делятся на напорные (туннели, трубопроводы) и безнапорные (каналы, туннели), по трассе которых могут устраиваться водосбросы, дюкеры и другие сооружения.
Станционный узел включает при безнапорной деривации напорный бассейн с аванкамерой, водоприемником, аварийным водосбросом и независимо от типа деривации общие сооружения: турбинные напорные водоводы, при необходимости с уравнительным резервуаром, здание ГЭС, отводящие водоводы в виде канала или туннеля (напорного или безнапорного), распределительное устройство.
В составе станционного узла здания ГЭС выполняются береговыми открытыми, подземными и реже полуподземными.
Характерным примером плотинно-деривационной ГЭС является Ингурская ГЭС (Грузия) мощностью 1,3 млн.кВт (рис. 4.11), в состав головного узла которой входит арочная плотина высотой 271 м с паводковым водосбросом, рассчитанным на расход 1900 м3 /с. Водохранилище имеет полезный объем 0,68 км3 при глубине сработки 70 м. От глубинного водоприемника, рассчитанного на расход 450 м3 /с, начинается деривационный напорный туннель диаметром 9,5 м и длиной 15,3 км. В состав станционного узла ГЭС входят уравнительный резервуар шахтного типа, помещение дисковых затворов, туннельные турбинные водоводы, подземное здание ГЭС, отводящий безнапорный туннель и канал общей длиной 3,2 км.
Суммарный статический напор Ингурской ГЭС, равный 409,5 м, образуется из напоров, создаваемых плотиной (226 м) и деривацией (183,5 м). Расчетный напор равен 325 м, а среднегодовая выработка – 5.4 млрд. кВт·ч в год.
Типы зданий ГЭС и их основные элементы. Здание ГЭС представляет собой гидротехническое сооружение, в котором с помощью гидросилового, электрического, гидромеханического, вспомогательного оборудования, систем управления механическая энергия воды преобразуется в электроэнергию, передаваемую в энергосистему потребителям. При этом должны быть обеспечены надежная работа, прочность и устойчивость здания ГЭС при действии внешних нагрузок (гидростатического и гидродинамического давления, фильтрационного давления, температурных, сейсмических воздействий и др.), а также нагрузок от работы технологического оборудования.
Тип и конструктивные решения зданий ГЭС определяются общей компоновкой сооружений ГЭС и основным энергетическим оборудованием. В зависимости от напора и условий работы в зданиях ГЭС устанавливаются поворотно-лопатные, осевые, радиальноосевые, диагональные и ковшевые турбины.
Нижнюю часть здания, где размещается проточный тракт, включая спиральную камеру, отсасывающую трубу, турбинное оборудование и ряд технологических систем, называют агрегатной частью, а верхняя часть здания с верхним строением, где размещаются машинный зал с гидрогенераторами и крановым оборудованием, а также силовые трансформаторы, крановое оборудование водоприемника (в русловых зданиях), ремонтных затворов отсасывающих труб и другое технологическое оборудование, – надагрегатной частью.
На конструкцию и размеры здания ГЭС в плане и по высоте, заглубление в основание существенно влияют габариты гидроагрегата, спиральной (турбинной) камеры и отсасывающей трубы, заглубление оси рабочего колеса гидротурбины под уровень нижнего бьефа, количество гидроагрегатов. Как правило, в здании ГЭС устанавливаются два гидроагрегата и больше (например в здании Саратовской ГЭС – 23 гидроагрегата, Каневской ГЭС – 24 гидроагрегата), редко – один гидроагрегат, так как при его ремонте ГЭС полностью прекращает работу.
В состав здания ГЭС входит монтажная площадка, на которой производятся монтаж гидроагрегатов и их ремонт в период эксплуатации. В монтажной площадке также размещается часть вспомогательных систем.
Многоагрегатные здания ГЭС, имеющие значительную длину, делятся на отдельные секции деформационными швами: температурно-осадочными при мягком основании, температурными при скальном основании. Так, здание Волжской ГЭС мощностью 2530 МВт с 22 гидроагрегатами разделено на секции длиной 60 м, в каждой из которых размещаются по два агрегатных блока с поворотно-лопастными турбинами с диаметром рабочего колеса 9,3 м (при расчетном напоре 19 м и мощности 115 МВт).
Блок монтажной площадки обычно от здания также отделяется швом.
Агрегатная часть здания ГЭС характеризуется значительной массивностью. Она воспринимает гидростатическое и гидродинамическое давление в проточной части, нагрузки от оборудования и вышерасположенных конструкций здания и передает их на основание. Геологические условия оказывают значительное влияние на конструкцию агрегатной части здания. Так, при скальном основании она существенно облегчается. В агрегатной части здания размещаются системы технического водоснабжения, осушения проточной части, дренажа здания и др.
Конструкция агрегатной части зависит от типа здания ГЭС.
В соответствии с типами ГЭС различают:
Русловые здания ГЭС, которые входят в состав напорного фронта и воспринимают напор со стороны верхнего бьефа. В русловых зданиях с напором до 50 м могут применяться поворотно-лопастные турбины, а при напоре более 30 м – также радиально-осевые.
Приплотинные здания, располагающиеся за плотиной, воспринимающей напор со стороны верхнего бьефа. Подвод воды к ним осуществляется турбинными водоводами. В приплотинных зданиях с напором от 30 до 300 м применяются в основном радиальноосевые турбины, а также в определенных условиях высоконапорные поворотно-лопастные (например на ГЭС Орлик при диапазоне напоров 45–71 м и мощности агрегата 90 МВт) и диагональные (например Зейская ГЭС при диапазоне напоров 78,5–97 м и мощности агрегата 215 МВт).
Береговые здания, используваемые при плотинной и деривационной схемах ГЭС, практически не отличаются от приплотинных зданий.
Подземные здания, которые также применяются при плотинной и деривационной схемах ГЭС, имеют отводящие туннели (напорные или безнапорные). В зданиях деривационных ГЭС с большими напорами используются радиально-осевые турбины до напора 600 м и ковшевые турбины начиная с напоров 500 м и выше. Все приведенные типы зданий применяются как в схемах ГЭС, так и ГАЭС.
Основные схемы агрегатной части зданий ГЭС (кроме подземных зданий ГЭС) представлены на рис. 4.12. На схемах I и II приведены агрегатные части низконапорного руслового здания ГЭС с вертикальными гидроагрегатами и изогнутыми отсасывающими трубами соответственно несовмещенного и совмещенного типа с глубинными водосбросными водоводами, а на схемах IV и V – с горизонтальными и наклонными гидроагрегатами совмещенного типа с поверхностным водосбросом.
На схеме III приведена агрегатная часть приплотинного или деривационного здания ГЭС с металлической турбинной (спиральной) камерой круглого сечения.
На схеме VII показана агрегатная часть деривационной ГЭС с гидроагрегатами малой мощности с применением вертикальных конических, а также раструбных отсасывающих труб. При этом для отвода воды выполняется отводящий канал прямоугольного сечения.
На схеме VI приведена агрегатная часть деривационной ГЭС с ковшевыми (активными) гидротурбинами, которая отличается отсутствием турбинных камер обычного типа и отсасывающих труб, благодаря чему агрегатная часть значительно упрощается.
Параметры надагрегатной части здания ГЭС зависят от конструкции и размеров верхнего строения.
При верхнем строении закрытого типа с высоким машинным залом в пределах здания ГЭС и монтажной площадки обеспечиваются при различных климатических условиях наиболее благоприятные условия эксплуатации, монтажа и ремонта основного оборудования. При этом высота и ширина машзала определяются как условиями размещения в нем оборудования, так и доставки его кранами машзала в агрегатный блок или на монтажную площадку при монтаже или ремонте основного оборудования.
