Типы гидроэнергетических установок
Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) предназначена для преобразования механической энергии водного потока в электрическую энергию или, наоборот, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию воды.
Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:
· гидроэлектростанции (ГЭС);
· насосные станции (НС);
· гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
· комбинированные электростанции ГЭС-ГАЭС;
· приливные электростанции (ПЭС).
Гидроэлектростанция - это предприятие, на котором гидравлическая энергия преобразуется в электрическую.
Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина , создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС , в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование (рис. 17.3). В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п.
Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат . В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.
Среди типов гидроэнергетических установок ГЭС являются наиболее крупными. В России построена на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего мощностью 6,4 млн кВт (рис. 17.4).
Ведется проектирование Туруханской ГЭС мощностью до 20 млн кВт.
Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами , играют решающую роль в обеспечении надежности , устойчивости и живучести Единой энергетической системы России.
Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС.
Малые ГЭС (мощностью до 30 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).
Насосная станция предназначена для перекачки воды с низких отметок на высокие и транспортировки воды в удаленные пункты.
На насосной станции устанавливаются насосные агрегаты, состоящие из насоса и двигателя . Насосная станция является потребителем электрической энергии.
Они используются для водоснабжения тепловых и атомных электростанций, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, в ирригационных системах, судоходных каналах, пересекающих водоразделы, и т.п.
Гидроаккумулирующая электростанция предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме.
В России работает Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт.
ГЭС-ГАЭС вырабатывает электроэнергию в период пика нагрузки за счет притока воды в верхний бьеф и за счет перекаченной из нижнего бьефа в верхний в период провалов нагрузки в энергосистеме.
Реконструкция ГЭС в ГЭС-ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.
Приливные электростанции преобразуют механическую энергию приливно-отливных колебаний уровня воды в море в электрическую энергию. В некоторых морских заливах приливы достигают 10-12 м, а наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада) и достигают 19,6 м.
Технические ресурсы приливной энергии России оцениваются в 200-250 млрд кВт · ч в год и в основном сосредоточены у побережий Охотского, Берингова и Белого морей.
В России наиболее перспективным наплавным способом возведена опытная Кислогубская ПЭС вблизи г. Мурманска. Во Франции построена ПЭС Ранс мощностью 240 МВт.
Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС): эскиз сооружения, порядок работы. Генераторы электроэнергии ГАЭС, КПД. Сравнение с гидроэлектростанциями (ГЭС)
2.3 Классификация гидроаккумулирующих электростанций
гидроаккумулирующий электрический станция генератор
Гидроаккумулирующие электростанции в отличие от обычных ГЭС представляют собой комплекс сооружений и оборудования, предназначенный не только для генерирования электроэнергии, но и для ее аккумулирования. Поэтому, во многом сохраняя конструктивное и компоновочное сходство с обычными ГЭС, ГАЭС имеют и свои особенности. Независимо от индивидуальных особенностей каждой ГАЭС, все они имеют в том или ином конструктивном виде основной набор компоновочных элементов: верхний аккумулирующий и нижний бассейны, здание ГАЭС, водоприемник (один или два), напорные водоводы.
Широкий диапазон напоров и разнообразие применяемых схем ГАЭС обусловливают большое количество возможных компоновочных решений, которые в первую очередь зависят от рельефа местности и геологических условий.
Классификация ГАЭС может быть выполнена по ряду признаков:
по совмещению ГАЭС с обычными ГЭС - совмещенные и несовмещенные;
по схеме концентрации напора - приплотинные и деривационные;
по величине действующего напора - низконапорные (40-60 м), средненапорные (120-150 м) и высоконапорные (свыше 200 м);
по компоновке элементов гидроузла - с наземными, подземными или полуподземными машинными зданиями;
по конструкции напорных водоводов - с открытым или подземным расположением;
по конструкции верхнего и нижнего бассейнов - с искусственно сооружаемыми или естественными бассейнами (в том числе могут быть использованы бассейны ГЭС, ТЭС или АЭС);
по наличию естественной приточности - с приточностью в верхний бассейн, с приточностью в нижний бассейн;
по типу (компоновке) основного гидроэнергетического оборудования - с двухмашинными, трехмашинными или четырехмашинными гидроагрегатами;
по длительности цикла насосного аккумулирования - с суточным, недельным и сезонным (годичным) циклом работы.
По первому признаку ГАЭС различаются в зависимости от их совмещения с обычными ГЭС. Если источником электроэнергии, вырабатываемой ГАЭС при разряде, является только аккумулированная электроэнергия, получаемая ими от энергосистемы во время заряда, то такие станции являются несовмещенными с ГЭС. Естественная приточность воды в верхний аккумулирующий бассейн таких станций практически отсутствует, а полезные (оборотные) объемы верхнего и нижнего бассейнов одинаковы.
Несовмещенные гидроаккумулирующие электростанции называются ГАЭС «чистого», а иногда «полного» аккумулирования. К несовмещенному типу относится Загорская ГАЭС.
Совмещенное гидроаккумулирование по напору осуществляется в схемах с переработкой стока, когда высота насосного подъема воды на водораздел меньше напора, подводимого к гидротурбинам. При этом насосное и турбинное оборудование расположено в разных местах и на разных станциях: насосной и гидроэлектрической.
Совмещенное гидроаккумулирование по расходу применяется на станциях, использующих естественный сток рек и озер, который служит для дополнительной выработки электроэнергии наряду с выработкой при разряде ГАЭС. Аккумулирующей емкостью верхнего бьефа является водохранилище, которое также регулирует сток, а емкость нижнего бьефа-резервуара создается подпором нижележащей ступени ГЭС или специально созданной низконапорной плотины. Такие станции называются сокращенно ГЭС-ГАЭС. По такой схеме создается Зеленчукская ГЭС-ГАЭС, имеющая два обратимых гидроагрегата ГАЭС и два обычных гидроагрегата ГЭС по 70 МВт каждый. Верхнее водохранилище Зеленчукской ГЭС-ГАЭС искусственное с приточностью за счет отбора части стока рек Большой Зеленчук и Малый Зеленчук. Перебрасываемый в р. Кубань сток будет использоваться на нижележащих Кубанских ГЭС, расположенных на Большом Ставропольском канале, и на проектируемых Красногорских ГЭС на р. Кубань. Предполагалось, что Верхне-Красногор-ская ГЭС в своем верхнем бьефе создаст подпор для нижнего бьефа Зеленчукской ГЭС-ГАЭС и таким образом образует нижнее водохранилище ГАЭС. Однако при рабочем проектировании по техническим и организационным соображениям было принято решение о создании самостоятельного нижнего бассейна этой станции.
В районах, бедных гидроресурсами, получили преимущественное распространение ГАЭС несовмещенного гидроаккумулирования. Такие станции строятся при наличии соответствующих естественных условий: возможности концентрации наибольшего напора с расположением верхнего и нижнего бассейнов на наименьшем расстоянии один от другого. Для верхних бассейнов могут использоваться как существующие водоемы - озера и водохранилища, так и специально создаваемые искусственные бассейны. В качестве нижних, помимо рек и озер, может использоваться акватория морских заливов.
Наибольшее распространение в практике зарубежного строительства ГАЭС получили высоконапорные деривационные схемы с подземными компоновками основных элементов гидроузлов. Для равнинных ГАЭС России, Прибалтики и Украины с напором около 100 м более характерны деривационные схемы с открытым расположением напорных трубопроводов. Во всех деривационных схемах ГАЭС применяется напорная деривация. В соответствии с этой схемой созданы Загорская ГАЭС в России, Круонисская в Литве, Ташлыкская на Украине и др.
Величина напора на проектируемых ГАЭС, особенно ГАЭС наземного и полуподземного типа, зависит от топографических условий в районе площадки, выбранной для строительства. При выборе площадок при равенстве вариантов по прочим условиям выбирают вариант с большим напором.
Теоретическая мощность водотока (без учета потерь стока и водной энергии при ее преобразовании в электрическую в турбинном режиме) определяется следующим образом:
где N - мощность водотока, кВт;
Q - расход воды, м3/с;
H - напор, м.
Силой, осуществляющей работу водяного потока, является вес воды. Работа потока определяется напором (Н) водотока, т.е. разностью уровней воды в начале и конце рассматриваемого участка, и величиной расхода (Q) протекающей воды.
Из приведенной формулы видно, что при увеличении напора при неизменной мощности пропорционально уменьшается необходимый расход воды. Это означает, что чем больше напор, тем меньше расход воды, меньше диаметр напорных трубопроводов, меньше габариты рабочего колеса насосотурбины и, следовательно, меньше габариты машинного здания и стоимость всего сооружения.
Стремление к увеличению напора ГАЭС не совмещённого гидроаккумулирования и минимизации воздействия на природную среду привело к разработке схем шахтного типа с подземным расположением не только машинного зала, но и нижнего бассейна, создаваемого в скальных породах на глубине 500 и более метров. При этом в качестве нижнего бассейна могут использоваться отработанные рудничные выработки, карстовые полости или специально сооружаемые системы галерей. В качестве верхнего резервуара может использоваться существующий водоем, который является одновременно прудом-охладителем ТЭС или АЭС, а также естественный водоем в виде речной акватории или морского залива.
Использование компоновки гидроузла ГАЭС с подземным нижним водохранилищем отличается высокой экономичностью и возможностью применения во многих равнинных регионах, не имеющих естественных перепадов высот. Предварительные проектные проработки показывают, что применением подземных компоновок с высоким напором можно добиться уменьшения удельной стоимости ГАЭС на 25-30 % по сравнению с наземными или полуподземными компоновками.
Машинные здания полуподземного (заглубленного) типа применяются в случае заглубления напорных трубопроводов относительно земной поверхности и при необходимости обеспечения превышения уровня воды в нижнем бьефе над рабочим колесом насосотурбины для ослабления кавитационных процессов.
Ветровые электростанции
Существуют два вида ветровых электростанций: с горизонтальной осью - привычный всем пропеллер, и станции с вертикальной осью вращения. Вторые, несмотря на то, что генератор у них находится под мачтой...
Виды и расчет волновой электростанции
Все существующие виды топливной энергии в природе подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. Некоторые группы топлива, в свою очередь, подразделяются на две подгруппы, из которых одна подгруппа представляет собой топливо в том виде...
Виды электростанций
Энерговооруженность является основой технического прогресса. Энергетический кризис 1970-х годов существенно обострил проблему энергообеспечения общества. Стало ясно, что период дешевых и легкодоступных источников энергии окончился...
Использование ветряной энергии
Плюсы: · Экологическая чистота работы (отсутствие выбросов каких-либо видов газов); · Возобновляемая неисчерпаемая энергия (в отличие от ископаемых видов горючего); · Эргономика (компактность и сочетание с любым родом ландшафта); · Отсутствие...
Планирование производственной программы энергосистемы
Для распределения электрической нагрузки по энергосистеме в целом в первую очередь необходимо распределить электрическую и тепловую нагрузки на ТЭЦ № 3. Тепловая нагрузка в горячей воде (1...
Солнечные электростанции
Все солнечные электростанции (сэс) подразделяют на несколько типов: - СЭС башенного...
солнечная электростанция батарея На сегодняшний день всем известна проблема энергосбережения, множество учёных мира борются с ней, разрабатывая новые технологии в энергетике...
Солнечные электростанции: усовершенствование технологий
По данным аналитиков текущий объем рынка солнечных батарей составляет около 24 миллиардов долларов. На солнечную энергетику приходится менее 0,04% мирового производства энергии, но если покрыть солнечными панелями всего лишь 4% пустынь Земли...
Состав, свойства и классификация природных газов, методы определения их состава
Существует классификация и индексация природных газов по содержанию полезных компонентов В.И. Старосельского, которая основана на требованиях промышленности по минимальной концентрации компонентов, являющихся ценным химическим сырьем...
Что такое электричество
В зависимости от источника энергии различают: Тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо. Атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию. Гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды рек...
Наряду с централизованным способом электроснабжения потребителей от сетей энергосистем в ряде случаев необходимо предусматривать местные источники электроснабжения. К ним относятся дизельные электростанции...
Эксплуатация дизельных электростанций
Перед пуском электроагрегат ДЭС должен быть тщательно проверен и подготовлен к работе. Необходимо осмотреть дизель, генератор, вспомогательные агрегаты, панели и щиты и устранить обнаруженные неисправности...
Эксплуатация дизельных электростанций
Пуск и остановка ДЭС могут быть ручными -- с местного щитка управления дизелем...
Энергетические установки с низкокипящими рабочими телами
Размещено на http://www.allbest.ru/ Размещено на http://www.allbest.ru/ Электрические станции на НРТ (т.е. станции...
Энергосбережение в доме
Тип электростанций Строительство и эксплуатация Работа в энергосистеме Воздействие на окружающую среду Тепловые (ТЭС) Строятся быстро и дешево, но потребляют большое количество топлива, следовательно...
