Гидроаккумулирующие электростанции, принцип действия гаэс, устройство. Главные отличия гаэс от гэс. Гидроаккумулирующие электростанции (гаэс)

Гидроэнергетика (ГЭС, ГАЭС)

Электростанции составляют на сегодня основу той части энергетики, которая использует возобновляемые источники энергии. За почти столетнюю историю гидроэнергетики накоплен огромный опыт строительства гидравлических электрических станций на горных и равнинных реках, на реках с гигантским водосбросом и на маленьких речках, а сама гидроэнергетика отнесена к числу наиболее значимых достижений ХХ века.

В настоящее время в мире используется около 30 % экономически эффективного гидроэнергетического потенциала. Удельный вес гидроэнергетики в общем производстве электроэнергии достаточно высок во многих странах: в Норвегии и Бразилии этот показатель выше 90 %, от 50 до 80 % – в Канаде и Венесуэле, около 20 % – в Индии, Египте, Италии, Китае.

Гидроэнергетический потенциал России составляет 2900 млрд кВт·ч/г. Потенциал крупных и средних рек оценивается в 2400 млрд кВт·ч/г. Технически достижимый уровень этого потенциала – 1670 млрд кВт·ч/г. По экономическому гидроэнергетическому потенциалу – 850 млрд кВт·ч/г. (или по топливному эквиваленту 300 млр т усл. т. в год Россия занимает второе место после Китая. По установленной мощности гидроагрегатов на ГЭС и выработке электроэнергии Россия находится на пятом месте после США, Китая, Канады и Бразилии, по мощности гидроагрегатов на строящихся ГЭС – на четвертом месте после Китая, Бразилии и Индии.

В России в настоящее время освоено около 20 % имеющегося гидроэнергетического потенциала: на Европейскую часть приходится 50 %, на Сибирь – 19 %, на Дальний Восток – 4% освоенных гидроэнергетических мощностей страны. В 2000 г. на электростанциях России было выработано 857 млрд кВт·ч электроэнергии, в том числе на тепловых электростанциях – 549 млрд кВт·ч, на ГЭС – 157,5 млрд кВт·ч, на АЭС – 103,5 млрд кВт·ч .

Гидроэлектростанции (ГЭС) являются весьма эффективными источниками энергии. Они используют механическую энергию падающей воды. Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) предназначена для преобразования механической энергии водного потока в электрическую энергию или, наоборот.

Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Необходимый для этого напор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким КПД (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.

Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:

· гидроэлектростанции (ГЭС);

· насосные станции (НС);

· гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

· комбинированные электростанции ГЭС– ГАЭС;

· приливные электростанции (ПЭС).

Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды. Гидростроительство в условиях равнин сложнее из-за преобладания мягких оснований под плотинами и необходимости иметь крупные водохранилища для регуляции стока. Сооружение ГЭС на равнинах вызывает затопление прилегающих территорий, что приносит значительный материальный ущерб.

Неоспоримыми преимуществами гидроэнергетики являются также низкая себестоимость производства электроэнергии, мобильность мощности для покрытия пиковой части графика нагрузки, инфляционная устойчивость, экологическая чистота производства. Себестоимость электроэнергии на ГЭС в России в 2000 г. в среднем была почти в 6 раз ниже, чем на ГРЭС. Сегодня накопленные знания позволяют больше внимания уделять экологическим факторам, в частности тем положительным эффектам, которые могут быть достигнуты при сооружения объекта гидроэнергетики. Всесторонний анализ дает возможность более полно оценить влияние ГЭС на окружающую среду.

Территория, с которой стекает вода в реку, называется водосборным бассейном данной реки (рис. 3.5). Линия – а, б, в, г, д, проходящая по повышенным местам и отделяющая друг от друга соседние бассейны, называется водораздельной линией или водоразделителем.

Рис. 3.5. Водосборы (бассейны) рек

Среднегодовой сток всех рек мира составляет 32 тыс. км 3 ; в таблице 3.1 приведены данные о речном стоке отдельных стран мира.