Верхнее строение обычно состоит из несущего каркаса в виде системы колонн, на которые опираются подкрановые балки и фермы перекрытия, стен, плит и кровли перекрытия.
Большинство зданий ГЭС выполняются с высоким машинным залом (рис. 4.13 – 4.15).
При верхнем строении полуоткрытого типа с пониженным машинным залом в пределах здания ГЭС и монтажной площадки основное оборудование размещается в машинном зале, кроме основного крана большой грузоподъемности, вынесенного за его пределы. При монтаже и ремонте сборка и разборка гидроагрегатов производятся через съемное перекрытие над каждым гидроагрегатом (в виде съемных крышек) при помощи внешнего козлового крана. На крупных ГЭС в большинстве случаев в пониженном машинном зале устанавливается кран уменьшенной грузоподъемности, при помощи которого выполняются монтажные и ремонтные работы, не требующие использования основного крана (рис. 4.16 – 4.18).
При верхнем строении открытого типа без машинного зала гидрогенератор располагается под съемной крышкой, а остальное оборудование в технологических помещениях агрегатной части здания ГЭС и монтажной площадки. Монтажные и ремонтные работы выполняются при помощи внешнего крана. Учитывая усложнение условий эксплуатации, монтажа и ремонта гидроагрегатов, такой тип верхнего строения применяется крайне редко.
Русловые здания ГЭС (рис. 4.19). На русловые здания ГЭС действуют те же нагрузки, что и на бетонные плотины, и к ним предъявляются те же требования по прочности, устойчивости, фильтрационным условиям в основании, которые обеспечиваются при соответствующих габаритах здания, противофильтрационных и дренажных устройствах в основании. Русловые здания делятся на несовмещенные и совмещенные с водосбросом.
В связи с тем, что поток, поступающий в отводящий канал от несовмещенного и особенно совмещенного здания, обладает избыточной кинетической энергией для недопущения размыва в отводящем канале выполняется крепление (см. рис. 4.2).
Рис. 4.17. Русловое водосливное здание с горизонтальными капсульными гидроагрегатами Киевской ГЭС: а – поперечный разрез; б – машинный зал; 1 – козловой кран; 2 – капсульный гидроагрегат; 3 – паз сороудерживающей решетки
Сопряжение здания ГЭС с примыкающей к нему земляной плотиной или с берегом осуществляется с помощью сопрягающих устоев в виде подпорных стенок (гравитационных, уголковых, контрфорсных, ячеистых и других типов).
В русловых зданиях несовмещенного типа с вертикальными гидроагрегатами проточная часть включает водоприемник, спиральную камеру в основном таврового сечения и отсасывающую трубу, от размеров которых зависят размеры агрегатного блока. При этом ширина блока с поворотно-лопастной турбиной может составить 2,6–3,2 диаметра рабочего колеса турбины (D1). Размеры водоприемника определяются необходимым заглублением под УМО, обеспечением благоприятных гидравлических условий на входе и при сопряжении со спиральной камерой, допустимыми скоростями потока на решетках (обычно составляющими 0,8–1,2 м/с), размещением решетки, аварийно-ремонтного и ремонтного затворов, пазы которых могут быть совмещены с пазами решетки. На входном участке водоприемника, как правило, выполняется раструб с забральной стенкой, чем достигается плавный подвод воды.
Заглубление здания ГЭС под уровень нижнего бьефа зависит от необходимого заглубления оси рабочего колеса под уровень нижнего бьефа (высоты отсасывания) и размеров отсасывающей трубы, а также инженерно-геологических условий основания.
Главные повышающие трансформаторы устанавливаются на перекрытии над технологическими помещениями со стороны нижнего бьефа.
Русловые здания совмещенного типа, в которых, помимо турбинных водоводов, размещаются также водосбросы, могут быть выполнены: с донными водосбросами, размещаемыми ниже спиральной камеры над отсасывающими трубами – Волгоградская, Новосибирская, Каховская ГЭС (рис. 4.19,б );
- с донными водосбросами и высоким водоприемником турбинных водоводов – Чебоксарская, Головная ГЭС (см. рис. 4.13);
- с глубинными водосбросами, расположенными выше спиральной камеры (между ней и генератором) – Иркутская, Саратовская, Дубоссарская ГЭС (см. рис. 4.16);
- водосливные с вертикальными гидроагрегатами – Павловская, Плявинская (см. рис. 4.14), Днестровская ГЭС;
- водосливные с горизонтальными гидроагрегатами – Киевская, Каневская ГЭС (см. рис. 4.17);
- бычковые с размещением гидроагрегатов в бычках водосливной плотины – Орточальская (Грузия), Уэллс (США).
Здания совмещенного типа позволяют существенно сократить длину водосливных плотин или вообще отказаться от них, что особенно важно при возведении ГЭС на мягких основаниях, обеспечивая снижение стоимости строительства. Так, на Новосибирской ГЭС длина водосливной плотины сократилась на 50%. На Иркутской, Павловской, Плявинской, Днестровской ГЭС пропускная способность водосбросов здания ГЭС обеспечивает пропуск расчетного паводкового расхода без водосливных плотин. В совмещенных зданиях ГЭС водоприемник включает турбинный водоприемник и водоприемную часть водосбросов.
К недостаткам таких зданий можно отнести усложнение конструкции, значительные дополнительные гидродинамические нагрузки при работе водосбросов, усложнение условий эксплуатации.
В зданиях совмещенного типа с горизонтальными капсульными агрегатами, применяемых при низких напорах (до 25 м), благодаря отсутствию спиральной камеры и использованию прямоосной конической отсасывающей трубы достигаются значительное уменьшение ширины агрегатного блока и повышение заложения подошвы здания. Кроме того, улучшение геометрии и гидравлических условий проточного тракта, включая подводящую часть без спиральной камеры сложной конфигурации и замену изогнутой отсасывающей трубы прямоосной конической, обладающей более высокими энергетическими показателями, позволяет снизить потери напора, увеличить на 20–30% пропускную способность горизонтального агрегата и соответственно при той же мощности уменьшить диаметр рабочего колеса. В целом применение горизонтальных капсульных агрегатов по сравнению с вертикальными сокращает ширину агрегатного блока на величину до 35%, повышает к.п.д. на 2–4%.
Рис. 4.19. Русловые здания. Поперечные разрезы и виды с нижнего бьефа: а – Кременчугской и б – Каховской ГЭС: 1 – фундаментная плита; 2 – металлический шпунт; 3 – донный водосброс
Поверхностный водослив обеспечивает благоприятные условия пропуска паводка, позволяет во многих случаях отказаться от устройства водосливной плотины. В таких зданиях металлическая капсула с заключенным в ней гидрогенератором размещается в проточной части здания со стороны верхнего бьефа. Доступ в капсулу осуществляется через специальные полости в вертикальном бычке. Монтаж и демонтаж гидроагрегата производятся с помощью мостового крана, который размещается в машинном зале под водосливом, и наружным козловым краном через люки со съемными крышками в пороге водослива (см. рис. 4.17).
На ряде малых ГЭС генератор размещается открыто в машзале, ось гидроагрегата выполняется наклонно, а подвод воды к турбине осуществляется по водоводу, проходящему под генератором (см. рис. 4.12, схема V)
Русловые здания бычкового типа применяются крайне редко, в основном на реках, несущих большое количество наносов, обеспечивая благоприятные условия пропуска через водосливные пролеты льда, наносов и паводковых расходов. На ГЭС бычкового типа Уэллс (США) мощностью 870 МВт с напором 30 м в бычках плотины установлены 10 гидроагрегатов, расчетный паводковый расход составляет 33,4 тыс.м3 /с. К недостаткам таких ГЭС можно отнести отсутствие общего машинного зала, удлинение технологических коммуникаций и в целом усложнение условий эксплуатации.