Гидроэнергетика (ГЭС, ГАЭС)
Электростанции составляют на сегодня основу той части энергетики, которая использует возобновляемые источники энергии. За почти столетнюю историю гидроэнергетики накоплен огромный опыт строительства гидравлических электрических станций на горных и равнинных реках, на реках с гигантским водосбросом и на маленьких речках, а сама гидроэнергетика отнесена к числу наиболее значимых достижений ХХ века.
В настоящее время в мире используется около 30 % экономически эффективного гидроэнергетического потенциала. Удельный вес гидроэнергетики в общем производстве электроэнергии достаточно высок во многих странах: в Норвегии и Бразилии этот показатель выше 90 %, от 50 до 80 % – в Канаде и Венесуэле, около 20 % – в Индии, Египте, Италии, Китае.
Гидроэнергетический потенциал России составляет 2900 млрд кВт·ч/г. Потенциал крупных и средних рек оценивается в 2400 млрд кВт·ч/г. Технически достижимый уровень этого потенциала – 1670 млрд кВт·ч/г. По экономическому гидроэнергетическому потенциалу – 850 млрд кВт·ч/г. (или по топливному эквиваленту 300 млр т усл. т. в год Россия занимает второе место после Китая. По установленной мощности гидроагрегатов на ГЭС и выработке электроэнергии Россия находится на пятом месте после США, Китая, Канады и Бразилии, по мощности гидроагрегатов на строящихся ГЭС – на четвертом месте после Китая, Бразилии и Индии.
В России в настоящее время освоено около 20 % имеющегося гидроэнергетического потенциала: на Европейскую часть приходится 50 %, на Сибирь – 19 %, на Дальний Восток – 4% освоенных гидроэнергетических мощностей страны. В 2000 г. на электростанциях России было выработано 857 млрд кВт·ч электроэнергии, в том числе на тепловых электростанциях – 549 млрд кВт·ч, на ГЭС – 157,5 млрд кВт·ч, на АЭС – 103,5 млрд кВт·ч .
Гидроэлектростанции (ГЭС) являются весьма эффективными источниками энергии. Они используют механическую энергию падающей воды. Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) предназначена для преобразования механической энергии водного потока в электрическую энергию или, наоборот.
Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Необходимый для этого напор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким КПД (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.
Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:
· гидроэлектростанции (ГЭС);
· насосные станции (НС);
· гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
· комбинированные электростанции ГЭС– ГАЭС;
· приливные электростанции (ПЭС).
Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды. Гидростроительство в условиях равнин сложнее из-за преобладания мягких оснований под плотинами и необходимости иметь крупные водохранилища для регуляции стока. Сооружение ГЭС на равнинах вызывает затопление прилегающих территорий, что приносит значительный материальный ущерб.
Неоспоримыми преимуществами гидроэнергетики являются также низкая себестоимость производства электроэнергии, мобильность мощности для покрытия пиковой части графика нагрузки, инфляционная устойчивость, экологическая чистота производства. Себестоимость электроэнергии на ГЭС в России в 2000 г. в среднем была почти в 6 раз ниже, чем на ГРЭС. Сегодня накопленные знания позволяют больше внимания уделять экологическим факторам, в частности тем положительным эффектам, которые могут быть достигнуты при сооружения объекта гидроэнергетики. Всесторонний анализ дает возможность более полно оценить влияние ГЭС на окружающую среду.
Территория, с которой стекает вода в реку, называется водосборным бассейном данной реки (рис. 3.5). Линия – а, б, в, г, д, проходящая по повышенным местам и отделяющая друг от друга соседние бассейны, называется водораздельной линией или водоразделителем.
Рис. 3.5. Водосборы (бассейны) рек
Среднегодовой сток всех рек мира составляет 32 тыс. км 3 ; в таблице 3.1 приведены данные о речном стоке отдельных стран мира.
Таблица 3.1. Речной сток отдельных стран мира
| Страна | Площадь территории, млн км 2 | Суммарный средний многолетний объем стока, км 3 /год | Удельная водность в среднем за год с 1 км 2 , л/с |
| Россия | 17,075 | 7,4 | |
| Бразилия | 8,51 | 11,9 | |
| США | 9,36 | 9,8 | |
| Китай | 9,90 | 8,3 | |
| Канада | 9,98 | 24,0 | |
| Норвегия | 0,32 | 35,8 | |
| Франция | 0,551 | 19,7 | |
| Югославия | 0,256 | 15,2 | |
| Польша | 0,312 | 5,9 |
Запасы поверхностного стока по территории России распределены неравномерно, что весьма неблагоприятно для народного хозяйства, в том числе и для энергетики. Более 80 % речного стока российских рек приходится на еще мало освоенные территории бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов. Особенностью стока реки является его неравномерное распределение как по годам, так и в течение года.