Таблица 3.1. Речной сток отдельных стран мира

Запасы поверхностного стока по территории России распределены неравномерно, что весьма неблагоприятно для народного хозяйства, в том числе и для энергетики. Более 80 % речного стока российских рек приходится на еще мало освоенные территории бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов. Особенностью стока реки является его неравномерное распределение как по годам, так и в течение года.

Многолетняя неравномерность стока неблагоприятна для всех отраслей народного хозяйства и прежде всего для энергетики. Различают: многоводные, средневодные и маловодные годы. В маловодные годы обычно значительно снижается выработка энергии на гидроэлектростанциях.

Неравномерность стока в течение года неблагоприятна для энергетики. Для большинства рек России маловодный период наблюдается зимой, когда потребность в электроэнергии наибольшая.

Гидроэлектростанция – это предприятие, на котором гидравлическая энергия преобразуется в электрическую.

Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование. В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п.

Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины (рис. 3.6). Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Рис. 3.6. Разрез по станционной плотине и зданию ГЭС

Среди типов гидроэнергетических установок ГЭС являются наиболее крупными. В России построена на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С.Непорожнего (рис. 3.7) мощностью 6,4 млн. кВт.

Рис. 3.7. Общий вид Саяно –Шушенской ГЭС имени П.С. Непорожнего

Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами, играют решающую роль в обеспечении надежности, устойчивости и живучести Единой энергетической системы России.

Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС .

В настоящее время принята следующая классификация ГЭС по их мощности: станции мощностью до 100 кВт – микрогэс, от 100 до 1000 кВт – мини-ГЭС, от 1000 до 10000 кВт – малые ГЭС и свыше 10000 кВт – крупные гидроэлектростанции.

Основные направления развития малой гидроэнергетики в России на ближайшие годы следующие: строительство малых ГЭС при сооружаемых комплексных гидроузлах; модернизация и восстановление ранее существующих малых ГЭС, сооружение малых ГЭС на небольших реках, возведение малых ГЭС на существующих водохранилищах, на каналах, трубопроводах подвода и отвода воды на объектах различного хозяйственного назначения.

Малые ГЭС (мощностью до 30 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).

Насосная станция предназначена для перекачки воды с низких отметок на высокие и транспортировки воды в удаленные пункты.

На насосной станции устанавливаются насосные агрегаты, состоящие из насоса и двигателя. Насосная станция является потребителем электрической энергии. Они используются для водоснабжения тепловых и атомных электростанций, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, в ирригационных системах, судоходных каналах, пересекающих водоразделы, и т.п.

Суммарное потребление электроэнергии также неравномерно. В утренние и вечерние часы коммунальная нагрузка наибольшая. График нагрузки некоторого района или города, представляющий собой изменение во времени суммарной мощности всех потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одни часы суток потребуется большая суммарная мощность генераторов, а в другие часы часть генераторов или электростанций должна быть отключена, или должна работать с уменьшенной нагрузкой. Количество электростанций и их мощность определяются относительно непродолжительным максимумом нагрузки потребителей. Это приводит к недоиспользованию оборудования и к удорожанию энергосистем. Так, снижение числа часов использования установленной мощности крупных ТЭС с 6000 до 4000 ч в год приводит к возрастанию себестоимости вырабатываемой энергии на 30–35 %.

Энергетики по возможности принимают меры по выравниванию графика суммарной нагрузки потребителей. Так, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой период времени она потребляется. Если электроэнергия потребляется в моменты максимумов нагрузки энергосистемы, то и стоимость ее устанавливается выше. Это повышает заинтересованность потребителей в таких перестройках своей работы, которые бы способствовали уменьшению электрической нагрузки в моменты максимумов потребления в энергосистеме. В целом возможности выравнивания потребления электроэнергии невелики. Следовательно, электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций. В этом случае успешно используются гидроаккумулирующие электростанции.

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего водохранилища пропускается через турбины в нижнее водохранилище, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт∙ч электроэнергии в энергосистеме.

