Гідроелектростанції входять до складу гідровузлів. Гідровузол – комплекс гідротехнічних споруд, що забезпечують використання водних ресурсів для отримання електричної енергії, водопостачання, зрошення, а також захист від повеней, покращення умов судноплавства, рибництва, рекреації та ін.
Склад та призначення споруд ГЕС. Якщо основним завданням створення гідровузла є отримання електроенергії, його зазвичай називають ГЕС чи гідроенергетичним об'єктом. У комплексі споруд гідровузла виділяють основні та допоміжні споруди. Для забезпечення виконання будівельно-монтажних робіт у період будівництва зводять тимчасові споруди.
Основні споруди залежно від виконуваних функцій поділяють на:
Водопідпірні та водоскидні споруди,
призначені в залежності від схеми ГЕС для створення водосховища, всього або частини напору ГЕС, пропуску в нижній б'єф експлуатаційних витрат, у тому числі паводкових (що включають греблі та водоскиди різних типів), а також для скидання льоду, шуги, промивання наносів (що включають для цих цілей у ряді випадків спеціальні пристрої). На багатоводних річках максимальні повені можуть досягати 100 тис.м3 /с і більше. Так, на найбільшій у світі ГЕС «Три ущелини» на нар. Янцзи (Китай) споруди гідровузла розраховані на пропуск при ФПУ максимальної розрахункової повені 102,5 тис.м3/с, на Чебоксарській ГЕС на Волзі максимальна розрахункова витрата забезпеченістю 0,01% становить 48 тис.м3/с, на Дніпрогесі – 25,9 тис.м3/с.Енергетичні споруди, призначені для вироблення електроенергії та видачі її в енергосистему та включають водоприймачі; водоводи, що підводять воду з верхнього б'єфу до гідротурбінів у будівлі ГЕС та відводять воду від будівлі ГЕС до нижнього б'єфу; будівлі ГЕС з енергетичним обладнанням (гідротурбіни, гідрогенератори, трансформатори та ін.), механічним, підйомно-транспортним, допоміжним обладнанням, системою керування; відкриті (ЗРП) або закриті (ЗРУ) розподільні пристрої для прийому та видачі електроенергії в енергосистему, а також аварійного відключення ЛЕП.
Судноплавні та лісосплавні споруди, призначені для пропуску суден, плотів через гідровузол та включають шлюзи, суднопідйомники з підхідними та відвідними каналами, плотоходи та ін.
Водозабори для зрошення, водопостачання, що забезпечують необхідну подачу води і водоприймачі, що включають, насосні станції та ін.
Рибопропускні та рибозахисні споруди, призначені для пропуску прохідних порід риби до нерестовищ у верхньому б'єфі та у зворотному напрямку та включають рибоходи та рибопідйомники.
Транспортні споруди, призначені для зв'язку споруд гідровузла між собою, а також для пропуску через них автомобільних та залізниць та включають мости, шосейні та залізниці та ін.
Залежно від природних умов ділянки розміщення гідровузла (гідрологічних, топографічних, геологічних, кліматичних), схеми створення напору типу ГЕС частина основних споруд гідровузла може бути поєднана один з одним (наприклад, водозливні будівлі ГЕС, де будівля ГЕС поєднана з водоскидом).
Допоміжні споруди призначені для забезпечення необхідних умов нормальної експлуатації гідровузла та роботи обслуговуючого персоналу та включають адміністративно-побутові будівлі, системи водопостачання, каналізації та ін.
Тимчасові споруди, необхідні виробництва будівельно-монтажних робіт, можна розбити на дві групи.
До першої групи відносяться споруди, що забезпечують пропуск витрат річки під час будівництва в обхід котлованів і споруд, що будуються, і захист їх від затоплення і включають будівельні канали, водоводи, тунелі, перемички, системи водозниження та ін.
До другої групи належать підсобні виробничі підприємства, що включають бетонні заводи зі складами цементу, заповнювачів для бетону, арматурні, деревообробні та механічні цехи, бази механізації та автотранспорту, склади, тимчасові дороги, системи тимчасового електропостачання, зв'язку, водопостачання та ін.
У багатьох випадках частину тимчасових споруд після завершення будівництва використовують у період експлуатації ГЕС. Так, із споруд першої групи будівельні канали та тунелі можуть входити повністю або частково до складу водоскидів чи водоводів ГЕС, а перемички до складу гребель.
Споруди другої групи повністю або частково можуть використовуватися як початкова інфраструктура територіально-виробничих комплексів, що базуються на ГЕС.
Для забезпечення надійної та довговічної роботи ГЕС в експлуатаційних умовах з урахуванням комплексного використання, досягнення максимального економічного ефекту за рахунок зниження вартості, скорочення термінів будівництва та прискорення введення в дію гідроагрегатів важливе значення має вибір раціонального компонування та типів споруд, виходячи з природних умов, параметрів водосховища та ГЕС, режимів експлуатації.
Враховуючи тривалі терміни будівництва великих ГЕС, що досягають 5-10 років, зазвичай передбачається зведення споруд та введення гідроагрегатів в експлуатацію чергами при недобудованих спорудах, знижених напорах, завдяки чому підвищується економічна ефективність.
ГЕС та ГАЕС поділяють:
За способом створення напору, виходячи з важливих схемвикористання гідравлічної енергії на ГЕС, розміщення будівлі ГЕС у складі споруд: ГЕС із русловими будинками; ГЕС із приплотинними будинками; дериваційні ГЕС.
За встановленою потужністю (для ГАЕС за потужністю у генераторному режимі) на: потужні – понад 1000 МВт, середньої потужності від 30 до 1000 МВт, малої потужності – менше 30 МВт.
За напором (максимальним): високонапірні – понад 300 м, середньонапірні – від 30–50 до 300 м, низьконапірні – менше 30–50 м.
ГЕС з русловими будинками зазвичай застосовуються на рівнинних річках на м'яких і скельних підставах при напорах до 50 м і характеризуються тим, що будівлі ГЕС входять до складу напірного фронту і сприймають тиск води з боку верхнього б'єфу. До комплексу споруд ГЕС зазвичай входять бетонні споруди, що включають будівлю ГЕС, водозливну греблю і судноплавний шлюз, і земляні греблі, що утворюють більшу частину напірного фронту. У багатьох випадках руслові будинки ГЕС виконуються поєднаними з водоскидами. Застосування поєднаних руслових будівель на Київській, Канівській, Дністровській (Україна), Плявінській (Латвія), Саратовській (Росія) ГЕС та інших дозволило відмовитися від водозливних бетонних гребель, скоротити фронт бетонних споруд та отримати значну економію. На вибір загального компонування споруд ГЕС з русловими будинками, що застосовуються на багатоводних річках, де розрахункові паводкові витрати в період будівництва можуть досягати 10–20 тис.м3/с, суттєво впливає схема пропуску витрат річки у період будівництва.
Залежно від розташування бетонних споруд ГЕС розрізняють такі компонування (рис. 4.1):
Берегове та заплавне компонування.
Такі компонування відрізняються тим, що основні бетонні споруди (будівля ГЕС, водозливна гребля та ін) розміщуються поза руслом річки, їх котлован огороджується перемичками, і в період їх будівництва пропуск будівельних витрат, включаючи паводки, здійснюється по руслу річки. Коли бетонні споруди зведені, русло перекривається глухою греблею, найчастіше земляною, і витрати річки пропускаються через бетонні споруди. При береговому компонуванні висота перемичок менша, а при розташуванні котловану в межах ділянки берега, що не затоплюється паводками будівельного періоду, взагалі відпадає необхідність у влаштуванні перемичок. Істотним недоліком берегового компонування є необхідність виконання великих обсягів земляних робіт з виїмки ґрунту в котловані, що підводить та відводить каналах. При заплавному компонуванні котлован бетонних споруд розміщується в заплаві ближче до річища, що призводить, з одного боку, до збільшення висоти перемичок, що огороджують котлован, а з іншого – до зменшення обсягів робіт з виїмки ґрунту.
Руслове компонування. При такому компонуванні бетонні споруди розміщуються в руслі річки. При цьому застосовуються такі схеми їхнього зведення:
В одному котловані, захищеному перемичками, з пропуском будівельних витрат через виконаний у березі канал.
У дві (рідко в три) черги, коли частина русла відгороджується перемичками і в ній зводять бетонні споруди 1-ї черги, а через іншу частину русла пропускають будівельні витрати. Коли споруди 1-ї черги зведені, через них пропускаються витрати річки, а інша частина русла огороджується перемичками і зводяться бетонні споруди 2-ої черги.
Змішане компонування. При такому компонуванні бетонні споруди розміщуються частково в руслі та на березі (у заплаві) або в руслі на всій його ширині та частково на березі (у заплаві).
Вибір варіанта компонування ГЕС у кожному даному випадку визначається природними умовами ділянки розташування ГЕС, забезпеченням сприятливих умов експлуатації, скорочення термінів будівництва, вартості гідровузла і виробляється виходячи з техніко-економічного зіставлення варіантів.
Як приклад на рис. 4.2 наведено компонування Київської ГЕС. До складу бетонних споруд, розташованих на правому березі, входять: руслова будівля ГЕС із 20 горизонтальними капсульними гідроагрегатами сумарною встановленою потужністю 360 МВт із середньорічним виробленням 0,64 млрд. кВт·год на рік, поєднана з поверхневими водоскидами, однокамерний шлюз. Земляна гребля, що перекриває русло, та лівобережна дамба мають загальну довжину близько 54 км. Максимальний напір ГЕС 11,8 м, розрахунковий – 7,6 м. Розрахункова максимальна паводкова витрата, що пропускається через споруди ГЕС, становить 14,8 тис.м3/с, а максимальна питома витрата на водобої дорівнює 90 м3/с. В умовах піщаної основи для забезпечення надійної роботи руслової будівлі ГЕС передбачені протифільтраційні заходи, що включають глинистий понур, шпунтову завісу під фундаментною плитою будівлі ГЕС, за якою влаштований дренаж, з'єднаний з нижнім б'єфом. Для недопущення небезпечних розмивів дна при роботі ГЕС та пропуску паводків у нижньому б'єфі виконано кріплення, що включає водобій та рисберму із залізобетонних плит товщиною від 2,5 до 1,5 м і ковша, заповненого кам'яним начерком, який при утворенні вирви розмиву запобігатиме подальшому розмиву.
До комплексу споруд входить Київська ГАЕС, розташована на березі Київського водосховища за 3,5 км від ГЕС.
ГЕС з приплотинними будинками споруджуються на рівнинних і гірських річках, переважно на скельній основі при напорах від 30 до 300 м і характеризуються тим, що будівля ГЕС розміщується за греблею.
Від типу, висоти та інших параметрів греблі, природних умов створи залежать довжина напірних водоводів та компонування будівлі ГЕС.
В умовах рівнинних річок компонування ГЕС з приплотинними будинками аналогічні компоновкам з русловими будинками і відрізняються від них тим, що перед будівлею знаходиться бетонна гребля з водоприймачем та напірними водоводами (станційна гребля), відокремлена від будівлі ГЕС деформаційним швом. Цікавим прикладом такого компонування є Дніпрогес (рис. 4.3).
Після будівництва Кременчуцької ГЕС з водосховищем корисною ємністю 9 км3, що забезпечує сезонне регулювання стоку Дніпра, розрахункова максимальна паводкова витрата Дніпрогесу в умовах зарегульованого стоку знизилася з 40 до 25,9 тис.м3/с, завдяки чому звільнилася частина водозливів. що дозволило використовувати їх як водоприймальні отвори другої будівлі ГЕС загальною потужністю 888 МВт і збільшити загальну потужність Дніпрогесу до 1595 МВт. До кожної турбіни вода подається з двох прольотів (водоприймальних отворів) двома залізобетонними напірними трубопроводами, що спираються на греблю і відокремленим деформаційним швом від будівлі ГЕС.
а 
б 
в 
Мал. 4.3. Дніпрогес: а – план; б, в – машинний зал відповідно до ГЕС-1 і ГЕС-2; 1 – будівля ГЕС-1; 2 – гравітаційна гребля; 3 – будівля ГЕС-2; 4 – шлюз
При більш високих натисканнях зазвичай в умовах гірських річок компонування ГЕС з бетонними греблями та греблями з ґрунтових матеріалів мають особливості.
Компонування з бетонними греблями, як правило, виконуються русловими або змішаними з розміщенням будівлі ГЕС за гравітаційною, контрфорсною або арочною греблями та характеризуються розташуванням напірних водоводів у тілі греблі, на її верховій або низовій гранях (рис. 4.4). До складу гідровузла входять станційна гребля з приплотинним будинком ГЕС, водоскидна гребля і глухі греблі, які можуть бути бетонними та з ґрунтових матеріалів.
У вузьких створах виникають труднощі з розміщенням будівлі ГЕС та водоскиду. У цих випадках водоскид може бути виконаний окремо на березі (наприклад, Чиркейська ГЕС) або у вигляді поверхневого водоскиду, розташованого на перекритті приплотинного будинку ГЕС (наприклад, Токтогульська ГЕС). Вкрай рідко машинний зал ГЕС розташовують у тілі греблі (наприклад ГЕС Монтейнар у Франції, де машинний зал з чотирма гідроагрегатами загальною потужністю 320 МВт розміщується в порожнині всередині арочно-гравітаційної греблі заввишки 153 м і довжиною по гребеню 210 м, а поверх греблі). Такі вбудовані будівлі, що розміщуються в порожнині всередині бетонної греблі (див. рис. 4.4, г), становлять окрему групу і умовно ставляться до приплотинних будинків.
