Особенности гэс. Особенности работы гидроэлектростанций: принципы, виды, преимущества

Как устроены и функционируют гидроэлектростанции. Какие бывают типы ГЭС. Каковы основные преимущества гидроэнергетики. Какова роль гидроэлектростанций в современной энергетике.

Содержание

Принцип работы гидроэлектростанций

Гидроэлектростанции (ГЭС) преобразуют энергию падающей воды в электрическую энергию. Основной принцип работы ГЭС заключается в следующем:

Вода из водохранилища под напором поступает в водовод
На выходе из водовода установлена гидротурбина
Поток воды вращает лопасти турбины
Турбина соединена с ротором генератора
При вращении ротора в обмотках статора генератора индуцируется электрический ток
Полученная электроэнергия передается в энергосистему

Таким образом, на ГЭС происходит последовательное преобразование:

Потенциальной энергии воды в кинетическую энергию потока
Кинетической энергии в механическую энергию вращения турбины
Механической энергии в электрическую энергию в генераторе

Основные элементы гидроэлектростанции

В состав типовой ГЭС входят следующие основные сооружения и оборудование:

Плотина — создает напор воды и образует водохранилище
Водоприемник — забирает воду из водохранилища
Напорный водовод — подводит воду к зданию ГЭС
Здание ГЭС — в нем размещается основное энергетическое оборудование
Гидротурбины — преобразуют энергию потока воды в механическую энергию
Гидрогенераторы — вырабатывают электрический ток
Трансформаторная подстанция — повышает напряжение для передачи энергии
Линии электропередачи — передают энергию потребителям

Типы гидроэлектростанций

По схеме создания напора и концентрации потока воды различают следующие основные типы ГЭС:

Плотинные ГЭС

Создают высокий напор с помощью плотины, перегораживающей реку. Здание ГЭС располагается у подножия плотины. Это самый распространенный тип крупных ГЭС.

Деривационные ГЭС

Используют перепад высот реки на коротком участке. Вода отводится в деривационный канал или тоннель и подается на турбины. Обычно строятся на горных реках.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)

Имеют два бассейна на разных высотах. В периоды избытка энергии закачивают воду в верхний бассейн, а при пиковом потреблении вырабатывают энергию, спуская воду вниз.

Приливные электростанции (ПЭС)

Используют энергию морских приливов и отливов. Строятся в узких морских заливах с большой амплитудой приливов.

Преимущества гидроэнергетики

Гидроэлектростанции обладают рядом важных достоинств по сравнению с другими видами электростанций:

Используют возобновляемый источник энергии — движение воды
Не загрязняют атмосферу вредными выбросами
Имеют низкую себестоимость производства электроэнергии

Быстро выходят на полную мощность (за несколько минут)
Могут работать в маневренном режиме, покрывая пиковые нагрузки
Имеют длительный срок службы (50-100 лет и более)
Позволяют регулировать сток рек и защищать от наводнений

В то же время строительство крупных ГЭС связано с затоплением больших территорий и экологическими проблемами.

Крупнейшие гидроэлектростанции мира

Самыми мощными действующими ГЭС в мире являются:

«Три ущелья» (Китай) — 22,5 ГВт
Итайпу (Бразилия/Парагвай) — 14 ГВт
Силоду (Китай) — 13,86 ГВт
Гури (Венесуэла) — 10,2 ГВт
Тукуруи (Бразилия) — 8,37 ГВт

Крупнейшая ГЭС в России — Саяно-Шушенская мощностью 6,4 ГВт.

Роль гидроэнергетики в современном мире

Гидроэлектростанции играют важную роль в мировой энергетике:

Обеспечивают около 16% мирового производства электроэнергии

Являются крупнейшим источником возобновляемой энергии
Позволяют регулировать частоту в энергосистемах
Служат для накопления энергии (ГАЭС)
Способствуют развитию отдаленных регионов

В будущем ожидается дальнейшее развитие гидроэнергетики, особенно в развивающихся странах. Перспективным направлением являются малые ГЭС.

Экологические аспекты гидроэнергетики

Несмотря на то, что ГЭС считаются экологически чистым источником энергии, их строительство и эксплуатация связаны с определенным воздействием на окружающую среду:

Затопление больших территорий при создании водохранилищ
Изменение гидрологического режима рек
Влияние на речные экосистемы и рыбные ресурсы
Выбросы парниковых газов из-за гниения биомассы в водохранилищах
Опасность катастрофических наводнений при авариях на плотинах

Поэтому при проектировании современных ГЭС большое внимание уделяется минимизации негативного воздействия на природу и социальную сферу.

Перспективы развития гидроэнергетики

Основные направления развития гидроэнергетики в ближайшем будущем:

Модернизация и повышение эффективности существующих ГЭС
Строительство ГАЭС для регулирования энергосистем
Развитие малой и микрогидроэнергетики
Создание новых типов гидротурбин с улучшенными характеристиками
Внедрение цифровых технологий управления ГЭС
Использование гибридных схем с другими ВИЭ
Снижение экологического воздействия ГЭС

Гидроэнергетика остается одним из важнейших направлений развития «зеленой» энергетики в мире.

Особенности работы гидроэлектростанции

Главная Блог Ижевска Оборудование. Инструмент Особенности работы гидроэлектростанции

Автор: Редакция портала IGIS • Дата публикации: 14.11.2015

ГЭС служит для получения электрической энергии с помощью потока воды. То есть преобразовывают одну энергию в другую. ГЭС представляет собой комплекс сложных оборудований и сооружений. Одно из главных сооружений на ГЭС это плотина.

Принцип работы гидроэлектростанций

Принцип работы ГЭС не сложный. