Все о ГЭС: как это работает, крупнейшие ГЭС, экология проектов
Что это?
Три большие буквы ГЭС означают “гидроэлектростанцию”. Как следует из первой части слова – “гидро”, для получения электричества она использует энергию воды и при этом не требует дополнительных ресурсов, поэтому часто ее называют экологически чистым источником энергии или даже возобновляемым.
Обычно ГЭС выглядит внушительно. Например, так, как на картинке ниже.
Дело в том, что ГЭС, как правило, строят на руслах рек с хорошей скоростью водяного потока. Самая большая в мире ГЭС находится в Китае на реке Янцзы и называется «Три ущелья». Она имеет общую установленную мощностью около 22 500 МВт и годовую выработку около 100 млрд кВт⋅ч. Если верить данным Минэнерго КНР, то эта гидростанция способна обеспечивать большую часть жителей страны, что составляет примерно пятую часть всего населения планеты.
Источник: WikipediaКак это работает?
С точки зрения физики, принцип преобразования энергии падающей воды в электроэнергию довольно прост, но воплотить этот процесс в жизнь не так легко.
Вода под напором, создаваемым плотиной, направляется в специальный водовод, в конце которого находится гидротурбина. Под сильным напором воды турбина, к которой присоединен ротор гидрогенератора, начинает вращаться.
Гидрогенератор – это синхронная электрическая машина трёхфазного тока, задача которой преобразовывать механическую энергию турбины в электрическую. Количество выработанной энергии зависит от мощностей гидрогенератора и водяного напора. После того, как механический ток был преобразован в электрический, его отправляют на открытые распределительные устройства, которые, в свою очередь, передают электроэнергию потребителям.
Впрочем, стандартным шаблоном при проектировке ГЭС не обойтись. Каждая гидроэлектростанция по-своему уникальна. При ее постройке учитываются географические особенности, гидропотенциал водоема и инфраструктура региона.
ГЭС бывают разные, да?
Две полностью совпадающие по конструкции ГЭС найти очень сложно. Однако типовое сходство между ними определяется исходя из четырех видов. Специалисты выделяют русловую (обыкновенную), деривационную (на горных реках), гидроаккумулирующую (служат для накопления электроэнергии во время низкого потребления) и приливную (имеет цикличный характер, зависящий от периодичности приливов и отливов) гидроэлектростанции.
Также ГЭС отличаются по своему строению в зависимости от величины напора воды, конструкции плоатины, расположения машинного зала, зарегулированности стока реки и установленной мощности станции.
Что с гидроэнергетикой в России
Во всем мире последние десять лет наблюдается бурный рост возобновляемых источников энергии. В России с 2003 года доля ВИЭ в производстве электроэнергии выросла с 2% до 10% в 2018 году, а к 2020 году ожидается 11,2%. Конечно, такие показатели ничтожны по сравнению с показателями европейских стран. Так, например, у Германии в планах до 2050 года производить 80% электроэнергии в стране за счет ВИЭ.
Что касается конкретно гидроэнергетики, то в России объём производства ГЭС составляет лишь 7% на 2018 год от всей энергии, получаемой с помощью ВИЭ. По прогнозам в 2019 и 2020 годах ее позиции сохранятся. Отметим, что гидроэнергетика включает в себя не только работу гидроэлектростанций, но и использование энергии волн, приливов и термоградиентов в океане.
Самой большой в России остается знаменитая Саяно-Шушенская ГЭС (мощность — 6400 МВт), построенная на реке Енисей неподалеку от границы между Хакасией и Красноярским краем. Ее строительство началось в 1963 году, а закончилось лишь в 2000-х. Естественно, такое крупное сооружение не смогло обойтись без происшествий. Еще во время полувекового строительства появились трещины в плотине, водосбросные сооружения начали разрушаться. А 17 августа 2009 года случилась катастрофа – внезапно разрушился один из гидрогенераторов, вода под сильным напором буквально затопила машинный зал и помещения, находившиеся под ним, погибло 75 человек. В 2014 году Саяно-Шушенскую ГЭС восстановили, и она продолжает работать по сей день.
Экологичны ли ГЭС
Как уже было сказано в начале, ГЭС по сравнению с другими электростанциями, наносит наименьший вред окружающей среде. Для работы электростанции топливо не нужно, что значительно удешевляет стоимость вырабатываемого электричества и не привязывает его к ценам на нефть и уголь. Но и здесь не без недостатков.
Строительство больших плотин препятствует нормальному течению реки, а значит существенно снижает уровень растворенного в воде кислорода, что, в свою очередь, приводит к гибели рыб, мешает их нересту. А сооружение специальных рыбоходов и рыбоподъемников в плотине приводит к удорожанию эксплуатации гидроэлектростанции.
Большие водохранилища, как правило, не являются причиной ухудшения качества воды, а наоборот позволяют разбавлять загрязнения, поступающие из сточных вод промышленных предприятий, изымая и переводя их в донные отложения. Но, если на ГЭС случается авария, например, разрушается плотина, то это может привести к катастрофическому наводнению в близлежащих территориях.
Валерия Кузнецова
10 причин, почему крупные ГЭС опасны для экологии и общества: Статьи экологии ➕1, 06.04.2020
Богучанская ГЭС на реке Ангара в Красноярском крае
Фото: makhorov / prmira.ru
От 40 до 80 млн человек по всему миру были принудительно переселены для строительства 48 тыс. больших плотин, при котором прежние места жительства попадали в зону затопления. Целые города уходили под воду. Например, Корчева и Молога в Тверской области, старый Пучеж в Ивановской (новый Пучеж восстановлен «с нуля»).
Два миллиарда человек живут в странах с высоким уровнем нагрузки на водные ресурсы, в том числе из-за ГЭС. Это приводит к неравномерному распределению водных ресурсов: некоторые реки и ручьи осушают, огромные территории затапливают. Строительство крупных ГЭС нарушает установившийся баланс экосистем. Так, Иркутская ГЭС, сооруженная на Ангаре в 65 км от ее истока, спровоцировала повышение уровня воды озера Байкал в среднем на один метр. Это привело к разрушению берегов, оползням и обвалам. Под воду ушло 600 кв. км земель, было затоплено 127 населенных пунктов и переселено 17 тыс. человек.
К 2030 году из-за острой нехватки воды до 700 млн человек могут вынужденно покинуть свои жилища. Сегодня использование пресной воды значительно опережает возможности естественного восстановления ее запасов. Дефицит ценнейшего для жизни ресурса увеличивается из-за неудержимого роста потребления по всему миру.
Кариба — одно из трех крупнейших водохранилищ Африки — заполнено лишь на 16%. Образующая его ГЭС поставляет большую часть электроэнергии Замбии и Зимбабве. Существует высокая вероятность того, что если водохранилище, созданное в 1950-е годы, заполнится снова, плотина обрушится. В случае аварии большинство из трех миллионов человек, живущих неподалеку от водохранилища, погибнет или лишится имущества и урожая. Катастрофа выведет из строя около 40% генерирующих мощностей в 12 странах, расположенных на юге Африки.
Крупные ГЭС — затратные, медленно строятся, зависимы от крупных источников спроса — производств и городов — и не могут решать задачи мобильного обеспечения электричеством бедных регионов и труднодоступных поселений.
Несмотря на десятки тысяч ГЭС по всему миру, почти миллиард человек не имеет доступа к электричеству. В России, по данным за 2013 год, его были лишены 1,5 млн домохозяйств. Без электроэнергии бедные регионы и малообеспеченные слои населения не получат доступа к качественному здравоохранению, образованию, рабочим местам. Объекты солнечной и ветряной генерации (а также малые ГЭС) могут находиться вблизи от предприятия или небольшого поселения. Они способны обеспечить электричеством удаленные сельские районы, особенно — в развивающихся странах.
При строительстве плотин и наполнении водохранилищ происходит разрушение среды обитания растений и животных, вызванное обезвоживанием или пересыханием притоков рек и ручьев. Происходит и разрушение русла, связанное с избыточной подачей воды в период регулирования стока. Гидроэлектростанции наносят огромный урон популяциям рыб.
Климатические катаклизмы разрушают противопаводковые дамбы. Самые разрушительные паводковые наводнения последнего времени в России: Крымск — 2012 год; бассейн реки Амур — 2013-й; Амурская область, Еврейская АО, Хабаровский край — 2019 год.