Многолетняя неравномерность стока неблагоприятна для всех отраслей народного хозяйства и прежде всего для энергетики. Различают: многоводные, средневодные и маловодные годы. В маловодные годы обычно значительно снижается выработка энергии на гидроэлектростанциях.
Неравномерность стока в течение года неблагоприятна для энергетики. Для большинства рек России маловодный период наблюдается зимой, когда потребность в электроэнергии наибольшая.
Гидроэлектростанция – это предприятие, на котором гидравлическая энергия преобразуется в электрическую.
Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование. В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п.
Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины (рис. 3.6). Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.
Рис. 3.6. Разрез по станционной плотине и зданию ГЭС
Среди типов гидроэнергетических установок ГЭС являются наиболее крупными. В России построена на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С.Непорожнего (рис. 3.7) мощностью 6,4 млн. кВт.
Рис. 3.7. Общий вид Саяно –Шушенской ГЭС имени П.С. Непорожнего
Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами, играют решающую роль в обеспечении надежности, устойчивости и живучести Единой энергетической системы России.
Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС .
В настоящее время принята следующая классификация ГЭС по их мощности: станции мощностью до 100 кВт – микрогэс, от 100 до 1000 кВт – мини-ГЭС, от 1000 до 10000 кВт – малые ГЭС и свыше 10000 кВт – крупные гидроэлектростанции.
Основные направления развития малой гидроэнергетики в России на ближайшие годы следующие: строительство малых ГЭС при сооружаемых комплексных гидроузлах; модернизация и восстановление ранее существующих малых ГЭС, сооружение малых ГЭС на небольших реках, возведение малых ГЭС на существующих водохранилищах, на каналах, трубопроводах подвода и отвода воды на объектах различного хозяйственного назначения.
Малые ГЭС (мощностью до 30 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).
Насосная станция предназначена для перекачки воды с низких отметок на высокие и транспортировки воды в удаленные пункты.
На насосной станции устанавливаются насосные агрегаты, состоящие из насоса и двигателя. Насосная станция является потребителем электрической энергии. Они используются для водоснабжения тепловых и атомных электростанций, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, в ирригационных системах, судоходных каналах, пересекающих водоразделы, и т.п.
Суммарное потребление электроэнергии также неравномерно. В утренние и вечерние часы коммунальная нагрузка наибольшая. График нагрузки некоторого района или города, представляющий собой изменение во времени суммарной мощности всех потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одни часы суток потребуется большая суммарная мощность генераторов, а в другие часы часть генераторов или электростанций должна быть отключена, или должна работать с уменьшенной нагрузкой. Количество электростанций и их мощность определяются относительно непродолжительным максимумом нагрузки потребителей. Это приводит к недоиспользованию оборудования и к удорожанию энергосистем. Так, снижение числа часов использования установленной мощности крупных ТЭС с 6000 до 4000 ч в год приводит к возрастанию себестоимости вырабатываемой энергии на 30–35 %.
Энергетики по возможности принимают меры по выравниванию графика суммарной нагрузки потребителей. Так, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой период времени она потребляется. Если электроэнергия потребляется в моменты максимумов нагрузки энергосистемы, то и стоимость ее устанавливается выше. Это повышает заинтересованность потребителей в таких перестройках своей работы, которые бы способствовали уменьшению электрической нагрузки в моменты максимумов потребления в энергосистеме. В целом возможности выравнивания потребления электроэнергии невелики. Следовательно, электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций. В этом случае успешно используются гидроаккумулирующие электростанции.
Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего водохранилища пропускается через турбины в нижнее водохранилище, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт∙ч электроэнергии в энергосистеме.
ГАЭС мало зависят от естественных колебаний речного стока и, в отличие от ГЭС, их строительство вызывает меньшее затопление земель.
Мощность ГАЭС зависит от расхода воды и напора. При ограниченном объеме верхнего бассейна увеличение мощности может быть получено за счет большого напора. Поэтому горные районы удобны для сооружения ГАЭС. Например, огромную величину напора (около 1800 м) имеет ГАЭС Рейссек в Австрии. Там, где это возможно, стремятся использовать в качестве верхнего бассейна естественные водоемы. Например, в Англии для ГАЭС Лох-Ламанд используется высокогорный пруд.
