Как вырабатывается электричество на ГЭС? - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Как вырабатывается электричество на ГЭС?

Про то, как работает гидроэлектростанция

Или рассказ о том, как из воды электричество делают, или же продолжение вчерашнего поста «однажды мы были в Чувашии». Кто его не читал ТЫЦ СЮДА. Небезызвестная в Нижнем Новгороде компания «Русгидро» пригласила меня и трёх моих коллег lesnoyezhik , корреспондента «КоммерсантЪ» Александру Викулову и фотографа «КоммерсантЪ» Романа Яровицына посетить Чебоксарскую гидроэлектростанцию. Она же ГЭС. Приглашение мы с радостью приняли и немедля бросились в путь, впрочем об этом в первой части поста.

Собственно, что такое ГЭС. Это электростанция, которая вырабатывает электроэнергию используя энергию воды. Принцип ее работы прост, но только на первый взгляд: цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию.
Строительство Чебоксарского гидроузла, начатое в 1968 году, не завершено до настоящего времени в связи с противоречиями между регионами по поводу оптимальной отметки уровня воды водохранилища. С 1981 года Чебоксарская ГЭС функционирует на отметке 63 метра в условиях незавершённого обустройства зоны водохранилища, что вызывает ряд проблем у этой самой ГЭС. Вопрос завершения строительства Чебоксарского гидроузла с подъёмом водохранилища до проектной отметки — 68 метров, вызывает противоречия между затрагиваемыми регионами. Чувашия «за» Нижегородская область и Марий-Эл категорический против.

Поездка нам очень понравилось, узнали много для себя интересного, а я еще познакомился с прекрасной девушкой, собственным корреспондентом РИА Новости в Чебоксарах Натальей, ака nv_a . Не стесняемся, заходим, френдим, будете в курсе всех самых интересных новостей Чувашии и прилегающих к ней регионов. Наталья, кстати, героический корр — принимала участие в операции по подъему теплохода «Булгария», следила за ликвидацией взрывов на арсенале в Оренбургской области.

Ну что же, за мной, мой читатель, мы посмотрим как изнутри выглядит ГЭС.

Итак, это общий вид на Чебоксарскую ГЭС. Кстати, находится она не фига не в Чебоксарах, а в городе-спутнике Новочебоксарске. Эти два города, как я уже писал, хотели объединить, но жители Новочебоксарска заявили протест и все осталось так, как есть. Местные жители рассказывают, что ГЭС стараются показать всем гостям города. Ее характерные особенности красно-белые опоры. Два недавно покрашены три нет.

01. Главная проходная ГЭС.

02. Нижний бьеф ГЭС и опоры.

03. Собственно, само Чебоксарское водохранилище, уровень которого власти Чувашии и «Русгидро» рассчитывают поднять, или против чего выступает руководство Марий-Эл и Нижегородской области

04. Верхний бьеф ГЭС. Достаточно интересная фотка. Видите проемы в бетонном основании — через них затекает вода в верхний бьеф и крутит турбины. Дело в том, что из-за низкого уровня туда кроме воды попадает всякое «гуано», например, бревна. был бы уровень выше — вся гадость не попадала бы в водозаборники. Ну и электричества вырабатывалось больше. С одной стороны все это замечательно, с другой стороны нижегородскую область подтопит, не так существенно — регион большой, а вот Марий-Эл придется не сладко — регион-то крошечный.

05. Здесь, кстати, хорошо виден мусор из бревен

06. Вот такими желтыми «крабиками» мусор из водозаборников достают

07. Но не весь, часть мусора отсеивают при помощи специальных решеток, вот, например, бутылки пластиковые плавают, которые сбрасывают в реку тупорылые рыбаки или туристы

08. ГЭС — объект стратегический, колючей проволокой он буквально опутан, везде вооруженная охрана.

09. Акватория Чебоксарского водохранилища

10. Чтоб было понагляднее вот вам макет Чебоксарской ГЭС.

11. Ну а чтоб совсем понятнее, вот вам макет гидроагрегата в разрезе. Перепад высот на ГЭС колеблется от 67 до 27 метров по Балтийской шкале, и это только то расстояние, куда сможет попасть человек. Все довольно проста — через верхний бьеф вода затекает, через нижний вытекает, турбина вращается, водная энергия превращается в электрическую. Себестоимость такой электроэнергии в два раза дешевле, чем при получении ее на теплоэлектроцентрали, она же ТЭЦ.

