Очень необычная гидроэлектростанция находится неподалеку от городка Лестервилль, штат Миссури. До ближайшего источника воды – порядка 80 километров. Как же тогда она работает и нужно ли это вообще?

Данная электростанция состоит из двух отстоящих на расстоянии друг от друга частей и работает только в пиковые моменты нагрузок в электросети. Резервуар с водой открывается, и вода течет вниз к турбинам. Как только нагрузка в сети падает, вода, при помощи остаточной электроэнергии, возвращается обратно в резервуар. Таким образом, получается, что ГЭС можно считать самодостаточным аккумулятором (ГАЭС). Стоимость проекта на момент запуска в 2010-м году составила около полумиллиарда долларов. Резервуар вмещает порядка 5 миллиардов кубометров воды.

ГАЭС использует в своей работе либо комплекс генераторов и насосов, либо обратимые гидроэлектроагрегаты, которые способны работать как в режиме генераторов, так и в режиме насосов. Во время ночного провала энергопотребления ГАЭС получает из энергосети дешёвую электроэнергию и расходует её на перекачку воды в верхний бьеф (насосный режим). Во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывает при этом дорогую пиковую электроэнергию, которую отдаёт в энергосеть (генераторный режим).

Она разработана, чтобы помочь удовлетворить пиковое потребление электроэнергии в течение дня. Во время периодов высокого потребления вода, сохраненная в резервуаре оригинальной формы на горе Проффит, выпускается через турбины в более низкий резервуар, на расстоянии в два километра, на Восточном берегу Черной Реки. Ночью, когда электрическое потребление низко, лишнее электричество, доступное в энергосистеме, используется, чтобы накачать воду назад к горной вершине. В основном, электростанция функционирует, как огромная батарея, храня лишнюю энергию, пока это не необходимо.

В крупных энергосистемах большую долю могут составлять мощности тепловых и атомных электростанций, которые не могут быстро снижать выработку электроэнергии при ночном снижении энергопотребления или же делают это с большими потерями. Этот факт приводит к установлению существенно большей коммерческой стоимости пиковой электроэнергии в энергосистеме, по сравнению со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой в ночной период. В таких условиях использование ГАЭС экономически эффективно и повышает как эффективность использования других мощностей (в том числе и транспортных), так и надёжность энергоснабжения.

Опыт использования ГАЭС в целях регулирования электрических режимов показал, что они являются не только генерирующим источником, но и источником оказания системных услуг, способствующих как оптимизации суточного графика нагрузок, так и повышению надёжности и качества электроснабжения.

Строительство станции Таум Саук началось в 1960, а работать она начала в 1963. Два турбинных насоса способны к производству 175 мегаватт энергии. Они были модернизированы в 1999 году до 225 мегаватт каждый.

Первые ГАЭС появились в Западной Европе в конце XIX века. Так, в 1882 году в Швейцарии, в окрестностях Цюриха, была построена установка Леттем с двумя насосами общей мощностью в 103 кВт. Спустя 12 лет, подобная установка заработала на одной из итальянских прядильных фабрик. Если к началу XX века общее число ГАЭС в мире не превышало четырёх, то уже к началу 1960-х оно достигло 72, а к 2010 году - 460.

Taum Sauk Hydroelectric Power Station находится в горной области Миссури Озаркс примерно в 140 км к югу от Санкт- Луи вблизи Лестервилл, штат Миссури.

Гидроаккумулирующая электростанция по внешнему виду может быть неотличима от обычной ГЭС, стоящей на реке, а может представлять собой такой вот необычный резервуар, как станция Taum Sauk в Миссури. В любом случае – это большая территория и большие объёмы строительства.

4 декабря 2005 года в верхнем водном резервуаре Taum Sauk гидроэлектростанции близ городка Лестервиль произошло разрушение дамбы, в результате чего хлынувшие потоки воды смыли несколько домов и автомашин. Вода из верхнего резервуара площадью 50 акров вытекла всего за 12 минут.

