Гідроелектростанції (гес)
Механічна енергія руху води — одне із найвигідніших джерел енергії, здатних до відновлювання.
Гідроелектростанції — це комплекс силових установок і споруд, призначений для перетворення механічної енергії води в електричну.
Гідроелектростанції мають значні переваги перед тепловими. Вони зовсім не потребують палива, мають просте обладнання, прості в обслуговуванні, дешевші в експлуатації і забезпечують високу маневреність та надійність електропостачання, а також допускають повну автоматизацію роботи.
Незважаючи на великі кошти, які вкладаються в будівництво гідроелектростанцій, собівартість електроенергії є нижчою за собівартість електроенергії теплоелектростанції. Проте гідроелектростанції мають і свої недоліки. Питома вага капіталовкладень на будівництво великих гідроелектростанцій у 2—3 рази вища, ніж при спорудженні потужних теплових електростанцій. Отже, замість однієї ГЕС на ті самі капіталовкладення можна побудувати дві або три теплових електростанції такої самої потужності. Строки будівництва гідроелектростанцій також в 2,5—3 рази перевищують строки для спорудження теплових електростацій.
У гідроелектростанціях потоки води підводяться до водяних турбін, де енергія руху води перетворюється в механічну енергію обертання роторів турбін. Турбіни обертають ротори генераторів, які перетворюють механічну енергію в електричну.
За висотою напору води (Н), що створюється висотою греблі, гідростанції поділяють на низьконапірні (Н до 30 м), середньонапірні (Н до 50 м) і високонапірні (Н більше 50 м).
Потужність гідроелектростанцій прямо пропорційна висоті напору води, який залежить від висоти греблі, і кількість води, що проходить за одиницю часу через турбіни гідроелектроагрегатів.
За складом і компановкою споруд гідроелектростанції поділяються на річні, пригребельні і дериваційні.
Деривація (від лат. derivatio — відведення) в гідротехніці — сукупність споруд (трубопроводів, каналів, тунелів) для підведення води до стаціонарних гідроелектроагрегатів або відведення води від них. За допомогою деривації створюється основний напір води на дериваційних ГЕС.
Річні гідроелектростанції працюють від струменя води, створюваного за рахунок спорудження греблі поперек річки. На таких гідроелектростанціях (рис. 5) машинне відділення встановлюють на продовженні греблі, гідротурбіни працюють при низькому напорі води.
Рис. 5. Загальний вигляд водозливної греблі і будинку гідроелектростанції
Пригребельні гідроелектростанції працюють від середнього або високого напору води. Воду в таких станціях подають за допомогою напірних трубопроводів і споруд для спуску надлишку води.
Дериваційні гідроелектростанції працюють від середнього або високого напору води, створеного за рахунок відведення води з русла річки обхідним водоводом. Для створення напору обхідний водовід проводять із значно меншим уклоном, ніж уклон ріки в цьому місці.
Воду від башти або напірного басейну подають до гідротурбін напірним трубопроводом. Такі гідроелектростанції споруджують у гористих місцях і на річках з великим уклоном. Схема дериваційної гідроелектростанції показана на рис. 6.
Рис. 6. Схема дериваційної гідроелектростанції:
1 — гребля; 2 — дериваційний канал; 3 — будинок станції
Рис. 7. Каскад ГЕС на Дніпрі
Щоб забезпечити максимальне використання водної енергії річки, будують каскади гідроелектростанцій, тобто споруджують ряд гідроелектростанцій, розміщених одна за одною. Такі каскади (рис. 7) побудовані на багатьох річках, зокрема на річці Дніпро.
За умовами роботи і рівнем автоматизації ГЕС поділяють на три основні групи:
1. напівавтоматичні, в яких пуск і зупинка окремих агрегатів провадиться вручну, і автоматизована тільки нормальна робота і захист від аварій;
автоматичні, в яких пуск і зупинка агрегатів здійснюються автоматично;
автоматичні дистанційно-керовані, в яких, крім дистанційного пуску і зупинки, контролюють і керують роботою агрегатів на відстані.
Входячи до системи відновлювальних джерел енергії, гідроенергетика займає лише 6 % у світовому енергобалансі.
Гідроенергетичні ресурси — запаси енергії річкових потоків і водойм, які лежать вище рівня моря. Загалом гідроенергетичні ресурси становлять близько 60 % всієї енергії поверхневого стоку. Належать до відновлюваних природних ресурсів. Розрізняють такі гідроенергетичні ресурси (ГР): потенціальні, технічно можливі для використання на даному рівні розвитку науки і техніки, а також економічно доцільні для використання.
Потенціальні гідроенергетичні ресурси України дорівнюють 44,7 млрд кВт·год (з них 46 % — на басейн Дніпра, по 20 % — на басейни Дніпра і Тиси, 14 % — на всі інші річки країни). Економічно доцільні для використання ГР становлять 16 млрд кВт·год. З цієї кількості припадає на басейн Дніпра — 9,8 млрд кВт·год; Тиси — 3,5; Дністра — 2,7 млрд кВт·год.
Об'єм та якість ГР залежать від характеру стоку річок. Для сезонного і багаторічного регулювання стоку на річках створюють греблі та великі водосховища. На базі ГР в Україні споруджено 47 ГЕС. Найпотужніші з них — на Дніпрі (Дніпрогес, Каховська, Дніпродзержинська, Кременчуцька, Канівська, Київська), Дністрі (Дністровський комплексний вузол), β басейні Тиси (Теребле-Ріцька).
ГР України обмежені, тому їх використовують здебільшого для покриття пікових навантажень діючої енергосистеми. З цією метою на річках створюють системи гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). До найбільших з них належать: Київська ГЕС — ГАЕС; Канівська ГАЕС, каскад ГЕС — ГАЕС на Дністрі, а також Південно-Український енергокомплекс.