Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанции (ГЭС) используют энергию водных потоков (рек, водопадов) для выработки электроэнергии. Гидроэлектростанции вырабатывают 15% от общего объема производства электроэнергии. Энергетический потенциал реки определяется ее уклоном и стоком - объемом воды, протекающий через створ за определенный отрезок времени.

Первичными двигателями на ГЭС являются гидравлические турбины, которыми приводятся во вращение синхронные гидрогенераторы. Мощность, развиваемая турбиной, зависит от количества проходящей через нее воды Q и величины напора Н :

.

На равнинных реках напор создается плотиной (рис. 10). Со стороны верхнего бьефа образуется водохранилище.

Рис. 10. Плотина на равнинной реке

Плотины могут быть водосливные и глухие. Водосливные плотины имеют водопропускные отверстия с затворами для сброса излишней воды из водохранилища в нижний бьеф.

В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание станции, судоходные шлюзы и дамбы. Сооружение гидроузла вместе с затратами на обустройство водохранилища требует значительных капитальных вложений. Значительны и сроки строительства. В этом состоят основные недостатки ГЭС.

При небольших напорах наиболее распространенным типом являются русловые ГЭС, при которых здание ГЭС является продолжением плотины. Через отверстия в плотине вода подается к турбинам.

При напорах более 30 - 35 м сооружают станции приплотинного типа, на которых здание станции расположено за глухой бетонной стеной со стороны нижнего бьефа и не воспринимает непосредственного напора воды. Вода поступает через специальные напорные трубопроводы в спиральные камеры, охватывающие тело турбины, вертикальный вал которой соединен с генератором. Регулирование мощности осуществляется с помощью затворов напорного трубопровода.

На горных реках используют естественные уклоны реки, но при этом приходится создать систему деривационных сооружений, направляющих воду в обход русла реки.

Достоинствами гидроэлектростанций являются:

· низкая себестоимость электроэнергии (в 7-10 раз ниже, чем ТЭС), так как не требуется поставок и подготовки специального топлива, выработки теплоносителя и т.д.;

· небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды (подготовку топлива, утилизацию тепла и т.д.);

· меньше численность персонала;

· меньше объем эксплуатационных и ремонтных работ;

· улучшение судоходства, орошения земель, водоснабжения городов за счет водохранилищ;

· возможность регулирования мощности в большом диапазоне и с минимальными затратами.

Регулирование мощности на ГЭС без водохранилищ определяется естественным (сезонным) изменением стока. Поэтому они работают в базисной части графика, а регулирование суточного графика нагрузки осуществляется на ТЭС, что крайне неэкономично. Гидроэлектростанции с водохранилищами осуществляют искусственное регулирование стока: сезонное (задерживают паводковые воды и постепенно расходуют в другие периоды) и суточное (увеличивают сток в период максимальной нагрузки и снижают в часы минимума нагрузок). Поэтому ГЭС с водохранилищами используют в пиковой и полупиковой части графика (соответственно в паводковый и непаводковый периоды).

В электрической части ГЭС подобны КЭС, так как они удалены от потребителей.

Коэффициент полезного действия ГЭС составляет 85 - 90%.

Рис. 11. Участие электростанций в формировании суточного графика производства электроэнергии

Участие электростанций разных типов в формировании общего суточного графика выработки электроэнергии показано на рис. 11. В постоянной (базисной) части графика работают электростанции, на которых невозможно, неэкономично или небезопасно регулирование мощности. К таким станциям относятся ГЭС без водохранилищ, атомные электростанции и ТЭЦ.

Конденсационные электростанции экономически выгоднее использовать в базисной части графика, но при необходимости на них осуществляется регулирование мощности для покрытия переменных нагрузок в полупиковой зоне.

В пиковой части суточного графика энергосистемы используются ГЭС и ГАЭС, ГТУ и ПГУ. На перечисленных станциях легко и с малыми затратами регулируется мощность в зависимости от требований энергосистемы. Учитывая, что ГАЭС, ГТУ и ПГУ вырабатывают незначительное количество электроэнергии в масштабах энергосистемы, на рисунке показаны только ГЭС.