По результатам расследования аварии было установлено, что причинами разрушения дамбы ограждения верхового бассейна ГАЭС Taum Sauk были его переполнение и перелив воды через гребень дамбы вследствие сбоя в компьютерной программе системы автоматического регулирования уровня воды в бассейне.

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.

Сегодня познакомлю вас с не совсем обычной электростанцией. Помимо того, что ГЭС построена по деривационной схеме, с большим количеством каналов и туннелей, через очень короткое время она еще станет гидроаккумулирующей.

Строительство станции в Карачаево-Черкесии, между городами Карачаевск и Усть-Джегута началось в 1976 и закончилось в 2006.

1. По первоначальному проекту, на станции должно было быть установлено 4 радиально-осевых гидроагрегата мощностью по 80 МВт. Но в результате протестов экологов, так и из-за недостатка средств в 1993 году первоначальный проект был скорректирован в сторону уменьшения отбора стока, что привело к уменьшению мощности и выработки ГЭС.

В 2006 году было принято решение о строительстве ГАЭС с изпользованием заделов под неустановленные 2 гидроагрегата.

2. Начнем с уже работающей ГЭС. Как видно из схемы сооружения Зеленчукской ГЭС расположены на огромной территории, поэтому хочу начать с самого начала.

3. Первый гидроузел станции расположен в 33 км на реке Большой Зеленчук. До него мы не доехали, а побывали на похожем водозаборе на реке Аксаут, введенном в эксплуатацию в 1999 году.

4. Он включает в себя: насыпную плотину высотой 12 м,

5. Водозаборное сооружение, рыбоход

6. паводковый водосброс.

9. Для прохождения воды через ущелье было построено еще одно необычное гидросооружение - Кардоникский дюкер длиной 3,7 км.

11. Вот такой сложный путь проделывает вода для того, чтобы попасть в уравнительный резервуар, а потом в станционные водоводы длиной 525 м;

12. От уравнительного резервуара открывается красивейший вид на станцию и строящийся нижний бассейн площадью 15 га и полезным объёмом 0,9 млн м³.

13. Если посмотреть в другую сторону, то открывается вид на поселок Кумыш.

14. А на склонах гор пасется шашлык. Кстати, говорят, что из черных барашков шашлык вкуснее.

15. Ладно, вернемся к Зеленчукской ГЭС.

16. Мощность ГЭС — 160 МВт, среднегодовая выработка 501 млн.кВт·ч. В здании ГЭС установлено 2 радиально-осевых гидроагрегата мощностью по 80 МВт, работающих при расчетном напоре 234 м.

17. Система управления гидроагрегатами.

19. Гидроагрегат № 1.

20. Помещение этажом ниже. Здесь находятся рабочие колеса гидроагрегатов станции.

21. Подобные шаровые затворы диаметром 2240 мм установлены всего на трех станциях в России.

22. Масштабно!

23. Теперь наверх.

24. ОРУ действующих гидроагрегатов.

25. Устройство ГЭС мы посмотрели, теперь про строющуюся ГАЭС. ГАЭС - гидроэлектростанция, используемая для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки. Во время ночного провала энергопотребления ГАЭС получает из энергосети дешёвую электроэнергию и расходует её на перекачку воды в верхний бьеф (насосный режим). Во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывает при этом дорогую пиковую электроэнергию, которую отдаёт в энергосеть (генераторный режим).

26. Для этого на станции были построены водоприёмник нижнего бассейна

27. и нижний бассейн площадью 15 га и полезным объёмом 0,9 млн м³, расположен на правой террасе р. Кубань.

28. Уже в августе 2015 года нижний бассейн должен наполниться водой.

29. Строительство находится в завершающей фазе.

30. Монтаж козлового крана, который будет поднимать сороудерживающие решетки нижнего бассейна.

32. В здании ГАЭС установлены 2 обратимых радиально-осевых гидроагрегата мощностью по 80/70 МВт, работающих при расчетном напоре 234 м. При строительстве ГАЭС были широкое использованы частично построенные сооружения Зеленчукской ГЭС, оставшиеся без назначения после корректировки проекта.

