ГЕС: принцип роботи, схема, обладнання, потужність

Практично кожен уявляє собі призначення гідроелектростанцій, проте лише небагато достовірно розуміють принцип роботи ГЕС. Основна загадка для людей – яким чином вся ця величезна гребля без якого-небудь палива генерує електричну енергію. Про це і поговоримо.

Що таке ГЕС?

Гідроелектростанція – це складний комплекс, що складається з різних споруд та спеціального обладнання. Зводяться гідроелектростанції на річках, де є постійний приплив води для наповнення греблі і водосховища. Подібні споруди (греблі), створювані при будівництві гідроелектростанції, необхідні для концентрації постійного потоку води, який за допомогою спеціального обладнання для ГЕС перетворюється в електричну енергію.


Зазначимо, що важливу роль в плані ефективності роботи ГЕС відіграє вибір місця для будівництва. Необхідна наявність двох умов: гарантована невичерпна забезпеченість водою і високий кут ухилу річки.

Принцип роботи ГЕС

Робота гідроелектростанції досить проста. Зведені гідротехнічні споруди забезпечують стабільний напір води, який надходить на лопаті турбіни. Напір приводить в рух турбіну, в результаті чого вона обертає генератори. Останні і виробляють електроенергію, яку потім по лініях високовольтних передач доставляють споживачеві. Основна складність подібного споруди – забезпечення постійного напору води, що досягається шляхом зведення греблі. Завдяки їй великий обсяг води концентрується в одному місці. В деяких випадках використовують природний струм води, а іноді греблю і деривацию (природний плин) застосовують спільно.


У будівлі знаходиться обладнання для ГЕС, основне завдання якого полягає у перетворення механічної енергії руху води в електричну. Це завдання покладено на генератор. Також використовується і додаткове обладнання для контролю роботи станції, розподільні пристрої та трансформаторні станції. Нижче на малюнку показана принципова схема ГЕС. Як бачите, потік води обертає турбіну генератора, той виробляє енергію, подає її на трансформатор для перетворення, після чого вона транспортується по ЛЕП до постачальника.

Потужності

Є різні гідроелектростанції, які можна поділити за вироблюваної потужності:

Дуже потужні – з виробленням більше 25 МВт.

Середні – з виробленням до 25 МВт.

Малі – з виробленням до 5 МВт.

Потужність ГЕС залежить в першу чергу від потоку води і ККД самого генератора, який на неї застосовується. Але навіть найефективніша установка не зможе виробляти великі обсяги електроенергії при слабкому натиску води. Також варто враховувати, що потужність гідроелектростанції не є постійною. В силу природних причин рівень води в дамбі може збільшуватися або зменшуватися. Все це впливає на обсяги виробленої електроенергії.

Роль греблі

Самий складний, великий і взагалі основний елемент будь-якої ГЕС – гребля. Неможливо зрозуміти, що таке ГЕС, не розібравшись в суті роботи греблі. Вони являють собою величезні перемички, які утримують водний потік. Залежно від конструкції вони можуть відрізнятися: є гравітаційні, арочні та інші споруди, але їх мета завжди одна – утримання великого об'єму води. Саме завдяки дамбі вдається концентрувати стабільний і потужний потік води, направляючи його на лопаті турбіни, що обертає генератор. Він, у свою чергу, і виробляє електричну енергію.

Технології

Як ми вже знаємо, принцип роботи ГЕС заснований на використанні механічний енергії падаючої води, яка в подальшому за допомогою турбіни і генератора перетворюється в електричну. Самі турбіни можуть бути встановлені або в дамбі, або біля неї. В деяких випадках застосовують трубопровід, через який вода, що знаходиться нижче рівня греблі, проходить під високим тиском. Індикаторів потужності будь-якої ГЕС декілька: витрата води і гідростатичний напір. Останній показник визначається різницею висот між початковою і кінцевою точкою вільного падіння води. При створенні проекту станції на одному з цих показників засновують всю конструкцію. Відомі сьогодні технології виробництва електрики дозволяють отримувати високий ККД при перетворенні механічної енергії в електричну. Іноді він у кілька разів перевищує аналогічні показники теплових електростанцій. Настільки висока ефективність досягається за рахунок застосовується на обладнання гідроелектростанції. Воно надійне і просте у використанні. До того ж за рахунок відсутності палива і виділення великої кількості теплової енергії строк служби такого обладнання досить великий. Поломки тут трапляються вкрай рідко. Вважається, що мінімальний термін служби генераторних установок і взагалі споруд – близько 50 років. Хоча насправді навіть сьогодні цілком успішно функціонують гідроелектростанції, які були побудовані в тридцятих роках минулого століття.

Гідроелектростанції Росії

На сьогоднішній день на території Росії діє близько 100 гідроелектростанцій. Звичайно, їх потужність різна, і велика частина – це станції з установленою потужністю до 10 МВт. Є також такі станції, як Пироговська або Акуловская, які були введені в експлуатацію ще в 1937 році, а їх потужність складає всього 028 МВт.
Найбільшими є Саяно-Шушенська і Красноярська ГЕС потужністю 6400 і 6000 МВт відповідно. За ними слідують станції:

Братська (4500 МВт).

Усть-Ілімськ ГЕС (3840).

Бочуганская (2997 МВт).

Волзька (2660 МВт).

Жигулівська (2450 МВт).

Незважаючи на величезну кількість подібних станцій, вони виробляють всього 47700 МВт, що дорівнює 20% від сумарного обсягу всієї виробленої енергії в Росії.

На закінчення

Тепер ви розумієте принцип роботи ГЕС, преобразовывающих механічну енергію потоку води в електричну. Незважаючи на досить просту ідею отримання енергії, комплекс обладнання та нові технології роблять подібні споруди складними. Втім, в порівнянні з атомними електростанціями вони дійсно є примітивними.