Энергия

Гидроэнергия

Работает вода

Люди издавна задумывались над тем, как «запрячь» реки, заставить их работать. Уже в древности — в Египте, Китае, Индии — водяные колёса поднимали на поля воду.

Водяные мельницы для помола зерна появились задолго до ветряных в государстве Урарту (на территории нынешней Армении), но были известны ещё в XIII в. до н. э.

Водяные колёса оставались главным способом получения энергии в конце XVIII - середине XIX в. Они существовали до начала XX столетия. Созданные во второй трети XIX в. гидротурбины с гораздо более высоким КПД, длительное время использовались для непосредственного привода станков и машин через систему зубчатых, канатных и ременных передач. Сегодня гидротурбины применяют только для приведения в действие генераторов на гидроэлектростанциях (ГЭС).

 

Первая промышленная гидроэлектростанция в России была введена в действие в 1896 г.

Её построили на реке Охте для энергоснабжения местного порохового завода. Тогда же в США началась эксплуатация Ниагарской ГЭС постоянного тока.

Принцип работы гидроэлектростанций при всём разнообразии конструкций одинаков: вода под напором из верхнего бьефа (водоёма перед плотиной) поступает в водоприёмник и по водоводам направляется к турбинам — колёсам диаметром более 10 м с лопастями. Струя с силой бьёт в лопасти, раскручивая вал машины, на котором закреплён генератор, начинающий вырабатывать электроэнергию. По толстым проводникам — шинам она передаётся на повышающий трансформатор, затем на распределительное устройство и под высоким напряжением по линиям электропередачи идёт к потребителям — заводам, фабрикам, жилым домам.

Гидрогенераторы обычно вырабатывают электроэнергию напряжением 6—16 кВ. Их мощность (а самые крупные находятся в нашей стране) может превышать 650 МВт.

Современная ГЭС представляет собой комплекс гидротехнических сооружений (для концентрации потока воды и создания её напора), а также энергетического оборудования, преобразующего энергию этого напора с помощью гидротурбин в механическую, а затем — через гидрогенераторы — в электрическую. В машинном зале размещаются гидроагрегаты — турбина и генератор; вспомогательное оборудование; устройства автоматического управления и контроля.

Центральный пост управления оборудуется пультом для оператора-диспетчера или автооператором — устройством, автоматически определяющим оптимальное число включённых агрегатов для обеспечения максимального КПД гидроэлектростанции. В здании ГЭС или на открытых площадках располагаются повышающая трансформаторная подстанция и распределительные устройства.

На равнинных реках при относительно небольшом напоре воды, когда высота её столба над турбиной не превышает 30—40 м, сооружают так называемые русловые гидроэлектростанции. На реке строят шлюзы или судоподъёмники, рыбопропускные или водозаборные сооружения для орошения полей и водоснабжения. К русловым относятся, например, Волховская и Волжская ГЭС.

Нередко расположить гидроэлектростанцию непосредственно в русле бывает сложно из-за неудобной для строительства горной местности. Тогда электростанцию сооружают поблизости — там, где вести работы удобнее, и отводят к ней реку или часть реки. Это деривационная гидроэлектростанция. Крупнейшие ГЭС такого типа — Роберт-Мозес (США), Ингурская (Грузия), Нечако-Кемано (Канада), Харспронгет (Швеция).

Сильный напор воды сдерживают плотиной, а ГЭС располагают за плотиной, как правило, у её основания, со стороны, противоположной водохранилищу. Такая гидроэлектростанция называется приплотинной; по этой схеме построены Красноярская и Братская ГЭС, Днепрогэс.

Существуют и гидроаккумулирующие электростанции. Их строят там, где нагрузка в энергетических системах в течение суток неравномерна. Когда потребление электроэнергии снижается и она оказывается в избытке, агрегаты станции, способные работать как водяные насосы, перекачивают воду из водохранилища в верхний, аккумулирующий бассейн. Если нагрузка в электросетях повышается до пиковой, идёт обратный процесс — гидроагрегаты, которые приводит в действие вода, поступающая в напорный водопровод из верхнего бассейна, вырабатывают электроэнергию. Мощность такой станции довольно высока: например, у Корнуолльской ГЭС в США она достигает 1620 МВт.

Гидроэлектростанции имеют немало преимуществ перед тепловыми и атомными. ГЭС не нуждаются в топливе и потому вырабатывают более дешёвую электроэнергию. Их энергетические ресурсы огромны и к тому же непрерывно возобновляются.

Благодаря ГЭС полнее используются гидроресурсы рек — сооружаемые плотины и водохранилища позволяют улучшить водоснабжение засушливых районов, удлиняют судоходные участки, снижают ущерб от весенних паводков. Однако плотины ГЭС ухудшают условия обитания водяной фауны; запруженные реки, замедлив течение, зацветают; уходят под воду обширные участки пахотной земли. Гидроэнергетика должна развиваться, несомненно, без ущерба для окружающей среды.

« К списку статей