а 
б
в 
г
Мал. 4.4. Компонування ГЕС з приплотинними будівлями та бетонними греблями: а – руслове компонування – ГЕС «Три ущелини»: 1 – водозливна гребля; 2 – лівобережна та правобережна станційні греблі та будівлі ГЕС; 3 – суднопідйомник; 4 – двонитковий шлюз; б – змішане компонування – ГЕС Ітайпу: 1 – лівобережна гребля із ґрунтових матеріалів; 2 – канал для пропуску будівельних витрат; 3 – тимчасове водоскидання; 4 – низова перемичка; 5 – будівля ГЕС; 6 – верхова перемичка; 7 та 8 – бетонна гребля; 9 - водоскид; 10 – правобережна гребля із ґрунтових матеріалів; в – варіанти розташування напірних водоводів ГЕС із приплотинним будинком; г – варіант із вбудованою будівлею
б 
Мал. 4.5. Красноярська ГЕС: а – план; б – поперечний розріз станційної греблі та будівлі ГЕС; 1 – будівля ГЕС; 2 – станційна гребля; 3 – водозливна гребля; 4–7 – глухі греблі; 8 – монтажний майданчик; 9 і 10 – верховий та низовий судноплавні шляхи; 11 – поворотний пристрій; 12 - суднова камера; 13 - хвилезахисна стінка
У відносно широких створах будівництво зазвичай ведеться у дві черги зі зведенням насамперед бетонної водоскидної греблі (або частини греблі) та пропуском будівельних витрат через стиснене русло річки, а після його перекриття у другу чергу – через водоскидні отвори у зведеній водоскидній греблі та завершенням будівництва споруд ГЕС.
У вузьких створах для пропуску будівельних витрат виконується будівельний тунель, який в умовах експлуатації може використовуватися для влаштування паводкового водоскиду.
а 
б
Мал. 4.6. Чиркейська ГЕС: а – поперечний розріз; б – план; 1 – гребля; 2 – водоприймач; 3 – напірні водоводи; 4 – будівля ГЕС; 5 – під'їзний тунель; 6 - експлуатаційний водоскид, поєднаний з будівельним тунелем
Прикладами ГЕС із приплотинним будинком у відносно широкому створі є найбільша у світі ГЕС «Три ущелини» потужністю 18,2 млн. кВт (див. рис. 4,4, а), ГЕС Ітайпу потужністю 12,6 млн. кВт·год, (див. рис. 4,4, б), Саяно-Шушенська ГЕС потужністю 6.4 млн. кВт, Красноярська ГЕС потужністю 6 млн. кВт із середньорічним виробленням 20,4 млрд. кВт · год. До складу споруд Красноярської ГЕС входять гравітаційна гребель довжиною 1065 м і максимальною висотою 125 м (рис. 4.5), що складається зі станційної та глухих гребель, водозливної греблі, що забезпечує пропуск паводкової витрати 14,6 тис.м3/с (з урахуванням трансформації паводку) водосховище при форсуванні рівня), а також суднопідйомник.
Прикладом ГЕС з приплотинним будинком у вузькому створі є Чиркейська ГЕС потужністю 1,0 млн. кВт з арочною греблею довжиною по гребеню 333 м і максимальною висотою 233 м і з дворядним розташуванням гідроагрегатів у будівлі (рис. 4.6). На лівому березі виконано тунельне експлуатаційне водоскидання, розраховане на пропуск паводкової витрати 3,5 тис.м3/с.
На Токтогульській ГЕС потужністю 1,2 млн. кВт з приплотинним будинком у вузькому створі з дворядним розташуванням гідроагрегатів у будівлі ГЕС та гравітаційною греблею максимальною висотою 216 м у тілі греблі розміщені напірні водоводи ГЕС та глибинний водоскид, а на низовій грані греблі 4.7).
У вузьких створах з бетонними греблями та з ґрунтових матеріалів можуть застосовуватися компонування з береговою та підземною будівлею ГЕС.
Основні компонування ГЕС із греблями із ґрунтових матеріалів наведені на рис. 4.8. При цьому будівля ГЕС може розміщуватися безпосередньо за дамбою (а) або застосовуються найчастіше використовувані компонування з береговим (б) і підземним (в) будинком ГЕС.
Для компоновок ГЕС із греблями з ґрунтових матеріалів характерне берегове розміщення експлуатаційних водоскидів для пропуску паводкових витрат: у вигляді берегового поверхневого водоскиду зі швидкістю або тунельного водоскиду. Для пропуску будівельних витрат зазвичай використовують будівельні тунелі.
Комплекс гідроенергетичних споруд, що включає водоприймач, водоводи, будівлю ГЕС, виконані поза греблею, називають напірно-станційним вузлом (НСУ) ГЕС.
Прикладом високонапірної ГЕС із приплотинним будинком і греблею з ґрунтових матеріалів є Нурекська ГЕС потужністю 2,7 млн. кВт із середньорічним виробленням 11.2 млрд. кВт·год на рік (рис. 4.9). До турбін вода підводиться від водоприймачів баштового типу напірними тунелями. Для прискорення введення в експлуатацію ГЕС перші три гідроагрегати задіяли при зниженому натиску, коли гребля була зведена на висоту 143 м (при проектній висоті 300 м), для чого були виконані тимчасовий водоприймач і тунель. У період будівництва пропуск витрат річки здійснювався через три яруси будівельних тунелів, розташованих на лівому березі. Паводкові витрати в експлуатаційний період (максимальна витрата 5.4 тис.м3/з забезпеченістю 0,01%) пропускаються через тунельний водоскид, з'єднаний з кінцевою ділянкою будівельного тунелю третього ярусу.
Дериваційні ГЕС застосовуються при широкому діапазоні напорів, починаючи від кількох метрів на малих і до 2000 м (ГЕС Райссек в Австрії має натиск 1767 м), і будуються зазвичай в передгірних і гірських районах.
ГЕС з безнапірною деривацією може застосовуватися за незначних коливань рівня води у водосховищі. На таких ГЕС з водоприймача вода подається в дериваційний канал, що проходить берегом (за відповідних топографічних та геологічних умов), або в безнапірний дереваційний тунель.
ГЕС із напірною деривацією застосовується як при великих, так і при незначних коливаннях рівня води у водосховищі. На таких ГЕС з водоприймача вода подається в напірний дериваційний трубопровід, розташований на поверхні, або в напірний дериваційний тунель (рис. 4.10). Спорудження дериваційної ГЕС, а також ГЕС із гребліно-дериваційною (комбінованою) схемою, при якій напір створюється греблею та деривацією (див. 2.4), включають:
Головний вузол, який призначений для створення підпору в річці та спрямування потоку в деривацію, а також очищення води від наносів, сміття, у ряді випадків від льоду, шуги, складається з греблі, водоскиду, водоприймача, відстійника, промивних та кригоскидних споруд.
Головні вузли з низьконапірними греблями, що споруджуються зазвичай на гірських річках, мають водосховища з обмеженим обсягом, у зв'язку з чим передбачаються заходи для запобігання їх заповненню наносами. Для цього у складі гідровузла водоскидна бетонна гребля, обладнана затворами, виконується з низьким порогом та достатньою шириною водоскидного фронту, що забезпечує при пропуску паводкових витрат промив наносів. При велику кількістьу воді завислих наносів, які можуть призвести до швидкого стирання проточної частини гідротурбін, влаштовуються відстійники у вигляді камери, в якій при зменшенні швидкості потоку виважені частинки осідають на дно, а потім видаляються.
Глуха частина греблі може виконуватися бетонною або із ґрунтових матеріалів. Водоприймач може бути поєднаний із греблею або виконаний на березі.
Водосховища зазвичай здійснюють добове регулювання та характеризуються невеликою глибиною спрацьовування, що дозволяє виконати як безнапірну, так і напірну деривацію.
Головні вузли з греблями середнього та високого напору характеризуються великим об'ємом водосховища (з можливістю осадження наносів у межах мертвого об'єму) та значною спрацюванням водосховища при здійсненні сезонного або багаторічного регулювання стоку. У зв'язку з цим водоприймачі виконуються глибинними, а деривація – напірною.
Греблі можуть виконуватися бетонними (гравітаційними, контрфорсними, арочними) з влаштуванням у них водоскиду та у багатьох випадках водоприймача ГЕС, а також з місцевих матеріалів з розміщенням водоскиду та водоприймача поза тілом греблі.
Дериваційні водоводи та споруди на їхній трасі (деривація), що здійснюють підведення води до станційного вузла, поділяються на напірні (тунелі, трубопроводи) та безнапірні (канали, тунелі), по трасі яких можуть влаштовуватися водоскиди, дюкери та інші споруди.
Станційний вузол включає при безнапірній деривації напірний басейн з аванкамерою, водоприймачем, аварійним водоскидом і незалежно від типу деривації загальні споруди: турбінні напірні водоводи, при необхідності з зрівняльним резервуаром, будівля ГЕС, що відводять водоводи у вигляді каналу або тунеляна пристрій.
У складі станційного вузла будівлі ГЕС виконуються береговими відкритими, підземними та рідше напівпідземними.
Характерним прикладом греблі-дериваційної ГЕС є Інгурська ГЕС (Грузія) потужністю 1,3 млн.кВт (рис. 4.11), до складу головного вузла якої входить аркова гребля заввишки 271 м з паводковим водоскидом, розрахованим на витрату 1900 м3/с. Водосховище має корисний об'єм 0,68 км3 при глибині спрацювання 70 м. Від глибинного водоприймача, розрахованого на витрату 450 м3/с, починається депіраційний тунель напірний діаметром 9,5 м і довжиною 15,3 км. До складу станційного вузла ГЕС входять зрівняльний резервуар шахтного типу, приміщення дискових затворів, турбінні тунельні водоводи, підземна будівля ГЕС, що відводить безнапірний тунель і канал загальною довжиною 3,2 км.
Сумарний статичний натиск Інгурської ГЕС, що дорівнює 409,5 м, утворюється з напорів, створюваних греблею (226 м) та деривацією (183,5 м). Розрахунковий натиск дорівнює 325 м, а середньорічне вироблення - 5.4 млрд. кВт · год на рік.
Типи будівель ГЕС та їх основні елементи. Будівля ГЕС є гідротехнічна споруда, в якій за допомогою гідросилового, електричного, гідромеханічного, допоміжного обладнання, систем управління механічна енергія води перетворюється на електроенергію, що передається в енергосистему споживачам. При цьому мають бути забезпечені надійна робота, міцність та стійкість будівлі ГЕС при дії зовнішніх навантажень (гідростатичного та гідродинамічного тиску, фільтраційного тиску, температурних, сейсмічних впливів та ін.), а також навантажень від роботи технологічного обладнання.
Тип та конструктивні рішення будівель ГЕС визначаються загальним компонуванням споруд ГЕС та основним енергетичним обладнанням. Залежно від натиску та умов роботи в будинках ГЕС встановлюються поворотно-лопатні, осьові, радіальноосьові, діагональні та ковшові турбіни.
Нижню частину будівлі, де розміщується проточний тракт, включаючи спіральну камеру, трубу, що відсмоктує, турбінне обладнання та ряд технологічних систем, називають агрегатною частиною, а верхня частина будівлі з верхньою будовою, де розміщуються машинний зал з гідрогенераторами і крановим обладнанням, а також силові трансформатори, кранове обладнання водоприймача (в руслових будівлях), ремонтних затворів труб, що відсмоктують, та інше технологічне обладнання, – надагрегатною частиною.
На конструкцію та розміри будівлі ГЕС у плані та за висотою, заглиблення в основу істотно впливають габарити гідроагрегату, спіральної (турбінної) камери та труби, що відсмоктує, заглиблення осі робочого колеса гідротурбіни під рівень нижнього б'єфу, кількість гідроагрегатів. Як правило, в будівлі ГЕС встановлюються два гідроагрегати і більше (наприклад у будівлі Саратовської ГЕС - 23 гідроагрегати, Канівської ГЕС - 24 гідроагрегати), рідко - один гідроагрегат, так як при його ремонті ГЕС повністю припиняє роботу.
До складу будівлі ГЕС входить монтажний майданчик, на якому провадяться монтаж гідроагрегатів та їх ремонт у період експлуатації. У монтажному майданчику також розміщується частина допоміжних систем.
Багатоагрегатні будівлі ГЕС, що мають значну довжину, діляться на окремі секції деформаційними швами: температурно-осадовими при м'якій підставі, температурними при скельній основі. Так, будівля Волзької ГЕС потужністю 2530 МВт з 22 гідроагрегатами розділена на секції довжиною 60 м, у кожній з яких розміщуються по два агрегатні блоки з поворотно-лопатевими турбінами з діаметром робочого колеса 9,3 м (при розрахунковому натиску 19 м і потужності 115 МВ ).
Блок монтажного майданчика зазвичай від будівлі також відокремлюється швом.
Агрегатна частина будівлі ГЕС характеризується значною масивністю. Вона сприймає гідростатичний та гідродинамічний тиск у проточній частині, навантаження від обладнання та вищерозташованих конструкцій будівлі та передає їх на основу. Геологічні умови значно впливають на конструкцію агрегатної частини будівлі. Так, при скельному підставі вона суттєво полегшується. В агрегатній частині будівлі розміщуються системи технічного водопостачання, осушення проточної частини, дренажу будівлі та ін.
Конструкція агрегатної частини залежить від типу будівлі ГЕС.