Гидроэлектростанции вносят вклад в изменения климата. Водохранилища задерживают органику, приносимую водными потоками. При ее разложении выделяются значительные объемы парниковых газов. Источниками выбросов также выступают затапливаемые растения и почва.
Себестоимость производства на ГЭС во много раз выше, так как в нее заложены издержки, связанные со строительством плотины и закупкой оборудования. С 2010 по 2018 годы себестоимость «водного» киловатта в мире в среднем выросла на 25%, в то время как «ветряного» — снизилась на 25%, а «солнечного» — на 76%.
По состоянию на июнь 2019 года, ГЭС угрожали 42 из 250 объектов Всемирного природного наследия.
Иркутская ГЭС и три планируемые плотины в Монголии угрожают экосистеме озера Байкал. Работа планируемой правительством Камчатского края Жупановской ГЭС может негативно повлиять на состояние природного парка «Вулканы Камчатки».
Реализация плотинных мегапроектов идет вразрез с выводами доклада Всемирной комиссии по плотинам. В документе подробно разбиралось «богатое наследие» построенных гидроэлектростанций: экологические катастрофы и масштабная коррупция. В докладе говорилось, что строительство больших плотин следует планировать лишь в случаях, когда отсутствуют альтернативные варианты решения важных социально-экономических задач.
71% возобновляемой электроэнергии во всем мире вырабатывается ГЭС. В развивающихся странах в процессе строительства сейчас находятся около 3700 крупных и средних гидроэлектростанций.
ГЭС вырабатывают около 17% всей электроэнергии России. Согласно справочнику «Возобновляемая энергия. Гидроэлектростанции России», в РФ работают 193 ГЭС. Из них 15 — с установленной мощностью свыше 1000 МВт. Крупными считаются 86 объектов — их мощность превышает 25 МВт. В ряде регионов — Магаданской области и большинстве республик Северного Кавказа — гидроэнергетика обеспечивает более 90% всей вырабатываемой электроэнергии. Почти половина всех ГЭС в России располагается на реках Сибири, в первую очередь — на Енисее и его крупнейшем притоке — Ангаре.
Мировыми лидерами по выработке гидроэнергии являются Китай, Канада и Бразилия. Сейчас наиболее активно строит ГЭС КНР. Для Китая гидроэнергия — основной потенциальный источник энергии. В стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира и крупнейшая на планете ГЭС «Три ущелья» на реке Янцзы, мощностью около 22,5 тыс. МВт. Кроме того, в КНР возводится каскад ГЭС совокупной мощностью более 97 тыс. МВт.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.
Дарья Бекетова
Павловская ГЭС затопит Уфу? На гидроэлектростанции развеяли мифы и страхи жителей столицы
Павловская ГЭС не затопит столицу Башкортостана. Об этом 20 апреля во время пресс-тура специальному корреспонденту «Башинформа» сообщил начальник гидроэлектростанции Александр Иванов.
«Очень много читаю СМИ, смотрю Instagram – пишут следующее: «Если Павловская ГЭС откроет затворы, то затопит всю Уфу». Также говорят, что «Павловка переполнена, и вот-вот нас смоет», но такого, к счастью, нет. У нас, как минимум, запаса еще пять метров – это только по уровню. А по разовому объему мы можем принять 800 млн кубометров воды, на данный момент у нас, предварительно, хранилище заполнено процентов на 30-40», — сказал начальник Павловской ГЭС.
Александр Иванов также добавил, что, в целом, «ситуация по паводку на водохранилище контролируемая, предсказуемая, и какого-то коллапса не будет».
В предпаводковый маловодный период энергетики проводят сработку Павловского водохранилища, опуская уровень воды в нем почти на 10 метров, а весной за счет большого притока реки Уфы заполняют освободившуюся емкость гидроузла. Это помогает срезать пик половодья и снизить риск подтопления крупных территорий ниже плотины, в том числе в окрестностях Уфы.
Журналистам республиканских СМИ показали, как работает Павловская ГЭС. Начальник производственного отдела Сергей Жеребкин объяснил принцип холостого сброса, показал «сердце» гидроэлектростанции, а также рассказал об особенностях паводка-2021.
При этом сразу предупредили особо не хайповать, не зависать над сбрасываемой водой, не пытаться делать селфи над пропастью, а в машинном зале, где работают четыре гидрогенератора, не трогать многочисленные кнопки и рычажки. Все надели каски и пошли на «экскурсию» по Павловской ГЭС.
Уровень имеет значение
Сначала мы посетили место, где видно уровень воды со стороны водохранилища. Здесь вода медленно, но верно текла в сторону сброса, куски льда наслаивались друг на друга.
«Здесь установлена измерительная аппаратура контроля уровня верхнего бьефа по датчикам. В режиме реального времени оперативный персонал видит уровень бьефа. Показания приборов ежедневно сверяются по водонапорной рейке», — пояснил Сергей Жеребкин.
К началу весны уровень воды в водохранилище снижается примерно до 130 метров по балтийской системе, при этом объем свободной емкости в этот период составляет 0,8 куб. км. Во время паводка водохранилище постепенно заполняется водой. Уровень воды к завершению паводка, примерно во второй половине мая, достигает отметки в 140 метров. Сейчас она находится на уровне чуть больше 135 метров.
«То есть мы сейчас искусственно водохранилище перед паводком спустили для того, чтобы можно было принять огромные притоки воды за короткий промежуток времени, и не допустить резкого сброса воды через тело плотины, через гидротурбины и предотвратить затопление населенных пунктов, которые находятся внизу по течению», — отметил Александр Иванов.
Холостой сброс
Вода сбрасывается постоянно – через плотину уходит чуть больше 2000 кубометров в секунду, из них 800 кубометров проходит через гидротурбины, более тысячи – через паводковые водосливы. Сброс воды – зрелищный процесс. Стоя на дребезжащем мостике, ощущаешь всю мощь стихии, вода бурным потоком вырывается из преграды и стремительно несется по течению. Смотришь на этот яростный поток, и становится немного страшно: а вдруг вода окажется сильнее построенной еще в советские времена плотины. Плюсом для участников «экскурсии» стала яркая радуга на фоне коричневой воды и обледеневшей проволоки.
«Наличие этого водохранилища позволяет не бороться с паводками, а «срезать» пики паводков в районе города Уфы», — сказал сотрудник ГЭС.
Он также отметил, что паводок в этом году начался немного раньше – 9 апреля (среднее значение начала паводка – 15 апреля). Холостой сброс начался 14 апреля. Сейчас приток водохранилища составляет 2250 кубометров в секунду, расход в нижнее течение реки Уфы – 2000 кубометров в секунду. Паводок в этом году обычный, уровень воды не выше средних многолетних значений: среднее многолетнее значение притока – 2740 кубических метров в секунду. На сегодня максимальный приток – не более 2350 кубометров в секунду.
В «сердце» гидроэлектростанции
После всех впечатлений от бурлящего водопада, мы погрузились под воду – спустились на 30 метров, в «сердце» ГЭС, к мощным водяным турбинам и «капитанскому» мостику. Тут было также шумно, гулко, уши закладывало. Стройными рядами расположились разноцветные кнопки и рычаги, о которых нас предупреждали заранее – в итоге, ни одна кнопка не пострадала.
«В машинном зале Павловской ГЭС находятся четыре гидроагрегата. Они нужны для выработки электрической энергии – 170 МВт в час. Энергия идет в единую энергосистему. Сотрудники здесь следят за работой гидроагрегатов. Сюда стекается вся информация о работе оборудования. Здесь внедрена система автоматического управления технологическим процессом», — объяснил начальник производственного отдела.
ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА ПАВЛОВСКАЯ ГЭС?
По словам начальника ГЭС, через «тело» плотины, через гидротурбины проходит вода. Во-первых, ГЭС является «краном», регулирующим уровень воды. Во-вторых, ГЭС механическую энергию превращает в электрическую.
«Мы должны поддерживать параметры как по объему спуска воды, так и по поддержанию верхнего уровня для того, чтобы, если пойдет нарастание паводка, мы могли эту ситуацию контролировать, уменьшить площадь подтопления ниже по течению реки Уфы», — пояснил Александр Иванов.
На гидроэлектростанции трудится 61 сотрудник. C 2000 года началась модернизация как основного оборудования, так и вспомогательного, а также системы управления. В главном щите сидит работник, который управляет автоматизированной системой с помощью компьютерной мыши. Но есть определенная доля оборудования, которая обслуживается персоналом вручную.
