Что такое Гидроэлектростанция?

В мире более 97 процентов электроэнергии, вырабатываемой за счет возобновляемых источников энергии, обеспечивается гидроэлекростанциями.

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ГЭС, гидроэлектрическая станция) — комплекс сооружений и оборудования, преобразующий энергию потока воды в электрическую энергию. ГЭС состоит из гидротехнических сооружений, обеспечивающих концентрацию потока воды и создание напора, и гидроэнергетического оборудования, преобразующего энергию воды в электрическую – гидротурбины и гидрогенератора. Вода из водохранилища по водопроводящему тракту поступает на лопасти рабочего колеса гидротурбины, вращает его, а вместе с ним и ротор гидрогенератора, вырабатывающего электроэнергию.

Напор ГЭС на участке реки создается с помощью плотины или деривации, либо их совместным применением.

В результате этого образуется разность уровней воды. Часть реки, лежащая выше по течению от плотины и имеющая более высокий уровень воды, называется верхним бьефом. Часть реки, имеющая более низкий уровень воды и лежащая ниже по течению от плотины, называется нижним бьефом. Разность уровней воды в верхнем бьефе z_ВБ и в нижнем бьефе z_НБ создает геометрический напор ГЭС, равный

H_ГЭС = z_ВБ — z_НБ .

Гидроэлектростанции, созданные по плотинной схеме, делятся на два типа: русловые и приплотинные. При русловой компоновке здания ГЭС, наряду с плотинами, входят в состав напорного фронта, воспринимают и рассчитываются на напор ГЭС. Вода в турбинную камеру поступает из водоприемника, входящего в состав здания ГЭС. При приплотинной компоновке здания ГЭС напор не воспринимают и сооружаются в нижнем бьефе за плотиной. В этом случае вода к зданию ГЭС поступает, как правило, по турбинным водоводам от водоприемного сооружения, входящего в состав плотины или отдельностоящего.

При создании напора с помощью деривации, выполняемой в виде открытого канала, туннеля или трубопровода, сооружаются два гидроузла – головной, состоящий из водоподпорной плотины и водозаборного сооружения, и станционный, в состав которого входит здание ГЭС. Назначение деривации – подвести воду от головного к станционному узлу, располагаемому, как правило, в месте концентрации напора. При определении напора ГЭС H_ГЭС при деривационной компоновке необходимо дополнительно учесть потери напора в деривационных водоводах. Вода к зданию ГЭС поступает по турбинным водоводам.

Здание деривационной ГЭС, как и здание приплотинной ГЭС, по сравнению со зданием русловой ГЭС, имеет облегченную конструкцию.

Мощность Гидроэлектростанции определяется по формуле:

N_ГЭС =9,81QHh_г (кВт), где 

Q – расход Г., м³/с,

H – рабочий напор Г., м, с учетом потерь в водопроводящем тракте Г. до направляющего аппарата гидротурбины,

h_г  — коэффициент полезного действия гидроагрегата, состоящего из гидротурбины и гидрогенератора (в долях от единицы).

Годовая выработка электроэнергии определяется по формуле:

 W=N_ГЭС·T(кВт·ч), где 

T – условное число часов использования установленной мощности в году, T ≈ 4000 ч

Важной особенностью работы ГЭС является использование возобновляемых гидроэнергетических ресурсов. Выработка электроэнергии на ГЭС не требует дополнительных расходов на топливо, она дешевле электроэнергии, получаемой на тепловых электростанциях. Себестоимость выработки электроэнергии на ГЭС обычно в 6—8 раз ниже, чем на ТЭС или АЭС. Гидроэлектроэнергия характеризуется одним из самых высоких коэффициентов преобразования (порядка 90% при передаче «от воды до проводов») из всех возможных энергоисточников.

Гидроагрегаты ГЭС являются мобильными энергетическими установками, поэтому их предпочтительно использовать при покрытии пиковых нагрузок, при маневрировании мощностью в период ночного снижения нагрузок и в роли аварийного резерва системы. Часто они работают также в постоянном режиме в базисе графика нагрузки энергосистемы.

Информация об авторе:

доцент Сергей Павлович Гатилло

Кафедра гидротехнического и энергетического строительства

Факультет энергетического строительства

Белорусский национальный технический университет

E-mail: sergei.gatillo@gmail.com