К наиболее крупным ГАЭС относятся Лорх-на-Рейне (ФРГ) – 2400 МВт, Корнуэлл (США) – 2000 МВт, Лох-Ломонд (Англия) – 1200 МВт. В России построена Загорская ГАЭС (1,2 млн. кВт) и строится Центральная ГАЭС (3,6 млн. кВт).
Реконструкция ГЭС в ГЭС–ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.
Самые мощные ГЭС сооружены на Волге, Каме, Ангаре, Енисее, Оби и Иртыше.
Гидроузлы – соединения нескольких сооружений по использованию вод реки для производства электроэнергии, судоходства, водоснабжения и орошения земель – также широко распространены. Каскад гидроузлов сооружен на Волге.
Каскад гидроэлектростанций представляет собой группу ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока с целью полного последовательного использования его энергии. Установки в каскаде обычно связаны общностью режима, при котором водохранилища верхних ступеней регулирующе влияют на водохранилища нижних ступеней.
В составе каскада, созданного на Волге, действуют такие гидроэлектростанции, как: Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская (1,4 млн. кВт), Волжская (вблизи Волгограда).
Каскады гидроэлектростанций на реках европейской части страны находятся в районах с огромным промышленным потенциалом, а их значение состоит в том, чтобы свести к минимуму дефицит электроэнергии. Но массовое строительство ГЭС на равнинных реках повлекло за собой негативные последствия, связанные с возникновением крупных водохранилищ и затоплением ценных сельскохозяйственных земель, нарушением экологического равновесия, переносом населенных пунктов.
На основе ГЭС восточных районов формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких производствах.
В Сибири сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы. Одним из примеров этого может служить Ангаро-Енисейский каскад, в состав которого входят самые крупные гидроэлектростанции страны: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Братская (4,6 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт). Строится Богучановская ГЭС (4 млн. кВт). Общая мощность каскада в настоящее время – более 20 млн. кВт.
23 декабря в Карачаево-Черкесии торжественно ввели в эксплуатацию уникальную и первую в России электростанцию подобного типа — Зеленчукскую ГЭС-ГАЭС. Это по сути две станции в одной. На базе действующей Зеленчукской ГЭС была сооружена ещё одна гидроаккумулирующая электростанция с напорами воды 220-230 метров. Чтобы реализовать этот проект в машинном зале ГЭС были установлены два обратимых гидроагрегата, которые в ночное время работают в режиме насосов, перекачивая воду на высшую отметку в бассейн суточного регулирования, а утром и днём в период пиковых нагрузок эта вода используется для выработки электроэнергии, т. е. электростанция сможет работать в круглосуточном режиме и при этом не обращать внимание на уровень воды в реке. В результате этого запуска Республика существенно увеличит выработку и качество энергоснабжения, а также доведёт обеспеченность в собственной электроэнергией до 45%.
2. Зеленчукская ГЭС-ГАЭС расположена на реке Кубань и её притоках в Карачаево-Черкесии, между городами Карачаевск и Усть-Джегута.
3. Электростанция на этапе строительства в 2014 году http://zavodfoto.livejournal.com/2737686.html . Тогда она только-только вставала на ноги и вот её запустили. Для контраста фото из серии было-стало.
Что такое традиционная ГЭС мы уже представляем, а вот про ГАЭС (Гидроаккумулирующая электростанция) стоить немного добавить. Их уникальность в том, что в те часы, когда в энергосистеме наблюдается избыток электрической энергии (т.е. ночью), гидроагрегаты станции работают в качестве насосов и перекачивают воду из нижнего бассейна станции в верхний, аккумулирующий. Далее, когда в энергосистеме образуется дефицит генерирующей мощности (в утренние и вечерние часы), гидроагрегаты ГАЭС работают в качестве генераторов и превращают энергию падающей воды в электрическую. Первые ГАЭС появились в конце XIX века. Так, в 1882 году в Швейцарии, в окрестностях Цюриха, была построена установка Леттен (Letten) с двумя насосами общей мощностью в 103 кВт. Сегодня подобные электростанции широко распространены в Японии, США, Германии, Италии, Франции и Швейцарии. В России пока работают (с учётом нашей) три такие ГАЭС: Загорская ГАЭС в Сергиево-Посадском районе Московской области и Кубанская ГАЭС расположенная на Большом Ставропольском канале, в Карачаево-Черкесии. Но именно Зеленчукская стала первая в России ГЭС-ГАЭС.