ЕСЛИ БЫ НЕ БЫЛО ПЛОТИНЫ…
Тогда бы весенний сток реки прямиком доходил до Уфы и вообще трудно было бы предугадать площадь затоплений. В силу ограниченности объема водохранилища гидроузел физически не может принять весь объем паводка. Большую часть воды он вынужден пропустить транзитом – это как раз и называется холостой сброс через водосливы. Причем, когда и какой объем сбрасывать, определяет не гидроэлектростанция.
«Режим работы водохранилищ на территории республики устанавливается Камским бассейновым водным управлением согласно рекомендациям Межведомственной рабочей группы по регулированию режимов работы водохранилищ бассейна реки Белой. ГЭС работает строго по заданным графикам», — заявил начальник производственного отдела.
Станция закрывает ход для воды один раз в пять лет, когда проводятся водолазные обследования отводящего канала.
«Останавливаемся на «ноль» на несколько часов, проводим обследования, чтобы убедиться в надежности конструкции», — добавил Сергей Жеребкин.
В засушливые летние и осенние месяцы водохранилище продолжает выполнять свою регулирующую функцию. Оно постепенно сбрасывает воду, помогая избежать обмеления реки ниже по течению, что тоже имеет большое значение, а именно, для водоснабжения Уфы, сельского хозяйства и судоходства.
САМАЯ МОЩНАЯ ГЭС В БАШКИРИИ
Павловская ГЭС расположена около села Павловка Нуримановского района на реке Уфе. Является русловой гидроэлектростанцией с совмещенным с плотиной зданием ГЭС. Самая мощная ГЭС в Башкирии: ее установленная электрическая мощность – 166,4 МВт. Напорные сооружения ГЭС образуют Павловское водохранилище площадью 116 кв. км, полный объем – 1,41 кубический км.
О компании — Красноярская ГЭС
Енисей — самая полноводная река России. Он берет свое начало на южных отрогах Саян, где сливаются реки Бий-Хем (Большой Енисей) и Ка-Хем (Малый Енисей), и впадает в Северный Ледовитый океан. С юга на север Енисей пересекает четыре климатических пояса, собирая свои воды с территории, в четыре раза превышающей площадь Франции. В период половодья Енисей сбрасывает в Карское море воды до 180 000 м³/с .
Красноярский гидроузел располагается в 40 километрах от города Красноярска вверх по течению Енисея. В районе створа гидроузла долина реки имеет характер каньона с шириной по урезу воды около 750 метров. Крутые берега и русло реки сложены крепкими скальными породами — гранитами. Они служат надежным основанием для высокой плотины. Среднемноголетний расход воды в створе — 2800 м³/с. Максимальный расход весеннего паводка достигал 29800 м³/с, зимой расходы снижаются до 300-500 м³/с.
Красноярская ГЭС — первая гидроэлектростанция на реке Енисей. Установленная мощность ее 12 гидроагрегатов — 6 миллионов кВт. По установленной мощности Красноярская ГЭС входит в десятку крупнейших гидроэлектростанций мира и занимает второе место в России. Красноярская ГЭС — основной производитель электроэнергии в Красноярском крае и одна из самых экономичных электростанций в стране. Ее среднегодовая выработка составляет 18,4 миллиардов кВтч. В российском производстве доля электроэнергии Красноярской ГЭС составляет до 2,8%, при этом доля в объеме выработки гидрогенерации достигает 13,5%.
Строительство и ввод в эксплуатацию Красноярской ГЭС позволили придать новый энергетический импульс развитию не только края, но и всей Сибири. Десятки заводов цветной и черной металлургии, предприятия химической и деревообрабатывающей промышленности, города и поселки обязаны своим рождением и жизнью энергии Красноярской ГЭС.
Строительство Красноярской ГЭС осуществлялось с 1956 г. по 1972 г. по проекту Ленинградского отделения института «Гидроэнергопроект» (ныне ОАО «Ленгидропроект»). Плотина гидроэлектростанции гравитационного типа, русловая глухая. Общая длина по гребню составляет 1072,5 м. Средняя высота русловой части 117 м. (максимальная 128 м.). Общий вес плотины составляет 15 млн тонн.
Обильный запас снега Саянских гор — неиссякаемый источник пополнения водных запасов Красноярского водохранилища. Максимальный объем водохранилища – 73,3 км³, длина водохранилища по судовому ходу – 334 км. Огромную массу воды сдерживает монолитная бетонная плотина. В ее станционной части расположены водоводы — металлические трубы диаметром 7,5 метров. По ним вода подается к турбине. Для пропуска экстремального паводка, на водосливной части плотины открываются затворы. Устремляясь по наклонной грани, взлетая, как на трамплине, вода сбрасывается в Енисей на расстояние более 120 метров.
В машинном зале расположены 12 гидроагрегатов. Механическая энергия воды от турбины передается на генератор, где преобразуется в электрическую. От генераторов электроэнергия по шинопроводам поступает в повышающие трансформаторы, а оттуда — на открытые распределительные устройства напряжением 220 и 500 киловольт. И далее по линиям электропередач — потребителям.
Непрерывный контроль работы агрегатов станции осуществляется с центрального пульта управления. Это «мозговой центр» гидростанции. С помощью автоматизированных устройств управления и сигнализации оперативный персонал внимательно следит за режимом работы ГЭС.
K 1995 году степень износа гидроагрегатов Красноярской ГЭС приблизилась к уровню 50%, поэтому было принято решение о реконструкции гидроагрегатов и модернизации оборудования станции. Программа реконструкции разработана на основе технико-экономических расчетов института «Ленгидропроект». Рассчитана она до 2015 года. На сегодняшний день свое второе рождение получили 11 гидрогенераторов из 12-ти, установленный срок эксплуатации каждой машины после модернизации увеличивается от первоначального в два раза и составляет 40 лет.
Гидроэнергия. Как работает ГЭС
Одним из альтернативных источников энергии есть вода, а если точнее, то водные ресурсы в водоемах. Гидроэнергетика является безопасной для экологической ситуации в определенном регионе. Поэтому многие развитые страны переходят на этот вид энергетики. Мы расскажем о принципе работы ГЭС и использования воды для получения электроэнергии.
Как работает ГЭС
Принцип работы ГЭС прост. Используется энергия падающей воды. Она под напором поступает на лопасти турбины, вращает их. Турбина приводит в действие генераторы. Они в свою очередь вырабатывают энергию, которая используется в быту и в промышленных масштабах. На этом принципе работают все «традиционные» гидроэлектростанции. ГЭС обычно строят в горной местности. Поскольку это оптимальный вариант для получения достаточного напора воды. Равнинная река не способна вращать лопасти с той же силой, что и горная. Но некоторые проектировщики так не считают.
ГЭС на Днепре
На Днепре сейчас функционирует 6 ГЭС. Но эта река равнинная. При строительстве в советские времена ориентировались на мощность, а не на целесообразность постройки. Что в итоге? При аварии на одной из выше расположенных дамб затапливаются остальные станции. Также меняется направление течения. Весенние наводнения могут спровоцировать неожиданные изменения потока воды. К слову, процент от ГЭС в энергетике страны — 7-8%.
Гидроэнергетика в мире
Наиболее «популярен» этот вид возобновляемой энергетики в развитых странах. Лидером в области гидроэнергетики выступает Исландия. После неё идет Норвегия, где на ГЭС припадает целых 98% от всей выработки энергии человеком. Сейчас в лидеры пробился Китай, который строит ГЭС на больших полноводных реках. Гидроэлектростанции дают очень дешевую электроэнергию без вреда окружающей среде, без выбросов газа в атмосферу. Также ГЭС быстро выходит на разные уровни выдачи рабочей мощности (после включения станции).
Виды ГЭС
Выделяют несколько видов ГЭС. В зависимости от максимального использования напора воды выделяют такие ГЭС:
- Низконапорные (3-25 м).
- Средненапорные (от 25м).
- Высоконапорные (от 60м).
Чем больше эта высота, тем мощнее будет гидроэлектростанция. Поскольку вода падает с большей высоты и имеет большее ускорение. Этим же снова можно объяснить не рациональность строительства ГЭС в степной или равнинной местности.