33. Наладчики гидроагрегатов.

34. Обратимый радиально-осевой гидроагрегат мощностью по 80/70 МВт

35. Так он выглядит снизу.

36. Монтаж систем управления гидроагрегатов ГАЭС.

37. Управление ГЭС и ГАЭС будет осуществляться из единого Центра управления.

38. Для гидроагрегатов ГАЭС смонтированы новые трансформаторы компании Siemens.

39. Компактное КРУЭ швейцарской компании ABB

40. Обжим медного кабеля.

42. Для увеличевшегося штата сотрудников строится новая столовая.

43. Вот такой подробный репортаж получился после посещения Зеленчукской ГЭС-ГАЭС.

Спасибо компании

Гидроэлектрические станции

Общие положения

Гидроэлектрическая станция - это комплекс сооружений и оборудования, посредством которого энергия водотока преобразуется в электрическую энергию. Она состоит из гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание сосредоточенного напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущегося под напором воды в электрическую энергию.

Совокупность гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования принято называть гидроэнергетической установкой . Различают следующие основные их типы:

Гидроэлектростанции (ГЭС);

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

Приливные электростанции (ПЭС).

Гидроэлектрические станции - это высокоэффективные источники электроэнергии. В большинстве случаев гидроэлектростанции представляют собой объекты комплексного назначения, обеспечивающие нужды энергетики и других отраслей народного хозяйства: мелиорации земель, водного транспорта, водоснабжения, рыбного хозяйства и других отраслей.

Сразу отметим ряд достоинств ГЭС, обеспечивающих их высокую эффективность. ГЭС работают на возобновляемом энергоресурсе, использование которого не истощает топливных запасов Земли.

Агрегаты ГЭС обладает очень высокой манёвренностью, способны быстро изменять выдаваемую в энергосистему электрическую мощность. Таким образом, ГЭС способны эффективно работать в периоды кратковременных максимумов (пиков) нагрузки. В аварийных условиях дефицита электрической мощности в энергосистеме ГЭС обеспечивают быстрый ввод дополнительной мощности, что значительно повышает надёжность работы всей системы в целом и позволяет уменьшить резервные мощности на ТЭС.

ГЭС лучше других электростанций приспособлена к автоматическому управлению и требуют меньше эксплуатационного персонала, чем аналогичной мощности ТЭС (в четыре раза) и АЭС (в шесть раз). Некоторые ГЭС сравнительно небольшой мощности работают вообще без постоянного обслуживающего персонала полностью в автоматическом режиме.

Существенно и то, что на ГЭС отсутствуют вредные выбросы в атмосферу, воду, почву.

Однако существует и ряд проблем при использовании ГЭС. Прежде всего, ограниченность гидроэнергетических ресурсов, неравномерность их распределения, в том числе наличие мощных источников гидроэнергии в удалённых и труднодоступных местах. При сооружении ГЭС приходится выполнять большие объемы строительных работ, возводить высокие плотины и т.д., что увеличивает сроки строительства до 10...15 лет. Оказывает гидроэнергетика и негативное влияние на экологию, что подробнее рассмотрено ниже.

Гидроэлектростанции (ГЭС)

По схеме использования водных ре­сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч­но подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и без­напорной деривацией, а также комбинированные. В зависимости от напора ГЭС подразделяют на высоконапорные (более 80 м), средненапорные (от 25 до 80 м) и низконапорные (до 25 м).

В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе­регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах. Технологические схемы таких ГЭС показаны на рис. 2.18.

ГЭС с русловым зданием (рис. 2.18а) характеризуется тем, что ее здание входит в состав водонапорных сооружений и воспринимает давление воды со стороны верхнего бьефа. Конструкция здания в этом случае должна удовлетворять всем требованиям устойчивости и прочности, предъявляемым к плотинам. Размеры здания, в частности его высота, поэтому русловые ГЭС строятся при сравнительно небольших напорах - до 40 м.

