Гидроэлектростанция — это комплекс сложных гидротехнических оборудования и сооружений. Его назначение — преобразовывать энергию потока воды в электрическую энергию. Гидроэнергия относится к числу так называемых возобновляемых источников энергии, т. е. фактически неиссякаема.
Наиболее значимое гидротехническое сооружение — плотина. Она задерживает воду в водохранилище, формирует нужный напор воды. Гидравлическая турбина — основной двигатель на ГЭС. С ее помощью энергия воды, движущейся под напором, преобразовывается в механическую энергию вращения, которая после этого (благодаря электрическому генератору) преобразуется в электрическую энергию. Гидравлическая турбина, гидрогенератор, устройства управления и автоматического контроля — пульты размещены в машинном зале ГЭС. Повышающие трансформаторы смогут размешаться и в строения, и на открытых площадках. Распределительные устройства значительно чаще устанавливаются на открытом воздухе рядом со строением электростанции.
В Советском Альянсе, владеющем громадными гидроэнергоресурсами (12% от мировых), развернуто широкое строительство гидростанций. Лишь за 30 послевоенных лет, с 1950 по 1980 год, выработка электричества на ГЭС выросла более чем на порядок.
По установленной мощности гидроэлектрические станции подразделяют на малые — до 5 МВт, средние — от 5 до 25 и большие — более 25 МВт. У нас действуют 20 ГЭС, на каждой из которых установленная мощность превышает 500 МВт. Наибольшие из них — Красноярская (6000 МВт) и Саяно-Шушенская (6400 МВт) ГЭС.
Строительство ГЭС немыслимо без комплексного ответа многих задач. Нужно удовлетворять потребности не только энергетики, но и водного транспорта, водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйства. оптимальнее этим задачам отвечает принцип каскадности — в то время, когда на реке строят несколько, а последовательность ГЭС, расположенных по течению реки. Это разрешает создать на реке пара последовательно расположенных на различных уровнях водохранилищ, соответственно, полнее применять сток реки, ее энергетические ресурсы и маневрировать мощностью отдельных ГЭС. Каскады гидроэлектрических станций сооружены на многих реках. Не считая Волжского, каскады выстроены на Каме, Днепре, Чирчике, Раздане, Иртыше, Риони, Свири. самый мощный Ангаро-Енисейский каскад с наибольшими в мире ГЭС — Братской, Красноярской, Саяно-Шушенской и Богучанской неспециализированной мощностью около 17 ГВт и годовой выработкой 76 млрд. кВт*ч электричества.
Существует пара видов электростанций, применяющих энергию потока воды. Кроме гидроэлектростанций строят еще гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). С первого взора чуть ли увидишь отличие между гидроаккумулирующей электростанцией и обычной гидроэлектростанцией. Такое же строение, где размещено основное энергетическое оборудование, такие же электролинии. Нет принципиальной отличия и в методе производства электричества. В чем же особенности ГАЭС?
В отличие от ГЭС гидроаккумулирующая станция требует два водохранилища (а не одно) емкостью по нескольку десятков миллионов кубических метров. Уровень одного должен быть на пара десятков метров выше другого. Оба водохранилища сообщаются между собой трубопроводами. На нижнем водохранилище строится строение ГАЭС. В нем так именуемые обратимые гидроагрегаты — электрические генераторы и гидравлические турбины размещены на одном валу. Они смогут трудиться и как генераторы тока, и как электрические водяные насосы. В то время, когда потребление энергии значительно уменьшается, к примеру в ночные часы, гидравлические турбины делают роль насосов, перекачивая воду из нижнего водохранилища в верхнее. Наряду с этим генераторы трудятся как электрические двигатели, приобретающие электрическую энергию от тепловых и АЭС. В то время, когда же электропотребление возрастает, гидроагрегаты ГАЭС переключаются на обратное вращение. Падающая из верхнего водохранилища в нижнее вода вращает гидравлические турбины, генераторы производят электрическую энергию. Так, ГАЭС в ночные часы как бы накапливает электричество, вырабатываемую вторыми электростанциями, а днем отдает ее. Исходя из этого ГАЭС в большинстве случаев помогает, как говорят энергетики, для покрытия «пиков» нагрузки, т. е. она дает энергию тогда, в то время, когда в ней очень нуждаются. На земном шаре действуют более 160 ГАЭС. У нас в стране первая ГАЭС выстроена под Киевом. Она имеет небольшой напор, всего 73 м, и суммарную мощность 225 МВт.
Вступила в строй более большая ГАЭС в Столичной области, мощностью 1,2 ГВт, с напором 100 м.
В большинстве случаев ГАЭС строят на реках. Но, как выяснилось, подобные электростанции возможно строить на берегах океанов и морей. Лишь в том месте они взяли иное наименование — приливные электростанции (ПЭС).
Два раза в день в одно да и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это Солнца и гравитационные силы Луны притягивают к себе массы воды. Вдалеке от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут быть около 13 м, как, к примеру, в Пенжинской губе на Охотском море.
В случае, если залив либо устье реки перегородить плотиной, то в момент громаднейшего подъема воды в таком неестественном водохранилище возможно закрыть много миллионов кубических метров воды. В то время, когда же в море наступает отлив, между уровнями воды в водохранилище и в море создается перепад, достаточный для вращения гидротурбин, установленных в строениях ПЭС. В случае, если водохранилище одно, ПЭС может производить электрическую энергию непрерывно в течение 4—5 ч с перерывами соответственно по 1—2 ч четыре раза за день (столько раз изменяется уровень воды в водохранилище при отливах и приливах).
Дабы устранить неравномерность выработки электричества, водохранилище станции делится плотиной на 2—3 меньших. В одном поддерживают уровень отлива, в другом — уровень прилива, третье является резервным.
На ПЭС устанавливают гидроагрегаты, каковые способны трудиться с высоким КПД как в генераторном (создавать электричество), так и в насосном режиме (перекачивать воду из водохранилища с низким уровнем воды в водохранилище с большим уровнем). В насосном режиме ПЭС трудится тогда, в то время, когда в энергосистеме появляется избыточная электричество. В этом случае агрегаты подкачивают либо откачивают воду из одного водохранилища в второе.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая у нас умело-промышленная ПЭС. В строении электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС разрешил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугурской на Охотском море.
Применение отливов сил и великих приливов Мирового океана, кроме того самих океанских волн — занимательная неприятность. К ответу ее еще лишь приступают. Тут очень многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
Строительство больших энергетических гигантов — будь то ГЭС, ГАЭС либо ПЭС — любой раз экзамен для строителей. Тут соединяется труд рабочих самой разных специальностей и высокой квалификации — от мастеров цементных работ до монтажников-верхолазов.