Приплотинные здания ГЭС. В приплотинных зданиях ГЭС вода подводится к турбинам по турбинным водоводам (металлическим или сталежелезобетонным), проходящим в основном в теле или на низовой грани бетонных плотин, с размещением водоприемника на верховой грани плотин, зданием ГЭС, непосредственно примыкающим к плотине, и отдельным швом (см. рис. 4.3, 4.5–4.7). При прямолинейных в плане плотинах здание ГЭС также прямолинейно, при его расположении за арочными или арочно-гравитационными плотинами здание ГЭС может иметь в плане прямолинейное или криволинейное очертание по дуге, соответствующей очертанию низовой грани плотины.
Для обеспечения плавного подвода воды от турбинного водовода к спиральной камере перед ней обычно выполняется горизонтальный участок водовода длиной (4–6)D 1 , в пределах которого устраиваются технологические помещения с размещением на верхнем перекрытии повышающих трансформаторов.
При плотинах из местных материалов вода подводится к турбинам по турбинным водоводам, проходящим через тело плотины или в обход её в виде туннелей или открытых водоводов, с отдельным водоприемником в верхнем бьефе и с размещением здания ГЭС на некотором расстоянии от плотины.
В отличие от русловых приплотинные здания не воспринимают напор верхнего бьефа, а давление, передаваемое на них через турбинные водоводы, невелико, что позволяет облегчить конструкцию здания.
Спиральные камеры таких зданий имеют круглое сечение и выполняются металлическими или сталежелезобетонными с металлической облицовкой.
Ширина агрегатного блока с вертикальными радиально-осевыми (или диагональными) гидротурбинами определяется размерами турбинной (спиральной) камеры и составляет не менее 4D 1 (диаметров рабочего колеса).
Характерным примером приплотинного здания является здание Красноярской ГЭС общей длиной вместе с монтажной площадкой 428,5 м, где установлено 12 гидроагрегатов суммарной мощностью 6 млн. кВт (см. рис. 4.5). В стационарной плотине выполнен водоприемник с 24 водозаборными отверстиями. Вода подводится к агрегату по двум сталежелезобетонным водоводам диаметром 7,5 м.
На Чиркейской ГЭС с арочной плотиной, возведенной в узком ущелье, уменьшение длины приплотинного здания достигается двухрядным расположением гидроагрегатов (см. рис. 4.6). Оба машзала обслуживаются одним мостовым краном, который по подкрановым путям в монтажной площадке переводится из одного машзала в другой. Размещение отсасывающих труб в два яруса приводит к дополнительному заглублению здания ГЭС.
При размещении сооружений ГЭС в узком ущелье, где сложно выполнить береговые водосбросы, водосбросы проходят в теле плотины, на ее низовой грани и на перекрытии здания. Такая компоновка выполнена на Токтогульской ГЭС с двухрядным расположением агрегатов в здании ГЭС (см. рис. 4.7). При этом повышающие трансформаторы размещаются в закрытом помещении. При такой компоновке поток, проходя по водосбросу, носком-трамплином отбрасывается от здания ГЭС на значительное расстояние, а гашение энергии в основном происходит за счет аэрации потока.
Характерным примером приплотинного здания, расположенного за плотиной из местных материалов, с подводом воды туннелями является здание Нурекской ГЭС (см. рис. 4.9, 4.18). В здании ГЭС установлено 9 агрегатов мощностью по 300 МВт с максимальным напором 275 м. Подвод воды осуществляется по трем туннелям диаметром 9 м с разделением каждого на 3 турбинных водовода. Здание выполнено с пониженным машзалом со съемными крышками в перекрытии над гидроагрегатами и монтажной площадкой. В машзале и в помещении затворов для обслуживания и ремонта оборудования установлены мостовые краны, а для монтажа и полного демонтажа гидроагрегата и шарового затвора используется козловой кран.
Здания деривационных ГЭС с радиально-осевыми турбинами практически не отличаются от приплотинных зданий. При установке ковшевых турбин изменяется конструкция агрегатной части здания ГЭС. Вместо турбинной камеры выполняется напорный распределительный трубопровод в виде металлического кожуха, на котором крепятся сопла турбины с механизмами регулирования расхода, а вода от турбины отводится по безнапорному лотку. В зависимости от мощности гидротурбины и количества сопел ось гидроагрегата может располагаться вертикально или горизонтально. Благодаря тому, что у ковшевых турбин рабочее колесо располагается выше максимального уровня нижнего бьефа, при их установке существенно уменьшается заглубление здания.
В зданиях высоконапорных деривационных ГЭС при большой длине или разветвлении напорных водоводов перед турбинами устанавливаются в зависимости от напора и диаметра дисковые или шаровые затворы (при напорах более 600 м только шаровые), позволяющие перекрыть трубопроводы и остановить гидроагрегат в аварийной ситуации в случае отказа направляющего аппарата, а также при нормальной эксплуатации и проведении ремонтных работ.
В последнее время вместо предтурбинных затворов находят применение встроенные кольцевые затворы, размещаемые между статорными колоннами и лопатками направляющего аппарата, что позволяет уменьшить габариты здания, массу и стоимость оборудования.
Подземные здания ГЭС. В последние десятилетия широкое развитие получило строительство подземных зданий ГЭС. Из них наиболее крупные построены в Канаде: Черчилл-Фолс мощностью 5225 МВт с напором 320 м, Мика – 2610 МВт с напором 183 м. С подземными зданиями выполнены Ингурская ГЭС мощностью 1300 МВт в Грузии (рис. 4.20), Верхнетуломская – 248 МВт и Усть-Хантайская – 441 МВт в России и др. В подземных зданиях проведение строительных работ не зависит от климатических условий, что имеет важное значение при строительстве в северных регионах с суровой зимой или в тропиках с длительным сезоном дождей. Подземные здания также применяются в тех случаях, когда из-за неблагоприятных природных условий в ущелье (крутых оползнеопасных склонах, высоком уровне воды при пропуске паводка), а также большого заглубления оси рабочего колеса турбины под уровень нижнего бьефа строительство открытых зданий может привести к нарушению устойчивости береговых склонов, к резкому увеличению объемов работ.
К недостаткам подземных зданий можно отнести: в случае неблагоприятных инженерно-геологических условий значительное усложнение производства подземных работ; усложнение условий эксплуатации в связи с удлинением технологических коммуникаций, более сложными схемами выдачи мощности; увеличение затрат электроэнергии на собственные нужды, что вызвано необходимостью постоянной вентиляции помещений, их освещения и др.
Размеры и компоновка подземных зданий ГЭС зависят в первую очередь от параметров и размещения гидросилового, электрического и гидромеханического оборудования. На крупных ГЭС, где размеры выработок машинных залов достигают больших размеров (пролет до 30 м и более), в машинном зале обычно размещают основное гидросиловое оборудование, которое обслуживается мостовыми кранами, а предтурбинные затворы выполняются в отдельном помещении, расположенном на некотором расстоянии от машзала. При длинных отводящих туннелях ремонтные затворы нижнего бьефа и обслуживающие их механизмы для перекрытия отсасывающих труб также размещаются в отдельно расположенном помещении. При большом количестве агрегатов устраивают несколько отводящих туннелей, чаще всего безнапорных или напорных (при больших колебаниях уровней нижнего бьефа) с уравнительным резервуаром. При коротких туннелях, отводящих воду отдельно от каждого агрегата, затворы нижнего бьефа устанавливаются в выходных порталах туннелей.
Одним из важных факторов, определяющих компоновку зданий подземных ГЭС, является выбор схемы размещения главных повышающих трансформаторов: в отдельном подземном помещении (ГЭС Кариба в Зимбабве, ГЭС Яли во Вьетнаме), в расширенном подземном машзале (ГЭС Тимет I и II в Австралии), открыто на поверхности земли на площадках ОРУ (Борисоглебская, Ингурская).
