Самые большие и мощные гэс. Принцип работы гидроэлектростанции Какие гэс на какой реке созданы

По состоянию на 2010 год в России существует 14 гидроэлектростанций мощностью более 1000 мегаватт и более сотни крупных гидроэлектростанций.

Гидроэлектростанции России мощностью свыше 1000 мВт

Крупнейшие гэс в мире

Коротко опишем крупнейшие гидроэлектростанции России.

Крупнейшие гидроэлектростанции России находятся в составе Ангаро-Енисейского каскада ГЭС, построенного на сибирской реке Енисее и его притоке – Ангаре. В этот каскад входят следующие ГЭС:

на Енисее – крупнейшая в России Саяно-Шушенская ГЭС и вторая по величине в России Красноярская ГЭС, а также Майнская ГЭС;

на Ангаре – Братская и Усть-Илимская ГЭС, входящие в первую пятерку ГЭС России, а также Иркутская ГЭС.

Помимо этого на Ангаре строится Богучанская ГЭС. Она располагается в 367 км ниже по течению от существующей Усть-Илимской ГЭСи в 444 км от устья реки.

Саяно-Шушенская гэс

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция имени П. С. Непорожнего – крупнейшая по установленной мощности электростанция России, шестая среди ныне действующих гидроэлектростанций в мире. Расположена на реке Енисей, на границе между Красноярским краем и Хакасией, у посёлка Черёмушки, возле Саяногорска. Строительство Саяно-Шушенской ГЭС, начатое в 1963 году, было официально завершено только в 2000 году.

В 1956-1960 годах «Ленгидроэнергопроектом» была разработана схема гидроэнергетического использования верхнего Енисея, в ходе работы над которой была установлена целесообразность использования падения реки в районе Саянского коридора одной мощной ГЭС, что позволяло создать водохранилище с ёмкостью, достаточной для сезонного регулирования.

В 1962-1965 годах Ленинградский проектный институт «Ленгидропроект» разработал проектное задание для Саяно-Шушенской ГЭС. В ходе проектирования рассматривались варианты компоновки будущего гидроузла с каменно-набросной, бетонной гравитационной, арочной и арочно-гравитационной плотиной.

Из всех возможных вариантов наиболее предпочтительным оказался вариант с арочно-гравитационной плотиной. Например, вариант с каменно-набросной плотиной, потенциально несколько более дешёвый, был отвергнут по причине необходимости строительства крупных тоннельных водосбросов, требовавших сооружения сложных в эксплуатации двухъярусных водоприёмников и создававших тяжёлый гидравлический режим реки в нижнем бьефе.

Проектное задание Саяно-Шушенской ГЭС было утверждено Советом Министров СССР в 1965 году и предусматривало сооружение ГЭС с 12 гидроагрегатами мощностью по 530 МВт с подводом воды по типу использованного на Красноярской ГЭС, расположенными в здании ГЭС, по центру арочно-гравитационной плотины, и двумя поверхностными водосбросами без водобойных колодцев слева и справа от здания ГЭС, предусматривавших гашение энергии потока воды в яме размыва в нижнем бьефе.

В ходе работы над техническим проектом конструктивная схема отдельных элементов гидроузла, зафиксированная в проектном задании, подверглась изменению. В 1968 году по предложению Министерства энергетики СССР и заводов-производителей оборудования было решено увеличить единичную мощность гидроагрегатов до 640 МВт, что позволило уменьшить их количество до 10; кроме того, было принято решение об использовании однониточных трубопроводов и одноподводных спиральных камер, в результате чего удалось существенно уменьшить длину здания ГЭС. Также в связи со значительными прогнозируемыми размерами воронки размыва и возможным развитием ряда неблагоприятных процессов в нижнем бьефе было принято решение об отказе от предусмотренной проектным заданием схемы водосбросных сооружений с гашением потока в воронке размыва в пользу водосброса с водобойным колодцем, расположенного в правой части гидроузла.

11 января 1971 года технический проект Саяно-Шушенской ГЭС был утверждён коллегией Минэнерго СССР.

Подготовительный этап строительства Саяно-Шушенской ГЭС начался в 1963 году со строительства дорог, жилья для строителей и других объектов инфраструктуры. Согласно проектному заданию, строительство ГЭС предполагалось осуществить в 1963-1972 годах.

Непосредственные работы по сооружению собственно ГЭС были начаты 12 сентября 1968 года с отсыпки перемычек котлована первой очереди.

После осушения котлована 17 октября1970 годав основные сооружения станции был уложен первый кубометрбетона. К моменту перекрытия Енисея, осуществлённого11 октября1975 года, были построены основание водосбросной части плотины с донными водосбросами первого яруса, значительная часть водобойного колодца и рисберма. После перекрытия реки были развёрнуты работы по сооружению левобережной части плотины со зданием ГЭС. Вплоть до1979 годасток реки пропускался через 9 донных водосбросов, а также поверх строящейся водосбросной части плотины через так называемую «гребёнку», образованную наращиванием нечётных секций плотины по отношению к чётным.

Первый гидроагрегат Саяно-Шушенской ГЭС (со сменным рабочим колесом) был поставлен под промышленную нагрузку 18 декабря1978 года.