ГАЭС мало зависят от естественных колебаний речного стока и, в отличие от ГЭС, их строительство вызывает меньшее затопление земель.

Мощность ГАЭС зависит от расхода воды и напора. При ограниченном объеме верхнего бассейна увеличение мощности может быть получено за счет большого напора. Поэтому горные районы удобны для сооружения ГАЭС. Например, огромную величину напора (около 1800 м) имеет ГАЭС Рейссек в Австрии. Там, где это возможно, стремятся использовать в качестве верхнего бассейна естественные водоемы. Например, в Англии для ГАЭС Лох-Ламанд используется высокогорный пруд.

К наиболее крупным ГАЭС относятся Лорх-на-Рейне (ФРГ) – 2400 МВт, Корнуэлл (США) – 2000 МВт, Лох-Ломонд (Англия) – 1200 МВт. В России построена Загорская ГАЭС (1,2 млн. кВт) и строится Центральная ГАЭС (3,6 млн. кВт).

Реконструкция ГЭС в ГЭС–ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.

Самые мощные ГЭС сооружены на Волге, Каме, Ангаре, Енисее, Оби и Иртыше.

Гидроузлы – соединения нескольких сооружений по использованию вод реки для производства электроэнергии, судоходства, водоснабжения и орошения земель – также широко распространены. Каскад гидроузлов сооружен на Волге.

Каскад гидроэлектростанций представляет собой группу ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока с целью полного последовательного использования его энергии. Установки в каскаде обычно связаны общностью режима, при котором водохранилища верхних ступеней регулирующе влияют на водохранилища нижних ступеней.

В составе каскада, созданного на Волге, действуют такие гидроэлектростанции, как: Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская (1,4 млн. кВт), Волжская (вблизи Волгограда).

Каскады гидроэлектростанций на реках европейской части страны находятся в районах с огромным промышленным потенциалом, а их значение состоит в том, чтобы свести к минимуму дефицит электроэнергии. Но массовое строительство ГЭС на равнинных реках повлекло за собой негативные последствия, связанные с возникновением крупных водохранилищ и затоплением ценных сельскохозяйственных земель, нарушением экологического равновесия, переносом населенных пунктов.

На основе ГЭС восточных районов формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких производствах.

В Сибири сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы. Одним из примеров этого может служить Ангаро-Енисейский каскад, в состав которого входят самые крупные гидроэлектростанции страны: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Братская (4,6 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт). Строится Богучановская ГЭС (4 млн. кВт). Общая мощность каскада в настоящее время – более 20 млн. кВт.

Типы гидроэнергетических установок

Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) предназначена для преобразования механической энергии водного потока в электрическую энергию или, наоборот, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию воды.

Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:

· гидроэлектростанции (ГЭС);

· насосные станции (НС);

· гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

· комбинированные электростанции ГЭС-ГАЭС;

· приливные электростанции (ПЭС).

Гидроэлектростанция - это предприятие, на котором гидравлическая энергия преобразуется в электрическую.

Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина , создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС , в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование (рис. 17.3). В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п.

Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат . В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Среди типов гидроэнергетических установок ГЭС являются наиболее крупными. В России построена на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего мощностью 6,4 млн кВт (рис. 17.4).

Ведется проектирование Туруханской ГЭС мощностью до 20 млн кВт.

Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами , играют решающую роль в обеспечении надежности , устойчивости и живучести Единой энергетической системы России.

Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС.

Малые ГЭС (мощностью до 30 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).

Насосная станция предназначена для перекачки воды с низких отметок на высокие и транспортировки воды в удаленные пункты.

На насосной станции устанавливаются насосные агрегаты, состоящие из насоса и двигателя . Насосная станция является потребителем электрической энергии.

Они используются для водоснабжения тепловых и атомных электростанций, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, в ирригационных системах, судоходных каналах, пересекающих водоразделы, и т.п.

Гидроаккумулирующая электростанция предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме.

В России работает Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт.