17 ноября 1975 Совет Министров СССР Постановлением № 90 принял решение о строительстве каскада Зеленчукских ГЭС. Зеленчукскую ГЭС начали строить в сентябре 1976 года, однако спустя десятилетие из-за недостатка финансирования, стройку заморозили и лишь только в 1998 году, после того, как проект был включен в инвестпрограмму ОАО «РАО ЕЭС России» работы по её строительству возобновились. Пуск первого гидроагрегата, заточенного на водозабор на реке Аксаут, был произведён 2 августа 1999 года. Гидроагрегат № 2, водозабор которого расположен на реке Маруха, был подключен к сети 2-го октября 2002-го года. Так мощность ГЭС достигла 160 МВт, а среднегодовая выработка электрической энергии составила 187.5 млн. кВт∙ч. 16 декабря 2006 года был введен в эксплуатацию третий пусковой комплекс Каскада Зеленчукских ГЭС, в состав которого вошли: гидроузел на реке Большой Зеленчук; перебросной канал протяженностью 3,5 км; тоннель Хуса-Маруха протяженностью 5,2 км.
5. Нижний бассейн
6. А два года назад он ещё выглядел так.
2013 год стал началом строительства Зеленчукской ГЭС-ГАЭС. С ноября 2013 года Зеленчукская ГЭС была остановлена до окончания строительства ГЭС-ГАЭС. В октябре 2014 года энергетики закончили один из ключевых этапов строительства ГАЭС — монтаж водоводов нижнего бьефа, их проложили под руслом реки из соображений надежности и долговечности конструкции. Завершение этого этапа позволило соединить в единый технологический комплекс здание ГЭС-ГАЭС и нижний аккумулирующий бассейн. И вот, наконец, 23 декабря 2016 года состоялся торжественный пуск электростанции.
7. Водоприемник Нижнего бассейна
9. Здание Зеленчукской ГЭС-ГАЭС
В состав Зеленчукской ГЭС-ГАЭС входят: Бассейн суточного регулирования (БСР имеет длину — 1250 м, ширину — 400 м, полезную ёмкость — 1,85 млн м³), водоводы верхнего бьефа, уравнительный резервуар, здание ГЭС, водоводы и водоприемник нижнего бассейна. Нижний бассейн площадью 15 га и полезным объёмом 0,9 млн м³, расположен на террасе правого берега реки Кубань.
Праздник начался с показа демонстрационного ролика, где с подачи РусГидро через …дцать лет здесь вырастет целый технополис-сад. Всё это сопровождалось игрой со светом и другими эффектами.
Потом по команде оператора VIPы с помощью планшетов запустили гидроагрегаты
14. Цель выполнена — возбуждение есть:) Даёшь 600 оборотов в минуту!
Итак, что осталось от Зеленчукской ГЭС. В машинном зале установлены 2 гидроагрегата с радиально-осевыми турбинами (электрическая мощность 80 МВт), которые работают при расчетном напоре в 234 метра. 23 декабря 2016 года запустили ещё два обратимых гидроагрегата Зеленчукской ГАЭС (их мощность — 160 МВт в насосном режиме и 140 МВт — в турбинном). Среднегодовая выработка электроэнергии составит 162 млн кВт*ч.
Инвестиции ПАО «РусГидро» в этот проект составили 11,8 миллиардов рублей.
Кроме, собственно, количественных показателей, запуск этой станции принесёт ещё и почти 140 миллионов рублей дополнительных налоговых поступлений в бюджет республики.
Чтобы оценить масштаб и получить нужные эмоции забираемся высоко-высоко, где красуются две красные башенки, представляющие собой Уравнительный резервуар.
20. Уравнительные резервуары, они служат для уменьшения давления, возникающего вследствие гидравлического удара, в напорных водоводах ГЭС.
24. Общий вид на Зеленчукскую ГЭС-ГАЭС
27. Вот в такой красоте и будет работать эта уникальная станция.
28. Большое спасибо всей пресс-службе ПАО «РусГидро» за возможность побывать на таком историческом событии!
ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) служат для накопления электроэнергии во время низкого потребления сетями электричества (в ночной период) и отдачи её во время пиковых нагрузок, уменьшая тем самым необходимость изменения мощности в течение суток основных электростанций (атомных, тепловых). Тепловые и атомные станции не способны быстро снижать свою мощность во время значительного спада потребления, поэтому ночью себестоимость электроэнергии существенно возрастает и электростанции работают в значительной степени вхолостую.