Отставание в темпах строительства ГЭС, в частности, в темпах укладки бетона, привело к чрезвычайному происшествию во время пропуска половодья 1979 года. Предполагалось использовать только водосбросы второго яруса (донные водосбросы первого яруса подлежали заделке). Однако из-за больших объемов паводковых вод возникла необходимость использования также и открытых водосливов, образованных за счёт штраблениянечётных секций водосбросной части плотины. Тем не менее, к началу половодья 1979 года водосбросной участок плотины не был подготовлен к пропуску воды и в этом варианте – в необходимые для безопасного пропуска половодья сооружения не было уложено более 100 000 м³ бетона. В результате23 мая1979 года при пропуске половодья произошёл перелив воды через раздельную стенку и затопление котлована ГЭС с введённым уже в строй гидроагрегатом № 1. Перед затоплением гидроагрегат был остановлен и частично демонтирован, что позволило после откачки воды восстановить его работоспособность. Но все же понадобилось время для восстановления гидроагрегата – откачка воды из здания ГЭС, осушка, ремонтно-восстановительные работы. В ходе восстановительных работ был сооружён бетонный барьер вокруг гидрогенератора, произведена герметизация ограждающих конструкций. Повторно гидроагрегат № 1 был включен в сеть20 сентября1979 года.

Ввод гидроагрегата № 2 (также со сменным рабочим колесом) был произведён 5 ноября1979 года, гидроагрегата № 3 со штатным рабочим колесом –21 декабря1979 года.

К этому времени начали возникать проблемы со строительными конструкциями плотины ГЭС. При заполнении водохранилища возникли трещины в бетоне плотины. Имели место значительные по объёму кавитационныеразрушения в водосбросах второго яруса и попусковом водосбросе первого яруса. Это было связано как с недостаточно продуманными проектными решениями, так и с отступлениями от проекта при строительстве и эксплуатации водосбросов. В частности, согласно проекту временные водосбросы второго яруса планировалось использовать в течение 2-3 лет, однако из-за затягивания строительства фактически они использовались 6 лет.

В 1980 году были пущены гидроагрегаты № 4 и № 5 (29 октябряи21 декабря),6 ноября1981 года– гидроагрегат № 6. Оставшиеся гидроагрегаты были пущены в1984 году(№ 7 –15 сентябряи № 8 –11 октября) и в1985 году(№ 9 –21 декабря, № 10 –25 декабря). К началу половодья 1985 года были заделаны водосбросы второго яруса и введена в работу часть эксплуатационных водосбросов. В1987 годувременные рабочие колёса гидроагрегатов № 1 и № 2 были заменены на постоянные. К1988 годустроительство ГЭС было в основном завершено, в1990 годуводохранилище было впервые заполнено до отметки НПУ. В постоянную эксплуатацию Саяно-Шушенская ГЭС была принята13 декабря2000 года.

И в процессе строительства Саяно-Шушенской ГЭС, и в процессе ее эксплуатации возникали проблемы, как со строительной (бетонной) частью станции, так и с оборудованием гидроагрегатов.

Проблемы с водобойными колодцами.

Первые, небольшие и относительно легко устранённые повреждения водобойного колодца Саяно-Шушенской ГЭС были зафиксированы в 1980-1981 годах. Разрушения были вызваны попаданием в водобойный колодец горной породы, кусков бетона и строительного мусора, нарушениями в технологии строительства, непроектными режимами работы водосбросов.

Более серьезные проблемы возникли при пропускании через водосбросы паводковых вод в штатном режиме. Конструкция и качество строительства водобойных колодцев оказались не способными работать в штатном режиме.

Так в 1985 году перед пропуском половодья водобойный колодец был осушен, обследован и очищен, значительных повреждений в нём обнаружено не было. После пропуска половодья, в ноябре 1988 года при осмотре водобойного колодца было выявлено наличие в нём значительных разрушений. На площади около 70 % поверхности дна колодца плиты крепления были полностью разрушены и выброшены потоком за водобойную стенку. На площади, составляющей порядка 25 % от общей площади дна колодца, были разрушены все плиты крепления, бетонная подготовка и скала на глубину от 1 до 6 м ниже основания плит.

Причины разрушения изучались различными комиссиями, объединяя выводы которых, можно отметить следующее.

Плиты, покрывавшие дно водобоя, были плохо закреплены. Между ними оставались незагерметизированные трещины, в которые проникала вода. При починке кавитационных повреждений водобойного колодца в 1981 году бетонная пломба была выполнена из некачественного бетона, места ее сопряжения с плитами крепления не были загерметизированы. Кроме того, при открытии затворов водосброса были использованы непроектные схемы сосредоточенного сброса воды в водобойный колодец.

При ремонте водобойного колодца вместо плит толщиной 2,5 м были уложены блоки толщиной 4 – 8 м. Устойчивость блоков обеспечивалась за счёт их веса, цементации основания и использования анкеров. При этом разборка старого крепления и подготовка основания для нового проводилась с широким использованием буровзрывных работ.

В 1987 годуэксплуатационные водосбросы не использовались. В1988 годудля пропуска летнего паводка с15 июляпо19 августаоткрывалось до пяти эксплуатационных водосбросов, максимальный расход достигал 5450 м³/с. После осушения колодца в сентябре 1988 года были обнаружены значительные разрушения его днища в центральной части. Общая площадь повреждений составила 2250 м², что соответствует примерно 14 % общей площади дна колодца. В зоне наибольших разрушений площадью 890 м² бетонное крепление было разрушено полностью, до скального грунта, с образованием в последнем воронки размыва. Бетонные блоки крепления весом до 700 тонн каждый были либо разрушены, либо отброшены потоком к водобойной стенке.

