Преимущества гидроэлектростанций очевидны:

♦ постоянно возобновляемый самой природой запас энергии;

♦ простота эксплуатации;

♦ отсутствие загрязнения окружающей среды.

Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы ока­зать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса (http://www. apxu. ru).

Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетиче­ского потенциала Земли. Ежегодно огромные потоки воды, образо­вавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользо­ванными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, чело­вечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию (http://ru. teplowiki. org/).

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию (рис. 4.1).

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располага­ется все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное обо­рудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, транс­форматорная станция, распределительные устройства и многое другое.

Таким образом, в гидроэлектростанции кинетическая энергия пада­ющей воды используется для производства электроэнергии. Турбина и генератор преобразовывают энергию воды в механическую энергию, а затем — в электроэнергию. Турбины и генераторы установлены либо в самой дамбе, либо рядом с ней. Иногда используется трубопровод,
чтобы подвести воду, находящуюся под давлением, ниже уровня дамбы или к водо­заборному гидроузлу гидроэлектростан­ции (рис. 4.2).

Мощность гидроэлектростанции опре­деляется, прежде всего, по функции двух переменных:

♦расход воды, выраженный в кубиче­ских метрах в секунду (м3/с);

♦ гидростатический напор, который

Рис. 4.2. Структурная является разностью высот между на-

схема работы ГЭС чальной и конечной точкой падения

воды.

Проект станции может основываться на одной из этих переменных или на обеих.

Примечание.

С точки зрения превращения энергии, гидроэнергетика — техноло­гия с очень высоким КПД, зачастую превышающем более чем в два раза КПД обычных теплоэлектростанций.

Причина в том, что объем воды, падающий вертикально, несет в себе большой заряд кинетической энергии, которую можно легко преобразовать в механическую (вращательную) энергию, необходи­мую для производства электричества.

Оборудование для гидроэнергетики достаточно хорошо разрабо­тано, относительно простое и очень надежное. Поскольку никакая теплота в процессе не присутствует (в отличие от процесса горения), оборудование имеет продолжительный срок службы, редко случаются сбои. Срок службы ГЭС — более 50 лет. Многие станции, построен­ные в двадцатые годы XX века — первый этап расцвета гидроэнерге­тики — все еще в действии.

Так как всеми существенными рабочими процессами можно управ­лять и контролировать их дистанционно через центральный узел1 управления, непосредственно на месте требуется небольшой техниче­ский персонал. В настоящее время накоплен уже значительный опыт по работе гидроэлектростанции мощностью от 1 кВт до сотен мегаватт.

График нагрузки определенного района или города, который пред­ставляет собой изменение во времени суммарной мощности всех
потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одно время суток требуется большая суммарная мощность генераторов, а в другое время часть генераторов или электростанций может быть отключена или может работать с уменьшенной нагрузкой.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от выра­батываемой мощности:

♦ мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;

♦ средние — до 25 МВт;

♦ малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.