2. Гідроелектростанція

Гідроелектроста́нція (ГЕС) — електростанція, яка за допомогою гідротурбіни перетворює кінетичну енергію води в електроенергію.

Різновиди ГЕС

ГЕС, будівля якої є частиною греблі, називається русловою (наприклад, Кременчуцька, Київська ГЕС).

Якщо будівля розташована окремо, біля основи греблі на протилежному від водосховища боці, то така ГЕС називається пригреблевою (наприклад, ДніпроГЕС).

ГЕС, до якої вода подається трубами, називається дериваційною (наприклад, Інгурський каскад на Кавказі).

Гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС) з оборотними гідроагрегатами (що працюють як генератори струму або водяні помпи) в години малого споживання електроенергії перекачують воду з водосховища у верхній басейн, а в години пікових навантажень виробляють енергію як звичайні ГЕС (наприклад, Київська ГЕС, Дністровська ГАЕС).

ГЕС з використанням енергії припливів називають припливними (наприклад, ГЕС у Франції на ріці Ранс).

Для ефективного виробництва електроенергії на ГЕС необхідні два основних фактори: гарантована забезпеченість водою круглий рік і можливо великі ухили річки, сприяють гідробудівництву каньойоноподібні береги річок.

Особливості гідроелектростанцій:

• Собівартість електроенергії, наприклад, на російських ГЕС більше ніж у два рази нижче, ніж на теплових електростанціях.

• Турбіни ГЕС допускають роботу у всіх режимах від нульової до максимальної потужності і дозволяють швидко змінювати потужність при необхідності, виступаючи в якості регулятора вироблення електроенергії.

• Сток річки є поновлюваним джерелом енергії.

• Будівництво ГЕС зазвичай більш капіталомістке, ніж теплових станцій.

• Часто ефективні ГЕС більш віддалені від споживачів, ніж теплові станції.

• Водосховища часто займають значні території, але приблизно з 1963 року почали використовуватися захисні споруди ( Київська ГЕС), які обмежували площа водосховища, і, як наслідок, обмежували площа затоплюваної поверхні (поля, луки, селища).

• Греблі часто змінюють характер рибного господарства, оскільки перекривають шлях до нерестовищ прохідним рибам, проте часто сприяють збільшенню запасів риби в самому водосховищі та здійснення рибництва.

• Водосховища ГЕС, з одного боку, покращують судноплавство, але з іншого - вимагають застосування шлюзів для перекладу суден з одного б'єфу на інший.

• Водосховища роблять клімат більш помірним.

3. Будова гідроелектростанції

Гідроелектростанцію (ГЕС), комплекс споруд і обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється в електричну енергію. ГЕС складається з послідовною ланцюга гідротехнічних споруд, що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, й енергетичного устаткування, що перетворює енергію рухається під напором води в механічну енергію обертання яка, у свою чергу, перетворюється в електричну енергію.

Напір ГЕС створюється концентрацією падіння річки на використовуваному ділянці греблею, або деривацией, або греблею і

деривацією спільно. Основне енергетичне обладнання ГЕС розміщується в будівлі ГЕС: в машинному залі електростанції -- гідроагрегати, допоміжне обладнання, пристрої автоматичного управління і контролю; в центральному посаді управління -- пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції. Підвищує трансформаторна підстанція розміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будівлях або на відкритих майданчиках.

Розподільні пристрої часто розташовуються на відкритому майданчику.

Будівля ГЕС може бути розділене на секції з одним або декількома агрегатами і допоміжним обладнанням, відокремлені від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажна майданчик для збирання та ремонту різного устаткування і для допоміжних операцій по обслуговуванню ГЕС.

За встановленої потужності (Мвт) розрізняють ГЕС потужні (св. 250), середні (до 25) і малі (до 5). Потужність ГЕС залежить від натиску На різниці рівнів верхнього і нижнього б ’ єфу), витрати води , що використовується в гідротурбін, і ккд гідроагрегату . З ряду причин (внаслідок, наприклад сезонних змін рівня води у водоймах, мінливості навантаження енергосистеми, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруд і т. п.) напір і витрата води безперервно змінюються, а крім того, змінюється витрата при регулювання потужності ГЕС. Розрізняють річний, тижневий і добовий цикли режиму роботи ГЕС.

За максимально використовуваному натиску ГЕС діляться на високонапірні (більше 60 м), середньонапірні (від 25 до 60 м) і низконапірні (від 3 до 25 м). На рівнинних річках натиски рідко перевищують 100 м , в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати натиски до 300 м і більше,а з допомогою деривації - до 1500 м. Класифікація по напору приблизно відповідає типами застосовуваного енергетичного устаткування: на високонапірних ГЕС застосовують ковшові і радіально-осьові турбіни з металевими спіральними камерами; на середньонапірних радіально-осьові турбіни з залізобетонними і металевими спіральними камерами, на низьконапірних - турбіни в залізобетонних спіральних камерах, іноді горизонтальні турбіни в капсулах чи відкритих камерах. Підрозділ ГЕС до натиску має приблизний, умовний характер.