Причиной разрушения водобойного колодца являлось образование трещин в блоках первой очереди реконструкции в ходе подготовки основания под блоки второй очереди с применением широкомасштабных буровзрывных работ. Проникновение воды под давлением в трещины через открытые швы между блоками привело к разрушению повреждённых блоков первой очереди, что в свою очередь привело к отрыву от основания неповреждённых блоков второй очереди, часть из которых (толщиной 6 м и более) к тому же не была закреплена анкерами. Усугубило ситуацию включение водосбросов 43 и 44 секций с полным открытием затворов 1 августа1988 года, что привело к концентрации сбросов на «потревоженной», но ещё находившейся на месте части крепления, после чего в короткие сроки произошло разрушение крепления.

Разрушения в водобойном колодце после паводка 1988 года устранялись путём установки блоков, аналогичных блокам первой и второй очереди, но с герметизацией швов металлическими шпонкамии обязательной установкой анкеров. Кроме того, во всех сохранившихся блоках крепления второй очереди толщиной 6 метров и более также устанавливались анкера из расчёта один анкер на 4 м² площади. Была проведена цементация швов блоков всех трёх очередей. Взрывные работы при подготовке основания для установки блоков были исключены. Работы по реконструкции водобойного колодца были завершены к 1991 году, всего было уложено 10 630 м³ бетона, установлено 221 т пассивных анкеров и сеток и 46,7 т (300 шт.) предварительно-напряжённых анкеров. После завершения реконструкции, в ходе дальнейшей эксплуатации значительных разрушений в водобойном колодце не наблюдалось.

После выявления повторных разрушений в водобойном колодце в 1988 году было предложено, с целью снижения нагрузок на водобойный колодец, рассмотреть возможность сооружения дополнительного водосброса тоннельного типа пропускной способностью 4000-5000 м³/с.

Строительство берегового водосброса было начато 18 марта 2005 года. Строительные работы по сооружению первой очереди берегового водосброса, включающей входной оголовок, правый безнапорный туннель, пятиступенчатый перепад и отводящий канал, были завершены к 1 июня2010 года. Гидравлические испытания первой очереди были проведены в течение трёх дней, начиная с28 сентября2010 года. Завершение строительства берегового водосброса намечено на2011 год.

Повышенный уровень фильтрации через напорный фронт.

После наполнения водохранилища до отметки НПУ в 1990 году резко увеличился фильтрационный расход через тело плотины и зону контакта плотины и основания. Проект допускал уровень фильтрации в основании в пределах 100 – 150 л/с, а в теле плотины фильтрация вообще должна была быть незначительной. Тем не менее, в 1995 году была зафиксирована фильтрация в количестве 549 л/с в основании и 457 л/с в теле плотины. Причиной увеличения фильтрации явилось образование трещин в плотине, трещинообразование в месте контакта бетона плотины и её основания, а также разуплотнение пород основания. В качестве причин данного явления называются несовершенство использованных при проектировании расчётных методик и отступления от проекта при строительстве плотины (интенсификация строительства первого столба плотины при отставании в бетонировании других столбов).

В 1991-1994 годах предпринимались попытки заделки трещин в плотине и основании с помощью цементации, которые не привели к успеху – цементирующий состав вымывался из трещин. В 1993 годубыло принято решение воспользоваться услугамифранцузскойфирмы «Solétanche Bachy» («Солетанш Баши»), имевшей опыт ремонтных работ на гидротехнических сооружениях с использованиемэпоксидных смол. Работы по инъецированию трещин в бетоне плотины с помощью эпоксидного состава «Родур-624» были проведены в 1996-1997 годах и показали хороший результат – фильтрация была подавлена до 5 л/с и менее. Опираясь на этот опыт, в1998-2002 годахуже с помощью отечественного состава КДС-173 (компаунд эпоксидной смолы и модифицированногокаучука) были проведены работы по инъецированию трещин в основании плотины, также с положительным результатом – фильтрация снизилась в несколько раз, упав до значений меньших, чем предусмотрено проектом. Всего на ремонтные работы в плотине и основании было затрачено 334 тонны эпоксидных составов.

С 1997 года, после завершения заделки трещин в плотине, с целью недопущения их раскрытия было принято решение снизить отметку нормального подпорного уровня на 1 метр (с 540 до 539 м), а отметку форсированного подпорного уровня – на 4,5 м (с 544,5 м до 540 м). В 2006 году при прохождении сильного летнего дождевого паводка холостые сбросы через эксплуатационный водосброс достигали 5270 м³/с, существенных повреждений в водобойном колодце после его осушения обнаружено не было. Значительные объёмы сбросов через эксплуатационный водосброс (до 4906 м³/с) имели место и в 2010 году, при пропуске многоводного паводка обеспеченностью 3-5 %. После аварии в августе 2009 года эксплуатационный водосброс работал в течение более чем 13 месяцев, с 17 августа2009 года по29 сентября2010 года, пропустив 55,6 км³ воды без каких-либо повреждений.