Відповідно до типів ГЕС розрізняють:
Руслові будівлі ГЕС, які входять до складу напірного фронту та сприймають натиск з боку верхнього б'єфу. У руслових будинках з натиском до 50 м можуть застосовуватися поворотно-лопатеві турбіни, а при натиску більше 30 м - також радіально-осьові.
Приплотинні будівлі, що розташовуються за греблею, що сприймає натиск із боку верхнього б'єфу. Підведення води до них здійснюється турбінними водоводами. У приплотинних будинках з напором від 30 до 300 м застосовуються в основному радіальноосьові турбіни, а також у певних умовах високонапірні поворотно-лопатеві (наприклад на ГЕС Орлик при діапазоні напорів 45-71 м і потужності агрегату 90 МВт) та діагональні (наприклад Зейська ГЕС) діапазоні напорів 78,5-97 м та потужності агрегату 215 МВт).
Берегові будівлі, що використовуються при гребельній та дериваційній схемах ГЕС, практично не відрізняються від приплотинних будівель.
Підземні будівлі, які також застосовуються при гребельній та дериваційній схемах ГЕС, мають тунелі, що відводять (напірні або безнапірні). У будинках дериваційних ГЕС з великими напорами використовуються радіально-осьові турбіни до напору 600 м і ковшові турбіни, починаючи з напорів 500 м і вище. Усі наведені типи будівель застосовують як у схемах ГЕС, і ГАЕС.
p align="justify"> Основні схеми агрегатної частини будівель ГЕС (крім підземних будівель ГЕС) представлені на рис. 4.12. На схемах I і II наведені агрегатні частини низьконапірної руслової будівлі ГЕС з вертикальними гідроагрегатами і вигнутими трубами, що відсмоктують, відповідно несумісного і поєднаного типу з глибинними водоскидними водоводами, а на схемах IV і V - з горизонтальними і похилими гідроагрегатами суміщеного типу з поверхнево.
На схемі III наведено агрегатну частину приплотинного або дериваційного будинку ГЕС з металевою турбінною (спіральною) камерою круглого перерізу.
На схемі VII показана агрегатна частина дериваційної ГЕС з гідроагрегатами малої потужності із застосуванням вертикальних конічних, а також розтрубних труб, що відсмоктують. При цьому для відведення води виконується канал прямокутного перерізу, що відводить.
На схемі VI наведена агрегатна частина дериваційної ГЕС з ковшовими (активними) гідротурбінами, яка відрізняється відсутністю турбінних камер звичайного типу та труб, що відсмоктують, завдяки чому агрегатна частина значно спрощується.
Параметри надгрегатної частини будівлі ГЕС залежать від конструкції та розмірів верхньої будови.
При верхній будові закритого типу з високою машинною залою в межах будівлі ГЕС та монтажного майданчика забезпечуються за різних кліматичних умов найбільш сприятливі умови експлуатації, монтажу та ремонту основного обладнання. При цьому висота та ширина машзала визначаються як умовами розміщення в ньому обладнання, так і доставки його кранами машзала в агрегатний блок або на монтажний майданчик при монтажі або ремонті основного обладнання.
Верхня будова зазвичай складається з каркаса у вигляді системи колон, на які спираються підкранові балки і ферми перекриття, стін, плит і покрівлі перекриття.
Більшість будівель ГЕС виконуються з високою машинною залою (рис. 4.13 – 4.15).
При верхній будові напіввідкритого типу зі зниженим машинним залом у межах будівлі ГЕС та монтажного майданчика основне обладнання розміщується у машинному залі, крім основного крана великої вантажопідйомності, винесеного за його межі. При монтажі та ремонті збирання та розбирання гідроагрегатів проводяться через знімне перекриття над кожним гідроагрегатом (у вигляді знімних кришок) за допомогою зовнішнього козлового крана. На великих ГЕС у більшості випадків у зниженому машинному залі встановлюється кран зменшеної вантажопідйомності, за допомогою якого виконуються монтажні та ремонтні роботи, що не потребують використання основного крана (рис. 4.16 – 4.18).
При верхній будівлі відкритого типу без машинного залу гідрогенератор розташовується під знімною кришкою, а інше обладнання в технологічних приміщеннях агрегатної частини будівлі ГЕС та монтажного майданчика. Монтажні та ремонтні роботи виконуються за допомогою зовнішнього крана. Враховуючи ускладнення умов експлуатації, монтажу та ремонту гідроагрегатів, такий тип верхньої будови застосовується вкрай рідко.
Руслові будівлі ГЕС(Рис. 4.19). На руслові будівлі ГЕС діють ті ж навантаження, що і на бетонні греблі, і до них пред'являються ті ж вимоги щодо міцності, стійкості, фільтраційних умов на підставі, що забезпечуються при відповідних габаритах будівлі, протифільтраційних та дренажних пристроях на підставі. Руслові будівлі поділяються на несумісні та поєднані з водоскидом.
У зв'язку з тим, що потік, що надходить у відвідний канал від несумісної і особливо суміщеної будівлі, має надмірну кінетичну енергію для недопущення розмиву у каналі, що відводить, виконується кріплення (див. рис. 4.2).
Мал. 4.17. Руслова водозливна будівля з горизонтальними капсульними гідроагрегатами Київської ГЕС: а – поперечний розріз; б – машинний зал; 1 – козловий кран; 2 – капсульний гідроагрегат; 3 – паз сороутримуючої решітки
Поєднання будівлі ГЕС з прилеглою до нього земляною греблею або з берегом здійснюється за допомогою сполучних підвалин у вигляді підпірних стінок (гравітаційних, кутових, контрфорсних, комірчастих та інших типів).
У руслових будівлях несуміщеного типу з вертикальними гідроагрегатами проточна частина включає водоприймач, спіральну камеру в основному таврового перерізу і трубу, що відсмоктує, від розмірів яких залежать розміри агрегатного блоку. При цьому ширина блоку з поворотно-лопатевою турбіною може становити 2,6-3,2 діаметра робочого колеса турбіни (D1). Розміри водоприймача визначаються необхідним заглибленням під УМО, забезпеченням сприятливих гідравлічних умов на вході та при поєднанні зі спіральною камерою, допустимими швидкостями потоку на решітках (зазвичай складовими 0,8–1,2 м/с), розміщенням решітки, аварійно-ремонтного та ремонтного затворів , пази яких можуть бути поєднані з пазами ґрат. На вхідній ділянці водоприймача, як правило, виконується розтруб із забраною стінкою, чим досягається плавне підведення води.
Заглиблення будівлі ГЕС під рівень нижнього б'єфу залежить від необхідного заглиблення осі робочого колеса під рівень нижнього б'єфу (висоти відсмоктування) та розмірів труби, що відсмоктує, а також інженерно-геологічних умов основи.
Головні трансформатори, що підвищують, встановлюються на перекритті над технологічними приміщеннями з боку нижнього б'єфу.
Руслові будівлі суміщеного типу, в яких, крім турбінних водоводів, розміщуються також водоскиди, можуть бути виконані: з донними водоскидами, що розміщуються нижче спіральної камери над трубами, що відсмоктують - Волгоградська, Новосибірська, Каховська ГЕС (рис. 4.19,б);
- з донними водоскидами та високим водоприймачем турбінних водоводів – Чебоксарська, Головна ГЕС (див. рис. 4.13);
- з глибинними водоскидами, розташованими вище спіральної камери (між нею та генератором) – Іркутська, Саратовська, Дубосарська ГЕС (див. рис. 4.16);
- водозливні з вертикальними гідроагрегатами – Павлівська, Плявінська (див. рис. 4.14), Дністровська ГЕС;
- водозливні з горизонтальними гідроагрегатами – Київська, Канівська ГЕС (див. рис. 4.17);
- бичкові з розміщенням гідроагрегатів у бичках водозливної греблі – Орточальська (Грузія), Уеллс (США).
Будівлі суміщеного типу дозволяють суттєво скоротити довжину водозливних гребель або взагалі відмовитися від них, що особливо важливо при зведенні ГЕС на м'яких підставах, забезпечуючи зниження вартості будівництва. Так, на Новосибірській ГЕС довжина водозливної греблі скоротилася на 50%. На Іркутській, Павлівській, Плявінській, Дністровській ГЕС пропускна спроможність водоскидів будівлі ГЕС забезпечує пропуск розрахункової паводкової витрати без водозливних гребель. У поєднаних будинках ГЕС водоприймач включає турбінний водоприймач і водоприймальну частину водоскидів.
До недоліків таких будівель можна віднести ускладнення конструкції, значні додаткові гідродинамічні навантаження під час роботи водоскидів, ускладнення умов експлуатації.
У будівлях суміщеного типу з горизонтальними капсульними агрегатами, що застосовуються при низьких напорах (до 25 м), завдяки відсутності спіральної камери та використанню прямовісної конічної труби, що відсмоктує, досягаються значне зменшення ширини агрегатного блоку і підвищення закладення підошви будівлі. Крім того, покращення геометрії та гідравлічних умов проточного тракту, включаючи підвідну частину без спіральної камери складної конфігурації та заміну вигнутої відсмоктувальної труби прямовісної конічної, що володіє більш високими енергетичними показниками, дозволяє знизити втрати напору, збільшити на 20–30% пропускну здатність. за тієї ж потужності зменшити діаметр робочого колеса. Загалом застосування горизонтальних капсульних агрегатів у порівнянні з вертикальними скорочує ширину агрегатного блоку на величину до 35%, підвищує к.п.д. на 2-4%.
Мал. 4.19. Руслові будівлі. Поперечні розрізи та види з нижнього б'єфу: а – Кременчуцька та б – Каховська ГЕС: 1 – фундаментна плита; 2 – металевий шпунт; 3 – донний водоскид
Поверхневий водозлив забезпечує сприятливі умови пропуску паводку, що дозволяє в багатьох випадках відмовитися від влаштування водозливної греблі. У таких будинках металева капсула із ув'язненим у ній гідрогенератором розміщується в проточній частині будівлі з боку верхнього б'єфу. Доступ до капсули здійснюється через спеціальні порожнини у вертикальному бичку. Монтаж та демонтаж гідроагрегату проводяться за допомогою мостового крана, що розміщується в машинному залі під водозливом, та зовнішнім козловим краном через люки зі знімними кришками у порозі водозливу (див. рис. 4.17).
На ряді малих ГЕС генератор розміщується відкрито в машзалі, вісь гідроагрегату виконується похило, а підведення води до турбіни здійснюється водоводом, що проходить під генератором (див. рис. 4.12, схема V)
Руслові будівлі бичкового типу застосовуються вкрай рідко, в основному на річках, що несуть велику кількість наносів, забезпечуючи сприятливі умови пропуску через водозливні прольоти льоду, наносів та паводкових витрат. На ГЕС бичкового типу Уеллс (США) потужністю 870 МВт з напором 30 м у бичках греблі встановлено 10 гідроагрегатів, розрахункова паводкова витрата становить 33,4 тис.м3/с. До недоліків таких ГЕС можна віднести відсутність загального машинного залу, подовження технологічних комунікацій та загалом ускладнення умов експлуатації.
Приплотинні будівлі ГЕС.У приплотинних будинках ГЕС вода підводиться до турбін по турбінних водоводах (металевих або сталезалізобетонних), що проходять в основному в тілі або на низовій грані бетонних гребель, з розміщенням водоприймача на верховій грані гребель, будинком ГЕС, що безпосередньо примикає до греблі, і окремим швом (см (Рис. 4.3, 4.5-4.7). При прямолінійних у плані гребель будівля ГЕС також прямолінійно, при його розташуванні за арочними або арочно-гравітаційними греблами будівля ГЕС може мати в плані прямолінійне або криволінійне обрис по дузі, що відповідає обрису низової грані греблі.
Для забезпечення плавного підведення води від турбінного водоводу до спіральної камери перед нею зазвичай виконується горизонтальна ділянка водоводу довжиною (4–6)D 1 , в межах якої влаштовуються технологічні приміщення з розміщенням на верхньому перекритті трансформаторів, що підвищують.
При греблях з місцевих матеріалів вода підводиться до турбін по турбінних водоводах, що проходять через тіло греблі або в обхід її у вигляді тунелів або відкритих водоводів, з окремим водоприймачем у верхньому б'єфі та з розміщенням будівлі ГЕС на деякій відстані від греблі.
На відміну від руслових приплотинні будівлі не сприймають тиск верхнього б'єфу, а тиск, що передається на них через турбінні водоводи, невеликий, що дозволяє полегшити конструкцію будівлі.
Спіральні камери таких будівель мають круглий переріз і виконуються металевими або сталезалізобетонними з металевим облицюванням.
Ширина агрегатного блоку з вертикальними радіально-осьовими (або діагональними) гідротурбінами визначається розмірами турбінної (спіральної) камери і становить не менше 4D 1 (діаметрів робочого колеса).
Характерним прикладом приплотинного будинку є будівля Красноярської ГЕС загальною довжиною разом із монтажним майданчиком 428,5 м, де встановлено 12 гідроагрегатів сумарною потужністю 6 млн. кВт (див. рис. 4.5). У стаціонарній греблі виконаний водоприймач із 24 водозабірними отворами. Вода підводиться до агрегату за двома сталезалізобетонними водоводами діаметром 7,5 м.
На Чиркейській ГЕС з арочною греблею, зведеною у вузькій ущелині, зменшення довжини приплотинного будинку досягається дворядним розташуванням гідроагрегатів (див. рис. 4.6). Обидва машзали обслуговуються одним мостовим краном, який підкрановими шляхами в монтажному майданчику перекладається з одного машзала в інший. Розміщення труб, що відсмоктують, у два яруси призводить до додаткового заглиблення будівлі ГЕС.