Крупнейшие ГЭС
Самые мощные и эффективные ГЭС располагаются в странах, где их строительство принесло больше всего пользы для промышленности и потребителей.
- Три ущелья, Китай. Станцию строили с 1992 до 2012 года на реке Янцзы. В год вырабатывает 98.1 млрд КВт/ч. ГЭС покрывает годовое потребление энергии. Также станция развязала проблему затопления. Теперь от наводнений не гибнут люли, живущие ниже станции. Для справки: в 20 веке от наводнений в долине реки погибло полмиллиона человек.
- Итапу (Итайпу), Бразилия, Парагвай. ГЭС располагается на р. Парана, которая протекает территориями 2 стран Латинской Америки. Заявленная мощность — 16 тыс. МВт. Недавно из-за грозы нарушилась работа ГЭС и треть населения стран осталась без электричества.
- Гури, Венесуэла. Построена на реке Карони. 65% от общей выработки электроэнергии зависит от это гидроэлектростанции
Почему ГРЭС не ГЭС: в чем разница?
Коротко о главном
ГРЭС расшифровывается как государственная районная электростанция. Это исторически сложившийся термин: в советское время мощные электростанции проектировались для снабжения теплом и электроэнергией близлежащих районов. В современном понимании ГРЭС обозначает тепловую электростанцию (ТЭС). В качестве топлива используется уголь или газ. В составе Сибирской генерирующей компании работает пять угольных ГРЭС — Назаровская, Беловская, Рефтинская, Красноярская ГРЭС-2, Томь-Усинская. Их общая установленная мощность достигает 8 978,4 МВт.
Рефтинская ГРЭС – самая мощная в СГК, её установленная мощность 3800 МВт
Скачать
ГЭС — это гидроэлектростанция. В качестве источника энергии используется сила водного потока. Поэтому их строят на больших и малых реках. При помощи плотины создается перепад высот воды, также образуется водохранилище.
Электрическая мощность Саяно-Шушенской ГЭС 6400 МВт
Скачать
И рев воды разрезал тишину…
Основные различия между ГРЭС и ГЭС содержатся в технологической цепочке производства электроэнергии.
Принцип работы ГЭС заключается во вращении лопастей турбины, происходящем под напором падающей с плотины воды. Напор приводит турбину в движение, в результате чего она вращает генераторы. Именно они и вырабатывают электроэнергию, которая по линиям высоковольтных передач поступает к потребителю.
Установленная мощность 12 гидроагрегатов Красноярской ГЭС 6000 МВт. Станция занимает второе место в России
Скачать
ГРЭС работает на топливе, но вода также необходима в производстве электроэнергии. В топочных котлах ГРЭС при сжигании топлива вода нагревается до состояния пара, его температура достигает более 500 градусов. Пар раскручивает лопатки турбины, потенциальная энергия сжатого и нагретого пара превращается в кинетическую. Вал турбины вращает связанный с ним ротор электрогенератора. Вращение ротора обеспечивает возбуждение обмотки статора, на которой и генерируется электрическая энергия. Оставшаяся после цикла производства горячая вода используется для отопления, либо сбрасывается в водоем.
ГРЭС может вырабатывать тепловую и электрическую энергию, ГЭС — только электроэнергию.
Не похожий на меня, не похожий на тебя
Объемы электроэнергии, вырабатываемые ГЭС, зависят от качественных характеристик водоема, на котором она стоит, и от установленной мощности самой станции. Для эффективной выработки электроэнергии на ГЭС нужно круглогодичное гарантированное обеспечение водой. Поэтому в период низкой водности рек угольные ГРЭС берут на себя большую нагрузку, чтобы заместить выбывшие мощности гидроэлектростанций и произвести необходимый потребителям объем электроэнергии.
Объемы электроэнергии, которые выдает ГРЭС, зависят также от установленной мощности, а еще от количества и качества используемого топлива. На ГРЭС СГК используется бурый и каменный уголь. Например, Красноярская ГРЭС-2 за последние три года сожгла в своих котлах порядка 10 млн тонн угля, в среднем сгорала 51 тонна в час.
При этом ГРЭС, в отличие от ГЭС, круглогодично может вырабатывать приблизительно одинаковый объём электроэнергии и бесперебойно функционировать даже в самые сильные морозы.
ГРЭС выдаёт мегаватты при любых погодных условиях
Скачать
Несмотря на принципиальные различия в производственном процессе, и ГРЭС, и ГЭС имеют одну общую важную функцию — выработку электроэнергии, которая жизненно необходима во всех сферах человеческой деятельности.
Сложившийся в Сибири союз гидро- и тепловой генерации надежно обеспечивает страну доступной энергией. Когда в реках большая вода — ГЭС несут полную нагрузку, а тепловые станции находятся в резерве и экономят топливо. Как только вода снижается, оперативно включаются мощности ГРЭС и ТЭЦ, дополняя то, что по объективным причинам не могут дать гидроэлектростанции. Другими словами, ГЭС обеспечивает базовую потребность в электроэнергии, а тепловые станции чутко реагируют на изменения. Именно поэтому в Сибири сохраняется низкая цена на электрическую энергию.
«Подходишь и ощущаешь мощь, которую наши отцы построили». Кто работает на ГЭС | Статьи
Дмитрий Ситнев, старший начальник смены электростанции, Иркутская ГЭС
Ещё в школе мне нравились технические науки – математика и физика. Поэтому когда пришло время определиться с профессией, поступил в «политех» — ИРГТУ. А после окончания вуза пришел на работу в «Южные электрические сети». Здесь мне нравилось, но всё же каждый раз, когда проезжал по плотине ГЭС, я понимал — хочу работать именно на гидроэлектростанции.
В 2002 году я пришел на Иркутскую ГЭС — начал с должности электромонтера по обслуживанию подстанций. Через год перевелся дежурным электромонтером в оперативную службу на главный щит управления — сердце станции. Затем стал начальником смены электроцеха и далее — начальником смены электростанции. Сейчас возглавляю оперативную службу Иркутской ГЭС.
К слову, главный щит управления — моё любимое место на станции. Именно отсюда оперативный персонал управляет ГЭС, сюда стекается вся информация о режиме и параметрах работы оборудования.
Моя смена начинается в 8 утра. А до этого времени еще много чего нужно сделать: принять рапорт дежурного персонала, узнать, как отработала ночная смена, что изменилось в работе оборудования, сколько выработали электроэнергии, какой расход воды. В течение дня планируется режим работы станции, работа с документацией и персоналом оперативной службы. Всего в подчинении у меня 20 человек, на смене — четыре.
Не все знают, что помимо основной задачи — выработки электроэнергии для Иркутска и Иркутского района, наша гидроэлектростанция выполняет еще одну важную функцию — поддержку заданного уровня озера Байкал. ГЭС служит своеобразным буфером — обеспечивает равномерность стока воды, предотвращая подтопление населенных пунктов.
Заблуждение, с которым приходится сталкиваться — «плотину прорвёт, и всё затопит». В Иркутске плотина грунтовая, насыпная. Со временем и даже после землетрясений она только уплотняется, становится крепче — угроз для города нет.
Безопасность — приоритетная задача на ГЭС. Особое внимание сейчас уделяется здоровью сотрудников. На работе мы в масках и перчатках, в некоторых случаях — в защитных костюмах; соблюдаем социальную дистанцию. Мы понимаем, что это необходимые меры — так что просто приняли условия, которые выдвигает нам жизнь.
Свободного времени по-прежнему немного. Раньше старался проводить его на природе — выезжал на дачу, на Байкал. Люблю путешествовать, но пока это по понятным причинам невозможно.
Впрочем, скучать не приходится — каждый день необходимо узнавать что-то новое, нельзя оставаться на одном уровне. На станции идет постоянная модернизация — меняется оборудование, и чтобы им управлять, его нужно досконально изучить. В этом я вижу положительные стороны профессии — не стоишь на месте, развиваешься.
Работа много от нас требует, но так же много и дает — в последнее время в компании стало больше социальных программ для сотрудников. Например, En+ запустил на нашем предприятии жилищную программу с выгодными условиями кредитования. Также работники ГЭС могут получить путевки в санатории России.
Тем, кто еще не определился с профессией, советую выбирать отрасли, которые приносят пользу обществу и всегда будут востребованы. Думаю, энергетика — одна из первых в этом списке. Когда видишь вечерний город, уют и свет в домах иркутян и понимаешь, что в этом есть частичка твоего труда, по-настоящему ощущаешь значимость того, что делаешь.