Открытое расположение трансформаторов используется в основном при неглубоком размещении подземного здания (на глубине до 200–300 м) и благоприятных топографических и геологических условиях площадки. При этом токопроводы от генераторов к трансформаторам, имеющие значительную длину, прокладываются в специальных галереях и шахтах с выполнением специальных мероприятий по отводу тепла в связи с большим тепловыделением токопроводами.
Передача электроэнергии на ОРУ и ЗРУ от главных трансформаторов при их подземном расположении осуществляется при напряжении 110–500 кВ маслонаполненными кабелями с проведением специальных мероприятий по отводу тепла, а в последнее время также элегазовыми токопроводами.
В подземных зданиях предусматриваются монтажные площадки, которые в большинстве случаев являются продолжением машзала, располагаясь, как правило, в его торце и соединяясь с поверхностью земли при помощи транспортных туннелей и грузовых шахт.
Для отвода тепла и вентиляции подземных помещений здания ГЭС устанавливаются вентиляторы и кондиционеры.
Конструкции обделок машзалов зависят от инженерно-геологических условий. В большинстве машзалов выполняется несущий свод кругового очертания с увеличением толщины железобетонной обделки у пят. В достаточно прочных породах стены крепятся набрызг-бетоном, а в менее крепких устраивается сплошная бетонная или железобетонная облицовка толщиной до 0,5 м и более с укреплением анкерами, в зонах ослабленных пород – с проведением укрепительной цементации, а в ряде случаев предусматриваются дренажные мероприятия.
В подземном здании Ингурской ГЭС длиной 145,5 м, пролетом 21,2 м и высотой выломки 53,7 м установлено 5 гидроагрегатов. Вода подводится к агрегатам турбинными водоводами, расположенными в плане под углом к продольной оси агрегатов, что позволило разместить предтурбинные затворы в пределах машзала, практически без увеличения его пролета (см. рис. 4.20). Вода отводится напорным туннелем.
Полуподземные здания ГЭС. При благоприятных инженерно-геологических и топографических условиях и больших колебаниях уровня нижнего бьефа могут выполняться полуподземные здания, размещаемые в траншейных выработках, причем верхние строения машзалов могут устраиваться на поверхности земли. Возможны решения полуподземных зданий с размещением одного или нескольких агрегатов в отдельных шахтах, над которыми на поверхности земли возводится верхнее строение машзала, как на Днестровской ГАЭС.
Полуподземное здание Вилюйской ГЭС мощностью 648 МВт, выполненное в траншейной выработке глубиной 60 м, полностью размещается под поверхностью земли (рис. 4.21).
Здания малых ГЭС. К малым обычно относятся ГЭС мощностью до 10–30 МВт. Наряду с использованием гидроэнергетических ресурсов больших рек на средних и крупных ГЭС, которые в большинстве случаев требуют создания больших водохранилищ и работают в объединенных энергосистемах, широкое развитие в мире получили малые ГЭС. Такие ГЭС используют гидроэнергетический потенциал малых рек, притоков, сбросных каналов и оказывают крайне ограниченное влияние на окружающую среду. Они могут выдавать электроэнергию в энергосистему или работать на конкретного потребителя, что особенно важно для отдаленных районов, где нет развитой сети электропередач.
Малые ГЭС, как и крупные, разделяются на ГЭС с русловыми и приплотинными зданиями и деривационные.
На малых ГЭС для упрощения конструкций в зданиях с установкой вертикальных гидроагрегатов могут применяться прямоосные конические отсасывающие трубы, широкое использование находят горизонтальные агрегаты, включая капсульные, а также с наклонным расположением оси агрегата (см. рис. 4.12, схемы IV, V, VII).
На стр. 283 (фото) и на рис. 4.22 показаны деривационные ГЭС – Теребля-Рикская мощностью 27 МВт с напором 215 м и Егорлыкская мощностью 30 МВт с напором 32 м.
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
- Брызгалов, В.И. Гидроэлектростанции: учеб. пособие / В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. - 541 с.
- Гидротехнические сооружения: в 2 т. / М.М. Гришин [и др.]. - Москва: Высшая школа, 1979. - Т.2 - 336 с.
Определение
Особенности
Принцип работы
Гидроэнергетика в мире
Крупнейшие ГЭС в мире
Тукуруи ГЭС
Гранд-Кули
Саяно-Шушенская ГЭС
Красноярская ГЭС
Черчилл-Фолс (ГЭС)
Плотина Гувера
Асуанские плотины
Гидроэлектростанции (ГЭС) Российской Федерации
Предыстория развития гидростроения в Российской Федерации
Крупнейшие гидроэлектростанции (ГЭС) Российской Федерации
Братская ГЭС
Усть-Илимская ГЭС
Богучанская ГЭС
Волжская ГЭС
Жигулёвская ГЭС
Бурейская ГЭС
Аварии и происшествия на ГЭС
Плотина Вайонт
Новосибирская ГЭС
Аварии на Саяно-Шушенской ГЭС
Малая гидроэлектростанция (ГЭС)
Гидроэлектроста́нция (ГЭС ) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции (ГЭС) обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Для эффективного производства электричества на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.
Особенности
Исходная стоимость электричества на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии
Возобновляемый источник энергии
Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций
Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое
Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей
Водохранилища часто занимают значительные территории
Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
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 (ГЭС) 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 за работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
мощные — вырабатывают от 25 МВТ до 250 МВт и выше;
средние — до 25 МВт;
малые гидроэлектростанции (ГЭС) — до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. 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 (ГЭС).
Гидроэлектростанции (ГЭС) также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
высоконапорные — более 60 м;
средненапорные — от 25 м;
низконапорные — от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях (ГЭС) 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 различаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — железными 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 (ГЭС) 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 (ГЭС). 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 моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.
В гидроэлектрические станции, 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 электричества значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.
Гидроэнергетика в мире
Лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина являются , и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт , для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций (ГЭС) мира.
Крупнейшие ГЭС в мире
На 2005 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновимой и до 19 % всей электричества в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.
Лидерами по выработке гидроэнергии на гражданина являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало XXI века ведёт Китай , для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций (ГЭС) мира.
Итайпу
Итайпу́» — крупная ГЭС на реке Парана, за 20 км до г. Фос-ду-Игуасу (Foz do Iguacu) на границе Бразилии и Парагвая.
Работы по проектированию и подготовке начаты в 1971 году, последние два из запланированных 18 генераторов введены в строй в 1991 году, дополнительные два генератора введены в 2007 году.
Состав сооружений ГЭС:
Комбинированная плотина общей длиной 7 235 м, шириной 400 м и высотой 196 м;
Бетонный водосброс с максимальным потоком в 62 200 мі/с.
Мощность станции — 14 000 МВт. Среднегодовая выработка — 69,5 млрд кВт·ч, после завершения строительства в 2007 году — 90-95 млрд кВт·ч в год.
Силовое оборудование станции состоит из 20 гидроагрегатов мощностью по 700 МВт, в силу превышения расчётного напора доступная для генераторов мощность достигает 750 МВт в течение более чем половины времени работы.
Плотина гидроэлектростанции (ГЭС) образовала относительно небольшое — по отношению к мощности — водохранилище длиной 170 км, шириной от 7 до 12 км, площадью 1 350 кмІ и объёмом 29 кмі.
Для её строительства правительством было переселено около 10 тысяч живших на берегу Параны семей, многие из которых присоединились к Движению безземельных.
Стоимость сооружения «Итайпу» экспертами первоначально оценивалась в 4,4 млрд. долл., но из-за неэффективной политики сменявших друг друга диктаторских режимов реально составила 15,3 млрд. долл.
Гури
«Гу́ри» — крупная ГЭС в республике Венесуэле в департаменте Боливар на реке Карони в 100 км до впадения в Ориноко.