При розміщенні споруд ГЕС у вузькій ущелині, де складно виконати берегові водоскиди, водоскиди проходять у тілі греблі, на її низовій грані та на перекритті будівлі. Таке компонування виконано на Токтогульській ГЕС із дворядним розташуванням агрегатів у будівлі ГЕС (див. рис. 4.7). При цьому трансформатори, що підвищують, розміщуються в закритому приміщенні. При такому компонуванні потік, проходячи водоскидом, носком-трампліном відкидається від будівлі ГЕС на значну відстань, а гасіння енергії в основному відбувається за рахунок аерації потоку.
Характерним прикладом приплотинного будинку, розташованого за греблею з місцевих матеріалів, із підведенням води тунелями є будівля Нурекської ГЕС (див. рис. 4.9, 4.18). У будівлі ГЕС встановлено 9 агрегатів потужністю по 300 МВт з максимальним натиском 275 м. Підведення води здійснюється за трьома тунелями діаметром 9 м з поділом кожного на 3 турбінні водоводи. Будівля виконана зі зниженим машзалом зі знімними кришками у перекритті над гідроагрегатами та монтажним майданчиком. У машзалі та в приміщенні затворів для обслуговування та ремонту обладнання встановлені мостові крани, а для монтажу та повного демонтажу гідроагрегату та кульового затвора використовується козловий кран.
Будівлі дериваційних ГЕСз радіально-осьовими турбінами практично не відрізняються від приплотинних будівель. При встановленні ковшових турбін змінюється конструкція агрегатної частини будівлі ГЕС. Замість турбінної камери виконується напірний розподільчий трубопровід у вигляді металевого кожуха, на якому кріпляться сопла турбіни з механізмами регулювання витрати, а вода від турбіни відводиться безнапірним лотком. В залежності від потужності гідротурбіни та кількості сопел вісь гідроагрегату може розташовуватися вертикально або горизонтально. Завдяки тому, що у ковшових турбін робоче колесо розташовується вище за максимальний рівень нижнього б'єфу, при їх установці істотно зменшується заглиблення будівлі.
У будинках високонапірних дериваційних ГЕС при великій довжині або розгалуженні напірних водоводів перед турбінами встановлюються залежно від напору і діаметра дискові або кульові затвори (при напорах більше 600 м тільки кульові), що дозволяють перекрити трубопроводи та зупинити гідроагрегат в аварійній ситуації у разі відмови направляючого апарату а також при нормальній експлуатації та проведенні ремонтних робіт.
Останнім часом замість передтурбінних затворів знаходять застосування вбудовані кільцеві затвори, що розміщуються між статорними колонами та лопатками направляючого апарату, що дозволяє зменшити габарити будівлі, масу та вартість обладнання.
Підземні будинки ГЕС.В останні десятиліття широкий розвиток набуло будівництва підземних будівель ГЕС. З них найбільші побудовані в Канаді: Черчілл-Фолс потужністю 5225 МВт із напором 320 м, Міка – 2610 МВт із напором 183 м. З підземними будинками виконані Інгурська ГЕС потужністю 1300 МВт у Грузії (рис. 4.20), Верхнє Усть-Хантайська – 441 МВт у Росії та інших. У підземних будинках проведення будівельних робіт залежить від кліматичних умов, що має значення при будівництві у північних регіонах із суворою зимою чи тропіках із тривалим сезоном дощів. Підземні будівлі також застосовуються в тих випадках, коли через несприятливі природні умови в ущелині (крутих зсувнонебезпечних схилах, високому рівні води при пропуску паводку), а також великого заглиблення осі робочого колеса турбіни під рівень нижнього б'єфу будівництво відкритих будівель може призвести до порушення стійкості берегових схилів до різкого збільшення обсягів робіт.
До недоліків підземних будівель можна віднести: у разі несприятливих інженерно-геологічних умов значне ускладнення підземних робіт; ускладнення умов експлуатації у зв'язку з подовженням технологічних комунікацій, складнішими схемами видачі потужності; збільшення витрат електроенергії на власні потреби, що спричинене необхідністю постійної вентиляції приміщень, їх освітлення та ін.
Розміри та компонування підземних будівель ГЕС залежать в першу чергу від параметрів та розміщення гідросилового, електричного та гідромеханічного обладнання. На великих ГЕС, де розміри виробок машинних залів досягають великих розмірів (проліт до 30 м і більше), в машинному залі зазвичай розміщують основне гідросилове обладнання, яке обслуговується мостовими кранами, а затвори передтурбін виконуються в окремому приміщенні, розташованому на деякій відстані від машзала. При довгих тунелях, що відводять ремонтні затвори нижнього б'єфу і обслуговуючі їх механізми для перекриття відсмоктують труб також розміщуються в окремо розташованому приміщенні. При великій кількості агрегатів влаштовують кілька тунелів, що відводять, найчастіше безнапірних або напірних (при великих коливаннях рівнів нижнього б'єфу) з зрівняльним резервуаром. За коротких тунелів, що відводять воду окремо від кожного агрегату, затвори нижнього б'єфу встановлюються у вихідних порталах тунелів.
Одним із важливих факторів, що визначають компонування будівель підземних ГЕС, є вибір схеми розміщення головних підвищуючих трансформаторів: в окремому підземному приміщенні (ГЕС Каріба у Зімбабве, ГЕС Ялі у В'єтнамі), у розширеному підземному машзалі (ГЕС Тімет I та II в Австралії), відкрито на поверхні землі на майданчиках ОРУ (Борисоглібська, Інгурська).
Відкрите розташування трансформаторів використовується переважно при неглибокому розміщенні підземної будівлі (на глибині до 200–300 м) та сприятливих топографічних та геологічних умовах майданчика. При цьому струмопроводи від генераторів до трансформаторів, що мають значну довжину, прокладаються у спеціальних галереях та шахтах з виконанням спеціальних заходів щодо відведення тепла у зв'язку з великим тепловиділенням струмопроводами.
Передача електроенергії на ОРУ та ЗРУ від головних трансформаторів при їх підземному розташуванні здійснюється при напрузі 110–500 кВ маслонаповненими кабелями з проведенням спеціальних заходів щодо відведення тепла, а останнім часом також елегазовими струмопроводами.
У підземних будинках передбачаються монтажні майданчики, які в більшості випадків є продовженням машзалу, розташовуючись, як правило, у його торці та з'єднуючись із поверхнею землі за допомогою транспортних тунелів та вантажних шахт.
Для відведення тепла та вентиляції підземних приміщень будівлі ГЕС встановлюються вентилятори та кондиціонери.
Конструкції обробок машзалів залежить від інженерно-геологічних умов. У більшості машзалів виконується несуче зведення кругового обрису зі збільшенням товщини залізобетонної обробки у п'ят. У досить міцних породах стіни кріпляться набризк-бетоном, а в менш міцних влаштовується суцільне бетонне або залізобетонне облицювання товщиною до 0,5 м і більше з укріпленням анкерами, в зонах ослаблених порід - з проведенням укріплювальної цементації, а в ряді випадків передбачаються дренажні заходи.
У підземній будівлі Інгурської ГЕС завдовжки 145,5 м, прольотом 21,2 м та висотою виломки 53,7 м встановлено 5 гідроагрегатів. Вода підводиться до агрегатів турбінними водоводами, розташованими в плані під кутом до поздовжньої осі агрегатів, що дозволило розмістити передтурбінні затвори в межах машзалу, практично без збільшення його прольоту (рис. 4.20). Вода відводиться напірним тунелем.
Напівпідземні будівлі ГЕС. При сприятливих інженерно-геологічних і топографічних умовах і великих коливаннях рівня нижнього б'єфу можуть виконуватися напівпідземні будівлі, що розміщуються в траншейних виробках, причому верхні будови машзалів можуть влаштовуватися на поверхні землі. Можливі рішення напівпідземних будівель із розміщенням одного чи кількох агрегатів в окремих шахтах, над якими на поверхні землі зводиться верхня будова машзалу, як на Дністровській ГАЕС.
Напівпідземний будинок Вілюйської ГЕС потужністю 648 МВт, виконаний у траншейному виробленні глибиною 60 м, повністю розміщується під поверхнею землі (рис. 4.21).
Будівлі малих ГЕС.До малих зазвичай належать ГЕС потужністю до 10-30 МВт. Поряд із використанням гідроенергетичних ресурсів великих річок на середніх та великих ГЕС, які у більшості випадків вимагають створення великих водосховищ та працюють в об'єднаних енергосистемах, широкий розвиток у світі отримали малі ГЕС. Такі ГЕС використовують гідроенергетичний потенціал малих річок, приток, скидних каналів і дуже обмежений вплив на довкілля. Вони можуть видавати електроенергію в енергосистему або працювати на конкретного споживача, що є особливо важливим для віддалених районів, де немає розвиненої мережі електропередач.
Малі ГЕС, як і великі, поділяються на ГЕС з русловими та приплотинними будівлями та дериваційними.
На малих ГЕС для спрощення конструкцій в будинках з установкою вертикальних гідроагрегатів можуть застосовуватися прямовісні конічні труби, що відсмоктують, широке використання знаходять горизонтальні агрегати, включаючи капсульні, а також з похилим розташуванням осі агрегату (див. рис. 4.12, схеми IV, V, VII).
На стор. 283 (фото) та на рис. 4.22 показані дериваційні ГЕС – Теребля-Рикська потужністю 27 МВт із напором 215 м та Єгорлицька потужністю 30 МВт із напором 32 м.
Різноманітність варіантів і унікальність технічних рішень, що застосовуються при будівництві гідроелектростанцій, вражає уяву. Насправді не так легко знайти дві однакові станції. Але все ж таки існує їх класифікація, заснована на певних ознаках - критеріях.
Спосіб створення напору
Мабуть, найочевидніший критерій - спосіб створення напору:
- руслова гідроелектростанція (ГЕС);
- дериваційна гідроелектростанція;
- гідроакумулююча електростанція (ГАЕС);
- приливна електростанція (ПЕМ).
Між цими чотирма основними видами гідроелектростанцій є характерні відмінності. Річкова гідроелектростанція розташовується на річці, перекриваючи греблею її протягом створення напору і водосховища. Дериваційна ГЕС зазвичай розташовується на звивистих гірських річках, де можна з'єднати рукави річки водоводом щоб пустити частину потоку коротшим шляхом. Натиск при цьому створюється природним перепадом рельєфу місцевості, а водосховище може бути зовсім відсутнім. Гідроакумулююча електростанція є два басейни, що розташовуються на різних рівнях. Басейни з'єднані водоводами, якими вода може перетікати в нижній басейн з верхнього і перекачуватися назад. Приливна електростанція розташовується в затоці, перекритій греблею для створення водосховища. На відміну від гідроакумулюючої електростанції робочий цикл ПЕМ залежить від явища припливів/відливів.
Величина натиску
За величиною напору, що створюється гідротехнічною спорудою (ГТС) гідроелектростанції діляться на 4 групи:
- низьконапірні – до 20 м;
- середньонапірні – від 20 до 70 м;
- високонапірні – від 70 до 200 м;
- надвисоконапірні – від 200 м.
Варто відзначити, що класифікація по величині напоруносить відносний характер і відрізняється від джерела до іншого.
Встановлена потужність
За встановленою потужністю станції - сумою номінальних потужностей генеруючого обладнання встановленого на ній. Ця класифікація має 3 групи:
- мікро-ГЕС – від 5 кВт до 1 МВт;
- малі ГЕС – від 1 кВт до 10 МВт;
- великі ГЕС – понад 10 МВт.
Класифікація з встановленої потужностіяк і за величиною напору, перестав бути суворої. Одну й ту саму станцію у різних джерелах можуть відносити до різних груп.
Конструкція греблі
Існує 4 основні групи гребель гідроелектростанцій:
- гравітаційна;
- контрфорсна;
- аркова;
- арочно-гравітаційна.
Гравітаційна гребля являє собою масивну конструкцію, що утримує воду у водосховищі за рахунок своєї ваги. Контрфорсна гребля використовує дещо інший механізм - свою відносно невелику вагу вона компенсує вагою води, що давить на похилу грань греблі з боку верхнього б'єфу. Аркова гребель , мабуть найвитонченіша, має форму арки, що упирається основою в береги і округлою частиною опуклою у бік водосховища. Утримання води біля арочної греблі відбувається рахунок перерозподілу тиску з фронту греблі на береги річки.
Розташування машинного залу
Точніше, за розташування машинного залу щодо греблі, не плутати з компонуванням! Ця класифікація має значення лише для руслових, дериваційних та приливних електростанцій.
- руслового типу;
- приплотинного типу.
При русловому типі машинний зал розташовується безпосередньо в тілі греблі, пригребельному типі - зводиться окремо від тіла греблі і зазвичай знаходиться відразу за ним.
Компонування
Під словом "компонування" в даному контексті мається на увазі розташування машинного залу щодо русла річки. Будьте уважними при читанні іншої літератури на цю тему, тому що слово компонування має ширше значення. Класифікація справедлива лише для руслових та дериваційних електростанцій.
- руслова;
- заплавна;
- берегова.
При русловій компонуванні будівля машинного залу розташовується в руслі річки, заплавної компонування - у заплаві річки, а при берегової компонування - на березі річки.
Зарегульованість
А саме ступінь зарегульованості стоку річки. Класифікація має значення лише для руслових та дериваційних гідроелектростанцій.