Иркутская ГЭС — входит в состав компании En+ Group, первая по времени строительства ступень Ангарского каскада и первая крупная гидроэлектростанция в Сибири. Возведена в 1950-1959 годах. Установленная мощность электростанции — 662,4 мегаватт, проектная среднегодовая выработка электроэнергии — 4,1 миллиарда киловатт в час. С 2019 года на ГЭС реализуется программа технического перевооружения. Планируется, что после замены всех гидроагрегатов мощность электростанции возрастет на 160 мегаватт.
Николай Куклин, начальник смены цеха ОРУ, Братская ГЭС
— На станции я больше 40 лет. В 1975 году после окончания школы поехал поступать в Томск — не прошел по конкурсу, вернулся в город и отправился в отдел кадров Братской ГЭС. Предложили устроиться учеником электрослесаря в электроцех. Отработал там три месяца, и меня перевели электромонтером второго разряда в группу релейной защиты машинного зала.
Отслужил два года в армии и вернулся на это место в 1979 году. А уже отсюда меня пригласили в оперативную группу на должность машиниста гидроагрегата. Здесь я увидел, как устроена ГЭС, для меня открылись все тонкости обслуживания станции.
Параллельно с этой работой получил профессию электромонтера подстанции. Теперь я мог работать на ОРУ (открытые распределительные устройства), на этом не остановился. Окончил в Братске колледж по специальности «Ремонт и обслуживание электрооборудования», и меня направили работать старшим мастером на участок по ремонту гидрогенераторов и кабельного хозяйства — так я познакомился с особенностями устройства гидрогенератора.
А в 1999 году получил приглашение от «Энергомашэкспорт» поработать в Колумбии. Там построили и пускали в эксплуатацию ГЭС — оборудование российское, трансформаторы запорожские. Работу я выполнил, специалистов обучил, но запомнил, как поначалу было стыдно: все говорят хоть на каком-то английском, а ты не понимаешь ни слова. За два года освоился, но первое время было туго. Поэтому совет всем — учите языки.
После Колумбии я вернулся на родную ГЭС начальником смены цеха ОРУ, где и работаю по сей день. Также получил высшее образование в СИБГТУ.
Моя смена длится 12 часов. Утром, когда сотрудники приходят на работу, я должен проверить состав бригады, провести целевой инструктаж, где указываю, что выведено в ремонт и что они должны сегодня сделать. Наша основная ответственность — обеспечить безопасные условия труда, рабочее место должно быть полностью готово: сделаны необходимые переключения, включены заземления.
После допуска бригад обхожу оборудование по графику, выявляю дефекты. Вечером бригады сдают наряды — на основании записей мы вводим оборудование в работу и делаем все необходимые переключения.
В нашей работе нельзя быть рассеянным — ты должен быть собран и внимателен.
Оборудование на ГЭС однотипное, и если зазеваться, можно перейти на соседнее оборудование под напряжением. К тому же, много переключений — есть риск повернуть не тот ключ или не ту накладку.
Поэтому в смене так важны хорошие взаимоотношения. У нас нет конфликтных людей, к каждому ищем подход. Если кто-то расстроен, стараемся в нужный момент взбодрить — чтобы не думал о проблемах, а полностью сосредоточился на задаче.
За столько лет на работе случалось всякое. Однажды зимой я осматривал оборудование и заметил, что мои следы на снегу пересекают другие — крупные, звериные. Позвонил охране, оказалось — рысь. Нам запретили ночью выходить, но у нас обходы, работать надо. С вечера смотрим в окна, видим следы (а иногда и саму рысь — она стояла в 10-15 метрах от окон), звоним охране и с двумя охранниками с автоматами идем к оборудованию. И так где-то с неделю, потом возмутительница спокойствия ушла к Ангаре.
Вообще животные — норки, белки — у нас частые гости. Я люблю природу, смотреть на воду, особенно с высоты. У нас напротив управления — смотровые площадки с лавочками. Если подойти к забору, оказываешься практически на краю скалы: внизу Падунское сужение, чайки летают, и повсюду — равномерный гул генераторов. Подходишь и ощущаешь мощь, которую наши отцы построили.
Я считаю, именно на крупных предприятиях раскрывается весь потенциал энергетика. Здесь он найдет себе применение независимо от специализации, ведь электричество нужно всем.
Свободное время отдаю авиамоделизму — это мое хобби еще со школы. Помню, как тогда запускали кордовые модели, а сегодня самолёты уже классом другие и купить можно что угодно, любую аппаратуру. Интересное занятие, но дорогое. Пока не подсело зрение, занимался также ремонтом часов, механизмов, паял. Увлечение техникой со мной всегда.
Братская ГЭС — входит в состав компании En+ Group, вторая из каскада гидроэлектростанций на Ангаре, лидер в Евразии по общему объему выпуска электроэнергии с начала пуска первого агрегата. Решение о строительстве Братской ГЭС было принято в сентябре 1954 года, а 21 декабря начались подготовительные работы по возведению гидроэлектростанции. Пуск первого гидроагрегата состоялся 28 ноября 1961 года. Сегодня агрегаты с суммарной мощностью в 4,5 миллиона киловатт позволяют ежегодно выдавать до 30 миллиардов киловатт в час электроэнергии.
Сергей Голубев, начальник смены электростанции, Усть-Илимская ГЭС
— Я работаю на ГЭС 10 лет, из них пять — на центральном пульте управления. Перед тем, как устроиться сюда, окончил БрГУ по специальности «Электроснабжение предприятий» и около 9 месяцев проработал электромонтером в Лесопромышленном комплексе. Параллельно рассылал резюме, и в 2010 году мой будущий руководитель пригласил меня на собеседование. Так я оказался в оперативном цехе, где прошел путь от дежурного электромонтера подстанции до начальника смены электростанции.
Я руковожу сменой из восьми человек, один из которых — на пульте. В мои обязанности входят оперативные переключения, вывод в ремонт оборудования и ввод его в работу, допуски бригад, устранение аварий. Плюс постоянное наблюдение за приборами и анализ параметров — расхода воды через турбины и выработки электроэнергии.
Самое приятное в нашем деле — когда оборудование вводится в работу, увеличивается надежность электрической схемы и станции в целом. А самое сложное, конечно, аварии — множество процедур, звонков, оперативных сообщений.
Такая работа подходит не каждому. На пульте консолидируется вся информация о ГЭС — оперативникам необходимо много знать, запоминать и быстро переключаться. И не менее важно уметь общаться, развивать коммуникабельность. Мы часто решаем задачи удаленно, по телефону, и здесь не обойтись без знаний психологии и умения выстраивать диалог. От этих навыков зависит и то, как складываются взаимоотношения в коллективе. Приятно, когда подчиненные относятся к тебе с уважением, зная, что поддержишь и поможешь в трудной ситуации.
Конечно, сотрудникам также важно получать поддержку от компании. В En+ к этому подходят ответственно. У нас есть квартальные премии, компенсация питания для работников с вредными условиями труда, санаторно-курортное лечение. Регулярно проходят спортивные мероприятия, турслеты. Раз в два года — соревнования оперативного персонала ГЭС. А в прошлом году я побывал в Энергетической летней школе Сколково, где российские и зарубежные спикеры читают лекции о мировой энергетике — было интересно и познавательно.
Я люблю проводить время с пользой — в выходные читаю, фотографирую, снимаю на экшн-камеру, монтирую. У нас дружный активный цех, и мы часто отдыхаем вместе за пределами работы.
Сейчас мы стали еще сплоченнее, хоть и с соблюдением дистанции. В цехе мы обеспечены средствами индивидуальной защиты, помещения дезинфицируются, у нас проверяют температуру. Несмотря на сложную экономическую ситуацию, рабочие места на станции есть даже в такое время: энергетика — стабильная сфера, остаться без работы здесь практически невозможно, ведь электричество и тепло нужны всегда.
Про нашу ГЭС можно говорить долго: это стратегически важный объект, она входит в каскад гидростанций Сибири, которые обеспечивают более 10% энергомощности страны и позволяют сохранять самую низкую стоимость электроэнергии в России. Это экологически чистый источник энергии. И просто красивое сооружение.