В настоящее время действующая Саяно-Шушенская ГЭС имеет следующие характеристики.

Высота плотины составляет 245 м, ширина основания 110 м, а длина по гребню 1066 м.

Состав сооружений ГЭС:

бетонная арочно-гравитационная плотина высотой 245 м, длиной 1066 м, шириной в основании – 110 м, шириной по гребню 25 м. Плотина включает левобережную глухую часть длиной 246,1 м, станционную часть длиной 331,8 м, водосливную часть длиной 189,6 м и правобережную глухую часть длиной 298,5 м;

приплотинное здание ГЭС;

береговой водосброс.

Мощность ГЭС – 6400 МВт, среднегодовая выработка 23,5 млрд. кВт·ч. В 2006 году из-за крупного летнего паводка электростанция выработала 26,8 млрд. кВт·ч электроэнергии.

В здании ГЭС размещено 10 радиально-осевых гидроагрегатов мощностью по 640 МВт, работающих при расчетном напоре 194 м. Максимальный статический напор на плотину – 220 м.

Ниже Саяно-Шушенской ГЭС расположен её контррегулятор - Майнская ГЭС мощностью 321 МВт, организационно входящая в состав Саяно-Шушенской ГЭС.

Плотина ГЭС образует крупное Саяно-Шушенское водохранилище полным объёмом 31,34 куб. км (полезный объём – 15,34 куб. км) и площадью 621 кв. км.

Перекрытие Енисея

Перекрытие Енисея

Рабочие колеса турбин на баржах доставляют к месту

строительства станции

Саяно-Шушенская ГЭС – ночная иллюминация

Саяно-Шушенская ГЭС – вид на плотину

Гидроэнергетика использует возобновимые источники энергии, что позволяет экономить минеральное топливо. На гидроэлектростанциях (ГЭС) энергия текущей воды преобразуется в электрическую энергию. Основная часть ГЭС - плотина, создающая разницу уровней воды и обеспечивающая ее падение на лопасти генерирующих электрический ток турбин.

Крупнейшие электростанции России

К преимуществам ГЭС следует отнести высокий кпд - 92-94% (для сравнения у АЭС и ТЭС - около 33%), экономичность, простоту управления. Гидроэлектростанцию обслуживает сравнительно немногочисленный персонал: на 1 МВт мощности здесь занято 0,25 чел. (на ТЭС - 1,26 чел., на АЭС - 1,05 чел.). ГЭС наиболее маневренны при изменении нагрузки выработки электроэнергии, поэтому этот тип энергоустановок имеет важнейшее значение для пиковых режимов работы энергосистем, когда возникает необходимость в резервных объемах электроэнергии. ГЭС имеют большие сроки строительства - 15-20 лет (АЭС и ТЭС - 3-4 года) и требуют на этом этапе больших капиталовложений, но все минусы компенсируются длительными сроками эксплуатации (до 100 лет и больше) при относительной дешевизне поддерживающего обслуживания и низкой себестоимости выработанной электроэнергии. Любая ГЭС - комплексное гидротехническое сооружение: она не только вырабатывает электроэнергию, но и регулирует сток реки, плотина используется для транспортных связей между берегами. В нашей стране при крупных ГЭС часто создавались значительные промышленные центры, использовавшие мощности строительной индустрии, высвободившиеся после сооружения плотины, и ориентированные на дешевую электроэнергию гидроустановок. Таковы Тольятти при Волжской ГЭС им. Ленина, Набережные Челны при Нижнекамской ГЭС, Братск при Братской ГЭС, Балаково при Саратовской ГЭС, Новочебоксарск при Чебоксарской ГЭС, Чайковский при Воткинской ГЭС, Волжский при Волжской ГЭС им. XXII съезда КПСС. Похожим образом создавался промышленный центр Саяногорск в Хакасии в относительном удалении от Саяно-Шушенской ГЭС.

Бесспорные преимущества ГЭС несколько приуменьшает относительная «капризность» этого типа электростанций: для их размещения необходим выгодный створ в речной долине, относительно большое падение воды, сравнительно равномерный сток по сезонам года, создание водохранилища и затопление прирусловых территорий, которые прежде использовались в хозяйственной деятельности и для расселения людей. Более полно гидроэнергетические ресурсы используют серии ГЭС на одной реке - каскады . Наиболее мощные каскады ГЭС в России построены на Енисее, Ангаре, Волге, Каме. По числу отдельных ГЭС на протяжении небольшого участка русла в России нет равных каскадам Кольского полуострова: Нивскому (6 ГЭС общей установленной мощностью 578 МВт), Пазскому (5 ГЭС, 188 МВт), Серебрянскому (4 ГЭС, 512 МВт).

Россия располагает большим гидроэнергетическим потенциалом (9% от мировых запасов), что определяет широкие возможности развития гидроэнергетики. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе место в мире после Китая. Преобладающая часть гидроэнергопотенциала сосредоточена в восточных районах страны, в бассейнах Енисея, Лены, Оби, Амура. Однако наиболее освоен энергетический потенциал рек Европейской части, коэффициент его использования ныне составляет 47%. Освоенность гидроэнергопотенциала Сибири существенно ниже - 22%, на Дальнем Востоке этот показатель не превышает 4%.