12. Ладно, хватит вокруг да около ходить, пошли в «сердце» ГЭС. на входе в аквариуме плавают вот такие рыбы. Как вы думаете, кто это? Это карпы. Только декоративные, но здоровые! так, еще про ГЭС. Чебоксарская ГЭС самая новая в Волго-Камском каскаде. На ней работает 18 гидроагрегатов — что это такое сейчас покажу. Из 18 гидроагрегатов 2 на ремонте. Все гидроагрегаты разделены на 5 энергоблоков. Выдача мощности происходит через главные трансформаторы.

13. На входе всех заставляют надеть каски. на переднем плане lesnoyezhik за ней Александра

14. Вот, ротор одного из 18 гидроагрегатов. Этот на ремонте, он разобран

15. А вот первый из цепочки гидроагрегатов. Он работает. Вверху под «шляпкой» масло, железный штырь внутри — турбина. Он уходит вниз на несколько десятков метров.

16. Общий вид машинного зала. Протяженность более 500 метров. Чебоксарская ГЭС уникальная тем, что по ее потолку проходит участок федеральной трассы «Вятка». В зале очень жарко и достаточно шумно — работает 16 гидрогенераторов.

17. lesnoyezhik и гидрогенератор

18. Гидрогенератор №1.

19. Блок управления гидрогенератором

20. lesnoyezhik явно задумала какую-то пакость судя по ехидной физиономии, но сделать задуманное недозволительно — везде и всюду нас сопровождает вооруженная охрана.

21. Интересный телефон

23. Выходим на улицу — вид снизу на опору

24. Мы на служебном мостике со стороны нижнего бьефа. перед нами вспомогательный трансформатор №2 на 400 мегавольт-ампер, он способен единовременно обеспечить работу 400 тыс. утюгов.

25. Александра пытает главного инженере ГЭС Евгения Щеголькова

26. Роман Яровицын и lesnoyezhik обсуждают панорамы

27. Вид на мачту башню управления шлюзом Новочебоксарска со стороны нижнего бьефа ГЭС

28. Курилка на ГЭС. Кстати, на станции работает всего навсего в одну смену восемь человек. на станции непривычно пусто. Всю работу делает автоматика, люди только следят за ней.

29. Вот где-то поработать людям можно

30. Сотрудник ГЭС

31. Это системы возбуждения

32. Главный инженер ГЭС и Александра около одного из гидроагрегатов

33. Вот с какими гаечными ключами приходится работать персоналу.

34. Перед вами шахта под гидрогенератором гидроагрегата

35. Из решетки в полу идут восходящие потоки теплого воздуха. ставлю туда lesnoyezhik , но она разгадывает мой хитрый маневр и придерживает юбку.

36. главный инженер показывает нам блок управления гидрогенератором

37. А вот кнопка аварийного останова гидрогенератора

38. А это перекрытие шахты — крышка турбины, по сути, пол на котором стоит Даша придерживающая юбку (фото №35

39. Стары блок управления гидрогенератором

40. А это «комсомольский гидрогенератор». на нем есть символика ВЛКСМ

41. это не синие трубы это токопроводы

42. Центральный пункт пульт управления ГЭС

43. Центральный пункт пульт управления ГЭС

44. Самая главная кнопка

45. здесь работают два оператора: начальник смены станции и его помощник, они контролируют работу всех систем

46. Щит управления

47. Слева направо: председатель правления ОАО «Русгидро» Евгений Дод и глава республики Чувашия Михаил Игнатьев на подходе к СМИ. Чувашские журналисты это песня, они разве что строем на подход не ходят, есть три издания, которые могут написать то, что не понравится местным властям это «РИА Новости», «Интерфакс» и «КоммерсантЪ». Все остальные готовы вылизывать главу региона до мозолей. Вот почему мне так импонирует Наталья ака nv_a Еще раз, рекомендую зафрендить! В процедуру подхода пришлось вмешаться и перетянуть одеяло на себя, отчего у местных пресс-службистов начали дергаться глаза и ходуном ходить скулы на лице.

Читайте также  Установка электрической варочной панели своими руками

48. Мы прощаемся с ГЭС. Александра Викулова. Фото на память.

49. Дарья Ермакова. Фото на память.