Моё любимое место — гребень станции, её верхняя точка. Отсюда открываются захватывающие дух виды, ощущается массивность и грандиозность плотины. Она возводилась в советские времена, когда строили ответственно и на века — уверен, что плотина простоит еще не одну сотню лет при должной эксплуатации. Вечером, в праздничном освещении она особенно красива.
Усть-Илимская ГЭС — входит в состав компании En+ Group, третья ступень Ангарского каскада ГЭС. Её строительство началось в 1963 году, в эксплуатацию ГЭС введена в 1979 году. Установленная мощность — 3840 мегаватт, среднегодовая выработка — 21,7 миллиардов киловатт в час. Напорные сооружения ГЭС образуют крупное Усть-Илимское водохранилище многолетнего регулирования площадью 1922 квадратных километра.
Фото Маргариты Романовой, Эдуарда Скибы и Артура Жабяка
ОбъяснениеГидроэнергетика — Управление энергетической информации США (EIA)
Гидроэнергетика — это энергия движущейся воды
Люди давно используют силу воды, текущей в ручьях и реках, для производства механической энергии. Гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и до 2019 года гидроэнергетика была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.
В 2020 году на гидроэлектроэнергию приходилось около 7.3% от общего объема производства электроэнергии 1 коммунальных предприятий в США и 37% от общего объема производства электроэнергии из возобновляемых источников в коммунальном масштабе. Доля гидроэлектроэнергии в общем объеме производства электроэнергии в США со временем снизилась, в основном из-за увеличения производства электроэнергии из других источников.
Гидроэнергетика зависит от круговорота воды
- Солнечная энергия нагревает воду на поверхности рек, озер и океанов, что приводит к ее испарению.
- Водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде осадков — дождя и снега.
- Осадки собираются в ручьях и реках, которые впадают в океаны и озера, где они испаряются и снова начинают цикл.
Количество осадков, которые стекают в реки и ручьи в географической области, определяет количество воды, доступной для производства гидроэлектроэнергии. Сезонные колебания количества осадков и долгосрочные изменения в структуре осадков, такие как засухи, могут иметь большое влияние на доступность производства гидроэлектроэнергии.
Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)
Источник: Управление долины Теннесси (общественное достояние)
Гидроэлектроэнергия вырабатывается с помощью движущейся воды
Поскольку источником гидроэлектроэнергии является вода, гидроэлектростанции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Объем потока воды и изменение высоты — или падения, часто называемое напором , — от одной точки к другой определяют количество доступной энергии в движущейся воде.Как правило, чем больше расход воды и чем выше напор, тем больше электроэнергии может производить гидроэлектростанция.
На гидроэлектростанциях вода течет по трубе или водопроводу , затем толкает и вращает лопасти турбины, чтобы вращать генератор для производства электроэнергии.
Обычные гидроэлектростанции включают:
- Русловые системы , где сила течения реки оказывает давление на турбину.Сооружения могут иметь водослив в водотоке для отвода потока воды к гидротурбинам.
- Системы хранения , где вода накапливается в резервуарах, созданных плотинами на ручьях и реках, и сбрасывается через гидротурбины по мере необходимости для выработки электроэнергии. Большинство гидроэнергетических объектов США имеют плотины и водохранилища.
Накопительные гидроэлектростанции — это тип гидроаккумулирующей системы, в которой вода перекачивается из источника воды в водохранилище на более высоком уровне и сбрасывается из верхнего водохранилища в гидротурбины, расположенные ниже верхнего водохранилища.Электроэнергия для перекачки может поставляться гидротурбинами или другими типами электростанций, включая ископаемое топливо или атомные электростанции. Они обычно перекачивают воду в хранилище, когда спрос на электроэнергию и затраты на ее производство и / или когда оптовые цены на электроэнергию относительно низкие, и высвобождают накопленную воду для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса на электроэнергию, когда оптовые цены на электроэнергию относительно высоки. Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором обычно используют больше электроэнергии для перекачки воды в верхние водохранилища, чем они производят с накопленной водой.Таким образом, гидроаккумулирующие сооружения имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Управление энергетической информации США классифицирует выработку электроэнергии на гидроаккумулирующих гидроэлектростанциях как отрицательную.
История гидроэнергетики
Гидроэнергетика — один из старейших источников энергии для производства механической и электрической энергии, и до 2019 года она была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.Тысячи лет назад люди использовали гидроэнергетику, чтобы крутить гребные колеса на реках для измельчения зерна. До того, как в Соединенных Штатах стали доступны паровая энергия и электричество, зерновые и лесопильные заводы питались напрямую от гидроэлектроэнергии. Первое промышленное использование гидроэлектроэнергии для производства электроэнергии в Соединенных Штатах было в 1880 году для питания 16 щеточно-дуговых ламп на фабрике стульев Росомахи в Гранд-Рапидс, штат Мичиган. Первая в США гидроэлектростанция для продажи электроэнергии открылась на реке Фокс недалеко от Аплтона, штат Висконсин, 30 сентября 1882 года.
В Соединенных Штатах работает около 1450 обычных и 40 гидроаккумулирующих электростанций. Самая старая действующая гидроэлектростанция в США — это гидроэлектростанция Whiting в Уайтинге, штат Висконсин, которая была введена в эксплуатацию в 1891 году и имеет общую генерирующую мощность около 4 мегаватт (МВт). Большая часть гидроэлектроэнергии в США производится на крупных плотинах на крупных реках, и большинство из этих плотин гидроэлектростанций были построены до середины 1970-х годов федеральными правительственными агентствами. Самый крупный U.Гидроэнергетический объект Южной и крупнейшая электростанция США по генерирующей мощности — это гидроэлектростанция Гранд-Кули на реке Колумбия в Вашингтоне с общей генерирующей мощностью 6765 МВт.
1 Электростанции коммунального назначения имеют не менее 1 мегаватта общей мощности по выработке электроэнергии. Генерирующая мощность — это чистая летняя мощность.
Последнее обновление: 8 апреля 2021 г.
Гидроэлектроэнергия: как это работает
• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •
Падающая вода производит гидроэлектроэнергию.
Кредит: Управление долины Теннесси
Так как же нам получить электричество из воды? Фактически, гидроэлектростанции и угольные электростанции производят электроэнергию одинаковым образом. В обоих случаях источник энергии используется для вращения пропеллероподобной детали, называемой турбиной, которая затем вращает металлический вал в электрическом генераторе, который является двигателем, вырабатывающим электричество. На угольной электростанции пар вращает лопасти турбины; тогда как гидроэлектростанция использует падающую воду для вращения турбины.Результаты такие же.
Взгляните на эту схему (любезно предоставленную Управлением долины Теннесси) гидроэлектростанции, чтобы увидеть подробности:
Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке , которая имеет большой перепад высот (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций). Плотина хранит много воды за собой в резервуаре . У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы.В конце напорного водовода находится пропеллер турбины, который вращается движущейся водой. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта через отводной канал в реку мимо плотины. Кстати, играть в воде прямо под плотиной, когда выходит вода, — не лучшая идея!
Турбина и генератор производят электроэнергию
Схема гидроэлектрической турбины и генератора.
Источник: Инженерный корпус армии США
Что касается того, как работает этот генератор, Инженерный корпус объясняет это следующим образом:
«Гидравлическая турбина преобразует энергию проточной воды в механическую энергию. Гидроэлектрический генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Принцип работы генератора основан на На принципах, открытых Фарадеем, он обнаружил, что когда магнит проходит мимо проводника, он заставляет течь электричество.В большом генераторе электромагниты создаются за счет циркуляции постоянного тока через петли из проволоки, намотанные на стопки пластин из магнитной стали. Они называются полевыми полюсами и устанавливаются по периметру ротора. Ротор прикреплен к валу турбины и вращается с фиксированной скоростью. Когда ротор вращается, полюса поля (электромагниты) проходят мимо проводников, установленных в статоре. Это, в свою очередь, вызывает прохождение электричества и повышение напряжения на выходных клеммах генератора.»
Накопитель: повторное использование воды для пикового спроса на электроэнергию
Спрос на электроэнергию не «плоский», а постоянный. Спрос повышается и понижается в течение дня, и в ночное время потребность в электричестве в домах, на предприятиях и других объектах снижается. Например, здесь, в Атланте, штат Джорджия, в 17:00 в жаркий августовский выходной день можно поспорить, что существует огромный спрос на электроэнергию для работы миллионов кондиционеров! Но 12 часов спустя, в 5:00 … не так уж и много.Гидроэлектростанции более эффективны в обеспечении пиковой потребности в энергии в течение коротких периодов времени, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе и атомные электростанции, и один из способов сделать это — использовать «гидроаккумулирующие станции», которые повторно используют одну и ту же воду более одного раза.