- добового регулювання (цикл роботи – одна доба);
- тижневого регулювання (цикл роботи – один тиждень);
- річного регулювання (цикл роботи – один рік);
- багаторічне регулювання (цикл роботи - кілька років).
Класифікація відбиває наскільки велике водосховище гідроелектростанції стосовно обсягу річного стоку річки.
Всі наведені критерії не є взаємно виключеними, тобто одна і та ж ГЕС може бути річкового типу, високонапірної, середньої потужності, руслового компонування з машинним залом приплотинного типу, арочною греблею та водосховищем річного регулювання.
Список використаних джерел
- Бризгалов, В.І. Гідроелектростанції: навч. посібник/В.І. Бризгалов, Л.А. Гордон – Красноярськ: ІСЦ КДТУ, 2002. – 541 с.
- Гідротехнічні споруди: 2 т. / М.М. Гришин [та ін]. - Москва: Вища школа, 1979. - Т.2 – 336 с.
Визначення
Особливості
Принцип роботи
Гідроенергетика у світі
Найбільші ГЕС у світі
Тукуруї ГЕС
Гранд-Кулі
Саяно-Шушенська ГЕС
Красноярська ГЕС
Черчіл-Фолс (ГЕС)
Гребля Гувера
Асуанські греблі
Гідроелектростанції (ГЕС) Російської Федерації
Передісторія розвитку гідробудування в Російської Федерації
Найбільші гідроелектростанції (ГЕС) Російської Федерації
Братська ГЕС
Усть-Ілімська ГЕС
Богучанська ГЕС
Волзька ГЕС
Жигулівська ГЕС
Бурейська ГЕС
Аварії та пригоди на ГЕС
Гребель Вайонт
Новосибірська ГЕС
Аварії на Саяно-Шушенській ГЕС
Мала гідроелектростанція (ГЕС)
Гідроелектростанція (ГЕС) - електростанція, як джерело енергії використовує енергію водного потоку. Гідроелектростанції (ГЕС) зазвичай будують на річках, споруджуючи греблі та водосховища.
Для ефективного виробництва електрики на ГЕС необхідні два основних фактори: гарантована забезпеченість водою цілий рік і можливо великі ухили річки, сприяють гідробудівництву каньйоноподібні види рельєфу.
Особливості
Вихідна вартість електрикина російських ГЕС більш ніж удвічі нижче, ніж теплових електростанціях.
Генератори ГЕС можна досить швидко вмикати та вимикати в залежності від споживання енергії
Відновлюване джерело енергії
Значно менша дія на повітряне середовище, ніж іншими видами електростанцій
Будівництво ГЕС зазвичай більш капіталомістке
Часто ефективні ГЕС віддалені від споживачів
Водосховища часто займають значні території
Греблі найчастіше змінюють характер рибного господарства, оскільки перекривають шлях до нерестовищ прохідним рибам, проте часто сприяють збільшенню запасів риби в самому водосховищі та здійсненню рибництва.
Принцип роботи
Принцип роботиГЕС досить проста. Ланцюг гідротехнічних споруд забезпечує необхідний напір води, що надходить на лопаті гідротурбіни, що приводить в дію генератори, що виробляють електроенергію.
Необхідний тиск води утворюється за допомогою будівництва греблі, і як наслідок концентрації річки в певному місці, або деривацією - природним струмом води. У деяких випадках для отримання необхідного напору води використовують разом і греблю, і деривацію.
Безпосередньо у самій будівлі гідроелектростанції (ГЕС) розташовується все енергетичне устаткування. Залежно від призначення воно має свій певний поділ. У машинному залі розташовані гідроагрегати, які безпосередньо перетворюють енергію струму води в електричну енергію. Є ще різноманітне додаткове обладнання, пристрої керування та контролю за роботою ГЕС, трансформаторна станція, розподільні пристрої та багато іншого.
Гідроелектричні станції поділяються в залежності від потужності, що виробляється:
потужні – виробляють від 25 МВТ до 250 МВт та вище;
середні - до 25 МВт;
малі гідроелектростанції (ГЕС) – до 5 МВт.
Потужність ГЕС безпосередньо залежить від напору води, а також від ККД генератора, що використовується. Через те, що за природними законами рівень води постійно змінюється, залежно від сезону, а також ще з ряду причин, як вираз потужності гідроелектричної станції прийнято брати циклічну потужність. Наприклад, розрізняють річний, місячний, тижневий чи добовий цикли роботи гідроелектростанції (ГЕС).
Гідроелектростанції (ГЕС) також поділяються в залежності від максимального використання напору води:
високонапірні - понад 60 м;
середньонапірні - від 25 м;
низьконапірні - від 3 до 25 м.
Залежно від напору води в гідроелектростанціях (ГЕС) застосовуються різні види турбін. Для високонапірних - ковшові та радіально осьові турбіни з металевими спіральними камерами. На середньонапірних ГЕС встановлюються поворотнолопатеві та радіально-осьові турбіни, на низьконапірних — поворотнолопатеві турбіни в залізобетонних камерах. Принцип роботи всіх видів турбін схожий - вода, що знаходиться під тиском (напір води) надходить на лопаті турбіни, які починають обертатися. Механічна енергія, таким чином, передається на гідрогенератор, який виробляє електроенергію. Турбіни відрізняються деякими технічними характеристиками, а також камерами - залізними або залізобетонними, і розраховані на різний тиск води.
Гідроелектричні станції також поділяються в залежності від принципу використання природних ресурсів, і, відповідно, концентрації води, що утворюється. Тут можна виділити такі ГЕС:
руслові та приплотинні ГЕС. Це найпоширеніші види гідроелектричних станцій. Натиск води в них створюється за допомогою установки греблі, що повністю перегороджує річку, або піднімає рівень води в ній на необхідну позначку. Такі гідроелектростанції (ГЕС) будують на багатоводних рівнинних річках, і навіть на гірських річках, у місцях, де русло річки вужче, стиснене.
греблі ГЕС. Будуються при більш високих тисках води. І тут річка повністю перегороджується греблею, а саму будівлю ГЕС розташовується за греблею, у нижній її частини. Вода в цьому випадку підводиться до турбін через спеціальні напірні тунелі, а не безпосередньо, як у руслових ГЕС.
дериваційні гідроелектростанції (ГЕС). Такі електростанції будують у тих місцях, де великий ухил річки. Необхідна концентрація води у ГЕС такого типу створюється за допомогою деривації. Вода відводиться із річкового русла через спеціальні водовідведення. Останні спрямовані, і їх ухил значно менший, ніж середній ухил річки. У результаті вода підводиться безпосередньо до будівлі ГЕС. Дериваційні ГЕС можуть бути різного виду безнапірні, або з напірною деривацією. У разі напірної деривації, водовід прокладається з великим поздовжнім ухилом. В іншому випадку на початку деривації на річці створюється більш висока гребля, і створюється водосховище - така схема ще називається змішаною деривацією, оскільки використовуються обидва методи створення необхідної концентрації води.
гідроакумулюючі електростанції. Такі ГАЕС здатні акумулювати електроенергію, що виробляється, і пускати її в хід у моменти пікових навантажень. Принцип роботи таких електростанцій наступний: у певні моменти (часи не пікового навантаження) агрегати ГАЕС працюють як насоси і закачують воду в спеціально обладнані верхні басейни. Коли виникає потреба, вода з них надходить у напірний трубопровід і, відповідно, приводить у дію додаткові турбіни.
У гідроелектричні станції, залежно від їх призначення, також можуть входити додаткові споруди, такі як шлюзи або суднопідйомники, що сприяють навігації по водойми, рибопропускні, водозабірні споруди, що використовуються для іригації та багато іншого.
Цінність гідроелектричної станції полягає в тому, що для виробництва електричної енергії вони використовують поновлювані природні ресурси. Зважаючи на те, що потреби в додатковому паливі для ГЕС немає, кінцева вартість електрики значно нижча, ніж при використанні інших видів електростанцій.
Гідроенергетика у світі
Лідерами з вироблення гідроенергії на громадянина є США і Канада. Найбільш активне гідробудівництво на початок 2000-х веде, для якого гідроенергія є основним потенційним джерелом енергії, в цій же країні розміщено до половини малих гідроелектростанцій (ГЕС) світу.
Найбільші ГЕС у світі
На 2005 рік гідроенергетика забезпечує виробництво до 63 % відновної та до 19 % усієї електрики у світі, встановлена гідроенергетична потужність досягає 715 ГВт.
Лідерами з вироблення гідроенергії на громадянина є Норвегія, Ісландіята Канада. Найбільш активне гідробудівництво початку XXI століття веде Китай, для якого гідроенергія є основним потенційним джерелом енергії, в цій же країнірозміщено до половини малих гідроелектростанцій (ГЕС) світу.
Ітайпу
Ітайпу - велика ГЕС на річці Парана, за 20 км до м. Фос-ду-Ігуасу (Foz do Iguacu) на кордоні Бразилії і Парагваю.
Роботи з проектування та підготовки розпочато у 1971 році, останні два із запланованих 18 генераторів введено в дію у 1991 році, додаткові два генератори введено у 2007 році.
Склад споруд ГЕС:
Комбінована гребля загальною довжиною 7235 м, шириною 400 м і висотою 196 м;
Бетонний водоскид з максимальним потоком 62 200 мі/с.
Потужність станції – 14 000 МВт. Середньорічне вироблення - 69,5 млрд кВт·год, після завершення будівництва в 2007 році - 90-95 млрд кВт·год на рік.
Силове обладнання станції складається з 20 гідроагрегатів потужністю по 700 МВт, через перевищення розрахункового напору доступна для генераторів потужність досягає 750 МВт протягом більш ніж половини часу роботи.
Гребля гідроелектростанції (ГЕС) утворила відносно невелике по відношенню до потужності водосховище завдовжки 170 км, шириною від 7 до 12 км, площею 1 350 кмІ та об'ємом 29 км.
Для її будівництва урядом було переселено близько 10 тисяч сімей, що жили на березі Парани, багато з яких приєдналися до Руху безземельних.
Вартістьспоруди «Ітайпу» експертами спочатку оцінювалася в 4,4 млрд. дол., але через неефективну політику диктаторських режимів, що змінювали один одного, реально склала 15,3 млрд. дол.
Гурі
"Гурі" - велика ГЕС в республіці Венесуелі в департаменті Болівар на річці Кароні в 100 км до впадання в Оріноко.
Офіційна назва - гідроелектростанція (ГЕС) імені Симона Болівара (1978-2000 роках - імені Рауля Леоні).
Третя станція у світі за потужністю після китайської «Санься» та бразильської «Ітайпу».
Спорудження ГЕС почалося в 1963 році, перша черга завершена в 1978, друга в 1986 році.
Склад споруд ГЕС:
гребля загальною довжиною 1300 м та 162 м заввишки;
два машинних зали з 10 гідрогрегатами в кожному;
бетонний водоскид максимальною пропускною здатністю 25500 мі/с.
Потужність станції - 10300 МВт. У першому машинному залі встановлено 10 агрегатів потужністю 400 МВт, у другому — 10 агрегатів потужністю 630 МВт. Максимальне річне вироблення — 46 млрд кВт·год. Напірні споруди ГЕС (повна довжина досягає 7 000 м) утворюють велике водосховище Гурі довжиною 175 км, шириною 48 км, площею до 4 250 км і повним обсягом 138 км. Урізання вод водосховища знаходиться на висоті 272 м над рівнем моря.
З 2000 року ведеться реконструкція: до 2007 року замінено 5 турбін та основні компоненти другого машинного залу, з 2007 року ведеться заміна чотирьох агрегатів у першій залі.
Стіни другого машинного залу прикрашені венесуельським художником Карлос Круз-Дієз.
Тукуруї ГЕС
Тукуруйська ГЕС (Guarani, португ.: Tucuruн, Usina Hidrelйtrica de Tucuruн) - гідроелектростанція (ГЕС) на річці Токантінс, розташована в графстві Тукуруї, Токантінс, .
ГЕС названо на ім'я міста «Тукуруї», яке існувало біля будівельного майданчика. Нині місто з тим самим ім'ям існує нижче за течією річки від греблі. Встановлена потужність гідроелектростанції (ГЕС) 8,370 МВт, всього розміщено 24 генератори.
У 1970 році був сформований з бразильської компаній ENGEVIX та THEMAG, який виграв міжнародний на розробку та реалізацію проекту. Роботи почалися в 1976 році і завершені в 1984. Довжина греблі склала 11 км, висота 76 м. Водоскид розроблений лабораторією Francisco Rodrigues Saturnino de Brito (Ріо-де-Жанейро) і має найбільшу у світі пропускну здатність 120,000 мі/с.
ГЕС фігурувала у фільмі 1985 року «Смарагдовий ліс (The Emerald Forest)».
Гранд-Кулі
Гранд-Кулі - гідроелектростанція (ГЕС), розташована в Північній Америці, найбільша в США і п'ята за потужністю у світі.
Будівництво ГЕС завершено у червні 1942 року. Водосховище об'ємом 11,9 км споруджено з метою виробництва електрики та зрошення пустельних районів на північно-західному узбережжі. Водами водосховища зрошується близько 2000 кмІ сільськогосподарських площ.
Бетонна гравітаційна гребля ГЕС, в тіло якої було укладено 9,16 млн мі бетону, має довжину 1592 м і висоту 168 м. Ширина водозливної частини греблі - 503 м. У чотирьох машинних залах ГЕС встановлено в сукупності 33 турбіни загальною потужністю 6809 щорічно виробляють 20 ТВч·ч електрики.