ГЭС-ГАЭС вырабатывает электроэнергию в период пика нагрузки за счет притока воды в верхний бьеф и за счет перекаченной из нижнего бьефа в верхний в период провалов нагрузки в энергосистеме.

Реконструкция ГЭС в ГЭС-ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.

Приливные электростанции преобразуют механическую энергию приливно-отливных колебаний уровня воды в море в электрическую энергию. В некоторых морских заливах приливы достигают 10-12 м, а наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада) и достигают 19,6 м.

Технические ресурсы приливной энергии России оцениваются в 200-250 млрд кВт · ч в год и в основном сосредоточены у побережий Охотского, Берингова и Белого морей.

В России наиболее перспективным наплавным способом возведена опытная Кислогубская ПЭС вблизи г. Мурманска. Во Франции построена ПЭС Ранс мощностью 240 МВт.

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС): эскиз сооружения, порядок работы. Генераторы электроэнергии ГАЭС, КПД. Сравнение с гидроэлектростанциями (ГЭС)

2.3 Классификация гидроаккумулирующих электростанций

гидроаккумулирующий электрический станция генератор

Гидроаккумулирующие электростанции в отличие от обычных ГЭС представляют собой комплекс сооружений и оборудования, предназначенный не только для генерирования электроэнергии, но и для ее аккумулирования. Поэтому, во многом сохраняя конструктивное и компоновочное сходство с обычными ГЭС, ГАЭС имеют и свои особенности. Независимо от индивидуальных особенностей каждой ГАЭС, все они имеют в том или ином конструктивном виде основной набор компоновочных элементов: верхний аккумулирующий и нижний бассейны, здание ГАЭС, водоприемник (один или два), напорные водоводы.

Широкий диапазон напоров и разнообразие применяемых схем ГАЭС обусловливают большое количество возможных компоновочных решений, которые в первую очередь зависят от рельефа местности и геологических условий.

Классификация ГАЭС может быть выполнена по ряду признаков:

по совмещению ГАЭС с обычными ГЭС - совмещенные и несовмещенные;

по схеме концентрации напора - приплотинные и деривационные;

по величине действующего напора - низконапорные (40-60 м), средненапорные (120-150 м) и высоконапорные (свыше 200 м);

по компоновке элементов гидроузла - с наземными, подземными или полуподземными машинными зданиями;

по конструкции напорных водоводов - с открытым или подземным расположением;

по конструкции верхнего и нижнего бассейнов - с искусственно сооружаемыми или естественными бассейнами (в том числе могут быть использованы бассейны ГЭС, ТЭС или АЭС);

по наличию естественной приточности - с приточностью в верхний бассейн, с приточностью в нижний бассейн;

по типу (компоновке) основного гидроэнергетического оборудования - с двухмашинными, трехмашинными или четырехмашинными гидроагрегатами;

по длительности цикла насосного аккумулирования - с суточным, недельным и сезонным (годичным) циклом работы.

По первому признаку ГАЭС различаются в зависимости от их совмещения с обычными ГЭС. Если источником электроэнергии, вырабатываемой ГАЭС при разряде, является только аккумулированная электроэнергия, получаемая ими от энергосистемы во время заряда, то такие станции являются несовмещенными с ГЭС. Естественная приточность воды в верхний аккумулирующий бассейн таких станций практически отсутствует, а полезные (оборотные) объемы верхнего и нижнего бассейнов одинаковы.

Несовмещенные гидроаккумулирующие электростанции называются ГАЭС «чистого», а иногда «полного» аккумулирования. К несовмещенному типу относится Загорская ГАЭС.

Совмещенное гидроаккумулирование по напору осуществляется в схемах с переработкой стока, когда высота насосного подъема воды на водораздел меньше напора, подводимого к гидротурбинам. При этом насосное и турбинное оборудование расположено в разных местах и на разных станциях: насосной и гидроэлектрической.

