Последние полгода тема электроэнергетики в СМИ обсуждается очень широко. Всякие аббревиатуры типа ГЭС, ТЭС, ТЭЦ, АЭС, ПС, ОРУ мелькают часто (что не мешает постоянно путать ТЭС с ТЭЦ и ОРУ с ПС). На этом фоне особняком стоят ГАЭС – гидроаккумулирующие электростанции, они и мелькали не часто (навскидку припоминаю только возможно нанесённые удары по Киевской ГАЭС), да и роль их в украинской энергосистеме особо никого не интересовала.
Попадаются, правда, умники путающие ещё и ГАЭС с АЭС, но это совсем уж от незнания, чисто из-за сходства аббревиатур.
А меж тем на Украине этих электростанций столько же, сколько и во всём остальном бывшем СССР (а учитывая не совсем обычный режим работы Кубанской ГАЭС, то даже больше – три (Днестровская, Киевская и Ташлыкская) против двух (Загорской и Круонио)). Давайте же разберёмся, что это за зверь.
Приставка «гидро-» подсказывает, что перед нами родственник традиционной гидроэлектростанции (ГЭС). И на самом деле, выработка электроэнергии на ГАЭС происходит ровно так же, как и на ГЭС - напор воды (созданный за счёт резкого перепада уровня между бьефами - уровнями воды до и после плотины) крутит турбины и далее гидрогенераторы. Соответственно, и основные элементы электростанций одни и те же: верхний и нижний бьефы (разница между уровнями которых и обеспечивает этот самый необходимый напор воды), плотина, обеспечивающая необходимый уровень верхнего бьефа (собственно водохранилища электростанции), машинный зал с установленными агрегатами, генераторные трансформаторы, распредустройство. Для обычных плотинных ГЭС, правда, отнюдь не характерны обычные для ГАЭС водоводы, но если вспомнить про такой подвид гидроэлектростанций, как деривационные, то становится понятно, что ничего такого тут тоже нет.
Деривационные ГЭС, с одной стороны, достаточно редки, а с другой – первая сельская малая ГЭС в Советском Союзе (точнее Советской России), Ярополецкая – тоже деривационная, и подобная электростанция есть даже в Москве - Сходненская.
Но если посмотреть на ГАЭС сверху, то становится видно, что от ГЭС она всё-таки значительно отличается:
Во-первых – видно, что водохранилище ГАЭС не находится в русле реки (как у ГЭС), во-вторых, очевидна разница в площадях зеркала водохранилищ ГЭС и ГАЭС (вторые многократно меньше), в-третьих, хорошо заметна чёткая граница водохранилища гидроаккумулирующей электростанции. Эти различия обуславливаются как раз принципиальным различием ГЭС и ГАЭС – если наполнение водохранилища ГЭС осуществляется внешним источником, собственно, рекой, на которой стоит электростанция, то в случае ГАЭС это происходит за счёт работы агрегатов самой станции в насосном режиме. Это могут быть как обратимые гидрогенераторы, так и комплекс генераторов и насосов.
Возможны и другие комбинации агрегатов, например, на этой Киевской ГАЭС установлены три обратимых агрегата и три чистых генератора. Таким образом, в режиме генерации она может выдавать значительно большую мощность – 235,5 МВт против 135.
Поэтому водохранилище ГАЭС и выносится из русла реки, оно либо полностью искусственное (котлован и/или отсыпка), либо встроено в подходящий рельеф. Для него необходим только значительный перепад высот между местом обустройства и рекой, являющейся источником воды, соответственно, место для станции выбирается на высоком берегу. При этом для ГАЭС совсем не критичен напор реки, возле которой она сооружается, главное, чтобы он был стабильный в течение года и обеспечивал расход воды на испарение и инфильтрацию (просачивание воды в грунт). Небольшие же размеры водохранилища обуславливаются тем, что электростанция, как правило, работает в суточном режиме, при этом может очень сильно срабатывать (снижать) уровень воды (в отличии от ГЭС, для которой наилучшим вариантом работы был бы стабильный уровень водохранилища).
Таким образом, гидроаккумулирующая электростанция – это гидроэлектростанция, генерация которой обеспечивается напором воды из водохранилища, наполнение которого обеспечивается агрегатами самой же электростанции. Таким образом ГАЭС может являться как источником, так и потребителем электроэнергии.
Как уже говорилось выше, в отличии от ГЭС, для ГАЭС не обязательна сколько-нибудь крупная река. Мало кто из москвичей и подмосквичей когда-нибудь слыхали о реке Кунья, возле которой стоит Загорская ГАЭС.
Но всё-таки большинство ГАЭС сооружается на достаточно крупных реках (Украина – Днепр, Днестр, Южный Буг, Литва – Неман).
Это обуславливается как раз тем, что если для ГЭС определяющим является верхний бьеф (обеспечивающий необходимый напор воды), то для ГАЭС важен как раз нижний – как источник пополнения водохранилища.
Для чего же ГАЭС нужна в энергосистеме? Собственно, её задача вытекает из названия: как и обычный аккумулятор, она должна давать электроэнергию, когда это будет необходимо. Для энергосистемы «необходимо» - это пики энергопотребления, в которые ГАЭС и работают как электростанции. А процесс «зарядки аккумулятора», во время которого она выступает в качестве насоса (т.е. нагрузки для энергосистемы) – позволяет потребить избыточную генерацию энергосистемы.
Существует и экономический эффект от использования ГАЭС. Электроэнергия, в полном соответствии с закона рынка, при избытке дешевеет, а при недостатке дорожает. Гидроаккумулирующая электростанция таким образом потребляет дешёвую электроэнергию, а продаёт дорогую.
Подобная схема применяется для работы в суточном режиме. Однако, существуют ГАЭС, которые работают и в сезонном режиме – в России это Кубанская ГАЭС:
Её особенность заключается в том, что она фактически является элементом не только энерго-, но и гидросистемы: летом (май-август) через неё из Кубанского канала заполняется Кубанское водохранилище (ГАЭС работает в генераторном режиме, как обычная ГЭС), а в остальное время года электростанция работает в насосном режиме, регулируя уровень воды в канале. Таким образом, она не только обеспечивает работу ниже расположенных ГЭС, но и водоснабжение населённых пунктов.
Как уже понятно из принципа работы ГАЭС, они могут работать только в достаточно крупной энергосистеме, имеющей достаточно мощную генерацию, обеспечивающей возможность работы электростанции в насосном (нагрузочном) режиме. При этом соотношение в энергосистеме различных типов генерации имеет большое значение. Так для энергосистем, имеющих значительную долю маневренных ГЭС, применение ГАЭС бессмысленно, поэтому их нет, например, в Норвегии. А вот для систем, имеющих большое количество АЭС, не любящих изменения режима работы, гидроаккумулирующие электростанции очень даже подходят, поэтому они хорошо представлены на Украине (где при Союзе было построено пять атомных станций), в США, Японии, и с недавнего времени – в Китае. Правда, в последнем их широкое распространение связано больше с распространением другого типа генерации, тоже и наиболее явно подверженного суточным колебаниям – солнечным электростанциям. Однако строить их непосредственно друг для друга вряд ли экономически обоснованно – из-за радикально различающейся удельной мощности, например, для ГАЭС мощностью в 100 МВт потребуется СЭС мощностью примерно в 300 МВт.
А вот другой традиционный представитель ВИЭ – ветровые электростанции, с традиционными суточными гидроаккумулирующими станциями соотносятся плохо, так как не имеют определённой периодичности. Можно, конечно, озадачиться расчётом длиннопериодичных ГАЭС (рассчитанных на генерацию в течении нескольких суток), но думаю, что в адекватной энергосистеме это будет опять же экономически не обосновано.
В России ГАЭС представлены всего лишь двумя представителями – Загорской и Кубанской. На строившейся Загорской ГАЭС-2 произошла авария (просел фундамент машинного зала), что, похоже, и закруглило работы на ней (хотя какие-то планы имеются). Так же строилась Ленинградская ГАЭС, но и по ней работы уже давно остановлены. Есть и другие проекты электростанций, но пока всё в тумане. С другой стороны, в российской энергосистеме значительна доля ГЭС и ТЭС, поэтому и перспективы гидроаккумулирующих станций совсем не очевидны…
Ну и об текущей роли украинских ГАЭС. Как уже писалось, на Украине сейчас действуют три электростанции: Днестровская, Киевская и Ташлыкская. Суммарная мощность в генераторном режиме составляет 1296+235,5+302=1833,5 МВт, в насосном - 1684+135+433=2252. Если исходить из максимальной нагрузки украинской энергосистемы в 12 ГВт (верхняя оценка), то это составит 15/19%, что весьма и весьма нехило, особенно учитывая тот факт, что самая мощная ГАЭС — Днестровская имеет выход на забугорье в лице молдавского транзита, Ташлыкская ГАЭС является фактически карманным аккумулятором Южноукраинской АЭС, а Киевская питается по сети 110 кВ от Киевского энергоузла, то есть внешние сети у них, можно сказать, неуязвимы. Правда, в отличии от самих электростанций, которые имеют небольшие по размерам распредустройства (а в случае Днестровской ГАЭС это ещё и комплектное элегазовое распредустройство (КРУЭ) — крайне уязвимое для удара) и совсем открыто расположенные генераторные трансформаторы (как у некоторых ГЭС). Но думаю, что их трогать не будут — типа гуманизм и экология...