Саяно-Шушенська ГЕС
Саяно-Шушенська гідроелектростанція ім. П. С. Непорожнього - найпотужніша електростанція Російської Федерації, шоста за потужністю гідроелектростанція (ГЕС) у світі. Розташована на річці Єнісей, у селищі Черемушки (Хакасія), біля Саяногорська.
Є найпотужнішою електростанцією Російської Федерації. До аварії 2009 року виробляла 15 відсотків енергії, що виробляється на російських гідроелектростанціях (ГЕС) та 2 відсотказагального обсягу електрики. Склад споруд ГЕС:
бетонна арочно-гравітаційна гребля висотою 245 м, довжиною 1 066 м, шириною в основі — 110 м, шириною по гребеню 25 м. ,6 м та правобережну глуху частину довжиною 298,5 м.
приплотинний будинок ГЕС
береговий водоскид, що будується.
Потужність ГЕС - 6 400 МВт (разом з Майнським гідровузлом - 6 721 МВт), середньорічне виробництво 24,5 млрд кВт·год. У 2006 році через велику літню повінь електростанція виробила 26,8 млрд. кВт·г електрики.
У будівлі ГЕС було розміщено 10 радіально-осьових гідроагрегатів потужністю по 640 МВт, що працювали при розрахунковому натиску 194 м. Максимальний статичний натиск на греблю - 220 м. Гребля ГЕС унікальна, аналогічний тип греблі в Російській Федерації має ще одна ГЕС - Гергебільська, але вона значно менша.
Пропускна здатність водоскиду греблі - 13600 мі/сек, максимальний зареєстрований приплив до створу - 24400 мі/сек, водоскид, що будується, повинен збільшити найбільший скидається витрата на 8000 мі/сек.
Нижче за Саяно-Шушенську ГЕС розташовано її контррегулятор — Майнську ГЕС потужністю 321 МВт, що організаційно входить до складу Саяно-Шушенського гідроенергетичного комплексу.
Гребля ГЕС утворює велике Саяно-Шушенське водосховище повним обсягом 31,34 куб. км (корисний обсяг – 15,34 куб. км) та площею 621 кв. км. Вода водосховища відрізняється високою якістю, що дозволило організувати у нижньому б'єфі ГЕС рибоводні господарства, що спеціалізуються на вирощуванні форелі. Під час створення водосховища було затоплено 35,6 тис. га сільгоспугідь та перенесено 2717 будівель. У районі водосховища розташовано Саяно-Шушенський біосферний заповідник.
Саяно-Шушенська ГЕС спроектована інститутом Ленгідропроект.
Красноярська ГЕС
Красноярська гідроелектростанція — на річці Єнісей, за сорок кілометрів від Красноярська, поблизу міста Дивногорська Красноярського краю. Друга за потужністю ГЕС у Російській Федерації. Входить до Єнісейського каскаду ГЕС.
Красноярська ГЕС спроектована інститутом Ленгідропроект.
Будівництво ГЕС почалося 1956 року, закінчилося 1972 року. Перший блок Красноярської ГЕС було пущено 3 листопада 1967 року.
Склад споруд ГЕС:
гравітаційна бетонна гребля довжиною 1065 м і висотою 124 м, складається з лівобережної глухої греблі завдовжки 187,5 м, водозливної — 225 м, глухої руслової — 60 м, станційної — 360 м і правобережної глухої — 232,5 м. тіла греблі було укладено 5,7 млн. м3 бетону.
будівля ГЕС завдовжки 430 м.
Установки прийому та розподілу електрики - 220 кВ та 500 кВ.
Суднопідйомник.
Потужність ГЕС - 6000 МВт. Середньорічне виробництво електрики - 20,4 млрд кВт·год. У будівлі ГЕС устM3овлено 12 радіально-осьових гідроагрегатів потужністю по 500 МВт, що працюють при розрахунковому натиску 93 м. Для пропуску суден споруджено єдиний в Російській Федерації суднопідйомник.
Гребля ГЕС утворює велике Красноярське водосховище. Площа водосховища близько 2000 кмІ, повний та корисний об'єм 73,3 та 30,4 км відповідно. Водосховищем було затоплено 120 тис. га сільськогосподарських земель, під час будівництва було перенесено 13 750 будівель.
Черчіл-Фолс (ГЕС)
Черчіл-Фолс - дериваційна ГЕС на річці Черчіл в провінції Канади Ньюфаундленд і Лабрадор, має стати частиною проектованого каскаду ГЕС на річці. Гідроелектростанція (ГЕС) споруджена на місці водоспаду Черчілл заввишки 75 м, який після відведення річки в 1970 осушений, тобто не існує як водоспад більшу пору року. Річку, водоспад та ГЕС названо на честь британського прем'єр-міністра У. Черчілля.
На 2009 ГЕС Черчілл-Фолс має другий за величиною підземний машинний зал у світі після ГЕС Робер-Бурасса в північному Квебеку, є першою в Північній Америці гідроелектростанцією (ГЕС) за середньорічним виробленням (35 ТВт·ч) і другою в Канадіза встановленою потужністю (5428 МВт).
Спорудження гідроелектростанції (ГЕС) було розпочато 17 липня 1967 року після декількох років планування, завершено 6 грудня 1971 року. було використано 20 млн. м3 ґрунту. Найдовша з гребель має довжину 6,1 км. Ця схема дозволила збільшити площу водозбору з 60 000 км2 до 71 700 км2 та довести середньорічний стік у районі гідровузла до 52 км3 (1 651 мі/с).
Гідроелектростанція (ГЕС) виконана за дериваційним принципом з відведенням річки в районі водоспаду. Забезпечена водоскидом з пропускною здатністю 1390 м3/сек. Маш M3ний зал ГЕС, за проектом підземний, виконаний у скельному виробленні на глибині 310 м. Розміри машинного залу становлять 296 м завдовжки, 25 м завширшки та 47 м заввишки. Усього в ньому встановлено 11 гідроагрегатів із загальною потужністю 5428 МВт. Кожна з радіально-осьових турбін, що працюють при розрахунковому тиску 312,4 м, має масу 73 т і робочу частоту 200 об/хв. Потужність генера M3рів 493,5 МВ. Водоводи агрегатів виконані у вигляді тунелів, що підводять, довжиною 427 м і діаметром 6,1 м і водоскидних шахт до генераторів висотою 263 м і діаметром 2,13 м.
Станція належить Churchill Falls (Labrador) corporation Ltd, контрольний пакет (65,8%) акцій якої належить Nalcor, 34,2% належить Hydro-Quйbec. Існує проект розвитку станції, який включає будівництво нових дамб і додаткових гідроелектростанцій (ГЕС), що має забезпечити збільшення площі восбору і довести загальну встановлену потужність до 9 252 МВт.
Гребля Гувера
Гребля Гувера, дамба Гувера, дамба Хувера (англ. Hoover Dam, також відома як Boulder Dam) — унікальна гідротехнічна споруда в США, бетонна гребля заввишки 221 м та гідроелектростанція (ГЕС), споруджена в нижній течії річки Колорадо. Розташована в Чорному каньйоні, на кордоні штатів Арізона та Невада, за 48 км на південний схід від Лас-Вегаса; утворює озеро (водосховище) Мід. Названа на честь 31-го президента США Герберта Гувера, 31-го президента США, що зіграв важливу роль у її будівництві Будівництво греблі почалося в 1931 році і закінчилося в 1936 році, на два роки раніше запланованого терміну.
Гребель знаходиться під управлінням Бюро меліорації США, підрозділу Департаменту внутрішніх справ США. У 1981 г. гребля була включена до Національного регістру історичних місць США. Гребля Гувера є однією з найвідоміших визначних пам'яток в околиці Лас-Вегаса.
Гідроелектростанція (Hydro power plant, ГЕС) – це
Вступ
Люди дуже давно навчилися використовувати енергію води для того, щоб крутити робочі колеса млинів, верстатів, пилорам. Але поступово частка гідроенергії у загальній кількості енергії, використовуваної людиною, зменшилась. Це з обмеженою можливістю передачі енергії води великі відстані. З появою електричної турбіни, що рухається водою, у гідроенергетики з'явилися нові перспективи.
Одні з перших гідроелектричних установок потужністю всього кілька сотень ват були споруджені в 1876-1881 роках у Штангассі і Лауфені (Німеччина) і в Грейсайді (Англія). Розвиток ГЕС та їхнє промислове використання тісно пов'язане з проблемою передачі електроенергії на відстань. Спорудження лінії електропередач (170 км) від Лауфенської ГЕС до Франкфурта-на-Майні (Німеччина) для постачання електроенергії Міжнародна електротехнічна виставка (1891) відкрила широкі можливості для розвитку ГЕС. В 1892 промисловий струм дала ГЕС, побудована на водоспаді в Бюласі (Швейцарія), майже одночасно в 1893 були побудовані ГЕС в Гельшені (Швеція), на річці Ізар (Німеччина) та в Каліфорнії (США). В 1896 вступила в дію Ніагарська ГЕС (США) постійного струму; 1898 дала струм ГЕС Рейнфельд (Німеччина), а 1901 стали під навантаження гідрогенератори ГЕС Жонат (Франція).
Переконливими відомостями про першу у світі ГЕС можна вважати і інформацію про першу гідроелектростанцію Хорватії у містечку Шибеник (1885). Напруга змінного струму потужністю 230 кВт служило міського освітлення.
Найбільш достовірним вважається, що першою гідроелектростанцією в Росії була Березівська (Зирянівська) ГЕС, побудована в Рудному Алтаї на річці Березівка (притока р. Бухтарми) у 1892 році. Вона була чотиритурбінною загальною потужністю 200 кВт. Отримана енергія висвітлювала виробничі приміщення, забезпечувала роботу телефонної станції, та живила електронасоси для відкачування води з копалень шахт.
На роль першої також претендує Нигрінська ГЕС, яка з'явилася в Іркутській губернії на річці Нигрі (притока р. Вачі) в 1896 році. Енергетичне обладнання станції складалося з двох турбін із загальним горизонтальним валом, що обертав три динамо-машини потужністю по 100 кВт. Первинна напруга перетворювалася чотирма трансформаторами трифазного струму до 10 кВ і передавалася двома високовольтними лініями на сусідні копальні Негаданий і Івановський. На копальнях напруга трансформувалася до 220 В. Завдяки електроенергії Нигрінської ГЕС у шахтах встановили електричні підйомники. Крім того, електрифікували копальні залізницю, що служила для вивезення відпрацьованої породи, яка стала першою в Росії електрифікованою залізницею.
На 2012 рік гідроенергетика забезпечує виробництво до 21% усієї електроенергії у світі, встановлена енергетична потужність гідроелектростанцій (ГЕС) досягає 715 ГВт. Лідерами з виробництва гідроенергії в абсолютних значеннях є: Китай, Канада, Бразилія; а на душу населення – Норвегія, Ісландія та Канада. Найбільшими світовими гідроелектростанціями є:
· Три ущелини (Китай, річка Янцзи) – 22,4 ГВт,
· Ітайпу (Бразилія, річка Парана) – 14 ГВт,
· Гурі (Венесуела, річка Кароні) 10,3 ГВт,
· Тукуруї (Бразилія, річка Токантінс) – 8,3 ГВт,
· Гранд-Кулі (США, річка Колумбія) – 6,8 ГВт,
· Саяно-Шушенська (Росія, річка Єнісей) 6,4 ГВт,
· Красноярська (Росія, річка Єнісей) 6 ГВт,
· Робер-Бурасса (Канада, річка Ла-Гранд) 5,6 ГВт,
· Черчіл-Фолс (Канада, річка Черчіл) - 5,4 ГВт,
Станом на 2011 рік в Росії є 15 діючих гідравлічних електростанцій, що добудовуються і знаходяться в замороженому будівництві, понад 1000 МВт і більше сотні гідроелектростанцій меншої потужності.
При цьому за економічним потенціалом гідроенергоресурсів Росія посідає друге місце і світ (порядка 852 млрд. кВт год.) після Китаю, проте, за ступенем їх освоєння - 20% - поступається практично всім розвиненим країнам і багатьом державам, що розвиваються. Ступінь зносу обладнання більшості російських гідростанцій перевищує 40%, а за деякими ГЕС цей показник досягає 70%, що пов'язано із системною проблемою всієї гідроенергетичної галузі та її хронічним недофінансуванням.
1. Основні види ГЕС
Руслові та греблі ГЕС
Гребля; 2 – затвори; 3 – максимальний рівень верхнього б'єфу; 4 – мінімальний рівень верхнього б'єфу; 5 - гідравлічний витяг; 6 - сороутримуючі грати; 7 гідрогенератор; 8 – гідравлічна турбіна; 9 – мінімальний рівень нижнього б'єфу; 10 – максимальний паводковий рівень
Прищільні ГЕС
Будуються при більш високих тисках води. І тут річка повністю перегороджується греблею, а саму будівлю ГЕС розташовується за греблею, у нижній її частини. Вода в цьому випадку підводиться до турбін через спеціальні напірні тунелі, а не безпосередньо, як у руслових ГЕС.
Гребля; 2 – водовід; 3 – майданчик електротехнічного обладнання високої напруги; 4 – будівля машинного залу ГЕС.