Совмещенное гидроаккумулирование по расходу применяется на станциях, использующих естественный сток рек и озер, который служит для дополнительной выработки электроэнергии наряду с выработкой при разряде ГАЭС. Аккумулирующей емкостью верхнего бьефа является водохранилище, которое также регулирует сток, а емкость нижнего бьефа-резервуара создается подпором нижележащей ступени ГЭС или специально созданной низконапорной плотины. Такие станции называются сокращенно ГЭС-ГАЭС. По такой схеме создается Зеленчукская ГЭС-ГАЭС, имеющая два обратимых гидроагрегата ГАЭС и два обычных гидроагрегата ГЭС по 70 МВт каждый. Верхнее водохранилище Зеленчукской ГЭС-ГАЭС искусственное с приточностью за счет отбора части стока рек Большой Зеленчук и Малый Зеленчук. Перебрасываемый в р. Кубань сток будет использоваться на нижележащих Кубанских ГЭС, расположенных на Большом Ставропольском канале, и на проектируемых Красногорских ГЭС на р. Кубань. Предполагалось, что Верхне-Красногор-ская ГЭС в своем верхнем бьефе создаст подпор для нижнего бьефа Зеленчукской ГЭС-ГАЭС и таким образом образует нижнее водохранилище ГАЭС. Однако при рабочем проектировании по техническим и организационным соображениям было принято решение о создании самостоятельного нижнего бассейна этой станции.

В районах, бедных гидроресурсами, получили преимущественное распространение ГАЭС несовмещенного гидроаккумулирования. Такие станции строятся при наличии соответствующих естественных условий: возможности концентрации наибольшего напора с расположением верхнего и нижнего бассейнов на наименьшем расстоянии один от другого. Для верхних бассейнов могут использоваться как существующие водоемы - озера и водохранилища, так и специально создаваемые искусственные бассейны. В качестве нижних, помимо рек и озер, может использоваться акватория морских заливов.

Наибольшее распространение в практике зарубежного строительства ГАЭС получили высоконапорные деривационные схемы с подземными компоновками основных элементов гидроузлов. Для равнинных ГАЭС России, Прибалтики и Украины с напором около 100 м более характерны деривационные схемы с открытым расположением напорных трубопроводов. Во всех деривационных схемах ГАЭС применяется напорная деривация. В соответствии с этой схемой созданы Загорская ГАЭС в России, Круонисская в Литве, Ташлыкская на Украине и др.

Величина напора на проектируемых ГАЭС, особенно ГАЭС наземного и полуподземного типа, зависит от топографических условий в районе площадки, выбранной для строительства. При выборе площадок при равенстве вариантов по прочим условиям выбирают вариант с большим напором.

Теоретическая мощность водотока (без учета потерь стока и водной энергии при ее преобразовании в электрическую в турбинном режиме) определяется следующим образом:

где N - мощность водотока, кВт;

Q - расход воды, м3/с;

H - напор, м.

Силой, осуществляющей работу водяного потока, является вес воды. Работа потока определяется напором (Н) водотока, т.е. разностью уровней воды в начале и конце рассматриваемого участка, и величиной расхода (Q) протекающей воды.

Из приведенной формулы видно, что при увеличении напора при неизменной мощности пропорционально уменьшается необходимый расход воды. Это означает, что чем больше напор, тем меньше расход воды, меньше диаметр напорных трубопроводов, меньше габариты рабочего колеса насосотурбины и, следовательно, меньше габариты машинного здания и стоимость всего сооружения.

Стремление к увеличению напора ГАЭС не совмещённого гидроаккумулирования и минимизации воздействия на природную среду привело к разработке схем шахтного типа с подземным расположением не только машинного зала, но и нижнего бассейна, создаваемого в скальных породах на глубине 500 и более метров. При этом в качестве нижнего бассейна могут использоваться отработанные рудничные выработки, карстовые полости или специально сооружаемые системы галерей. В качестве верхнего резервуара может использоваться существующий водоем, который является одновременно прудом-охладителем ТЭС или АЭС, а также естественный водоем в виде речной акватории или морского залива.