Официальное название — гидроэлектростанция (ГЭС) имени Симона Боливара (в 1978—2000 годах — имени Рауля Леони).
Третья станция в мире по мощности после китайской «Санься» и бразильской «Итайпу».
Сооружение ГЭС началось в 1963 году, первая очередь завершена в 1978, вторая в 1986 году.
Состав сооружений ГЭС:
плотина общей длиной 1300 м и 162 м высотой;
два машинных зала с 10 гидрагрегатами в каждом;
бетонный водосброс максимальной пропускной способностью 25 500 мі/с.
Мощность станции — 10 300 МВт. В первом машинном зале установлено 10 агрегатов мощностью по 400 МВт, во втором — 10 агрегатов мощностью по 630 МВт. Максимальная годовая выработка — 46 млрд кВт·ч. Напорные сооружения ГЭС (полная длина достигает 7 000 м) образуют крупное водохранилище Гури протяжённостью 175 км, шириной 48 км, площадью до 4 250 кмІ и полным объёмом 138 кмі. Урез вод водохранилища находится на высоте 272 м над уровнем моря.
С 2000 года ведётся реконструкция: до 2007 года заменены 5 турбин и основные компоненты второго машинного зала, с 2007 года ведётся замена четырёх агрегатов в первом зале.
Стены второго машинного зала украшены венесуэльским художником Карлос Круз-Диез.
Тукуруи ГЭС
Тукуруйская ГЭС (Guarani, португ.: Tucuruн, Usina Hidrelйtrica de Tucuruн) — гидроэлектростанция (ГЭС) на реке Токантинс, расположенная в графстве Тукуруи, Токантинс, .
ГЭС названа по имени города «Тукуруи», существовавшего около строительной площадки. Сейчас город с тем же именем существует ниже по течению реки от дамбы. Установленная мощность гидроэлектростанции (ГЭС) 8,370 МВт, всего размещено 24 генератора.
В 1970 году был сформирован из бразильской компаний ENGEVIX и THEMAG, который выиграл международный на разработку и реализацию проекта. Работы начались в 1976 году и завершены в 1984. Длина плотины составила 11 км, высота 76 м. Водосброс разработан лабораторией Francisco Rodrigues Saturnino de Brito (Рио-де-Жанейро) и обладает наибольшей в мире пропускной способностью 120,000 мі/с.
ГЭС фигурировала в фильме 1985 года «Изумрудный лес (The Emerald Forest)».
Гранд-Кули
Гранд-Кули — гидроэлектростанция (ГЭС), расположенная в Северной Америке, самая крупная в США и пятая по мощности в мире.
Строительство ГЭС завершено в июне 1942 года. Водохранилище объемом 11,9 кмі сооружено в целях производства электричества и орошения пустынных районов на северо-западном побережье. Водами водохранилища орошается около 2000 кмІ сельскохозяйственных площадей.
Бетонная гравитационная плотина ГЭС, в тело которой было уложено 9,16 млн мі бетона, имеет длину 1592 м и высоту 168 м. Ширина водосливной части плотины — 503 м. В четырех машинных залах ГЭС установлено в совокупности 33 турбины общей мощностью 6809 МВт, которые ежегодно вырабатывают 20 ТВч·ч электричества.
Саяно-Шушенская ГЭС
Сая́но-Шу́шенская гидроэлектроста́нция им. П. С. Непорожнего — самая мощная электростанция Российской Федерации, шестая по мощности гидроэлектростанция (ГЭС) в мире. Расположена на реке Енисей, в посёлке Черёмушки (Хакасия), возле Саяногорска.
Является самой мощной электростанцией в Российской Федерации. До аварии 2009 года производила 15 процентов энергии, вырабатываемой на российских гидроэлектростанциях (ГЭС) и 2 процента общего объёма электричества. Состав сооружений ГЭС:
бетонная арочно-гравитационная плотина высотой 245 м, длиной 1 066 м, шириной в основании — 110 м, шириной по гребню 25 м. Плотина включает левобережную глухую часть длиной 246,1 м, станционную часть длиной 331,8 м, водосливную часть длиной 189,6 м и правобережную глухую часть длиной 298,5 м.
приплотинное здание ГЭС
строящийся береговой водосброс.
Мощность ГЭС — 6 400 МВт (вместе с Майнским гидроузлом — 6 721 МВт), среднегодовая выработка 24,5 млрд кВт·ч. В 2006 году из-за крупного летнего паводка электростанция выработала 26,8 млрд. кВт·ч электричества.
В здании ГЭС было размещено 10 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 640 МВт, работавших при расчётном напоре 194 м. Максимальный статический напор на плотину — 220 м. Плотина ГЭС уникальна, аналогичный тип плотины в Российской Федерации имеет ещё только одна ГЭС — Гергебильская, но она значительно меньше.
Пропускная способность водосброса плотины — 13600 мі/сек, максимальный зарегистрированный приток к створу — 24400 мі/сек, строящийся водосброс должен увеличить наибольший сбрасываемый затрата на 8000 мі/сек.
Ниже Саяно-Шушенской ГЭС расположен её контррегулятор — Майнская ГЭС мощностью 321 МВт, организационно входящая в состав Саяно-Шушенского гидроэнергетического комплекса.
Плотина ГЭС образует крупное Саяно-Шушенское водохранилище полным объёмом 31,34 куб. км (полезный объём — 15,34 куб. км) и площадью 621 кв. км. Вода водохранилища отличается высоким качеством, что позволило организовать в нижнем бьефе ГЭС рыбоводные хозяйства, специализирующиеся на выращивании форели. При создании водохранилища было затоплено 35,6 тыс. га сельхозугодий и перенесено 2717 строений. В районе водохранилища расположен Саяно-Шушенский биосферный заповедник.
Саяно-Шушенская ГЭС спроектирована институтом Ленгидропроект.
Красноярская ГЭС
Красноя́рская гидроэлектроста́нция — на реке Енисей, в сорока километрах от Красноярска, вблизи города Дивногорска Красноярского края. Вторая по мощности ГЭС в Российской Федерации. Входит в Енисейский каскад ГЭС.
Красноярская ГЭС спроектирована институтом Ленгидропроект.
Строительство ГЭС началось в 1956 году, закончилось в 1972 году. Первый блок Красноярской ГЭС был пущен 3 ноября 1967 года.
Состав сооружений ГЭС:
гравитационная бетонная плотина длиной 1 065 м и высотой 124 м, состоит из левобережной глухой плотины длиной 187,5 м, водосливной — 225 м, глухой русловой — 60 м, станционной — 360 м и правобережной глухой — 232,5 м. Всего при строительстве тела плотины было уложено 5,7 млн. м3 бетона.
приплотинное здание ГЭС длиной 430 м.
Установки приёма и распределения электричества — 220 кВ и 500 кВ.
Судоподъёмник.
Мощность ГЭС — 6000 МВт. Среднегодовая выработка электричества — 20,4 млрд кВт·ч. В здании ГЭС устM3овлено 12 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 500 МВт, работающих при расчётном напоре 93 м. Для пропуска судов сооружён единственный в Российской Федерации судоподъёмник.
Плотина ГЭС образует крупное Красноярское водохранилище. Площадь водохранилища около 2000 кмІ, полный и полезный объём 73,3 и 30,4 кмі соответственно. Водохранилищем было затоплено 120 тыс. га сельскохозяйственных земель, в ходе строительства было перенесено 13750 строений.
Черчилл-Фолс (ГЭС)
Че́рчилл-Фолс — деривационная ГЭС на реке Черчилл в провинции Канады Ньюфаундленд и Лабрадор, должна стать частью проектируемого каскада ГЭС на реке. Гидроэлектростанция (ГЭС) сооружена на месте водопада Черчилл высотой 75 м, который после отвода реки в 1970 осушен, то есть не существует как водопад большее время года. Река, водопад и ГЭС названы в честь британского премьер-министра У. Черчилля.