50. Мы едем по дороге, под которой находится машинный зал Чебоксарской ГЭС

Как обычно, все самое интересное у меня в ТВИТТЕРе.
Завтра в это же время в уютной ЖЖешечке расскажу вам про то, как работает теплоход «октябрьская революция» или про то, как группа нижегородцев «в магазин за батоном ходила».
А вот ТУТ можно прочитать про то, как шлюз работает, он совсем рядом с ГЭС, только этот с Нижегородской ГЭС в соседях, но тоже интересно и познавательно!

Гидроэлектростанция (ГЭС)

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока.

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока.
Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы 2 основных фактора: круглогодичная гарантированная обеспеченность водой и наличие больших уклонов реки.
Принцип работы ГЭС.
Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды формируется строительством плотины, что приводит к концентрации реки в определенном месте, или естественным током воды (деривацией), или использованием совместно и плотины, и деривации.
В здании ГЭС располагается все энергетическое оборудование.
В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию, и дополнительное оборудование: устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
ГЭС разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
средние — до 25 МВт;
малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов.
Особенностью ГЭС является цикличность мощности в зависимости от природных факторов.
Различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
ГЭС делятся в зависимости от максимального использования напора воды:
высоконапорные — более 60 м;
средненапорные — от 25 м;
низконапорные — от 3 до 25 м.
Принцип работы используемых в ГЭС турбин един.
Вода, находящаяся под давлением (напор воды), поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться.
Механическая энергия, передается на гидрогенератор, который вырабатывает электроэнергию.
Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

На высоконапорных ГЭС применяются ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами.
На средненапорных ГЭС применяются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины.
На низконапорных ГЭС применяются поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах.

ГЭС делятся в зависимости от принципа использования природных ресурсов:
На русловых ГЭС напор воды создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку.

Такие гидроэлектростанции на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

Вода подается непосредственно к турбинам ГЭС.

На приплотинных ГЭС напор воды также создается при полном перегораживании плотины, здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части.

Вода, имеющая большее давление, нежели на русловых ГЭС, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели.

На деривационных ГЭС необходимая концентрация воды посредством деривации.

Вода подводится непосредственно к зданию ГЭС.

На гидроаккумулирующих ГЭС (обозначаемых ГАЭС) вырабатываемая электроэнергия аккумулируется и используется в моменты пиковых нагрузок.

В течение времени не пиковой нагрузки агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии, когда её стоимость не высока (например, ночью), и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны.

В моменты пиковых нагрузок вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав ГЭС могут входить шлюзы, судоподъемники, , рыбопропускные, ирригационные водозаборные сооружения и др.

Для производства электрической энергии используются возобновляемые природные ресурсы, поэтому конечная стоимость получаемой электроэнергии ниже, чем при использовании других видов электростанций, и нет вредных выбросов в атмосферу.

Однако построить ГЭС можно только там, где можно создать большой напор воды.
Создаваемые при этом водохранилища обычно заливают большую территорию земли, иногда это приводит к нарушению экологического равновесия.

Как работает гидроэлектростанция The Village съездил на Саяно-Шушенскую ГЭС и узнал, как там вырабатывают электричество

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

Саяно-Шушенская ГЭС

Крупнейшая гидроэлектростанция
в России

год основания: 1963

местоположение: посёлок Черёмушки, Хакасия

число сотрудников: 580 человек

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

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

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

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

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

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

Здесь можно увидеть, как происходит сборка и монтаж генератора на гидроагрегате № 2. Это последний восстанавливаемый гидроагрегат СШГЭС. Ротор генератора весит 800 тонн, весь генератор — более 2 тысяч тонн.

Оборудование на нижних отметках машинного зала тоже полностью обновили.

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

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

Ниже по течению Енисея расположена Майнская ГЭС — для выравнивания неравномерных сбросов воды с Саяно-Шушенской. На фото видно, как с неё происходит холостой сброс воды.

Силовые трансформаторы, которые меняют напряжение для подачи тока в сети, тоже полностью восстановлены.

От ГЭС отходят четыре линии электропередачи напряжением 500 киловольт.

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

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

Читайте также  Самый лучший шуруповерт в мире

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

Словарь специальных терминов

Гидроэлектростанция (ГЭС)

Гидроэлектростанция (ГЭС) электростанция, преобразующая механическую энергию потока воды в электрическую энергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение электрические генераторы. Мощность крупнейших гидроэлектростанций до нескольких ГВт (напр., Красноярской ГЭС — 6 ГВт).