За схемою використання водних ресурсів та концентрації напорів ГЕС зазвичай підрозділяють на гирлові, приплотинні, дериваційні з напірною і безнапірною деривацією, змішані, гідроакумулюючі і приливні. У руслових ГЕС напір води створюється греблею, яка перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деяке затоплення долини річки. У разі спорудження двох гребель на тій же ділянці річки площа затоплення зменшується. На рівнинних річках найбільша економічно допустима площа затоплення обмежує висоту греблі.

Гирлові і приплотинныс ГЕС будують і на рівнинних багатоводних річках і на гірських річках, у вузьких стислих долинах.

До складу споруд руслової ГЕС, крім греблі, входять будівля ГЕС і водоскидні споруди. Склад гідротехнічних споруд залежить від висоти напору і встановленої потужності. У руслової ГЕС будівля з розміщеними в ньому гідроагрегатами є продовженням греблі і разом з нею створює напірний фронт. При цьому з одного боку до будівлі ГЕС примикає верхній б'єф, а з іншого - нижній б'єф. Приймальний спіральні камери гідротурбін своїми вхідними перерізами закладаються під рівнем верхнього б’єфу, вихідні ж – біля перетину, що відсмоктують труб занурені під рівнем нижнього б ’ єфу.

Згідно з призначенням гідровузла до її складу можуть входити судноплавні шлюзи або судопідйомник, рибопропускні споруди, водозабірні споруди для іригації і водопостачання. У руслових ГЕС іноді єдиною спорудою, яка пропускає воду, є будівля ГЕС. У цих випадках корисно використовується вода, яка послідовно проходить вхідний перетин з сміттєзатримуючими гратами, спіральну камеру, гідротурбіну, відсмоктуючу трубу, а за спеціальними водопроводами між сусідніми турбінними камерами проводиться скидання паводкових витрат річки. Для руслових ГЕС характерні натиски до 30-40 м. До найпростіших руслових ГЕС відносяться також раніше які будувалися сільські ГЕС невеликої потужності. На великих рівнинних річках основне русло перекривається земляною греблею, до якої примикається бетонна водозливна гребля і споруджується будівля ГЕС. Таке компонування типове для багатьох вітчизняних ГЕС на великих рівнинних річках. Волзька ГЕС, наприклад, найбільша серед станцій руслового типу.

При більш високому тиску виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатичний тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблі ГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за греблею, та примикається до нижнього б’ефу. До складу гідравлічної траси між верхнім і нижнім бьефом ГЕС такого типу входять глибинний водоприймач з сміттєзатримуючими ґратами, турбінний водовід, спіральна камера, гідротурбіна, відсмоктуюча труба. Як доповнення до споруди, до складу вузла можуть входити судноплавні споруди і рибоходи, а також додаткові водоскиди. Прикладом подібного типу станцій на багатоводною річці служить Братська ГЕС на річці Ангара.

Інший вид компонування приплотинних ГЕС, відповідно гірським умовам, при порівняно малих витратах річки, характерний для Нурекській ГЕС на річці Вахш (Пор. Азія), проектною потужністю 2700 Мвт. Будівля ГЕС відкритого типу розташовується нижче греблі, вода підводиться до турбін по одному або декільком напірним тунелях. Іноді будівля ГЕС розміщують ближче до верхнього б’ефу в підземній (підземна ГЕС) виїмці. Таке комбінування доцільне при наявності скельних основ, особливо при земляних або накидних греблях, які мають значить, ширину. Скидання паводкових витрат здійснюється через водоскидні тунелі або через відкриті берегові водоскиди.

У дериваційних ГЕС концентрація падіння річки створюється за допомогою деривації; вода на початку використовуваного ділянки річки відводиться з річкового русла водоводом, з ухилом, значно меншим, ніж пор. ухил річки на цій ділянці і з спрямлением вигинів і поворотів русла. Відпрацьована вода або повертається в річку, або підводиться до наступна дериваційної ГЕС.

Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів порівняно з паливно-енергетичними ресурсами - їх безперервна відновлюваність. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість вироблюваної електроенергії на ГЕС. Тому спорудження ГЕС, незважаючи на значні, питомі капіталовкладення на 1 Квт встановленої потужності і тривалі терміни будівництва, надавалося і надається велике значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням электроємних виробництв.