В России имеется 13 ГЭС установленной мощности более 1 тыс. МВт каждая, их суммарная мощность равна 25,6 тыс. МВт, что составляет 57% от совокупной установленной мощности всех гидравлических генерирующих установок в нашей стране. 9 ГЭС имеют установленную мощность от 500 МВт до 1 тыс.

Пять крупнейших гидроэлектростанций России располагаются на Волге, 3 - на Каме, 3 - на Ангаре (еще одна строится), 2 - на Енисее, по одной - на Оби, Зее, Бурее, Колыме, Сулаке, Курейке, Хантайке (две последние - притоки Енисея). Крупных ГЭС нет на таких значительных российских реках, как Северная Двина, Печора, Дон, Иртыш, Лена, Амур. Крупнейшая ГЭС России - Саяно-Шушенская с установленной мощностью 6400 МВт - шестая по величине ГЭС мира. Вторая в России - Красноярская ГЭС (6000 МВт) в мире занимает седьмое место. Напомним, что самой мощной гидроэлектростанцией в мире ныне является Итайпу на границе Бразилии и Парагвая (12,6 тыс. МВт). За ней следуют Гранд-Кули (США, 10,8 тыс. МВт), Гури (Венесуэла, 10,3 тыс. МВт), Тукуруи (Бразилия, 8 тыс. МВт), Санься (Китай, 7,7 тыс. МВт)*.

Крупнейшие гидроэлектростанции России

При возрастающей неравномерности суточного потребления электроэнергии все большую роль начинают играть самые маневренные источники электроэнергии - гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Работа ГАЭС основана на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами, расположенными на разных высотных уровнях. При пиковых нагрузках (разгар рабочего дня или вечер) вода проходит из верхнего бассейна в нижний через турбины, при этом генерируется электроэнергия, тут же поступающая в энергосистему. В периоды падения нагрузок (ночь) станция, наоборот, потребляет электроэнергию (вырабатываемую в это время другими типами электростанций) для того, чтобы с помощью насосов переместить объем воды из нижнего бассейна в верхний.

Тем самым происходит аккумуляция энергоресурсов для следующего пикового этапа. ГАЭС особенно эффективны при крупных потребителях электроэнергии, поэтому их часто размещают у больших городов. Крупнейшая ГАЭС России - Загорская (1200 МВт) в Сергиево-Посадском районе Московской обл.

На равнинах действуют плотинные ГЭС с относительно небольшим напором, но со значительным расходом воды и протяженными водохранилищами. В горных районах строятся высоконапорные русловые и деривационные ГЭС. Первые из них с лихвой компенсируют недостаточность расхода воды большим ее падением, что позволяет существенно увеличить мощность установки. Турбины деривационных ГЭС установлены не в русле, а в специальных деривационных каналах или трубах, построенных для создания бо’льшего уклона реки. К деривационным относится Ирганайская ГЭС в Дагестане. Два ее агрегата мощностью по 200 МВт в 1998-2001 гг. размещены в тоннелях из монолитного железобетона протяженностью 5,2 км и диаметром 8,5 м каждый. На Ирганайской ГЭС в ближайшем будущем планируется ввод в строй еще двух агрегатов, в результате мощность станции должна увеличиться вдвое.

Перспективы развития российской электроэнергетики также включают доведение до проектной мощности в 2 тыс. МВт Бурейской ГЭС на Дальнем Востоке и достройку Богучанской ГЭС (3 тыс. МВт) на Ангаре. Оба этих амбициозных проекта реализуются при активном участии энергетического монополиста России РАО «ЕЭС». Будущее развитие гидроэнергетики в нашей стране специалисты связывают со строительством мини-ГЭС малой мощности - с незначительной зоной затопления и отказом от гигантских плотин на крупных реках.

* На китайской ГЭС Санься («Три ущелья») на реке Янцзы в начале 2005 г. эксплуатировалось 11 энергоблоков по 700 МВт. С вводом в строй к 2009 г. оставшихся 15 энергоблоков установленная мощность ГЭС достигнет 18,2 тыс. МВт, таким образом, Санься станет крупнейшей гидроэлектростанцией мира. Подробнее о проекте «Трех ущелий» читайте:
В.П. Максаковский . Санься - Три ущелья//География, № 27-28/2003, с. 9-12, 55-56.

Гидравлические электростанции России

Самые большие ГЭС в мире

Энергия воды

Гидроэлектростанция (ГЭС) – электростанция, вырабатывающая энергию за счет падающей воды, сооружается обычно на реках, перегораживаемой плотиной. ГЭС различают по напорности – высоконапорные, средненапорные, низконапорные и по мощности – мощные, средние, малые гидроэлектростанции. Также ГЭС можно разделить по принципу использования ресурсов – русловые, плотинные, деривационные, гидроаккумулирующие и приливные .

Самые большие гидроэлектростанции находяться не в России, в первую пятерку входят ГЭС Китая, Бразилии (2), Венесуэлы и Канады. В России самые большие ГЭС расположены на реках Енисей и Ангара, на последней существует целый Ангарский каскад из 7 ГЭС, общей мощьностью 12 017,4 МВт.

Три ущелья

Три ущелья - строящаяся ГЭС в Китае на реке Янцзы, самая большая гидроэлектростанция в мире.

Мощность 22,40 ГВт.

Расположена близ г. Саньдоупин в городском округе Ичан провинции Хубэй.