Дериваційні гідроелектростанції:
Дериваційні гідроелектростанції. Такі електростанції будують у тих місцях, де великий ухил річки. Необхідна концентрація води у ГЕС такого типу створюється за допомогою деривації. Вода відводиться із річкового русла через спеціальні водовідведення. Останні - спрямовані, та його ухил значно менший, ніж середній ухил річки. У результаті вода підводиться безпосередньо до будівлі ГЕС. Дериваційні ГЕС можуть бути різного виду – безнапірні або з напірною деривацією. У разі напірної деривації, водовід прокладається з великим поздовжнім ухилом. В іншому випадку на початку деривації на річці створюється більш висока гребля, і створюється водосховище - така схема ще називається змішаною деривацією, оскільки використовуються обидва методи створення необхідної концентрації води.
Схема дериваційної гідроелектричної станції: 1 – гребля; 2 водопідйомник; 3 – відстійник; 4 - дериваційний канал; 5 – басейн добового регулювання; 6 – напірний басейн; 7 – турбінний водовід; 8 - розподільний пристрій; 9 – будівля ГЕС; 10 - водоскид; 11 - під'їзні колії
Гідроакумулюючі електростанції:
Такі ГАЕС здатні акумулювати електроенергію, що виробляється, і пускати її в хід у моменти пікових навантажень. Принцип роботи таких електростанцій наступний: у певні періоди (не пікового навантаження), агрегати ГАЕС працюють як насоси від зовнішніх джерел енергії та закачують воду у спеціально обладнані верхні басейни. Коли виникає потреба, вода з них надходить у напірний трубопровід і приводить у дію турбіни.
Приливні ГЕС (ПЕМ):
Особливий вид гідроелектростанції, що використовує енергію припливів, а власне кінетичну енергію обертання Землі. У приливних електростанціях використовується перепад рівнів води (коливання рівня води біля берега можуть досягати 12 метрів), що утворюється під час припливу та відливу. Для цього відокремлюють прибережний басейн невисокою греблею, яка затримує воду при відливі. Потім воду випускають, і вона обертає гідротурбіни, які можуть працювати як в режимі генератора, так і в режимі насоса (для перекачування води у водосховище для подальшої роботи без припливів і відливів).
. Принцип дії ГЕС. Основні споруди та обладнання гідроелектростанцій
Гідроелектростанція – це комплекс споруд та обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється на електричну енергію.
Гідроелектростанції є складовою гідровузла - комплексу гідротехнічних споруд, призначених для використання водних ресурсів на користь народного господарства: отримання електричної енергії, іригації, водопостачання, поліпшення умов судноплавства, захисту від повеней, рибництва та ін.
Потужність гідравлічного потоку залежить від витрати та напору. Швидкість потоку води в річці змінюється за її довжиною із зміною перетину русла та гідравлічного ухилу. Для концентрації потужності та зосередження напору річки в якомусь одному місці зводять гідротехнічні споруди: греблю, дериваційний канал.
Водоскидні споруди перепускають воду з верхнього б'єфу в нижній, щоб уникнути перевищення максимального розрахункового рівня води в період паводку, скидає лід, шугу тощо.
Якщо річка судноплавна, то до греблі примикають шлюзи (судопідйомники) з підходящими каналами для пропуску суден і плотів через гідровузол, перевалки вантажів та пересадки пасажирів з водного на сухопутний транспорт та ін.
Для забезпечення відбору та подачі води неенергетичним споживачам до складу гідровузла входять водоприймальні споруди та насосні станції.
Рибогосподарські споруди - це рибоходи та рибопідйомники для пропуску через гідровузол цінних порід риб до місць постійних нерестовищ, рибозахисні споруди та споруди для штучного риборозведення. Іноді рибу пропускають через шлюзи у процесі шлюзування суден.
Для зв'язку об'єктів гідровузла між собою, з'єднання їх із мережею державних автомобільних та залізниць, а також для пропуску цих доріг через споруди гідровузла будують транспортні споруди: мости, дороги та ін.
Для вироблення електроенергії та її розподілу споживачам до складу гідровузла входять різні енергетичні споруди. До них відносяться: водоприймальні пристрої та водоводи, що підводять воду з верхнього б'єфу до турбін і відводять воду в нижній б'єф; будівля гідроелектростанцій з гідротурбінами, гідрогенераторами та трансформаторами; допоміжне механічне та підйомно-транспортне обладнання; пульт керування; відкриті розподільні пристрої, призначені для прийому та розподілу енергії.
Принцип дії ГЕС полягає в наступному: гребля утворює водосховище, забезпечуючи постійний тиск води. Вода входить у водоприймач і, пройшовши напірним водоводом, обертає гідротурбіну, яка приводить в дію гідрогенератор. Вихідна напруга гідрогенераторів підвищується трансформаторами передачі на розподільні підстанції і потім споживачам.
Натиск створюється концентрацією падіння річки на ділянці, що використовується греблею, або деривацією, або греблею і деривацією спільно. Деривацією в гідротехніці називають сукупність споруд, що здійснюють відведення води з річки, водосховища або іншого водоймища, транспортування її до станційного вузла ГЕС, насосної станції, а також відведення води від них. Розрізняють деривацію безнапірну та напірну. Напірна деривація - трубопровід, напірний тунель, застосовується, коли коливання рівня води у місці її забору чи відведення значні. При малих коливаннях рівня може застосовуватися як напірна, і безнапірна деривація. Тип деривації вибирається з урахуванням природних умов району виходячи з техніко-економічного розрахунку. Протяжність сучасних дериваційних водоводів досягає кількох десятків кілометрів, пропускна спроможність понад 2000 м-коду 3 /сек. Основне енергетичне обладнання розміщується у будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати, допоміжне обладнання, пристрої автоматичного керування та контролю; у центральному посту керування пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції. Підвищуюча трансформаторна підстанція розміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будинках або на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої найчастіше розташовуються на відкритому майданчику. Будівля може бути розділена на секції з одним або декількома агрегатами та допоміжним обладнанням, відокремленими від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажний майданчик для збирання та ремонту різного обладнання та допоміжних операцій з обслуговування. За встановленою потужністю розрізняють потужні (понад 250 МВт), середні (до 25 МВт) та малі (до 5 МВт). Потужність ГЕС залежить від напору (різниці рівнів верхньої та нижньої витрати води Q (м 3 /сек)), що використовується в гідротурбінах, і ККД гідроагрегату.
За максимально використовуваним натиском ГЕС діляться на високонапірні (більше 60 м), середньонапірні (від 25 до 60 м) і низьконапірні (від 3 до 25 м). На рівнинних річках напори рідко перевищують 100 м-коду, в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати напори до 300 м-коду і більше, а за допомогою деривації - до 1500 м-коду.
Одними з найважливіших складових ГЕС вважаються гідрогенератори та гідротурбіни.
Гідротурбіни.
Гідравлічна турбіна перетворює енергію води, що тече під натиском, в механічну енергію обертання валу.
За принципом дії гідротурбіни ділять на реактивні (напороструйні) та активні (вільноструминні). Вода до робочого колеса надходить або через сопла (в активних гідротурбінах) або через напрямний апарат (в реактивних гідротурбінах).
Найбільш поширеним різновидом активної гідротурбіни є ковшова турбіна. Ковшові турбіни конструктивно сильно відрізняються від найпоширеніших реактивних гідротурбін (радіально-осьових, поворотно-лопатевих), у яких робоче колесо знаходиться в потоці води. У ковшових турбінах вода подається через сопла по дотичній до кола, що проходить через середину ковша. Вода, проходячи через сопло, формує струмінь, що летить з великою швидкістю і ударяє об лопатку турбіни, після чого колесо провертається, виконуючи роботу. Після відхилення однієї лопатки під струмінь підставляється інша. Процес використання енергії струменя відбувається при атмосферному тиску, а виробництво енергії здійснюється лише за рахунок кінетичної енергії води. Лопатки турбіни мають двояковогнуту форму з гострим лезом посередині; Завдання леза - розділяти струмінь води з метою кращого використання енергії. Ковшові гідротурбіни застосовуються при напорах понад 200 метрів (найчастіше 300-500 метрів і більше), при витратах до 100 м 3 /сек. Потужність найбільших ковшових турбін може досягати 200-250 МВт і більше. При напорах до 700 метрів ковшові турбіни конкурують із радіально-осьовими, при великих напорах їх використання безальтернативно. Як правило, ГЕС з ковшовими турбінами побудовані за дериваційною схемою, оскільки отримати такі значні натиски за допомогою греблі проблематично. Перевагами ковшових турбін є можливість використання великих напорів, а також невеликих витрат води. Недоліки турбіни - неефективність при невеликих напорах, неможливість використання як насоса, високі вимоги до якості води, що подається.
Радіально-осьова турбіна (турбіна Френка) - реактивна турбіна. У робочому колесі турбін цього типу потік спочатку рухається радіально (від периферії до центру), а потім в осьовому напрямку (на вихід). Застосовують при тиску до 600 м. Потужність до 640 МВт.
Основною перевагою турбін даного типу є найвищий оптимальний ККД із усіх існуючих типів. Недолік - менш полога робоча характеристика, ніж у поворотно-лопатевої гідротурбіни.
Поворотно-лопатева турбіна (турбіна Каплана)- реактивна турбіна, лопаті якої можуть повертатися навколо своєї осі одночасно, рахунок чого регулюється її потужність. Також потужність може регулюватися за допомогою лопаток напрямного пристрою. Лопаті гідротурбіни можуть бути розташовані як перпендикулярно до її осі, так і під кутом. Потік води в поворотно-лопатевій турбіні рухається вздовж її осі. Вісь турбіни може розташовуватися як вертикально, і горизонтально. При вертикальному розташуванні осі потік перед надходженням до робочої камери турбіни закручується в спіральній камері, а потім спрямовується за допомогою обтічника. Це необхідне рівномірної подачі води на лопаті турбіни, отже, зменшення її зносу. Застосовується в основному на середньонапірних ГЕС.
Діагональна турбіна- реактивна турбіна, що використовується на середніх та високих напорах. Діагональна турбіна є поворотно-лопатевою турбіною, лопаті якої розташовані під гострим (45-60°) кутом до осі обертання турбіни. Таке розташування лопатей дозволяє збільшити їх кількість (до 10-12 штук) та застосовувати турбіну на більш високих напорах. Діагональні турбіни застосовуються на напорах від 30 до 200 метрів, конкуруючи на низьких напорах з класичними поворотно-лопатевими турбінами, а на високих - з радіально-осьовими турбінами. У порівнянні з останніми, діагональні турбіни мають дещо вищий ККД, але конструктивно більш складні і більш схильні до зносу.
Гідрогенератор- Електрична машина, призначена для вироблення електроенергії на гідроелектростанції. Зазвичай гідрогенератор є синхронною явнополюсною електричною машиною вертикального виконання, що приводиться в обертання від гідротурбіни, хоча існують і гідрогенератори горизонтального виконання (у тому числі капсульні гідрогенератори).
Гідрогенератори мають порівняно малу частоту обертання (до 500 об/хв) і досить великий діаметр (до 20 м), ніж насамперед визначається вертикальне виконання більшості гідрогенераторів, так як при горизонтальному виконанні стає неможливим забезпечення необхідної механічної міцності та жорсткості елементів конструкції.
На гідроакумулюючих електростанціях використовуються оборотні гідрогенератори (гідрогенератори-двигуни), які можуть виробляти електричну енергію, так і споживати її. Від звичайних гідрогенераторів вони відрізняються особливою конструкцією підп'ятника, що дозволяє обертатися ротору в обидві сторони.
Гідрогенератори для ГЕС спеціально проектуються відповідно до частоти обертання і потужністю гідротурбін, для яких вони призначаються. Гідрогенератори на велику одиничну потужність зазвичай встановлюють вертикально на підп'ятниках з відповідними напрямними підшипниками. Вони, як правило, трифазні та розраховані на стандартну частоту. Система повітряного охолодження – замкнута, з теплообмінниками повітря – вода.
3. Переваги та недоліки ГЕС
Основні переваги гідроенергетики очевидні. Зрозуміло, головною перевагою гідроресурсів є їхня відновлюваність: запас води практично невичерпний. При цьому гідроресурси значно випереджають у розвитку інші види відновлюваних джерел енергії та здатні забезпечувати енергією великі міста та цілі регіони.
Крім того, користуватися цим джерелом енергії можна досить просто, що підтверджується тривалою історією гідроенергетики. Наприклад, генератори гідроелектростанцій можна вмикати чи вимикати залежно від енергоспоживання.
У той же час досить спірним є питання впливу гідроенергетики на навколишнє середовище. З одного боку, експлуатація гідроелектростанцій не призводить до забруднення природи шкідливими речовинами, на відміну від викидів СО 2 , виробленими ТЕС та можливими аваріями на АЕС, які можуть зазнати глобальних катастрофічних наслідків.
Але водночас утворення водосховищ вимагає затоплення значних територій, найчастіше родючих, а це стає причиною негативних змін у природі. Греблі часто перекривають рибам шлях до нерестовищ, порушують природну течію річок, призводять до розвитку застійних процесів, знижують здатність до «самоочищення», а отже різко змінюють якість води.
Собівартість виробленої енергії на ГЕС набагато нижча, ніж на атомних і теплових електростанціях, і вони здатні швидше виходити на режим видачі робочої потужності після включення, проте їхнє будівництво обходиться дорожче.
Сучасні технології виробництва гідроелектроенергії дозволяють отримувати досить високий ККД. Іноді він удвічі перевищує аналогічні показники звичайних теплоелектростанцій. Багато в чому така ефективність забезпечується особливостями обладнання гідроелектростанцій. Воно дуже надійне, та й користуватись ним просто.