Насосный накопитель — это метод сохранения воды в резерве на период пиковой нагрузки за счет перекачки воды, которая уже прошла через турбины, в резервный бассейн над электростанцией в то время, когда потребность потребителей в энергии низка, например, во время Середина ночи.Затем воде позволяют течь обратно через турбогенераторы в периоды, когда потребность высока и на систему ложится большая нагрузка.
Насосный накопитель: повторное использование воды для пикового спроса на электроэнергию
Резервуар действует как батарея, накапливая энергию в виде воды, когда потребности в ней низкие, и вырабатывая максимальную мощность в периоды суточных и сезонных пиковых нагрузок. Преимуществом гидроаккумулирующего оборудования является то, что гидроагрегаты могут быстро запускаться и быстро регулировать мощность.Они работают эффективно при использовании в течение одного или нескольких часов. Поскольку гидроаккумуляторы относительно малы, затраты на строительство обычно невысоки по сравнению с обычными гидроэнергетическими сооружениями.
Как работает гидроэнергетика | Компания по благоустройству долины Висконсин
Гидроэлектростанции улавливают энергию падающей воды для производства электроэнергии. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую. Затем генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую.
Гидравлические установки различаются по размеру от «микрогидро», питающих лишь несколько домов, до гигантских плотин, таких как плотина Гувера, которые обеспечивают электричеством миллионы людей.
На фотографии справа показана Александровская гидроэлектростанция на реке Висконсин, электростанция среднего размера, которая производит достаточно электроэнергии, чтобы обслуживать около 8000 человек.
Части гидроэлектростанции
Большинство традиционных гидроэлектростанций состоит из четырех основных компонентов (см. Рисунок ниже):
- Плотина. Повышает уровень воды в реке для создания падающей воды. Также контролирует поток воды. Образующийся резервуар — это, по сути, запасенная энергия.
- Турбина. Сила падающей воды, толкающей лопасти турбины, заставляет турбину вращаться. Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия вырабатывается падающей водой, а не ветром. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую.
- Генератор. Соединен с турбиной валами и, возможно, шестернями, поэтому, когда турбина вращается, она заставляет вращаться и генератор. Преобразует механическую энергию турбины в электрическую. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как генераторы на других типах электростанций.
- Линии передачи . Проведите электричество от гидроэлектростанции до домов и предприятий.
Сколько электроэнергии может производить гидроэлектростанция?
Количество электроэнергии, производимой гидроэлектростанцией, зависит от двух факторов:
- Как далеко падает вода. Чем дальше падает вода, тем больше у нее силы. Как правило, расстояние, на которое падает вода, зависит от размера плотины. Чем выше плотина, тем дальше падает вода и тем больше она имеет силы. Ученые сказали бы, что сила падающей воды «прямо пропорциональна» расстоянию, на которое она падает. Другими словами, вода, падающая вдвое дальше, имеет в два раза больше энергии.
- Количество падающей воды. Больше воды, попадающей через турбину, дает больше энергии.Количество доступной воды зависит от количества воды, текущей по реке. В более крупных реках больше проточной воды, и они могут производить больше энергии. Мощность также «прямо пропорциональна» расходу реки. Река с вдвое большим объемом проточной воды, чем другая река, может производить вдвое больше энергии.
Могу ли я определить, сколько энергии может производить плотина в моем районе?
Конечно. Это не так уж и сложно.
Допустим, в вашем районе есть небольшая плотина, которая не используется для производства электроэнергии.Возможно, плотина используется для обеспечения водой для орошения сельскохозяйственных угодий, а может быть, она была построена для создания озера для отдыха. Как мы объясняли выше, вам нужно знать две вещи:
- Как далеко падает вода. Из разговора с человеком, который управляет плотиной, мы узнаем, что высота плотины 10 футов, поэтому вода падает на 10 футов.
- Количество воды, протекающей в реке. Мы связываемся с Геологической службой США, агентством в США, которое измеряет речной сток, и узнаем, что средний объем воды, протекающей в нашей реке, составляет 500 кубических футов в секунду.
Теперь все, что нам нужно сделать, это немного математики. Инженеры выяснили, что мощность плотины можно рассчитать по следующей формуле:
Мощность = (высота плотины) x (сток реки) x (эффективность) / 11,8
| Мощность | Электрическая мощность в киловаттах (один киловатт равен 1000 ватт). |
| Высота плотины | Расстояние, на которое падает вода, измеряется в футах. |
| Речной поток | Количество воды, текущей в реке, измеряется в кубических футах в секунду. |
| КПД | Насколько хорошо турбина и генератор преобразуют энергию падающей воды в электроэнергию. Для старых, плохо обслуживаемых гидростанций этот показатель может составлять 60% (0,60), в то время как для более новых, хорошо эксплуатируемых заводов этот показатель может достигать 90% (0,90). |
| 11.8 | Преобразует футы и секунды в киловатты. |
Допустим, для плотины в нашем районе мы покупаем турбину и генератор с КПД 80%.
Тогда мощность нашей плотины будет:
Мощность = (10 футов) x (500 кубических футов в секунду) x (0,80) / 11,8 = 339 киловатт
Чтобы понять, что такое 339 киловатт, давайте посмотрим, сколько электроэнергии мы можем произвести за год.
Поскольку электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах, мы умножаем мощность нашей плотины на количество часов в году.
Электроэнергия = (339 киловатт) x (24 часа в сутки) x (365 дней в году) = 2 969 000 киловатт-часов.
Среднее годовое потребление энергии в жилищах в США составляет около 3000 киловатт-часов на каждого человека. Таким образом, мы можем вычислить, сколько людей могла бы обслуживать наша плотина, разделив годовое производство энергии на 3000.
Обслужено людей ( = 2 969 000 киловатт-часов / 3 000 киловатт-часов на человека) = 990 человек.
Таким образом, наша местная ирригационная или рекреационная плотина могла бы обеспечить достаточно возобновляемой энергии для удовлетворения жилищных потребностей 990 человек, если бы мы добавили турбину и генератор.
Примечание. Прежде чем вы решите добавить гидроэнергетику к плотине, попросите инженера-гидроэнергетика проверить ваши расчеты и проконсультироваться с местными агентствами ресурсов, чтобы убедиться, что вы можете получить все необходимые разрешения.
Что такое гидроэлектростанция и как она работает?
Гидроэнергия получается из потенциальной энергии водоема, расположенного на определенной высоте над руслом реки, которая преобразуется в кинетическую энергию и, наконец, в электрическую энергию в самой нижней точке русла реки.
1. Гидроэлектростанция
Гидроэлектростанция состоит из комплекса сооружений и электромеханического оборудования, используемых для преобразования потенциальной энергии воды в электрическую, и может работать постоянно.Доступная электрическая энергия пропорциональна расходу и перепаду высоты.
2. Части гидроэлектростанции
Гидроэлектростанция состоит из следующих частей:
Плотина или плотина : она содержит речную воду, образуя за ней резервуар и тем самым создавая каплю воды, которая используется для производства энергии . Плотины могут быть земляными или бетонными (последний — самый распространенный).
Водосливы : они выпускают часть скопившейся воды, не проходя через турбины; затем воду можно использовать для орошения.Они расположены на главной стене плотины и могут быть вверху или внизу. Большая часть воды уходит в бассейн у подножия дамбы, чтобы предотвратить размытие падающей водой.
Водозаборники : они пропускают закупоренную воду к турбинам через напорный затвор. Водозаборники имеют ворота для контроля количества воды, которая достигает турбин и сетей, чтобы отфильтровать любой мусор, такой как стволы, ветви и т. Д.
Powerhouse : в нем размещается гидравлическое и электрическое оборудование (турбины, генераторы, трансформаторы). ) и служебную зону с контрольными и испытательными помещениями.Он имеет входные и выходные заслонки для обеспечения того, чтобы зона оборудования оставалась сухой в случае ремонта или разборки оборудования.
Турбины : они используют энергию воды, которая проходит через них, для вращения вокруг вала. Существует три основных типа турбин: турбины Пелтона, Фрэнсиса и Каплана (пропеллерного типа).