История использования гидроаккумулирующих электростанций
Чтобы улучшить и увеличить эффективность всей системы, были разработаны ГАЭС. Первые подобные станции были построены в конце 19 века в Западной Европе, в частности в 1882 г. в Швейцарии была запущена установка Леттем мощностью 103 кВт. Аналогичное сооружение через 12 лет было запущено на одной из прядильных фабрик Италии. До 20 столетия функционировало всего 4 ГАЭС, к 60-м гг. 20 века насчитывалось уже 72 работающие установки, к 2010 г. их число достигло 460.
Принцип действия
У гидроаккумулирующих электростанций есть два периода работы — насосный и турбинный. Во время первого режима ГАЭС является потребителем электроэнергии, которая подаётся от во время минимальной нагрузки на последние (обычно примерно 7-12 часов в сутки). При этом на ГАЭС происходит перекачка воды в верхний аккумулирующий бассейн из нижнего питающего водохранилища (станция запасает энергию). В турбинном режиме ГАЭС отдаёт накопленную энергию обратно в сеть во время максимальной нагрузки на неё (2-6 часов в сутки). Вода в этот период из верхнего бассейна направляется обратно в питающее водохранилище, вращая при этом турбину генератора.
Верхний бассейн может не иметь естественной приточности, работая исключительно на запасённой в наносный период воде. Такие ГАЭС принято называть «чистыми». Также функционируют «смешанные» гидроаккумулирующие станции, верхний бассейн которых имеет дополнительную естественную приточность. При этом в турбинном режиме используется и аккумулированная, и поступающая естественным образом вода.
Принцип действия насосно-аккумулирующих электростанций заключается в преобразовании энергии воды. В таких инженерных сооружениях есть два периода работы: насосный и турбинный. В первый период электростанция является потребителем энергии от других видов, например, тепловых электростанций. В это время с помощью насосов вода перекачивается в верхний бассейн (происходит зарядка). Во время турбинного режима работы вода вращает турбины, попадая в нижнее хранилище, с помощью чего запасённая энергия отдаётся потребителю (разрядка).
Делается это для того, чтобы обеспечить города, промышленность необходимой мощностью во время пикового энергопотребления.
Устройство
Кроме верхнего бассейна и питающего водохранилища в состав ГАЭС входит здание электростанции, железобетонный или металлический напорный водопровод, водоприёмник, который служит для подачи воды в верхний бассейн во время работы станции в насосный период и для забора воды из него в турбинный период. В самом здании электростанции устанавливается турбина, генератор-электродвигатель и насос либо только генератор-электродвигатель и обратимая турбина (турбина-насос).
Чаще всего ГАЭС устанавливаются рядом с мощными потребителями энергии недалеко от мощных тепловых или атомных электростанций там, где этому способствуют топографические, гидрологические и геологические условия. Необходимо, чтобы на местности имелась возможность устроить верхний бассейн и нижнее водохранилища рядом друг с другом. КПД гидроаккумулирующих станций колеблется в диапазоне 0,6 — 0,7. Обычно для работы используются уже существующие водохранилища и озёра или те места, где верхний бассейн имеет естественную приточность.
Разделяют «чистые» гидроаккумулирующие станции и «смешанные». В первом случае верхний бассейн не обладает естественной приточностью, таким образом энергия вырабатывается только за счёт запасённой заранее воды. В смешанных электростанция используется кроме аккумулированного объёма ещё и приточный сток. КПД подобных сооружений составляет 60-70%. Обычно устанавливаются вблизи мощных электростанций, там где возможно организовать нижнее водохранилище и верхнее хранилище близко друг к другу.
Другой вид аккумулирующих электростанций — ветряные. В них используется простой принцип, когда ветер вращает ветряное колесо, а энергия запасается в аккумуляторной батарее. Они намного меньше гидроаккумулирующих электростанций по размеру. Сейчас активно развиваются конструкции малой мощности, направленные на обеспечение энергией отдельных домов и фермерских хозяйств. Мощность их составляет 300 Вт — 20 кВт. средней мощности могут снабжать электричеством небольшие удалённые населённые пункты с общим потреблением 20 — 600 кВт. Мощные аккумулирующие станции выдают более мегаватта.
В связи с постоянным повышением подобные сооружения получили большое распространение в Европе. Сейчас они устанавливаются повсеместно, в том числе и в черте города. К недостаткам можно отнести создаваемый шум на уровне 45 дБ и выше. Также во многих странах запрещается их использование в сезон миграции птиц.