Крім того, все використовуване обладнання має ще одну важливу перевагу. Це тривалий термін служби, що пояснюється відсутністю теплоти у процесі виробництва. І дійсно часто міняти обладнання не потрібно, поломки трапляються вкрай рідко. Мінімальний термін служби ГЕС – близько п'ятдесяти років. А на теренах колишнього Радянського Союзу успішно функціонують станції, збудовані у двадцятих чи тридцятих роках минулого століття. Управління гідроелектростанціями здійснюється через центральний вузол, і внаслідок цього здебільшого там працює невеликий персонал.
Висновок
гідроелектростанція турбіна собівартість енергія
Потенціал гідроенергетики можна визначити, підсумувавши всі річкові стоки, що існують на планеті. Розрахунки показали, що світовий потенціал дорівнює п'ятдесяти мільярдам кіловат на рік. Але і ця вельми вражаюча цифра становить лише чверть від кількості опадів, які щорічно випадають у всьому світі.
З урахуванням умов кожного конкретного регіону та стану світових річок дійсний потенціал водних ресурсів становить від двох до трьох мільярдів кіловат. Ці цифри відповідають річному виробленню енергії в 10000 - 20000 мільярдів кіловат на годину.
Щоб зрозуміти потенціал гідроенергетики, виражений цими цифрами, слід зіставити отримані дані з показниками нафтових теплоелектростанцій. Щоб отримати таку кількість електроенергії, станціям, які працюють на нафті, потрібно було б близько сорока мільйонів барелів нафти щодня.
Поза всякими сумнівами, гідроенергетика в перспективі не повинна негативно впливати на навколишнє середовище або звести його до мінімуму. При цьому необхідно досягти максимального використання гідроресурсів.
Це розуміють багато фахівців і тому проблема збереження природного середовища за активного гідротехнічного будівництва актуальна як ніколи. В даний час особливо важливим є точний прогноз можливих наслідків будівництва гідротехнічних об'єктів. Він повинен дати відповідь на багато питань щодо можливості пом'якшення та подолання небажаних екологічних ситуацій, які можуть виникнути при будівництві. Крім того, потрібна порівняльна оцінка екологічної ефективності майбутніх гідровузлів. Щоправда, до реалізації таких планів ще далеко, оскільки сьогодні розробка методів визначення екологічного енергопотенціалу не провадиться.
Список джерел
1.Непорожній П.С., Обрізков В.І.; «Вступ до спеціальності: гідроелектроенергетика.» вид. Москва, 1982 р.
Дробніс В.Ф. «Гідравліка та гідравлічні машини», вид. Москва, 1987 р.
Гідроелектростанція
Гідроелектростанція (ГЕС)- електростанція, як джерело енергії використовує енергію водного потоку. Гідроелектростанції зазвичай будують на річках, споруджуючи греблі та водосховища.
Для ефективного виробництва електроенергії на ГЕС необхідні два основні фактори: гарантована забезпеченість водою цілий рік і можливо великі ухили річки, що сприяють гідробудівництву каньйоноподібні види рельєфу.
Особливості
Принцип роботи
Принцип роботи ГЕС є досить простим. Ланцюг гідротехнічних споруд забезпечує необхідний напір води, що надходить на лопаті гідротурбіни, що приводить в дію генератори, що виробляють електроенергію.
Найбільші ГЕС у світі
| Найменування | Потужність, ГВт |
Середньорічна вироблення, млрд кВт · год |
Власник | Географія |
|---|---|---|---|---|
| Три ущелини | 22,40 | 100,00 | нар. Янцзи , м. Сандоупін, Китай | |
| Ітайпу | 14,00 | 100,00 | Ітайпу-Бінасіонал | нар. Парана, м. Фос-ду-Ігуасу, Бразилія / Парагвай |
| Гурі | 10,30 | 40,00 | нар. Кароні, Венесуела | |
| Черчілл-Фолс | 5,43 | 35,00 | Newfoundland and Labrador Hydro | нар. Черчілл, Канада |
| Тукуруї | 8,30 | 21,00 | Eletrobrás | нар. Токантінс, Бразилія |
Гідроелектростанції Росії
Станом на 2009 рік у Росії є 15 гідроелектростанцій понад 1000 МВт (діючих, що добудовуються або перебувають у замороженому будівництві), і більше сотні гідроелектростанцій меншої потужності.
Найбільші гідроелектростанції Росії
| Найменування | Потужність, ГВт |
Середньорічна вироблення, млрд кВт · год |
Власник | Географія |
|---|---|---|---|---|
| Саяно-Шушенська ГЕС | 2,56 (6,40) | 23,50 | ВАТ РусГідро | нар. Єнісей, м. Саяногорськ |
| Красноярська ГЕС | 6,00 | 20,40 | ВАТ «Красноярська ГЕС» | нар. Єнісей, м. Дивногорськ |
| Братська ГЕС | 4,52 | 22,60 | ВАТ Іркутськенерго, РФФІ | нар. Ангара, м. Братськ |
| Усть-Ілімська ГЕС | 3,84 | 21,70 | ВАТ Іркутськенерго, РФФІ | нар. Ангара, м. Усть-Ілімськ |
| Богучанська ГЕС | 3,00 | 17,60 | ВАТ «Богучанська ГЕС», ВАТ РусГідро | нар. Ангара, м. Кодинськ |
| Волзька ГЕС | 2,58 | 12,30 | ВАТ РусГідро | нар. Волга, м. Волзький |
| Жигулівська ГЕС | 2,32 | 10,50 | ВАТ РусГідро | нар. Волга, м. Жигулівськ |
| Бурейська ГЕС | 2,01 | 7,10 | ВАТ РусГідро | нар. Бурея, сел. Талакан |
| Чебоксарська ГЕС | 1,40 (0,8) | 3,31 (2,2) | ВАТ РусГідро | нар. Волга, м. Новочебоксарськ |
| Саратовська ГЕС | 1,36 | 5,7 | ВАТ РусГідро | нар. Волга, м. Балаково |
| Зейська ГЕС | 1,33 | 4,91 | ВАТ РусГідро | нар. Зея, м. Зея |
| Нижньокамська ГЕС | 1,25 (0,45) | 2,67 (1,8) | ВАТ «Генеруюча компанія», ВАТ «Татенерго» | нар. Кама, м. Набережні Човни |
| Загірська ГАЕС | 1,20 | 1,95 | ВАТ РусГідро | нар. Кунья, сел. Богородське |
| Воткінська ГЕС | 1,02 | 2,60 | ВАТ РусГідро | нар. Кама, м. Чайковський |
| Чиркейська ГЕС | 1,00 | 2,47 | ВАТ РусГідро | нар. Сулак, п. Дубки |
Примітки:
Інші гідроелектростанції Росії
Передісторія розвитку гідробудування у Росії
У Радянський період розвитку енергетики наголос робився на особливу роль єдиного народногосподарського плану електрифікації країни - ГОЕЛРО, який був затверджений 22 грудня 1920 року. Цей день був оголошений в СРСР професійним святом – Днем енергетика. Глава плану, присвячена гідроенергетиці – називалася «Електрифікація та водна енергія». У ній вказувалося, що гідроелектростанції можуть бути економічно вигідними, головним чином, у разі комплексного використання: для вироблення електроенергії, покращення умов судноплавства чи меліорації. Передбачалося, що протягом 10-15 років у країні можна спорудити ГЕС загальною потужністю 21 254 тис. кінських сил (близько 15 млн кВт), у тому числі в європейській частині Росії – потужністю 7394, у Туркестані – 3020, у Сибіру – 10 840 тис. л.с. На найближчі 10 років планувалося спорудження ГЕС потужністю 950 тис. кВт, однак у подальшому було заплановано спорудження десяти ГЕС загальною робочою потужністю перших черг 535 тис. кВт.
Хоча вже за рік до цього 1919 року Рада праці та оборони визнала будівництво Волховської та Свірської гідростанцій об'єктами, що мають оборонне значення. У тому ж році розпочалася підготовка до зведення Волховської ГЕС, першої з гідроелектростанцій, зведених за планом ГОЕЛРО.
Однак і до будівництва Волховської ГЕС Росія мала досить багатий досвід промислового гідробудівництва, в основному, приватними компаніями і концесіями. Інформація про ці ГЕС, побудовані в Росії за останнє десятиліття 19-го століття та перші 20 років двадцятого століття досить розрізнена, суперечлива і потребує спеціальних історичних досліджень.
Найбільш достовірним вважається, що першою гідроелектростанцією в Росії була Березівська (Зирянівська) ГЕС, побудована в Рудному Алтаї на річці Березівка (притока р. Бухтарми) у 1892 році. Вона була чотиритурбінна загальною потужністю 200 кВт і призначалася для забезпечення електрикою шахтного водовідливу із Зирянівського рудника.
На роль першої також претендує Нигрінська ГЕС, яка з'явилася в Іркутській губернії на річці Нигрі (притока р. Вачі) в 1896 році. Енергетичне обладнання станції складалося з двох турбін із загальним горизонтальним валом, що обертав три динамо-машини потужністю по 100 кВт. Первинна напруга перетворювалася чотирма трансформаторами трифазного струму до 10 кВ і передавалося двома високовольтними лініями на сусідні копальні. Це були перші в Росії високовольтні ЛЕП. Одну лінію (довжиною 9 км) проклали через гольці до копальні Негаданого, іншу (14 км) - вгору долиною Нигри до гирла ключа Сухий Лог, де у роки діяв копальня Івановський. На копальнях напруга трансформувалася до 220 В. Завдяки електроенергії Нигрінської ГЕС у шахтах встановили електричні підйомники. Крім того, електрифікували копальні залізниці, що служили для вивезення відпрацьованої породи, яка стала першою в Росії електрифікованою залізницею.
Переваги
- використання поновлюваної енергії.
- дуже дешева електроенергія.
- робота не супроводжується шкідливими викидами у повітря.
- швидкий (щодо ТЕЦ/ТЕС) вихід режим видачі робочої потужності після включення станції.
Недоліки
- затоплення орних земель
- будівництво ведеться лише там, де є великі запаси енергії води
- на гірських річках небезпечні через високу сейсмічність районів
- скорочені та нерегульовані попуски води з водосховищ по 10-15 днів (аж до їх відсутності), призводять до перебудови унікальних заплавних екосистем по всьому руслу річок, як наслідок, забруднення річок, скорочення трофічних ланцюгів, зниження чисельності риб, елімінація безхребетних вод агресивності компонентів гнусу (мошки) через недоїдання на личинкових стадіях, зникнення місць гніздування багатьох видів перелітних птахів, недостатнє зволоження заплавного ґрунту, негативні рослинні сукцесії (збіднення фітомаси), скорочення потоку біогенних речовин в океани.
Найбільші аварії та події
Примітки
Див. також
| Гідроелектростанціяу Вікисловарі | |
| Гідроелектростанціяна Вікіскладі |
Посилання
- Карта найбільших ГЕС Росії (GIF, дані 2003)
| Галузі промисловості | |
|---|---|
| Електроенергетика | Атомна (АЕС) | Вітрова (ЗЕЗ) | Гідроенергетика (ГЕС) Теплова (ТЕС) | Геотермальна | Воднева | Геліоенергетика | Хвильова | Приливна (ПЕМ) |
| Паливна | Газова | Нафтова | Торф'яна | Вугільна | Нафтопереробна | Газопереробна |
| Чорна металургія | Видобуток рудної сировини Видобуток нерудної сировини Виробництво чорного металу | Виробництво труб | Виробництво електроферосплавів Коксохімічна | Вторинна обробка чорних металів Виробництво металовиробів |
| Кольорова металургія | Виробництва: алюміній | глинозему | фтористих солей нікелю | міді | свинцю | цинку | олова | кобальту | сурми | вольфраму | молібдену | ртуті | титану | магнію | вторинних кольорових металів рідкісних металів Промисловiсть твердих сплавiв тугоплавких та жаростійких металiв | Видобуток та збагачення руд рідкісних металів |
| Машинобудування та металообробка |
Тяжке | Залізничне | Суднобудування Судноремонт | Авіаційна | Авіаремонт | Ракетна | Тракторне | Автомобільне | Верстатобудування | Хімічна | Сільськогосподарське | Електротехнічна | Приладобудування Точне | Металобробка |
| Хімічна | Шахтарсько-хімічна | Основна хімія Лакофарбова | Промисловiсть побутової хiмiї | Виробництво соди | Виробництво добрив Виробництво хімічних волокон та ниток | Виробництво синтетичних смол |
| Хіміко-фармацевтична | |
| Нафтохімічна | Шинна | Гумо-азбестова |
| Нафтопереробна | |
| Лісова (комплекси) |
Лісова | Деревообробна (Лісопильна, Деревно-плитна, Меблева) | Целюлозно-паперова | Лісохімічна |
| Будматеріалів | Цементна | Залізобетонних та бетонних конструкцій | Стінні матеріали | Нерудні будівельні матеріали |
| Скляна | |
| Фарфоро-Фаянсова | |
| Легка | Текстильна | Швейна | Шкіряна | Хутряна | Взуттєва |
| Текстильна | Бавовняна | Вовняна | Льняна | Шовкова | Синтетичні та штучні тканини | Пенько-джутова |
| Харчова | Цукрова | Хлібобулочна | Олія-жирова | Масло-родильна | Рибна | Молочна | М'ясна | Кондитерська | Спиртова | Макаронна | Пивоварна та безалкогольних напоїв | Виноробна | Борошномельна | Консервна | Тютюновий | Соляна | Плодоовочева |
| Енергетика структура за продуктами та галузями |
|||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Електроенергетика: електроенергія |
| ||||||||||||||||||||||||||