ГЭС с приплотинным зданием (рис. 2.18б) характеризуется тем, что ее здание располагается за плотиной и не воспринимает давление воды. На крупных современных ГЭС такого типа напор доходит до 300 м.

Деривационная схема ГЭС позволяет получить сосредоточенный перепад путем отвода вода из естественного русла по искусственному водоводу, имеющему меньший продольных уклон. Благодаря этому уровень воды в конце водовода оказывается выше уровня воды в реке. Эта разность уровней и является напором ГЭС.

При безнапорной деривации (рис. 2.19) отвод воды из реки осуществляется безнапорными водоводами, например, открытым каналом. Длина деривационного канала бывает от сотен метров до десятков километров. Для забора воды в канал в русле реки возводится невысокая плотина, создающая водохранилище. Деривационный канал заканчивается напорным бассейном, из которого вода по трубопроводам подается к турбинам в здание станции. Прошедшая через турбины вода возвращается в русло реки по отводящему каналу.

При напорной деривации (рис. 2.20) отвод воды из реки осуществляется по напорному туннелю. Существуют также комбинированные схемы, в которых напор создается как плотиной, так и деривационными сооружениями.

Сооружение деривационных ГЭС целесообразно в горных условиях при больших уклонах рек и относительно малых расходах воды.

Принцип работы ГЭС всех типов одинаков. Вода под действием силы тяжести движется по водоводам из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором синхронного генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидрогенератор. В турбине энергия водотока преобразуется в механическую энергию вращения, а генератор преобразует эту энергию в электрическую.

Существует целый ряд конструкций гидравлических турбин (рис. 2.21). Тип используемой турбины зависит от напора. На низконапорных ГЭС используют или пропеллерные или более экономичные поворотно-лопастные турбины (рис. 2.21 в и д ), которые имеют подварианты: двухперовые (е ) и диагональные (ж ). Средненапорные ГЭС в основном используют радиально-осевые турбины (в ), наконец, высоконапорные ГЭС используют как радиально-осевые, так и ковшовые турбины (б ). На рис. 2.21 также показана технология использования ковшовой турбины.

Зависимость выбора вида турбины от величины напора прежде всего связана с явлением кавитации - образованием пузырьков, заполненных паром. Пузырьки пара появляются в результате резкого падения давления воды ниже критического при ее движении в турбине в тех местах, где увеличивается скорость. При снижении скорости и увеличении давления происходит скачкообразное превращение пара в воду. В этом месте возникают гидравлические удары, приводящие в конечном итоге к разрушению турбины. Радиально-осевые турбины в меньшей степени подвержены кавитации, еще в меньшей степени подвержены кавитации ковшовые турбины.

Вода подается на лопатки турбины из спиральной камеры через направляющий аппарат. Спиральная камера обеспечивает равномерный подвод воды ко всем лопаткам одновре-менно, а направляющий аппарат обеспечивает необходимые углы подачи воды. Двойное регулирование угла подачи воды (направляющим аппаратом и поворотом лопастей) обеспечивает автоматическое поддержание высокого КПД в широком диапазоне изменения мощности.

Для любого типа ГЭС мощность, вырабатываемая одной турбиной, равна:

P = 9,81∙Q ∙H ∙η , кВт.

Здесь Q - расход воды через турбину, м 3 /с; H - напор, равный разности отметок горизонтов верхнего и нижнего бьефов, м; η - КПД, зависящий от типа и режима работы турбины. Значение КПД турбины, а также его изменение, обусловленное изменением расхода воды, определяется по справочным материалам.

Для наиболее полного преобразования энергии воды в механическую энергию для всех типов турбин скорость движения лопаток выбирается такой, что на их выходе абсолютная скорость движения воды равна нулю. При этом частота вращения вала турбины равна

, об./мин.,

где n s - коэффициент быстроходности турбины, численно равный частоте вращения вала турбины данного типа при мощности и напоре соответственно 0,736 кВт и 1 метр. Значения этого коэффициента также приводятся в справочных материалах.

