Принцип работы гидроэлектростанции состоит в том, что вода падает на лопасти турбины и вращает их. Далее энергия передается генератору, который за счет явления электромагнитной индукции генерирует ток. На ГЭС производят порядка 15% всей электроэнергии в мире.

Гидроэлектростанции называют сокращенно ГЭС. Важно не путать их с ГРЭС – государственными районными электростанциями, работающими за счет сжигания топлива (угля, торфа или иного). Сокращение ГРЭС относится к временам СССР, сейчас его практически не используют.

Как производят э/э на ГЭС, ясно уже из названия – с помощью энергии гидры – воды.

Около 15% всего электричества в мире производится именно на гидроэлектростанциях.

Устройство

Общий принцип работы прост: для вращения турбины используется энергия воды. Чем больше турбина, тем сильнее должен быть напор воды. Отчасти он достигается перепадом высоты.

Фото: схема работы ГЭС

Фото: схема работы ГЭС

Чтобы обеспечить нужный перепад, строится плотина. Этим решается еще одна задача: создается водохранилище, запасы воды в котором позволяют не зависеть от колебаний объема реки в зависимости от времени года. Водохранилище перед плотиной называется верхним бьефом, вода, которая прошла через плотину, образует нижний бьеф. Разность высот между бьефами влияет на напор Н.

Комплекс сооружений ГЭС состоит из:

  • плотины;
  • непосредственно электростанции;
  • шлюзов для забора воды и пропуска судов.
Фото: вид на Саяно-Шушенскую ГЭС сверху

Фото: вид на Саяно-Шушенскую ГЭС сверху

Вода приводит в движение гидротурбины, которые вращают синхронные гидрогенераторы. Формула мощности проста: прямая зависимость от напора H и расхода жидкости Q: P = H*Q.

Получается, чем круче перепад высот и чем больше поток воды, тем мощнее станция.

Самая высокая в мире платина – 305 метров. Она находится на Цзиньпинской ГЭС на реке Ялунцзян в западной части провинции Сычуань на Юго-Западе Китая. Ее мощность − 3,6 ГВт.

Виды ГЭС, в зависимости от природных особенностей

Каждая гидроэлектростанция строится по собственному проекту. Она должна использовать энергию рек или приливов, которые в любой точке земного шара уникальны.

Водохранилища и плотины большой площади возводят там, где реки полноводны, но большого перепада высот нет и сложно создать достаточный напор.

В горных районах, где реки текут по большому уклону, строят так называемые деривационные ГЭС. Вода в них вначале отводится из русла, а затем направляется на турбины через специальные каналы или тоннели. Именно на станциях такого типа часто применяют систему, позволяющую работать в двух режимах: как производителю, так и потребителю электроэнергии.

Еще один тип ГЭС получил название ГАЭС – гидроаккумулирующие электростанции. Принцип устройства у них такой же, как у ГЭС, но в часы минимального потребления электрической энергии генераторы начинают работать как двигатели, а турбины − как насосы. Система перекачивает воду в верхний бьеф, где она накапливается, чтобы в нужный момент потечь вниз.

Водохранилище Акосомбо в Гане на реке Вольта – самое крупное в мире. Его площадь − 8500 км2 – 3,6% площади страны.

Еще один вид ГЭС – приливной. В этом случае используется энергия приливов, а станции называют ПЭС. При их строительстве перекрывают плотиной залив или устье реки.

Технология производства электроэнергии

Гидростанции во многом напоминают старинные водяные мельницы, только усилие передается не на жернова, которые перемалывают зерно в муку, а на генераторы э/э.

Происходит преобразование кинетической энергии (течения воды) в электрическую. Каким образом? Здесь надо вспомнить законы электромагнитной индукции: в проводнике, который движется перпендикулярно магнитному полю, появляется электрический ток.

Фото: Схема устройства гидрогенератора

Фото: Схема устройства гидрогенератора

Произведенное электричество подается на трансформаторы, которые преобразуют полученный электрический ток в высоковольтный. Он передается по линиям электропередач к распределительным станциям и через них – потребителям.

Фото: Выработка э/э на ГЭС

Фото: Выработка э/э на ГЭС

Управление

При всей простоте принципа работы сама гидроэлектростанция – стратегический объект, который нуждается в оперативном управлении. Необходимо не только отслеживать запасы воды в водохранилище, но и регулировать подачу потока на турбины, количество производимой электроэнергии.

Если река, на которой расположена станция, судоходная, то нужно пропускать суда через специальные шлюзы. Ошибки могут привести как к техногенным, так и к экологическим катастрофам.

Запуск агрегата ГЭС происходит не более чем за 50 секунд. КПД – 85-90%. На современных станциях предусмотрены системы аварийно-ремонтного затвора, установлены датчики для контроля важных параметров.

ГЭС в России и мире

Самый крупный российский холдинг, которому принадлежит более 70 объектов, – ПАО «РусГидро». По данным портала «Зачестныйбизнес», компания зарегистрирована в 2004 году с уставным капиталом 426 млрд рублей в Красноярске. На момент создания 100% акций принадлежало ОАО РАО «ЕЭС РОССИИ».

В дополнение: история успеха генерального директора «РусГидро» Николая Шульгинова.

В 2007 году более половины акций компании было передано в государственное управление.

Таблица 1. 5 наиболее крупных ГЭС России

Название

Мощность, МВт

Расположение

Саяно-Шушенская им. П.С. Непорожнего

6 400

Хакасия, г. Саяногорск

Красноярская

6 000

г. Дивногорск

Братская

4 500

г. Братск

Усть-Илимская

3 840

г. Усть-Илимск

Богучанская

2 997

Красноярский край, г. Кодинск

Источник: официальные сайты ГЭС

Есть еще Волжская, Жигулевская, Бурейская и другие менее мощные объекты. А на берегу Баренцева моря расположилась единственная в России приливная ЭС – Кислогубская.

Какими бы мощными ни были российские гидроэлектростанции, они уступают лидерам отрасли в мире.

Таблица 2. Наиболее крупные ГЭС мира

Название

Мощность, МВт

Расположение

Три ущелья

22 500

Китай, провинция Хубэй

Итайпу

14 000

Бразилия

Силоду

13 860

Китай

Источник: сайт «Альтернативная энергия»

Преимущество ГЭС в том, что стоимость произведенной на ней электроэнергии ощутимо ниже, по сравнению с энергией АЭС, ТЭС и других станций. Поэтому ее стараются использовать алюминиевые заводы – очень энергоемкие производства. Российская компания «РУСАЛ» даже объединилась с «РусГидро» для реализации проекта БЭМО, в котором на Богучанском алюминиевом заводе используется энергия местной гидроэлектростанции.

ГЭС – удивительный пример того, как простое технологическое решение может воплощаться в таких громадных масштабах.