Гидроэлектроста́нция
(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 два основных фактора:
гарантированная обеспеченность водой
круглый год и возможно большие уклоны
реки, благоприятствуют гидростроительству каньонобразные виды рельефа.
Особенности
:
- Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
- Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют быстро изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.
- Сток реки является возобновляемым источником энергии.
- Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.
- Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.
- 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.
- Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.
- Водохранилища делают климат более умеренным.
Принцип
работы 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 зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. 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.
Гидроэлектростанции также делятся
в зависимости от максимального
использования напора воды:
- высоконапорные — более 60 м;
- средненапорные — от 25 м;
- низконапорные — от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в
гидроэлектростанциях применяются
различные видытурбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными
камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины,
на низконапорных — поворотнолопастные
турбины в железобетонных камерах. Принцип
работы всех видов турбин схож — вода,
находящаяся под давлением (напор воды)
поступает на лопасти турбины, которые
начинают вращаться. Механическая энергия,
таким образом, передается на гидрогенератор,
который и вырабатывает электроэнергию.
Турбины отличаются некоторыми техническими
характеристиками, а также камерами —
стальными или железобетонными, и рассчитаны
на различный напор воды.
- Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:
- русловые и плотинные 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.
- приплотинные 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 периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.
В состав гидроэлектрических станций,
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.
Гидроэнергетика
в мире:
На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает
производство до 88 % возобновляемой и до
20 % всей электроэнергии в мире, установленная
гидроэнергетическая мощность достигает
777 ГВт.
Абсолютным лидером по выработке
гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель
наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке —
98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается
на гидроэлектростанциях.
Наиболее активное гидростроительство
на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия
является основным потенциальным источником
энергии. В этой стране размещено до половины
малых гидроэлектростанций мира, а также
крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» на реке Янцзы и строящийся крупнейший по
мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная
ГЭС «Гранд Инга» мощностью 39ГВт планируется к сооружению международным
консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший
Заир).
На 2008 год крупнейшими производителями
гидроэнергии (включая переработку на ГАЭС) в абсолютных значениях являются
следующие страны:
Страна |
Потребление гидроэнергии
в ТВт·ч |
1. Китай |
585 |
2. Канада |
369 |
3. Бразилия |
364 |
4. США |
251 |
5. Россия |
167 |
6. Норвегия |
140 |
7. Индия |
116 |
8. Венесуэла |
87 |
9. Япония |
69 |
10. Швеция |
66 |
11. Франция |
63 |
| |
|
| |
|
Крупнейшие
ГЭС в мир
Наименование
|
Мощность,
ГВт |
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч |
Собственник |
География |
Три ущелья |
22,40 |
100,00 |
|
р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай |
Итайпу |
14,00 |
100,00 |
Итайпу-Бинасионал |
р. Парана, г. Фос-ду-Игуасу,Бразилия/Парагвай |
Гури |
10,30 |
40,00 |
|
р. Карони, Венесуэла |
Черчилл-Фолс |
5,43 |
35,00 |
Newfoundland and Labrador Hydro |
р. Черчилл, Канада |
Тукуруи |
8,30 |
21,00 |
Eletrobrás |
р. Токантинс, Бразилия |
| |
|
|
|
|
По состоянию на 2009 год в России
имеется 15 гидроэлектростанций свыше
1000 МВт (действующих, достраиваемых
или находящихся в замороженном
строительстве), и более сотни
гидроэлектростанций меньшей мощности.
Работа по физике
на тему: «Гидроэлектростанции»
ученика 11г класса
ПСШ№8
Кузнецова Василия.
22.12.2011