В то же время, как было показано ранее, частота вращения вала турбины определяется числом пар полюсов синхронного генератора. По принципу действия синхронные генераторы ГЭС ничем не отличаются от синхронных генераторов тепловых станций. Однако они выполняются на гораздо меньшее число оборотов. Роторы синхронных генераторов выполняются явнополюсными, с большим числом пар полюсов (от 5 до 48). Соответственно скорости вращения вала турбины могут составлять от 600 до 62,5 об./мин. (По другим данным - от 16⅔ до 1500 об./мин.) Как и в случае тепловых станций, генераторы выпускаются под конкретную турбину. Генератор в сочетании с турбиной называется гидрогенератором .

Гидрогенераторы подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные гидрогенераторы выполняются: подвесного типа (рис. 2.22 а), зонтичного типа с опорой на нижнюю крестовину (рис. 2.22 б) или зонтичного типа с опорой на крышку турбины (рис. 2.22 в).

Горизонтальные гидрогенераторы (рис. 2.23) выполняются погружного типа и заключаются в водонепроницаемую оболочку.

Мощности единичных гидроагрегатов определяются, прежде всего, параметрами источников гидроэнергии, однако в настоящее время имеется тенденция увеличения мощности применяемых гидрогенераторов. Наиболее мощными являются гидрогенераторы, установленные на ГЭС Итайпу (Бразилия) - 823,6 МВА и Саяно-Шушенской ГЭС (Россия) - 820 МВА.

При эксплуатации ГЭС важнейшей задачей является регулирование речного стока водохранилищами ГЭС. Естественный сток рек очень неравномерен. Например, в половодье за 1…3 месяца проходит 60...70% годового стока. Интенсивность стока изменяется также из года в год (дожди, засуха). На эти изменения накладывается неравномерная потребность в электрической энергии, а значит, и в запасах воды. Потребление электроэнергии зависит от времени суток, дня недели, погодных условий, времени года и ещё целого ряда факторов, многие из которых являются случайными. Всё это приводит к необходимости регулирования стока с помощью водохранилищ, где задерживается избыточный естественный приток, когда он превышает спрос потребителей, и расходуется, когда этот спрос больше притока. Для учета изложенных факторов на практике применяют различные циклы регулирования: суточный, недельный, годичный, многолетний.

Разумное планирование всей системы гидроузла в целом, учёт каскадности гидросооружений (например, Волжский каскад ГЭС) и режима гидропотока способны обеспечить экономический, хозяйственный, социальный эффект значительно выше, чем отдельно взятая ГЭС.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)

Производство электроэнергии на электрических стан­циях и ее потребление пред­ставляют собой процессы, взаимосвязанные таким обра­зом, что в силу физических закономерностей мощность потребления электроэнергии в любой момент време­ни должна быть равна генерируемой мощности.

Хорошо известно, что крупные тепловые и атомные электростанции должны работать в так называемом базовом режиме, т.е. с постоянной нагрузкой достаточно длительное время. В этом случае они имеют максимальную эффективность. С другой стороны потребляемая нагрузка изменяется в течение суток и недели. График нагрузки некоторого района или города, пред­ставляющий собой изменение во времени суммарной мощ­ности всех потребителей, имеет провалы и максимумы. Число электростанций и их мощность определяются относитель­но непродолжительным максимумом нагрузки потребите­лей. Это приводит к недоиспользованию оборудования и удорожанию энергосистем и увеличению себестоимости электричества. Периодические включения и отключения ТЭС не по­зволяют решить задачу регулирования мощности из-за большой продолжительности этих процессов. Для урегулирования этого противоречия необходимы мобильные регуляторы нагрузки, одним из вариантов которых являются гидроаккумулирующие электростанции(ГАЭС).

Технологическая схема ГАЭС показана на рис. 2.24. Принцип ее действия заключается в следующем. В период спада нагрузки в энергосистеме ГАЭС работает в насосном режиме и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний. При этом она потребляет избыток электрической мощности, тем самым, позволяя КЭС и АЭС работать с постоянной нагрузкой. В периоды максимальных нагрузок ГАЭС переходит в генераторный режим, срабатывая накопленную воду верхнего бассейна. Выдаваемая в этом режиме в сеть электрическая мощность обеспечивает постоянство нагрузки КЭС и АЭС, срезая, как говорят, пики нагрузок.