Китай продолжает коммунистическую традицию гигантских строек, сооружая самую большую ГЭС в мире. И кто еще скажет глядя на Китай, что коммунистическая модель управления неэффективна.

Итайпу - крупная ГЭС на реке Парана, в 20-ти км от г. Фос-ду-Игуасу в Бразилии.

Мощность 14ГВт.

Силовое оборудование станции состоит из 20 гидроагрегатов мощностью по 700 МВт, по причине превышения расчётного напора, мощность генераторов достигает 750 МВт в течение более чем половины времени работы.

ГЭС имени Симона Боливара

ГЭС имени Симона Боливара или «Гури» - крупная ГЭС в Венесуэле в штате Боливар на реке Карони в 100 км перед слиянием с Ориноко.

Мощность 10,30 ГВт.

Строительство начато аж в далеком 1963 году. В 2000-х проводилась реконструкция.

Интересный факт – стены машинного зала ГЭС украшены венесуэльским художником Карлос Круз-Диез, в СНГ такого не принято, хотя это наверняка смягчает психологическую нагрузку на работников.

Черчилл-Фолс

Черчилл-Фолс - деривационная ГЭС на реке Черчилл в провинции Канады Ньюфаундленд и Лабрадор,
часть проектируемого каскада ГЭС на реке.

Мощность 5,43 ГВт.

Гидроэлектростанция сооружена на месте водопада Черчилл высотой 75 м. После увода реки в сторону водопад не существует большую часть года.

Река, водопад и ГЭС названы в честь британского премьер-министра У. Черчилля.

Тукуруйская ГЭС

Тукуруйская ГЭС - гидроэлектростанция на реке Токантинс, расположенная в графстве Тукуруи, штат Токантинс, Бразилия.

Мощность 8,30 ГВт.

Несмотря на большую мощность по сравнению с ГЭС Черчилл-Фолс, Тукуруйская ГЭС вырабатывает 21 млрд. квт/час против 35.

Во время строительства ГЭС в зону затопления попал город Тукуруи, в честь этого города и получила свое название электростанция. Сейчас город с таким же названием отстроен ниже по течению реки Токантинс.

Саяно-Шушенская ГЭС

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция им. П. С. Непорожнего - самая мощная электростанция России, шестая по мощности гидроэлектростанция в мире.

Мощность 6,40 ГВт.

После аварии в 2009 году работает с мощностью 1,28 ГВт.

Расположена на реке Енисей, в посёлке Черёмушки (Хакасия), возле Саяногорска.

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция строилась 18 лет, строительство начато в 1970 году и закончено в 1988 году.

Интересные факты:
— 75% вырабатываемой энергии потребляет Саяногорский алюминиевый завод.
— Уложенного при строительстве плотины бетона хватило бы на постройку автострады от Санкт-Петербурга до Владивостока.

В 2009 году на Саяно-Шушенской ГЭС произошла крупнейшая авария. В 8:13-8:15 местного времени (MSK+4) 17 августа 2009 года на станции произошла авария на гидроагрегате № 2 с его разрушением и поступлением большого количества воды в помещение машинного зала. Также получили сильные повреждения агрегаты № 7 и 9, здание машинного зала частично обрушилось, его конструкции завалили агрегаты № 3, 4 и 5.
В результате аварии погибло 75 человек.

Красноярская ГЭС

Красноярская гидроэлектростанция - на реке Енисей, в 40 км от Красноярска.

Вторая по мощности ГЭС в России — 6,00 ГВт. Входит в Енисейский каскад ГЭС.

При проектировании ГЭС были допущены экологические ошибки. В частности, предполагалось, что незамерзающая полынья будет иметь длину 20 км. В реальности она составила около 200 км (дальше Красноярска), что оказало сильное влияние на экологию и климат. Климат стал более мягким, а воздух более влажным благодаря огромному количеству воды, которая скапливается в Красноярском море.

10 крупнейших ГЭС России

Енисей в районе Красноярска перестал замерзать. Также ГЭС критикуется за большие площади затопленных ценных земель и значительное количество переселённого населения.

Братская ГЭС

Братская гидроэлектростанция им. 50 летия Великого Октября - гидроэлектростанция на реке Ангара в городе Братск Иркутской области. Одна из крупнейших и наиболее известных ГЭС России. Является второй, после Иркутской ГЭС, ступенью Ангарского каскада ГЭС.

В ходе заполнения Братского водохранилища было затоплено более 100 деревень и не менее 70 хозяйственно-освоенных островов. Нередко население 10-15 деревень, расположенных по берегам Ангары, переселяли в одно место. Самый крупный поселок, Усть-Уда, был перенесен на 35 километров.

Трагедии «Ангарской Атлантиды» посвящено произведение Валентина Распутина «Прощание с Матёрой».

Усть-Илимская ГЭС

Усть-Илимская гидроэлектростанция - на реке Ангара в Иркутской области, в городе Усть-Илимск. Является третьей ступенью Ангарского каскада ГЭС, после Иркутской и Братской ГЭС.

Мощность 3,84 ГВт.

Высота верхнего бьефа над уровнем моря (НПУ) составляет 296 м. По плотине ГЭС проложен автодорожный переход, по которому закрыто движение. Судопропускных сооружений ГЭС не имеет, в перспективе предусмотрено сооружение судоподъёмника.