На 2009 ГЭС Черчилл-Фолс имеет второй по величине подземный машинный зал в мире после ГЭС Робер-Бурасса в северном Квебеке, является первой в Северной Америке гидроэлектростанцией (ГЭС) по среднегодовой выработке (35 ТВт·ч) и второй в Канаде по установленной мощности (5 428 МВт).
Cооружение гидроэлектростанции (ГЭС) было начато 17 июля 1967 после нескольких лет планирования, завершено 6 декабря 1971. Водохранилище — общей площадью 6 988 км2 и объемом 28 км3 — сформировано не одной дамбой, а 88 деривационными дамбами общей длиной более 64 км, при сооружении которых было использовано 20 млн. м3 грунта. Самая длинная из дамб имеет длину 6,1 км. Данная схема позволила увеличить площадь водосбора с 60 000 км2 до 71 700 км2 и довести среднегодовой сток в районе гидроузла до 52 км3 (1 651 мі/с).
Гидроэлектростанция (ГЭС) выполнена по деривационному принципу с отводом реки в районе водопада. Снабжена водосбросом с пропускной способностью 1 390 м3/сек. МашM3 ный зал ГЭС, по проекту подземный, выполнен в скальной выработке на глубине 310 м. Размеры машинного зала составляют 296 м в длину, 25 м в ширину и 47 м в высоту. Всего в нем установлено 11 гидроагрегатов с общей мощностью 5 428 МВт. Каждая из радиально-осевых турбин, работающих при расчётном напоре 312,4 м, имеет массу 73 т и рабочую частоту 200 об/мин. Мощность генераM3 ров 493,5 МВ. Водоводы агрегатов выполнены в виде подводящих туннелей длиной 427 м и диаметром 6,1 м и водосбросных шахт к генераторам высотой 263 м и диаметром 2,13 м.
Станция принадлежит «Churchill Falls (Labrador) corporation Ltd», контрольный пакет (65,8%) акций которой принадлежит «Nalcor», 34,2% принадлежит «Hydro-Quйbec». Существует проект развития станции, который включает в себя строительство новых дамб и дополнительных гидроэлектростанций (ГЭС), что должно обеспечить увеличение площади вобосбора и довести общую установленную мощность до 9 252 МВт.
Плотина Гувера
Плоти́на Гу́вера, дамба Гувера, дамба Хувера (англ. Hoover Dam, также известна как Boulder Dam) — уникальное гидротехническое сооружение в США , бетонная плотина высотой 221 м и гидроэлектростанция (ГЭС), сооружённая в нижнем течении реки Колорадо. Расположена в Чёрном каньоне, на границе штатов Аризона и Невада, в 48 км к юго-востоку от Лас-Вегаса; образует озеро (водохранилище) Мид. Названа в честь 31-ого президента США Герберта Гувера, 31-го президента США , сыгравшего важную роль в её строительстве. Строительство дамбы началось в 1931 и закончилось в 1936, на два года раньше запланированного срока.
Плотина находится под управлением Бюро мелиорации США, подразделения Департамента внутренних дел США. В 1981 плотина была включена в Национальный регистр исторических мест США. Плотина Гувера является одной из известнейших достопримечательностей в окрестности Лас-Вегаса.
Гидроэлектростанция (Hydro power plant, ГЭС) - это
Введение
Люди очень давно научились использовать энергию воды для того, чтобы вращать рабочие колеса мельниц, станков, пилорам. Но постепенно доля гидроэнергии в общем количестве энергии, используемой человеком, уменьшилась. Это связано с ограниченной возможностью передачи энергии воды на большие расстояния. С появлением электрической турбины, приводимой в движение водой, у гидроэнергетики появились новые перспективы.
Одни из первых гидроэлектрических установок мощностью всего в несколько сотен ват были сооружены в 1876-1881 годах в Штангассе и Лауфене (Германия) и в Грейсайде (Англия). Развитие ГЭС и их промышленное использование тесно связано с проблемой передачи электроэнергии на расстояние. Сооружение линии электропередачи (170 км) от Лауфенской ГЭС до Франкфурта-на-Майне (Германия) для снабжения электроэнергией Международная электротехническая выставки (1891) открыла широкие возможности для развития ГЭС. В 1892 году промышленный ток дала ГЭС, построенная на водопаде в Бюлахе (Швейцария), почти одновременно в 1893 были построены ГЭС в Гельшене (Швеция), на реке Изар (Германия) и в Калифорнии (США). В 1896 году вступила в строй Ниагарская ГЭС (США) постоянного тока; в 1898 дала ток ГЭС Рейнфельд (Германия), а в 1901 стали под нагрузку гидрогенераторы ГЭС Жонат (Франция).
Убедительными сведеньями о первой в мире ГЭС можно считать и информацию о первой гидроэлектростанции Хорватии в городке Шибеник (1885 год). Напряжение переменного тока мощностью 230 кВт служило для городского освещения.
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. Полученная энергия освещала производственные помещения, обеспечивала работу телефонной станции, и питала электронасосы для откачки воды из рудниковых шахт.
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 Негаданный и 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.
На 2012 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 21% всей электроэнергии в мире, установленная энергетическая мощность гидроэлектростанций (ГЭС) достигает 715 ГВт. Лидерами по выработке гидроэнергии в абсолютных значениях являются: Китай, Канада, Бразилия; а на душу населения - Норвегия, Исландия и Канада. Крупнейшими мировыми гидроэлектростанциями являются:
· Три ущелья (Китай, река Янцзы) - 22,4 ГВт,
· Итайпу (Бразилия, река Парана) - 14 ГВт,
· Гури (Венесуэла, река Карони) 10,3 ГВт,
· Тукуруи (Бразилия, река Токантинс) - 8,3 ГВт,
· Гранд-Кули (США, река Колумбия) - 6,8 ГВт,
· Саяно-Шушенская (Россия, река Енисей) 6,4 ГВт,
· Красноярская (Россия, река Енисей) 6 ГВт,
· Робер-Бурасса (Канада, река Ла-Гранд) 5,6 ГВт,
· Черчилл-Фолс (Канада, река Черчил) - 5,4 ГВт,
По состоянию на 2011 год в России имеется 15 действующих, достраиваемых и находящихся в замороженном строительстве гидравлических электростанций свыше 1000 МВт и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.
При этом по экономическому
потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место и мире (порядка 852
млрд. кВт ч.) после Китая, однако, по степени их освоения - 20% - уступает
практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Степень
износа оборудования большинства российских гидростанций превышает 40%, а по
некоторым ГЭС этот показатель достигает 70%, что связано с системной проблемой
всей гидроэнергетической отрасли и ее хроническим недофинансированием.
1. Основные виды ГЭС
Русловые и плотинные ГЭС
Плотина; 2 - затворы; 3 - максимальный уровень верхнего бьефа; 4 - минимальный уровень верхнего бьефа; 5 - гидравлический подъёмник; 6 - сороудерживающая решётка; 7 гидрогенератор; 8 - гидравлическая турбина; 9 - минимальный уровень нижнего бьефа; 10 - максимальный паводковый уровень
Приплотинные 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.
Плотина; 2 - водовод; 3 - площадка
электротехнического оборудования высокого напряжения; 4 - здание машинного зала
ГЭС.
Деривационные гидроэлектростанции:
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.
Схема деривационной
гидроэлектрической станции: 1 - плотина; 2 водоподъёмник; 3 - отстойник; 4 -
деривационный канал; 5 - бассейн суточного регулирования; 6 - напорный бассейн;
7 - турбинный водовод; 8 - распределительное устройство; 9 - здание ГЭС; 10 -
водосброс; 11 - подъездные пути
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.