Использование компоновки гидроузла ГАЭС с подземным нижним водохранилищем отличается высокой экономичностью и возможностью применения во многих равнинных регионах, не имеющих естественных перепадов высот. Предварительные проектные проработки показывают, что применением подземных компоновок с высоким напором можно добиться уменьшения удельной стоимости ГАЭС на 25-30 % по сравнению с наземными или полуподземными компоновками.

Машинные здания полуподземного (заглубленного) типа применяются в случае заглубления напорных трубопроводов относительно земной поверхности и при необходимости обеспечения превышения уровня воды в нижнем бьефе над рабочим колесом насосотурбины для ослабления кавитационных процессов.

Ветровые электростанции

Существуют два вида ветровых электростанций: с горизонтальной осью - привычный всем пропеллер, и станции с вертикальной осью вращения. Вторые, несмотря на то, что генератор у них находится под мачтой...

Виды и расчет волновой электростанции

Все существующие виды топливной энергии в природе подразделяются на твердые, жидкие и газообразные. Некоторые группы топлива, в свою очередь, подразделяются на две подгруппы, из которых одна подгруппа представляет собой топливо в том виде...

Виды электростанций

Энерговооруженность является основой технического прогресса. Энергетический кризис 1970-х годов существенно обострил проблему энергообеспечения общества. Стало ясно, что период дешевых и легкодоступных источников энергии окончился...

Использование ветряной энергии

Плюсы: · Экологическая чистота работы (отсутствие выбросов каких-либо видов газов); · Возобновляемая неисчерпаемая энергия (в отличие от ископаемых видов горючего); · Эргономика (компактность и сочетание с любым родом ландшафта); · Отсутствие...

Планирование производственной программы энергосистемы

Для распределения электрической нагрузки по энергосистеме в целом в первую очередь необходимо распределить электрическую и тепловую нагрузки на ТЭЦ № 3. Тепловая нагрузка в горячей воде (1...

Солнечные электростанции

Все солнечные электростанции (сэс) подразделяют на несколько типов: - СЭС башенного...

солнечная электростанция батарея На сегодняшний день всем известна проблема энергосбережения, множество учёных мира борются с ней, разрабатывая новые технологии в энергетике...

Солнечные электростанции: усовершенствование технологий

По данным аналитиков текущий объем рынка солнечных батарей составляет около 24 миллиардов долларов. На солнечную энергетику приходится менее 0,04% мирового производства энергии, но если покрыть солнечными панелями всего лишь 4% пустынь Земли...

Состав, свойства и классификация природных газов, методы определения их состава

Существует классификация и индексация природных газов по содержанию полезных компонентов В.И. Старосельского, которая основана на требованиях промышленности по минимальной концентрации компонентов, являющихся ценным химическим сырьем...

Что такое электричество

В зависимости от источника энергии различают: Тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо. Атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию. Гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды рек...

Наряду с централизованным способом электроснабжения потребителей от сетей энергосистем в ряде случаев необходимо предусматривать местные источники электроснабжения. К ним относятся дизельные электростанции...

Эксплуатация дизельных электростанций

Перед пуском электроагрегат ДЭС должен быть тщательно проверен и подготовлен к работе. Необходимо осмотреть дизель, генератор, вспомогательные агрегаты, панели и щиты и устранить обнаруженные неисправности...

Эксплуатация дизельных электростанций

Пуск и остановка ДЭС могут быть ручными -- с местного щитка управления дизелем...

Энергетические установки с низкокипящими рабочими телами

Размещено на http://www.allbest.ru/ Размещено на http://www.allbest.ru/ Электрические станции на НРТ (т.е. станции...

Энергосбережение в доме

Тип электростанций Строительство и эксплуатация Работа в энергосистеме Воздействие на окружающую среду Тепловые (ТЭС) Строятся быстро и дешево, но потребляют большое количество топлива, следовательно...

(ГАЭС)

насосно-аккумулирующая электростанция, Гидроэлектрическая станция , принцип действия (аккумулирования) которой заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от др. электростанций, в потенциальную энергию воды; при обратном преобразовании накопленная энергия отдаётся в энергосистему главным образом для покрытия пиков нагрузки. Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис. ) состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса, или двухмашинными - обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 60-х гг. 20 в. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.

Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростанциями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), используется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоёма в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме; выработанная при этом электроэнергия отдаётся в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоёме. Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоём, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной. Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами. Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколькими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную манёвренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа её работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных её достоинств.

Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным средством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частности, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточным, недельным и сезонным полными циклами регулирования. Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен м , сооружаемые на скальном основании. Общий кпд ГАЭС в оптимальных расчётных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение кпд с учётом потерь в электрической сети не превышает 0,66.

ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т.к. сооружение протяжённых линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.

В СССР разработано несколько проектов сооружения ГАЭС на территории Европейской части страны, в том числе в районе Москвы; первая ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами общей мощностью 200 Мвт (200 тыс. квт ) сооружается (1971) в зоне верхнего Бьеф а Киевской ГЭС. ГАЭС сооружаются (1971) в ФРГ, США, Великобритании, Австрии, Франции, Японии, ГДР и др. Среди крупных действующих зарубежных ГАЭС: Круахан (Великобритания) - 400 Мвт , напор 440 м , введена в 1966; Том-Сок (США) - 350 Мвт , в двух агрегатах по 175 Мвт , напор 253 м (1963); Хоэнварте-11 (ГДР) - 320 Мвт , напор 305 м (1965); Вианден (Люксембург) - 900 Мвт , напор 280 м (1964). Общая мощность ГАЭС в странах мира к 1970 превысила 15 Гвт (15 млн. квт ).

Лит.: Методы покрытия пиков электрической нагрузки, под ред. Н. А. Караулова, М., 1963; Саввин Ю. М., Гидроаккумулирующие электростанции, М. - Л., 1966; Доценко Т. П., Киевская ГЭС на р. Днепре, «Гидротехническое строительство», 1963, № 5.

Н. А. Караулов, В. А. Прокудин.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Гидроаккумулирующая электростанция" в других словарях:

- (ГАЭС) гидроэлектростанция, используемая для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки. Содержание 1 Принцип работы 2 История 3 … Википедия

гидроаккумулирующая электростанция

гидроаккумулирующая электростанция - ГАЭС Гидроэлектрическая станция, оборудованная агрегатами для гидроаккумулирования. [ГОСТ 19185 73] электростанция гидpoаккумулирующая Гидроэлектростанция, потребляющая в насосном режиме электроэнергию для преобразования её в механическую энергию … Справочник технического переводчика

- (ГАЭС) гидроэлектростанция, которая перекачиванием воды из нижнего бассейна в верхний накапливает (аккумулирует) избыточную энергию, вырабатываемую другими электростанциями, когда спрос на электрическую энергию мал (напр., ночью), и преобразует… … Большой Энциклопедический словарь

гидроаккумулирующая электростанция - Гидроэлектростанция, которая перекачиванием воды из нижнего бассейна в верхний накапливает избыточную энергию, вырабатываемую другими электростанциями, когда спрос на электроэнергию мал, и преобразует потенциальную энергию запасенной воды в… … Словарь по географии

гидроаккумулирующая электростанция - hidroakumuliacinė elektrinė statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. pumped storage power plant; pumped storage power station vok. Pumpspeicherkraftwerk, n rus. гидроаккумулирующая электростанция, f pranc. centrale de pompage, f … Automatikos terminų žodynas

гидроаккумулирующая электростанция - hidroakumuliacinė elektrinė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Elektrinė, kurioje energija kaupiama kaip vandens atsarga. Joje perteklinė (nakties, ne darbo metu) elektros energija naudojama vandeniui pumpuoti į viršutinę (akumuliacinę)… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

- (ГАЭС), насосно аккумулирующая электростанция, гидроэлектрическая станция, принцип действия к рой заключается в преобразовании электрич. энергии, получаемой от др. электростанций, в потенц. энергию воды (аккумулирование) с последующим по мере… … Большой энциклопедический политехнический словарь