Богучанская ГЭС

Богучанская гидроэлектростанция - строящаяся ГЭС на реке Ангаре, на территории Красноярского края.

Расположена в 367 км ниже по течению существующей Усть-Илимской ГЭС и в 444 км от устья реки. Входит в Ангарский каскад ГЭС под номером четыре. Расположена в городе Кодинск Кежемского района Красноярского края.

Мощность 3,00 ГВт.

Интересный факт: ОАО «Красноярскэнерго» выкупила всю электроэнергию, производимую Богучанской ГЭС до 2028 года.

По материалам dekatop.com

Растущее население планеты и его экономическая деятельность требуют все большего количества энергии. Ежегодно вводятся в эксплуатацию новые тепловые, атомные, ветряные, солнечные, термальные и гидроэлектростанции. Строительство ГЭС является более затратным по сравнению, например, с тепловыми станциями, но при этом они используют возобновляемые источники энергии, что в конечном итоге, оказывается экономически более выгодным.

В качестве источника энергии на ГЭС выступает движущийся поток воды. Для того, чтобы обеспечить стабильный напор воды в течение всего года, требуется строительство плотины.

Вода, проходя по узким каналам в теле плотины, несет в себе колоссальную энергию. На выходе из плотины установлены турбины, которые соединены с генератором. Образующаяся в результате вращения турбин энергия, направляется к трансформаторам, ну а затем поступает за пределы станции по линиям электропередач (ЛЭП).

На начальном этапе строительства гидроэлектростанции требуется провести тщательную оценку возможных рисков и негативного воздействия на окружающую среду. В ходе строительства столь масштабных сооружений происходит затопление большого количества суши и нередко требуется переселение людей. Вместе с тем плотины ГЭС - это одни из самых грандиозных технических сооружений человечества, вызывающих настоящее восхищение.

Давайте посмотрим, в каких странах мира расположены самые мощные 10 ГЭС на планете и на каком месте находится Саяно-Шушенская ГЭС - самая мощная подобная станция в нашей стране.

«Три Ущелья» на реке Янцзы, Китай

Эта ГЭС имеет мощность 22 500 МВт, а запуск первых агрегатов состоялся в 2003 году. Для строительства этого грандиозного сооружения потребовалось переселить более 1,3 миллиона человек. Но результат того стоил. Помимо того, что ГЭС «Три Ущелья» является самой мощной среди подобных сооружений во всем мире, она еще и спасла регион ниже по течению от наводнений. По подсчетам специалистов, своенравная Янцзы только за последние 100 лет унесла жизни около 1,5 миллионов человек. Поэтому, урегулировав сток плотиной, китайцы смогли, наконец-то, обезопасить себя от колоссальных убытков и жертв.

«Итайпу» на реке Парана, Бразилия/Парагвай

Эта ГЭС имеет мощность 14 000 МВт и принадлежит одновременно Бразилии и Парагваю. Для заполнения водохранилища было переселено более 10 000 семей. На сегодняшний день эта ГЭС производит около 70% всей потребляемой энергии Парагвая и 15% энергии Бразилии.

«Силоду» на реке Янцзы, Китай

И снова Китай и его великая река Янцзы. Мощность этой гидроэлектростанции составляет 13 860 МВт. Третья по мощности ГЭС мира была введена в эксплуатацию в 2014 году.

ГЭС имени Симона Боливара («Гури») на реке Карони, Венесуэла

Эта ГЭС занимает четвертое место в мире и имеет мощность 10 230 МВт. ГЭС им. Симона Боливара удовлетворяет потребности Венесуэлы в электроэнергии на 60%, а также производит энергию на экспорт в Бразилию и Колумбию.

ГЭС «Тукуруи» на реке Токантинс, Бразилия

«Тукуруи» - вторая по мощности ГЭС на территории Южной Америки. Она запускалась в два этапа, и на сегодняшний день суммарная мощность станции составляет 8 370 МВт.

ГЭС «Гранд-Кули» на реке Колумбия, США

Это самая крупная ГЭС в Северной Америке. После ввода в эксплуатацию последних турбин в 1985 году мощность этой станции составила 6 809 МВт.

ГЭС «Сянцзяба» на реке Янцзы, Китай

И снова река Янцзы, которую китайцы решили использовать по максимуму. Суммарная мощность турбин этой ГЭС, введенной в эксплуатацию в 2014 году, составляет 6 448 МВт.

ГЭС «Лунтань» на реке Хуншуйхэ, Китай

Мощность ГЭС, занимающей 8-е место в мире, немного уступает предыдущей - 6 426 МВт. На сей раз это река Хуншуйхэ, которую китайцы заставили работать на благо экономики в 2009 году.

Саяно-Шушенская ГЭС на реке Енисей, Россия

Наконец-то, в списке самых-самых встретилась российская ГЭС. Самая мощная в России гидроэлектростанция способна вырабатывать 6 400 МВт энергии и была запущена в 1989 году. С тех пор она прошла процесс полной реконструкции после аварии в августе 2009 года.