Рис.1. Одна из самых крупных по выработке российская ГЭС — Братская

Особенности

  • Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
  • Генераторы ГЭС можно достаточно быстро включать и выключать в зависимости от потребления энергии.
  • Течение реки является возобновляемым источником энергии.
  • Значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций.
  • Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое.
  • Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей.
  • Водохранилища часто занимают значительные территории, но, примерно, с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).
  • Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

Принцип работы

Рис. 2. Схема плотины гидроэлектростанции

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие, концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

  • мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
  • средние — до 25 МВт;
  • малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

  • высоконапорные — более 60 м;
  • средненапорные — от 25 м;
  • низконапорные — от 3 до 25 м.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

  • Русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
  • Плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода в этом случае подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
  • Деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
  • Гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные моменты (времена не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины.

В гидроэлектрические станции, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Табл. 1 Крупнейшие ГЭС в мире

Мощность,
ГВт

Средне-годовая
выработка, млрд. кВт·ч

Добыча электроэнергии гидроэлектростанциями

Добыча электроэнергии гидроэнергетикой происходит с использованием энергии движущейся воды. Дожди, тающий снег обычно с холмов и гор создают ручьи и реки, которые в конечном итоге текут в океан. Энергия этой движущейся воды может быть существенной (по рафтингу известно).

Эта энергия используется на протяжении веков. Еще древние греки использовали колеса воды, чтобы размолоть пшеницу в муку. Помещенное в реке, колесо под воздействием воды поворачивается. Кинетическая энергия реки вращает колесо и преобразуется в механическую энергию, на которой работает мельница.

Развитие гидроэнергетики

В конце XIX века гидроэнергетика стала источником для добычи электроэнергии. Первая ГЭС была построена в Ниагара-Фолс в 1879 году. В 1881 году уличные фонари в городе Ниагара-Фолс были запитаны энергией гидроэнергетики. В 1882 году первая гидроэлектростанция (ГЭС) в мире начала действовать в Соединенных Штатах в Эпплтон, Висконсин. На самом деле ГЭС и угольные электростанции добычу электроэнергии производят аналогичным образом. В обоих случаях используется для включения пропеллер, называемый турбиной, которая затем поворачивает через вал и вращает электрический генератор, который производит электричество. Угольные электростанции используют пар для вращения турбинных лопаток, а гидроэлектростанции используют падающую воду – результаты совпадают.

Во всем мире источник энергии гидроэлектростанции производят около 24 процентов электроэнергии в мире обеспечивая более 1 миллиарда человек энергией. ГЭС в мире имеет выход в общей сложности 675 000 мегаватт, энергетический эквивалент 3,6 миллиарда баррелей нефти, согласно мировой лаборатории возобновляемых источников энергии.

Как получается электричество из воды

Электричество из воды гидроэлектростанции получают благодаря воде. Типичная ГЭС представляет собой систему с трех частей:

  • электростанции, где производится электричество;
  • плотина, которая может быть открыта или закрыта для управления потоком воды;
  • водохранилище, где вода может храниться.
Читайте также  Почему на унитазе скапливается конденсат?

Вода за плотиной протекает через плотину и толкает винт в турбине, вращая его. Турбина вращает генератор для добычи электроэнергии. Количество добытой электроэнергии, которая может быть сгенерирована зависит сколько воды движется через систему. Электричество может передаваться на заводы и предприятия через общую энергосистему.

ГЭС обеспечивает почти пятую часть электроэнергии в мире. Китай, Канада, Бразилия, Соединенные Штаты Америки и Россия пять крупнейших производителей гидроэлектроэнергии. Одна из крупнейших гидроэлектростанций в мире —«Три ущелья» на реке Янцзы в Китае. Плотина имеет 2,3 км в ширину и 185 метров в высоту.

Гидроэнергетика является самым дешевым способом получения электроэнергии сегодня. Это потому, что после того, как была построена плотина и оборудование установлено, источник энергии — проточная вода — бесплатно. Это источник чистого топлива, возобновляемый ежегодно со снегов и осадков.

Количество электроэнергии, которое производит ГЭС зависит от двух факторов:

  1. Высоты водопада: чем с большей высоты вода падает, тем больше энергии она имеет. Как правило расстояние, с которого вода падает зависит от размера плотины. Чем выше плотины, дальше вода падает, и тем больше энергии она имеет. Ученые говорят, что сила падающей воды «пропорционально» расстоянию падения.
  2. Количества падающей воды. Больше воды, протекающей через турбину будет производить больше энергии. Количество воды на турбине зависит от количество воды текущей вниз по реке. Большие реки имеют более проточную воду и могут производить больше энергии.