- (ГАЭС), гидроэлектрическая станция, способная накапливать запас воды в верхнем бассейне для дальнейшего его использования (гл. обр. выработки электроэнергии) по мере необходимости. Гидротехнические сооружения ГАЭС состоят, как правило, из двух… … Энциклопедия техники

- (ГАЭС), гидроэлектростанция, которая перекачиванием воды из нижнего бассейна в верхний накапливает (аккумулирует) избыточную энергию, вырабатываемую другими электростанциями, когда спрос на электроэнергию мал (напр., ночью). Затем преобразует… … Географическая энциклопедия

Случаются такие режимы в работе потребителей электроэнергии, когда в системе электроснабжения возникают избыточные электрические мощности. В такие моменты агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины. То есть, ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок.

Гидроаккумулирующие электростанции перераспределяют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, во времени в соответствии с требованиями потребителей. Принцип действия гидроаккумулирующей станции основан на ее работе в двух режимах: насосном и турбинном. В насосном режиме вода из нижнего водохранилища (бассейна) ГАЭС перекачивается в вышерасположенный верхний бассейн. Во время работы в насосном режиме (обычно в ночные часы, когда нагрузка в энергосистеме снижается) ГАЭС потребляет электрическую энергию, вырабатываемую другими электростанциями энергосистемы. В турбинном режиме ГАЭС использует запасенную в верхнем бассейне воду, агрегаты станции при этом вырабатывают электроэнергию, которая подается потребителю в часы пиков нагрузки. Поэтому на ГАЭС удобно использовать так называемые обратимые гидроагрегаты, могущие работать и как турбины, и как насосы.

Гидроаккумулирующая электростанция

1 – верхний аккумулирующий бассейн; 2 – здание электростанции; 3 – река;

4 – водовод; 5 – плотина

Водоводы Загорской ГАЭС

На территории России работает Загорская ГАЭС, входящая в десятку крупнейших электростанций страны. Она расположена на реке Кунья в Московской области. На настоящий момент это самая крупная ГАЭС России. Строительство ЗаГАЭС началось в 1974 году, акт о вводе в эксплуатацию подписан в 2003 году.

Мощность Загорской ГАЭС – 1200/1320 МВт (в турбинном/насосном режимах).

В здании ГАЭС установлено 6 обратимых гидроагрегатов радиально-осевого типа мощностью по 200/220 МВт, работающих при расчётном напоре 100 м.

Эксплуатация Загорской ГАЭС показала ее высокую эффективность. Поэтому был разработан проект расширения станции – строительство Загорской ГАЭС-2. Проектная мощность этой ГАЭС – 840 МВт (4 обратимых гидроагрегата по 210 МВт).

Работы по строительству ГАЭС-2 были развернуты в 2007 году, окончание строительства запланировано на 2013 год.

Кроме того, в России имеется гидроаккумулирующий комплекс на канале имени Москвы и Кубанская ГАЭС на Большом Старопольском канале.

Эффективность эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций определила их востребованность. Помимо уже строящейся Загорской ГАЭС-2 существуют несколько проектов разной стадии реализации по строительству гидроаккумулирующих станций в России.

В 2011 году должно начаться строительство Ленинградской ГАЭС мощностью 1560 МВт станции на реке Шапша в Лодейнопольском районе под Петербургом. По проекту сроки окончания строительства – 2016 год.

Кроме того, проектируются следующие ГАЭС:

· Зеленчукская ГЭС-ГАЭС,

· Владимирская ГАЭС на реке Клязьма,

· Курская ГАЭС,

· Волоколамская ГАЭС на реке Сестра,

· Центральная ГАЭС на реке Тудовка,

· Лабинская ГАЭС на реке Лаба.

Самую мощную в мире ГАЭС строят на реке Днестр на Украине. Ее проектная мощность составляет 2268 МВт в генерирующем режиме и 2947 МВт в насосном режиме. Строительство идет с 1985 года, в 2009 году введен в действие первый гидроагрегат.