ГАЭС выполняют в современных энергосистемах роль маневренной мощности, мобильного резерва, способствуют повышению надёжности электроснабжения и экономии органического топлива. Они используются для покрытия пиковой части графиков электрической нагрузки, для участия в регулировании частоты и мощности, для улучшения режимов работы ТЭС и АЭС. В частности, ГАЭС очень хорошо сочетаются по режиму своей работы с ГРЭС и АЭС, которые неэкономично, технически невозможно и бессмысленно останавливать ночью в период значительного спада электрической нагрузки. Избыточная ночная мощность ГРЭС и АЭС как раз и может быть использована для закачивания воды в верхние бассейны ГАЭС.

Условие эффективности использования ГАЭС зависит от соотношения потерь, а именно:

ΔW ГАЭС < ΔW КЭС+АЭС.

В формуле слева потери ГАЭС, в основном зависящие от ее КПД, справа - сумма потерь на КЭС и АЭС за счет регулирования их нагрузки. Несмотря на то, что КПД ГАЭС невелик (75…82 %) использование ГАЭС получается весьма эффективным.

ГАЭС оказываются наиболее эффективными, когда ее генераторы способны работать в двигательном режиме и дополнительная установка двигателей для насосов не требуется. Это требует внесения существенных поправок в конструкцию турбинного оборудования. Турбины должны работать в реверсивном режиме - чисто турбинном и насосном. При использовании поворотно-лопастных турбин это возможно осуществить соответствующим разворотом лопастей. При использовании радиально-осевых турбин необходимо изменять направление вращения, с соответствующим переключением порядка чередования фаз генератора.

Различают ГАЭС чистого аккумулирования и смешанного типа. У ГАЭС чистого или простого аккумулирования верхний бассейн не имеет притока воды. Работа происходит на одном и том же объеме воды, перекачиваемом из нижнего бассейна и сливаемом в турбинном режиме из верхнего в нижний бассейн. Лишь небольшие потери воды происходят в результате испарения и инфильтрации. У ГАЭС смешанного типа в верхний бассейн имеется приток воды, и станция может работать в турбинном режиме не только за счёт насосной подачи, но и на естественном стоке.

В настоящее время построены и проектируется достаточно мощные ГАЭС: 2400 МВт в ФРГ, 2000 МВт в США, 1200 МВт в России (Загорская ГАЭС) и др.

По этому же принципу работают газоаккумулирующие электростанции. В них рабочим телом является инертный газ, закачиваемый (аккумулируемый) под большим давлением в емкость (обычно, подземные естественные полости). Запасенный таким образом газ работает в газовых турбинах. Наиболее мощная электростанция такого типа построена в США - 220 МВт.

Гидротехнические сооружения и гидроэнергетическое оборудование ГАЭС конструктивно не многим отличаются от аналогичных объектов ГЭС. Принципиальное отличие ГАЭС заключается в режиме работы и повышенной интенсивности эксплуатации оборудования и сооружений.

Гидроэлектростанция (гидроэлектрическая станция, ГЭС) -- это комплекс сложных гидротехнических сооружений и оборудования. Его назначение -- преобразовывать энергию потока воды в электрическую энергию. Важнейшее гидротехническое сооружение -- плотина.

Гидроаккумулирование - сравнительно новый для России вид гидроэнергетики.

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.

Несмотря на значительный потенциал ГЭС, его регулирующих возможностей недостаточно для компенсации излишков генерирующей мощности в часы провала суточного графика нагрузки.

ГАЭС обладает максимальными маневренными возможностями. Причем в отличие от других маневренных электростанций, которые могут покрывать только пиковые нагрузки, ГАЭС могут работать в насосном (нагрузочном) режиме в провале графика нагрузок, обеспечивая более благоприятный базисный режим ТЭС и АЭС, а также способствуя снижению межсистемных перетоков мощности.