Добыча электроэнергии в гидроэнергетике легко регулируема, операторы могут контролировать поток воды через турбину для производства электроэнергии по требованию. Кроме того искусственные водохранилища могут использоваться для отдыха, плавания или гребли.

Но перекрытие рек может уничтожить или нарушить дикую природу и другие природные ресурсы. Некоторым видам рыбы, как лосось, могут быть перекрыты пути на нерест. Гидроэлектростанции могут также вызвать низкий уровень растворенного кислорода в воде, которая является вредной для обитания речной фауны.

Разновидности ГЭС и принципы работы станций

Перспектива дефицита и дороговизна минеральных энергоресурсов заставляют уделять больше внимания возобновляемым источникам энергии. Самым эффективным из них на сегодняшний день является гидроэнергия. Современные ГЭС аккумулируют ее и превращают в электричество, обеспечивая низкую себестоимость киловатта и высокую мощность.

Принцип работы ГЭС – это использование силы падающей воды для вращения вала электрогенератора. Напор воды подается на лопасти турбины, которая раскручивает ротор. Электрический ток от генератора поступает на трансформаторы, выравнивается, передается на распределительные станции и оттуда – по линиям электропередач к конечному потребителю. Выработка энергии напрямую зависит от напора воды в ГЭС, количества и типа установленных турбин.

Классификация и конструктивные отличия

Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений. В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:

  1. Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
  2. Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
  3. Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
  4. Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
  5. Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.

ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы. Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.

Особенности возведения и эксплуатации

Выбор определенной модификации ГЭС определяется особенностями местности и расчетной эффективностью речного потока. Общая схема всех видов в обязательном порядке включает сорозаборные решетки на входных отверстиях, центр управления и контроля, площадку для обслуживания электрооборудования и трансформаторы, преобразующие вырабатываемое электричество в 220 V или другой необходимый стандарт напряжения.

Для сооружения генератора ГЭС используют распространенные унифицированные элементы. Все оборудование износостойкое, обладает большим сроком эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию. Но в целом устройство каждой станции уникально. Конструкцию, привязанную к конкретному географическому району, нельзя повторить, как нельзя найти и две идентичные по условиям бассейна реки.

Разобравшись, как работает гидроэлектростанция, можно сформулировать ее преимущества относительно ТЭС и АЭС:

  • вода — возобновляемый и чистый источник энергии;
  • высокий КПД;
  • отсутствие расходов на топливо;
  • снижение затрат на обслуживание и персонал;
  • низкий уровень риска аварий.

Причина, по которой выработка электроэнергии ГЭС составляет лишь около 20% от мирового производства электричества, заключается в необратимом влиянии на экосистему по всему руслу реки и ирригацию прилегающих территорий. Размеры всего гидроузла, включая водохранилище, достигают сотен тысяч га. До сих пор не существует надежных методов комплексной оценки масштабов такого влияния.

Технические нюансы

ГЭС выходят на проектную мощность быстрее, чем другие электростанции. Вследствие того, что природный напор воды непостоянен, сооружения без компенсаторных механизмов выдают разную производительность. В качестве основной характеристики для гидроэлектростанций принято брать установленную мощность всех ее генераторов. В зависимости от этого различают:

  • установленная мощность свыше 1000 МВт;
  • от 100 до 1000 МВт;
  • от 10 до 100 МВт;
  • до 10 МВт.

По высоте напорного потока ГЭС делятся на:

  • высоконапорные — свыше 60 м;
  • средненапорные — от 25 м;
  • низконапорные — от 3 до 25 м.

От силы потока зависит выбор типа турбины. В высоконапорных ГЭС используют ковшевую, не погружаемую конструкцию. Вода в нее подается сильной струей из сопел и толкает ковши. При более низком напоре применяют радиально-осевые или поворотно-лопастные аппараты. Они полностью погружены в емкость с водой, имеют различный наклон оси, строение и количество лопастей, за счет своей конструкции раскручиваются при потоке небольшой силы. Камеры для турбин производят из стали или железобетона. Здание с электрооборудованием может располагаться непосредственно внутри плотины, рядом с ней или, в случае деривационного типа, далеко от источника воды. В состав сооружений ГЭС включают шлюзы для судов, рыбоходы, водосбросы, ирригационные отводы при условии, что такое дополнение необходимо для поддержания действующей транспортной, сельскохозяйственной или экосистемы в пойме реки.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: