Часть 1. История создания и развития гидроэлектростанций. Классификация ГЭС
Вода… Сила… Мощь… Энергия… Стихия…
Вода всегда сопровождала человека, и человек всегда мечтал покорить, обуздать, использовать ее силу.
Получилось ли? Ответ на этот вопрос – в данной статье.
История создания ГЭС
Гидроэнергия использовалась с древних времён: для помола муки, перемещения тяжестей и других нужд. При этом приводом служил колёсный механизм, вращаемый потоком воды.
В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест в
опубликованной им работе Architecture Hydrauliqu привёл описание гидромашин с вертикальной и горизонтальной осью вращения.
К концу XIX века в мире появились электрические генераторы, которые могли работать в сочетании с гидроприводом. Растущий спрос на электроэнергию вследствие Промышленной революции дал толчок их развитию. В 1878 году заработала «первая в мире ГЭС», разработанная английским изобретателем Уильямом Джорджем Армстронгом в Нортумберленде (Англия).
Она представляла собой агрегат, предназначенный для питания одной единственной дуговой лампы в его картинной галерее.
Но все-таки, это было начало…
В сентябре 1882 года на реке Фокс в США в городе Эплтон (штат Висконсин) была построена ГЭС мощностью всего 1 л. с. (0,00074 МВт).
Это была гидроэлектростанция, спроектированная Эдисоном для целей освещения, (Vulcan Street).
Первая же, по-настоящему промышленная ГЭС в мире - Ниагара Фоле (р.Ниагара), была запущена в 1882 г. Она была предназначена для электроснабжения г. Буффало.
На станции была реализована трехфазная система тока. Передача электроэнергии осуществлялась на расстояние 40 км. Станция проработала до 1904 года.
К 1886 году в США и Канаде было уже 45 гидроэлектростанций.
К 1889 году только в США их было 200.
Что касается территории восточной Европы, то наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России стала Берёзовская (Зыряновская) ГЭС(ныне территория Республики Казахстан), построенная в Рудном Алтае на реке Берёзовке в 1892 году.
Она была четырёхтурбинной, общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.
В 1893 г. в Украине для электрического освещения Илинецкого сахарного завода на расположенной вблизи от него водяной мельнице была установлена гидроэлектроустановка мощностью 40 л.с.
Виды ГЭС
Гидроэлектрические станции разделяются:
в зависимости от вырабатываемой мощности:
· мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
· средние — до 25 МВт;
· малые — до 5 МВт.
в зависимости от максимального использования напора воды:
· высоконапорные — более 60 м;
· средненапорные — от 25 м;
· низконапорные — от 3 до 25 м.
в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующегося напора воды:
· Русловые. Сооружения таких ГЭС встроены в напорный фронт, т.е. напор воды создаётся одновременно плотиной, водосбросными сооружениями и зданием станции. Все вместе они принимают на себя статический напор воды. Строятся русловые ГЭС преимущественно на равнинных реках.
· Приплотинные. Строятся при более высоких перепадах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. В случае, если здание станции встроено в плотину, оно не встраивается в напорный фронт. Вода подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
· Деривационные. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Как правило, это горные реки. Необходимый напор воды в ГЭС такого типа создаётся посредством деривации- водоотведения. 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 создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище — такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимого напора воды.
Гидроаккумулирующие электростанции
Гидроаккумулирующие электростанции - отдельный вид ГЭС.
Такие станции способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок.
Принцип работы ГАЭС следующий: в определённые 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.
ГАЭС – прекрасные регуляторы частоты в энергосистеме, в том числе в условиях развития возобновляемой энергетики.
Кстати, все ГЭС сами по себе также относятся к возобновляемым источникам энергии.
Принцип действия ГЭС
В зависимости от напора и условий работы ГЭС оснащаются разными видами гидротурбин:
на высоконапорных ГЭС применяются ковшовые и радиально-осевые гидротурбины;
на средненапорных – поворотно-лопастные и радиально-осевые гидротурбины;
на низконапорных – поворотно-лопастные в железобетонных камерах.
Особенности ГЭС
Гидротурбины могут работать во всех режимах, быстро запускаться и участвовать в выработке активной мощности, т.е. регулировать частоту во всей системе.
Но строительство ГЭС весьма капиталоёмкое (гораздо выше, чем у ТЭЦ) за счет большого объема бетонных работ. ГЭС, к сожалению, строятся годами.
Кроме того, ГЭС строятся удаленно от потребителей. Поэтому, кроме строительства самой ГЭС, требуется строительство высоковольтных ЛЭП для передачи энергии на большие расстояния.
Водохранилища ГЭС зачастую занимают большую площадь. И чтобы не затапливались слишком большие территории, требуется проведение специальных мероприятий по ограничению площади водохранилища, в том числе строительство укреплений и специальных инженерных конструкций там, где это необходимо.
Плотины ГЭС оказывают влияние на рыбное хозяйство. Некоторые виды рыб могут терять пути нереста и снижать свою популяцию. Поэтому эта проблема решается еще на стадии проектирования ГЭС.
Плотины ГЭС также влияют на судоходство: с одной стороны, его улучшая, поскольку поднимают уровень воды, а с другой – требуют строительства дополнительных пропускных шлюзов (шлюзовых камер) через гидроузел.
Как заявляют биологи, водохранилища смягчают континентальный климат, тем самым создавая более благоприятные условия для роста хвойных деревьев.
В состав классических ГЭС входит не только гидроузел с выработкой электроэнергии. Это и водосливная плотина, земляная плотина, рыбопропускные и водозаборные сооружения и другие.
Продолжение следует...