Обычно при определении к.п.д. гидроаккумулирования потери воды из верхнего аккумулирующего бассейна за счет фильтрации и испарения не учитывают, так как испарение компенсируется осадками, а фильтрация сводится к минимуму противофильтрационными устройствами. Но стоимость противофильтрационных устройств значительно влияет на стоимость сооружения бассейна, поэтому во многих случаях в целях снижения общей стоимости проекта либо от них отказываются, либо выполняют в упрощенном варианте, что может привести к повышенным потерям воды из-за фильтрации. Позволяет в процессе эксплуатации каким-либо образом (совершенствование конструкции торцевого уплотнения лопаток направляющего аппарата, установка предтурбинного быстродействующего затвора и т. п.) воздействовать на Наибольший интерес представляет третий вид потерь воды, так как только он величину этих потерь.

Протечки через закрытый направляющий аппарат для обычных ГЭС не имеют значения, так как большую часть времени агрегаты ГЭС находятся в работе с открытым направляющим аппаратом. Агрегаты пиковых ГАЭС, в отличие от ГЭС, большую часть суток остановлены, и через их закрытые направляющие аппараты из верхнего бассейна в нижний существуют протечки воды, величина которых определяется качеством торцевого уплотнения лопаток направляющего аппарата.

Напор, расход воды, потребление и выработка электроэнергии ГАЭС за отдельные интервалы времени зависят от принятой продолжительности цикла аккумулирования, а в пределах этого цикла - от величины включенной мощности и продолжительности ее работы в режимах заряда и разряда каждого цикла аккумулирования. В процессе работы ГАЭС в любом из активных (турбинном или насосном) режимов, в отличие от обычной ГЭС, происходит непрерывное изменение напора. Эти изменения обусловлены одновременностью сработки одного и наполнения другого бассейна в каждом режиме работы. Наибольшие изменения напора характерны для ГАЭС, бассейны которых имеют сравнительно небольшую площадь водной поверхности при значительных глубинах бассейнов.

Особенно важным и сложным в эксплуатационном отношении является машинное здание ГАЭС, в котором сконцентрировано основное насосотурбинное и электротехническое оборудование, вспомогательные системы агрегатов, устройства релейной защиты, автоматики, управления и контроля.

Заглубление гидромашин по условиям кавитации в насосном режиме значительно превосходит заглубление турбинного оборудования обычных ГЭС.

Здания ГАЭС отличаются от зданий ГЭС расширенными выходными сечениями всасывающе-отсасывающих труб, что необходимо для улучшения гидравлических условий всасывания в насосном режиме, наличием решеток для защиты от попадания в проточную часть агрегата плавающих тел, большим заглублением агрегатов.

Опыт эксплуатации Киевской, Загорской и Круонисской ГАЭС, а также результаты натурных наблюдений за дамбами, позволяют сделать вывод, что условия работы сооружений водоемов ГАЭС значительно отличаются от условий работы подобных сооружений русловых ГЭС. Ограждающие дамбы ГАЭС имеют более сложную конструкцию, чем аналогичные сооружения на ГЭС. К конструкции ограждающих дамб верхних бассейнов ГАЭС предъявляются более высокие требования в отношении водоудерживающей способности, что объясняется постоянными и быстрыми, иногда неоднократно в течение суток, колебаниями уровня воды, причем величина этих колебаний может быть от нескольких метров до десятков и сотен метров.

Конструкция всасывающе-отсасывающих труб ГАЭС отличается от аналогичных элементов ГЭС только более расширенными выходными сечениями, хотя встречаются примеры более сложной конструкции водоприемно-выпускных сооружений.

Система возбуждения обратимой электрической машины ГАЭС отличается от аналогичной системы гидрогенераторов ГЭС тем, что она должна обеспечить стандартный набор режимов и параметров возбуждения генератора-двигателя в режимах генераторном, двигательном и СК, и, кроме того, режим пуска в двигательный режим и электродинамическое торможение гидроагрегата при его остановке. Поэтому в системах возбуждения генераторов-двигателей ГАЭС применяется специальный тип АРВ.

