Деривационные гидроэлектростанции

Такие ГЭС устраиваются в местах, где русло реки имеет большой уклон, и устройство плотины не позволит накопить большие запасы воды. В этом случае вода забирается из русла реки на некотором расстоянии от здания ГЭС и по водоводам (derivatio по латыни – отведение) с небольшим уклоном отводится к зданию ГЭС. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС на большой высоте (с большим напором). Благодаря этому уровень воды в конце водовода оказывается выше уровня воды в реке. Этой разностью уровней и создается напор гидроэлектростанции.

На горных реках с большими падениями (выше 6 – 8 м на 1 км длины реки) деривационные ГЭС выгоднее плотинных.

В другом случае в начале деривации на реке создается плотина и устраивается водохранилище, от которого и ведутся водоводы – такая схема называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

Деривационная ГЭС

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)

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.

Гидроаккумулирующая электростанция

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.

Приливные электростанции (ПЭС)

Приливные электростанции используют течения, возникающие при приливах и отливах два раза в сутки. Периодические повышения и понижения уровня моря при приливах и отливах определяются силами притяжения системы Земля-Луна-Солнце и центробежными силами. Амплитуда колебания уровня моря меняется с течением времени в зависимости от астрономических факторов. Ее максимальное значение в открытом океане составляет около 2 м и значительно увеличивается у побережья в проливах и узких заливах. Наибольшие приливы наблюдаются: в заливе Фанди в Северной Америке – 19,6 м, в устье реки Северн (Англия) – 16,3 м, во Франции в Гранвиле – 14,7 м. На российском побережье наибольшие приливы имеют место в Пянжинской губе Охотского моря – 11 м и в Мезенском заливе Белого моря – 10,2 м.

Использование энергии морских приливов издавна привлекало человечество. При наличии удобного естественного залива или фиорда он может быть отделен от моря плотиной и зданием ПЭС, образуя бассейн, уровни воды в котором в некоторые периоды времени будут отличаться от уровня моря и получающийся таким образом перепад (напор) использован для работы гидроагрегатов. При этом возможна такая организация работы ПЭС, при которой выработка электроэнергии будет происходить как при отливе (рис.а), так и при приливе (рис.б).

Современные ПЭС оснащаются гидроагрегатами, работающими на шести режимах в двух направлениях движения воды: прямые и обратные турбинные, прямые и обратные насосные, прямые и обратные холостые пропуски воды. Для реализации этих режимов используют горизонтально установленные агрегаты типа «насос – турбина». Они вырабатывают электроэнергию и при приливах, и при отливах, а для создания больших напоров работают как насосы и подкачивают воду из моря в бассейн и из бассейна в море в переходные периоды времени.

Приливные электростанции двустороннего действия способны вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами в 1-2 ч четыре раза в сутки.

Приливная электростанция

Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы – с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока. Недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны. Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым – условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения.

С 1967 года эксплуатируется приливная электростанция «Ля Ранс» во Франции – первая и крупнейшая в мире приливная электростанция в устье реки Ранс, рядом с г. Сен-Мало в области Бретань Франции.

Приливная электростанция «Ля Ранс»

Выбор места строительства электростанции был обусловлен значительными приливами в устье реки, высота которых здесь может достигать 13,5 м, а их обычная высота – 8 м.

Приливная электростанция «Ля Ранс»

Мощность электростанции «Ля Ранс» – 240 МВт. Себестоимость одного кВт·ч станции «Ля Ранс» приблизительно в 1,5 раза ниже обычной стоимости кВт·ч на электростанциях Франции. Станция имеет протяженную плотину длиной 800 м.

В России c 1968 года действует экспериментальная приливная электростанция в Кислой губе на побережье Баренцева моря. На 2009 год её мощность составляет 1,7 МВт.

Приливные электростанции существуют в Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах. Известные станции: Канадская – ПЭС Аннаполис и Норвежская – ПЭС Хаммерфест. Преимуществами ПЭС являются экологичность и низкая себестоимость производства энергии. Недостатками – высокая стоимость строительства и изменяющаяся в течение суток мощность.

Кислогубская приливная электростанция

Вид на Кислогубскую приливную ЭС, причал и катер

В Северной Ирландии строится электростанция SeaGen, которая будет использовать быстрый поток воды, возникающий при приливах и отливах в узком морском заливе Лох-Стрэнгфорд. Скорости течения там достигают 4 м/с.

Приливная электростанция SeaGen

Основной элемент системы – турбины с двумя лопастями. Мощность одного агрегата – 1,2 МВт.

В Шотландии установили крупнейшую приливную турбину, вращающуюся со скоростью всего 6 – 8 м в минуту. Предполагается, что такое медленное вращение не окажет вредного влияния на флору и фауну моря.

Мощность этой установки 1 МВт при скорости течения 2,65 м/с.

Приливная электростанция в городе Инвергордон (Шотландия)

Схема приливной электростанции