Трансформаторы : электрические устройства для увеличения или уменьшения напряжения в цепи переменного тока при сохранении электроэнергии.
Линии электропередачи : кабели для передачи вырабатываемой электроэнергии.
Д. Канакараджа. AITS. Титупати.
3. Типы гидроэлектростанций
Есть три типа гидроэлектростанций:
Русловые электростанции : эти гидроэлектростанции забирают воду из реки в зависимости от имеющегося расхода воды, который зависит от от условий окружающей среды, и пропустите его через турбины.Перепад высот небольшой, и этим электростанциям требуется постоянный поток воды.
Гидроэлектростанции с водохранилищем : это гидроэлектростанции, использующие водохранилище вверх по течению с плотиной. Водохранилище регулирует количество воды, проходящей через турбины и производящей электроэнергию круглый год, независимо от расхода воды в реке. Этот тип установок позволяет использовать большую часть производимой энергии, а киловатт-час обычно дешевле.
Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором : это гидроэлектростанции с двумя водохранилищами на разных высотах, которые работают, когда возникает дополнительная потребность в электроэнергии. Вода из верхнего резервуара проходит через турбину и течет в нижний резервуар, а затем перекачивается обратно в верхний резервуар в то время суток, когда потребность в энергии не столь высока.
Как вырабатывается гидроэлектроэнергия? — Enbridge Inc.
НАЗАД К ВОПРОСАМ ЭНЕРГЕТИКИГидроэлектроэнергия — это возобновляемый источник энергии, который использует энергию движущейся воды для производства электроэнергии.
Гидроэлектрический процесс начинается задолго до того, как вы включаете свет дома или на работе.
Крупномасштабные гидроэнергетические проекты обычно связаны с плотинами. Реочные и приливные проекты также используют силу движущейся воды для производства возобновляемой электроэнергии.
Плотина гидроэлектростанции преобразует потенциальную энергию, накопленную в водоеме за плотиной, в механическую энергию — механическую энергию также называют кинетической энергией. Когда вода течет через плотину, ее кинетическая энергия используется для вращения турбины.
Генератор преобразует механическую энергию турбины в электричество.
Эта электрическая энергия затем проходит через различные процессы передачи, прежде чем достигнет вас.
Посмотрите это видео от Министерства энергетики США для получения дополнительной информации о том, как генерируется гидроэлектроэнергия:
Хотите узнать об энергетической терминологии, использованной в этом произведении? U.На веб-сайте S. Energy Information Administration представлен простой для понимания обзор таких терминов, как потенциальная энергия и механическая / кинетическая энергия.
Вот несколько ссылок на дополнительные ресурсы, чтобы узнать больше о гидроэнергетике:
г. до н. Э. Гидроэнергетика: как вырабатывается гидроэлектроэнергия
Министерство энергетики США: как работает гидроэнергетика
Ontario Power Generation: гидроэлектроэнергия
Движущаяся вода может дать вам энергию, необходимую для освещения вашей комнаты и зарядки вашего мобильного телефона.
В мировом разговоре об энергии один момент не подлежит обсуждению: энергия вносит жизненно важный вклад в качество жизни людей, в общество и человеческий прогресс. Это верно сегодня и останется верным в будущем. Вот почему была создана Energy Matters. Мы считаем важным снабдить людей беспристрастной информацией, чтобы они могли сформировать свое мнение, присоединиться к беседе и почувствовать уверенность в работе и достижениях энергетического сектора.Energy Matters — это инициатива, которая предоставляет прозрачную информацию и перспективы в области энергетики. Здесь мы рассмотрим ряд тем: масштабы мировой энергетики; способы получения и производства энергии; современные энергетические технологии; грядущие нововведения; будущие потребности мира в энергии; и устойчивые источники энергии, которые их восполнят. Поскольку энергия важна для всех, мы надеемся, что вы будете полагаться на Energy Matters как на постоянный источник сбалансированной информации.
Гидроэнергетика | Национальное географическое общество
Гидроэнергетика, также называемая гидроэлектроэнергией или гидроэлектроэнергией, представляет собой форму энергии, которая использует энергию движения воды, например, воды, текущей по водопаду, для выработки электроэнергии.Люди использовали эту силу тысячелетиями. Более двух тысяч лет назад люди в Греции использовали проточную воду, чтобы превратить колесо своей мельницы, чтобы перемолоть пшеницу в муку.
Как работает гидроэнергетика?
Большинство гидроэлектростанций имеют резервуар с водой, задвижку или клапан для контроля количества воды, вытекающей из резервуара, а также выпускное отверстие или место, куда вода попадает после стекания вниз. Вода приобретает потенциальную энергию непосредственно перед тем, как переливается через вершину плотины или стекает с холма.Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую, когда вода течет вниз. Воду можно использовать для вращения лопастей турбины для выработки электроэнергии, которая распределяется среди потребителей электростанции.
Типы гидроэлектростанций
Есть три различных типа гидроэлектростанций, наиболее распространенным из которых является водохранилище. В водохранилище плотина используется для управления потоком воды, хранящейся в бассейне или резервуаре.Когда требуется больше энергии, из плотины сбрасывается вода. Как только вода выпускается, сила тяжести берет верх, и вода течет вниз через турбину. Когда лопасти турбины вращаются, они приводят в действие генератор.
Другой тип гидроэлектростанции — водозаборное сооружение. Этот вид растений уникален тем, что не использует плотину. Вместо этого он использует серию каналов для направления текущей речной воды к турбинам, приводящим в действие генераторы.
Третий тип установок называется гидроаккумулирующим.Эта установка собирает энергию, произведенную из солнечной, ветровой и ядерной энергии, и хранит ее для будущего использования. Станция накапливает энергию, перекачивая воду из бассейна на более низкой высоте в резервуар, расположенный на более высокой высоте. Когда есть высокий спрос на электричество, сбрасывается вода, находящаяся в верхнем бассейне. Когда эта вода стекает обратно в нижний резервуар, она вращает турбину для выработки большего количества электроэнергии.
Насколько широко в мире используется гидроэнергетика?
Гидроэнергетика — наиболее часто используемый возобновляемый источник электроэнергии.Китай — крупнейший производитель гидроэлектроэнергии. Другие ведущие производители гидроэнергии по всему миру включают США, Бразилию, Канаду, Индию и Россию. Примерно 71 процент всей возобновляемой электроэнергии, производимой на Земле, вырабатывается гидроэнергетикой.
Какая самая большая гидроэлектростанция в мире?
Плотина «Три ущелья» в Китае, сдерживающая реку Янцзы, является крупнейшей гидроэлектростанцией в мире с точки зрения производства электроэнергии.Плотина имеет длину 2335 метров (7660 футов) и высоту 185 метров (607 футов) и имеет достаточно генераторов, чтобы производить 22 500 мегаватт энергии.
Как работает гидроэнергетика?
Использование природных ресурсов, таких как фотоэлектрическая солнечная энергия и энергия ветра, для производства чистой энергии является ключевым фактором в борьбе с изменением климата . Другой вид возобновляемой энергии — гидроэнергетика, которая использует энергию воды для выработки электроэнергии.
Гидроэнергетика существует веками. В сельской местности было обычным использование речного потока для вращения колеса и создания движения применительно, например, к мельнице.
Со временем, русло рек использовалось для производства чистой энергии через водные дамбы . Вы хотите знать, сколько существует типов и как они работают? Мы подготовили видео.
Типы гидроэлектростанций
Есть разные типы гидроэлектростанций.Наиболее распространенным типом являются плотинные гидроэлектростанции, в которых воды, переносимой реками, хранятся в резервуаре и высвобождаются, когда требуется энергия .
Вода, выпущенная из резервуара, проходит через турбину , вращая ее, которая, в свою очередь, приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. Мощность, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды.
После этого напряжение произведенной электроэнергии повышается для транспортировки с небольшими потерями в точки распределения, , где напряжение снова понижается для потребления .Вода, используемая в процессе, после прохождения станции возвращается в естественное русло реки вниз по течению.
Проточные и насосные станции
Другой тип гидроэлектростанций — это русловые, , которые используют естественный уклон реки для создания капли, отводящей воду через канал к станции.
Существуют также насосные станции, которые потребляют энергию , чтобы поднять воду в более высокий резервуар в непиковые часы, чтобы выпустить ее , когда потребление электроэнергии высокое.
.