Приливные ГЭС (ПЭС):
Особый вид гидроэлектростанции,
использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли.
В приливных электростанциях используется перепад уровней воды (колебания уровня
воды у берега могут достигать 12 метров), образующийся во время прилива и
отлива. Для этого отделяют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая
задерживает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает
гидротурбины которые могут работать как в режиме генератора, так и в режиме
насоса (для перекачки воды в водохранилище для последующей работы в отсутствие
приливов и отливов).
. Принцип действия ГЭС.
Основные сооружения и оборудование гидроэлектростанций
Гидроэлектростанция − это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию.
Гидроэлектростанции являются составной частью гидроузла - комплекса гидротехнических сооружений, предназначенных для использования водных ресурсов в интересах народного хозяйства: получения электрической энергии, ирригации, водоснабжения, улучшения условий судоходства, защиты от наводнений, рыбоводства и др.
Мощность гидравлического потока зависит от расхода и напора. Скорость потока воды в реке изменяется по ее длине с изменением сечения русла и гидравлического уклона. Для концентрации мощности и сосредоточения напора реки в каком-либо одном месте возводят гидротехнические сооружения: плотину, деривационный канал.
Водосбросные сооружения перепускают воду из верхнего бьефа в нижний во избежание превышения максимального расчетного уровня воды в период паводка, сбрасывает лед, шугу и т.п.
Если река судоходна, то к плотине примыкают шлюзы (судоподъемники) с подходными каналами для пропуска судов и плотов через гидроузел, перевалки грузов и пересадки пассажиров с водного на сухопутный транспорт и пр.
Для обеспечения отбора и подачи воды неэнергетическим потребителям в состав гидроузла входят водоприемные сооружения и насосные станции.
Рыбохозяйственные сооружения - это рыбоходы и рыбоподъемники для пропуска через гидроузел ценных пород рыб к местам постоянных нерестилищ, рыбозащитные сооружения и сооружения для искусственного рыборазведения. Иногда рыбу пропускают через шлюзы в процессе шлюзования судов.
Для связи объектов гидроузла между собой, соединения их с сетью государственных автомобильных и железных дорог, а также для пропуска этих дорог через сооружения гидроузла строят транспортные сооружения: мосты, дороги и др.
Для выработки электроэнергии и ее распределения потребителям в состав гидроузла входят различные энергетические сооружения. К ним относятся: водоприемные устройства и водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к турбинам и отводящие воду в нижний бьеф; здание гидроэлектростанций с гидротурбинами, гидрогенераторами и трансформаторами; вспомогательное механическое и подъемно - транспортное оборудование; пульт управления; открытые распределительные устройства, предназначенные для приема и распределения энергии.
Принцип действия ГЭС заключается в следующем: плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям.
Напор создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Деривацией в гидротехнике называют совокупность сооружений, осуществляющих отвод воды из реки, водохранилища или другого водоёма, транспортировку её к станционному узлу ГЭС, насосной станции, а также отвод воды от них. Различают деривацию безнапорную и напорную. Напорная деривация - трубопровод, напорный туннель, применяется, когда колебания уровня воды в месте её забора или отвода значительны. При малых колебаниях уровня может применяться как напорная, так и безнапорная деривация. Тип деривации выбирается с учётом природных условий района на основании технико-экономического расчёта. Протяжённость современных деривационных водоводов достигает нескольких десятков километров, пропускная способность более 2000 м 3 /сек. Основное энергетическое оборудование размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию. По установленной мощности различают мощные (свыше 250 МВт), средние (до 25 МВт) и малые (до 5 МВт). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего расхода воды Q (м 3 /сек)), используемого в гидротурбинах, и КПД гидроагрегата.
По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации - до 1500 м.
Одними из самых важных составляющих ГЭС считаются гидрогенераторы и гидротурбины.
Гидротурбины.
Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала.
По принципу действия гидротурбины делят на реактивные (напороструйные) и активные (свободноструйные). Вода к рабочему колесу поступает либо через сопла (в активных гидротурбинах), либо через направляющий аппарат (в реактивных гидротурбинах).
Наиболее распространённой разновидностью активной гидротурбины является ковшовая турбина . Ковшовые турбины конструктивно сильно отличаются от наиболее распространенных реактивных гидротурбин (радиально-осевых, поворотно-лопастных), у которых рабочее колесо находится в потоке воды. В ковшовых турбинах вода подается через сопла по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. Вода, проходя через сопло, формирует струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о лопатку турбины, после чего колесо проворачивается, совершая работу. После отклонения одной лопатки под струю подставляется другая. Процесс использования энергии струи происходит при атмосферном давлении, а производство энергии осуществляется только за счет кинетической энергии воды. Лопатки турбины имеют двояковогнутую форму с острым лезвием посередине; задача лезвия - разделять струю воды с целью лучшего использования энергии. Ковшовые гидротурбины применяются при напорах более 200 метров (чаще всего 300-500 метров и более), при расходах до 100 м³/сек. Мощность наиболее крупных ковшовых турбин может достигать 200-250 МВт и более. При напорах до 700 метров ковшовые турбины конкурируют с радиально-осевыми, при больших напорах их использование безальтернативно. Как правило, ГЭС с ковшовыми турбинами построены по деривационной схеме, поскольку получить столь значительные напоры при помощи плотины проблематично. Преимуществами ковшовых турбин является возможность использования очень больших напоров, а также небольших расходов воды. Недостатки турбины - неэффективность при небольших напорах, невозможность использования как насоса, высокие требования к качеству подаваемой воды.
Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса ) - реактивная турбина. В рабочем колесе турбин данного типа поток сначала движется радиально (от периферии к центру), а затем в осевом направлении (на выход). Применяют при напорах до 600 м. Мощность до 640 МВт.
Основным преимуществом турбин данного типа является самый высокий оптимальный КПД из всех существующих типов. Недостаток - менее пологая рабочая характеристика, чем у поворотно-лопастной гидротурбины.
Поворотно-лопастная турбина (турбина Каплана) - реактивная турбина, лопасти которой могут поворачиваться вокруг своей оси одновременно, за счёт чего регулируется её мощность. Также мощность может регулироваться с помощью лопаток направляющего устройства. Лопасти гидротурбины могут быть расположены как перпендикулярно её оси, так и под углом. Поток воды в поворотно-лопастной турбине движется вдоль её оси. Ось турбины может располагаться как вертикально, так и горизонтально. При вертикальном расположении оси поток перед поступлением в рабочую камеру турбины закручивается в спиральной камере, а затем спрямляется с помощью обтекателя. Это необходимо для равномерной подачи воды на лопасти турбины, а значит, уменьшения её износа. Применяется в основном на средненапорных ГЭС.
Диагональная турбина - реактивная турбина, используемая на средних и высоких напорах. Диагональная турбина представляет собой поворотно-лопастную турбину, лопасти которой расположены под острым (45-60°) углом к оси вращения турбины. Такое расположение лопастей позволяет увеличить их количество (до 10-12 штук) и применять турбину на более высоких напорах. Диагональные турбины применяются на напорах от 30 до 200 метров, конкурируя на низких напорах с классическими поворотно-лопастными турбинами, а на высоких - с радиально-осевыми турбинами. По сравнению с последними, диагональные турбины имеют несколько более высокий КПД, но конструктивно более сложны и более подвержены износу.
Гидрогенератор - электрическая машина, предназначенная для выработки электроэнергии на гидроэлектростанции. Обычно гидрогенератор представляет собой синхронную явнополюсную электрическую машину вертикального исполнения, приводимую во вращение от гидротурбины, хотя существуют и гидрогенераторы горизонтального исполнения (в том числе капсульные гидрогенераторы).