Основные особенности выбора оборудования ГАЭС в сравнении с ГЭС определяются режимом работы электростанций этого типа. ГАЭС отличаются от ГЭС тем, что в долговременном плане они не вырабатывают электроэнергию, а перераспределяют ее во времени, заряжаясь в насосном режиме и отдавая электроэнергию при разряде в турбинном режиме.

Величина натяга обода ротора, как и на обычных гидрогенераторах, после проведения опыта сброса нагрузки уменьшается. В дальнейшем, при реверсивных пусках и остановках агрегата, процесс уменьшения натяга продолжается, причем его интенсивность значительно выше, чем у гидрогенераторов ГЭС. Поэтому в соответствии с заводской инструкцией во время первого капитального ремонта через один год после начала эксплуатации необходимо произвести горячую расклиновку обода ротора, хотя «чистое» время работы обратимого агрегата значительно меньше, чем у гидрогенераторов ГЭС.

Инженерно-геологические проблемы, связанные с «вписыванием» ГАЭС в окружающую геологическую среду и обеспечением устойчивости склонов, на этапе проектирования и строительства являются наиболее сложными в связи с тем, что принципы, выработанные практикой для строительства ГЭС, не вполне пригодны для ГАЭС. Существенно иная, чем у ГЭС, конструкция, компоновка и условиями эксплуатации сооружения.

В процессе строительства необходим всесторонний инженерно-геологический контроль, качественное ведение документации строительных выемок, наблюдения и дополнительные исследования в котлованах и на существующих сооружениях. При этом следует иметь в виду, что объем таких работ на ГАЭС, как правило, больше, чем на аналогичных по мощности ГЭС. Строительство ГАЭС требует высокой культуры строительных работ, соблюдения установленной технологии строительства, так как непредусмотренные проектом подрезки склонов, их замачивание или пригрузка совершенно недопустимы. Они ведут к возникновению необратимых деформаций склонов, провоцированию оползневых подвижек и, следовательно, к удорожанию строительства, увеличению сроков ввода станции в эксплуатацию, снижению надежности сооружения

Важной характеристикой ГАЭС является стоимость их строительства. Сравнительно небольшие удельные капиталовложения, краткие сроки строительства и освоения мощности ГАЭС, в отличие от обычных ГЭС, значительно уменьшают сроки их окупаемости и существенно сокращают срок омертвления капиталовложений

Большая эффективность ГАЭС в общей структуре электроэнергетики, их многофункциональность и легкая адаптацию к конкретным требованиям энергосистем и отдельных энергокомплексов, темпы строительства и ввода ГАЭС во всем мире остаются высокими.

При создании наземных водохранилищ ГАЭС помимо затопления земель изменяются важнейшие компоненты природных условий водотока и прилегающих к нему территорий, к числу которых следует отнести гидрологический, гидротермический и гидробиологический режимы водотоков, подтопление земель, абразию берегов, влияние на животный и растительный мир, изменение ландшафтов и т. д.

Однако масштабы этих воздействий меньше, чем при создании ГЭС. Это объясняется разным назначением водохранилищ. Если для ГЭС параметры водохранилища при соответствующем технико-экономическом обосновании определяются, в первую очередь, созданием необходимого напора и необходимостью (в зависимости от водного баланса) использования водохранилища другими отраслями хозяйства, то при создании ГАЭС параметры водоемов определяются балансом водных ресурсов, напор же - рельефом местности. Создаваемые при ГАЭС водоемы, как правило, не могут быть использованы другими отраслями хозяйства из-за особенностей водного режима (регулярно повторяющимися и значительными по величине изменениями уровней). Можно констатировать, что создаваемые водохранилища ГАЭС, в том числе Загорской ГАЭС, представляют собой некоторую нагрузку на природную среду, однако степень этой нагрузки значительно меньше, чем от водохранилищ обычных ГЭС.

---