Красноярская ГЭС на реке Енисей, Россия

Замыкает список крупнейших ГЭС планеты на сегодняшний момент Красноярская ГЭС, которая также расположена в нашей стране на реке Енисей. Запуск в эксплуатацию этой ГЭС состоялся в 1971 году, а ее мощность составляет 6 000 МВт. Каскад ГЭС на реке Енисей строился главным образом для обеспечения дешевой и бесперебойной энергией крупнейших алюминиевых заводов страны. Получение алюминия - это очень энергозатратный процесс, поэтому все крупные предприятия по производству алюминия находятся в Сибири, в местах расположения крупных ГЭС.

Но этот список довольно динамичен: в настоящий момент ведется строительство ряда крупнейших объектов в области гидроэнергетики. В Китае, Бразилии, Эфиопии, Мьянме в ближайшие годы появятся ГЭС, которые дополнят список «самых-самых», а Россия потеряет свои позиции.

На первый взгляд, гидроэлектростанция штука довольно простая - льётся вода, крутится генератор, вырабатывается электричество. На самом деле современная ГЭС - система с очень сложным оборудованием и тысячами датчиков, управляемая компьютерами.

Сегодня я расскажу о том, что мало кто из обычных людей знает о ГЭС.

Сейчас я нахожусь на стройплощадке Усть-Среднеканской ГЭС, которая расположена в 400 километрах от Магадана. Подробно о ГЭС и строительстве я ещё расскажу, а сегодня несколько любопытных фактов.

1. ГЭС - возможно единственный крупный инженерный объект, который начинает эксплуатироваться задолго до окончания строительства. На Усть-Среднеканской ГЭС ещё не до конца возведена плотина, не до конца построен машинный зал, а первые два гидроагрегата из четырёх уже вырабатывают электричество.

2. Пока ГЭС строится, в её гидроагрегатах работают временные рабочие колёса, рассчитанные на малый напор воды. Когда плотина будет достроена, напор воды повысится и временные колёса заменят постоянными для высокого напора с другой формой лопастей.

3. Несмотря на то, что строительство ГЭС очень дорогое удовольствие, многие ГЭС окупаются ещё до того, как их достраивают до конца. Кстати, Усть-Среднеканская ГЭС продаёт электричество по 1.10 руб за кВтч.

4. Перед тем, как попасть на турбину ГЭС, вода закручивается с помощью огромной стальной улитки - спиральной камеры. Сейчас на Усть-Среднеканской ГЭС как раз заканчивается монтаж спиральной камеры третьего энергоагрегата и мне удалось увидеть и сфотографировать её. Когда энергоагрегат будет достроен, гигантская улитка окажется в толще бетона.

Чтобы осознать размеры конструкции, обратите внимание на рабочих, занимающихся монтажом спиральной камеры.

5. Рабочее колесо гидроагрегата всегда крутится с одинаковой скоростью, обеспечивая стабильную частоту 50 герц. Для меня всегда было загадкой, как поддерживается стабильная скорость вращения. Оказалось, просто с помощью изменения потока воды. Лопатки, управляемые компьютером, постоянно находятся в движении, уменьшая и увеличивая поток воды. Задача системы добиться точной скорости вращения независимо от усилия, с которым крутится вал генератора (а оно зависит от вырабатываемой мощности).

6. Напряжение, выдаваемое генератором, регулируется с помощью изменения напряжения возбуждения. Это постоянное напряжение, которое подаётся на электромагнит ротора. При этом напряжение, которое генерируется обмоткой статора зависит от силы магнитного поля. На фото у меня над головой вращается многотонный ротор.

7. Генератор ГЭС вырабатывает напряжение 15.75 кВ. На Усть-Среднеканской ГЭС установлены генераторы, имеющие номинальную мощность 142.5 МВт (142500000 Вт) и ток в проводах, отводящих выработанное электричество от генератора, может достигать 6150 А. Поэтому эти провода, а точнее шины, имеют огромное сечение и заключены вот в такие трубы.

Любая коммутация при таких токах превращается в большую проблему. Вот так выглядит простой выключатель. Конечно, на токе в шесть тысяч ампер и напряжении пятнадцать тысяч вольт он становится совсем непростым.

8. Повышающие трансформаторы обычно стоят на улице за машинным залом ГЭС (для передачи потребителям напряжение, полученное с генераторов, повышается чаще всего до 220 кВ).

9. По проводам линий электропередач передаётся не только электроэнергия на частоте 50 Гц, но и информационные сигналы на высокой частоте. С помощью них, например, можно с высокой точностью определить место аварии на ЛЭП. На электростанциях и подстанциях ставятся специальные фильтры высокочастотного сигнала. Наверняка, вы такие штуки видели, но вряд ли знали, для чего они.

10. Вся коммутация на высоких напряжениях происходит в среде элегаза (фторид серы, имеющий очень низкую электропроводность), поэтому провода выглядят, как трубы и электрика больше напоминает сантехнику. :)

p.s. Спасибо сотрудникам Усть-Среднеканской ГЭС Илье Горбунову и Вячеславу Сладкевичу (он на фото) за подробные ответы на мои многочисленные вопросы, а так же компании Русгидро за возможность своими глазами посмотреть на строительство и работу такого грандиозного сооружения.

2016, Алексей Надёжин

Основная тема моего блога - техника в жизни человека. Я пишу обзоры, делюсь опытом, рассказываю о всяких интересных штуках. А ещё я делаю репортажи из интересных мест и рассказываю об интересных событиях.
Добавьте меня в друзья