Гидрогенераторы имеют сравнительно малую частоту вращения (до 500 об/мин) и достаточно большой диаметр (до 20 м), чем в первую очередь определяется вертикальное исполнение большинства гидрогенераторов, так как при горизонтальном исполнении становится невозможным обеспечение необходимой механической прочности и жесткости элементов их конструкции.
На гидроаккумулирующих электростанциях используются обратимые гидрогенераторы (гидрогенераторы-двигатели), которые могут как вырабатывать электрическую энергию, так и потреблять ее. От обычных гидрогенераторов они отличаются особой конструкцией подпятника, позволяющей ротору вращаться в обе стороны.
Гидрогенераторы для ГЭС специально
проектируются соответственно частоте вращения и мощностью гидротурбин, для
которых они предназначаются. Гидрогенераторы на большую единичную мощность
обычно устанавливают вертикально на подпятниках с соответствующими
направляющими подшипниками. Они, как правило, трехфазные и рассчитаны на
стандартную частоту. Система воздушного охлаждения - замкнутая, с теплообменниками
воздух - вода.
3. Преимущества и
недостатки ГЭС
Основные преимущества гидроэнергетики очевидны. Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем. При этом гидроресурсы значительно опережают в развитии остальные виды возобновляемых источников энергии и способны обеспечивать энергией большие города и целые регионы.
Кроме того, пользоваться этим источником энергии можно достаточно просто, что подтверждается длительной историей гидроэнергетики. Например, генераторы гидроэлектростанций можно включать или выключать в зависимости от энергопотребления.
В то же время достаточно спорным является вопрос о влиянии гидроэнергетики на окружающую среду. С одной стороны, эксплуатация гидроэлектростанций не приводит к загрязнению природы вредными веществами, в отличии от выбросов СО 2 , производимыми ТЭС и возможными авариями на АЭС, которые могут понести за собой глобальные катастрофические последствия.
Но в то же время образование водохранилищ требует затопления значительных территорий, зачастую плодородных, а это становится причиной негативных изменений в природе. Плотины часто перекрывают рыбам путь к нерестилищам, нарушают естественное течение рек, приводят к развитию застойных процессов, снижают способность к «самоочищению», а следовательно резко изменяют качество воды.
Себестоимость производимой энергии на ГЭС гораздо ниже, чем на атомных и тепловых электростанциях, и они способны быстрее выходить на режим выдачи рабочей мощности после включения, однако их строительство обходится дороже.
Современные технологии производства гидроэлектроэнергии позволяют получать довольно высокий КПД. Иногда он в два раза превышает аналогичные показатели обычных теплоэлектростанций. Во многом такая эффективность обеспечивается особенностями оборудования гидроэлектростанций. Оно очень надёжно, да и пользоваться им просто.
Кроме того, всё используемое
оборудование обладает ещё одним важным преимуществом. Это длительный срок
службы, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства. И
действительно часто менять оборудование не нужно, поломки случаются крайне
редко. Минимальный срок службы ГЭС - около пятидесяти лет. А на просторах
бывшего Советского Союза успешно функционируют станции, построенные в двадцатых
или тридцатых годах прошлого века. Управление гидроэлектростанциями
осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев
там работает небольшой персонал.
Заключение
гидроэлектростанция турбина себестоимость энергия
Потенциал гидроэнергетики можно определить, суммировав все существующие на планете речные стоки. Расчёты показали, что мировой потенциал равен пятидесяти миллиардам киловатт в год. Но и эта весьма впечатляющая цифра составляет лишь четверть от количества осадков, ежегодно выпадающих во всём мире.
С учётом условий каждого конкретного региона и состояния мировых рек действительный потенциал водных ресурсов составляет от двух до трёх миллиардов киловатт. Эти цифры соответствуют годовой выработке энергии в 10000 - 20000 миллиардов киловатт в час.
Чтобы осознать потенциал гидроэнергетики, выраженный этими цифрами, следует сопоставить полученные данные с показателями нефтяных теплоэлектростанций. Чтобы получить такое количество электроэнергии, станциям, работающим на нефти, требовалось бы около сорока миллионов баррелей нефти каждый день.
Вне всяких сомнений, гидроэнергетика в перспективе не должна оказывать негативное воздействие на окружающую среду или свести его к минимуму. При этом необходимо добиться максимального использования гидроресурсов.
Это понимают многие специалисты и
поэтому проблема сохранения природной среды при активном гидротехническом
строительстве актуальна как никогда. В настоящее время особенно важен точный
прогноз возможных последствий строительства гидротехнических объектов. Он
должен дать ответ на многие вопросы, касающиеся возможности смягчения и
преодоления нежелательных экологических ситуаций, которые могут возникнуть при
строительстве. Кроме того, необходима сравнительная оценка экологической
эффективности будущих гидроузлов. Правда, до реализации таких планов ещё
далеко, так как сегодня разработка методов определения экологического
энергопотенциала не производится.
Список источников
1.Непорожний П.С., Обрезков В.И.; «Введение в специальность: гидроэлектроэнергетика.» изд. Москва, 1982 г.
Дробнис В.Ф. «Гидравлика и гидравлические машины», изд. Москва, 1987 г.
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)
| Отрасли промышленности | |
|---|---|
| Электроэнергетика | Атомная (АЭС) | Ветровая (ВЭС) | Гидроэнергетика (ГЭС) | Тепловая (ТЭС) | Геотермальная | Водородная | Гелиоэнергетика | Волновая | Приливная (ПЭС) |
| Топливная | Газовая | Нефтяная | Торфяная | Угольная | Нефтеперерабатывающая | Газоперерабатывающая |
| Чёрная металлургия | Добыча рудного сырья | Добыча нерудного сырья | Производство чёрных металлов | Производство труб | Производство электроферосплавов | Коксохимическая | Вторичная обработка чёрных металов | Производство метизов |
| Цветная металлургия | Производства: алюминия | глинозёма | фтористых солей | никеля | меди | свинца | цинка | олова | кобальта | сурмы | вольфрама | молибдена | ртути | титана | магния | вторичных цветных металлов | редких металлов | Промышленность твердых сплавов тугоплавких и жаростойких металлов | Добыча и обогащение руд редких металлов |
| Машиностроение и металлообработка |
Тяжелое | Железнодорожное | Судостроение | Судоремонт | Авиационная | Авиаремонт | Ракетная | Тракторное | Автомобильное | Станкостроение | Химическое | Сельскохозяйственное | Электротехническая | Приборостроение | Точное | Металлобработка |
| Химическая | Шахтерско-химическая | Основная химия | Лакокрасочная | Промышленность бытовой химии | Производство соды | Производство удобрений | Производство химических волокон и нитей | Производство синтетических смол |
| Химико-фармацевтическая | |
| Нефтехимическая | Шинная | Резино-асбестовая |
| Нефтеперерабатывающая | |
| Лесная (комплексы) |
Лесная | Деревообрабатывающая (Лесопильная, Древесно-плитная, Мебельная) | Целлюлозно-бумажная | Лесохимическая |
| Стройматериалов | Цементная | Железобетонных и бетонных конструкций | Стенных материалов | Нерудных строительных материалов |
| Стекольная | |
| Фарфоро-Фаянсовая | |
| Легкая | Текстильная | Швейная | Кожевенная | Меховая | Обувная |
| Текстильная | Хлопчатобумажная | Шерстяная | Льняная | Шелковая | Синтетических и искусственных тканей | Пенько-джутовая |
| Пищевая | Сахарная | Хлебобулочная | Масло-жировая | Маслосыродельная | Рыбная | Молочная | Мясная | Кондитерская | Спиртовая | Макаронная | Пивоваренная и безалкогольных напитков | Винодельческая | Мукомольная | Консервная | Табачная | Соляная | Плодоовощная |
| Энергетика
структура по продуктам и отраслям |
|||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Электроэнергетика : электроэнергия |
| ||||||||||||||||||||||||||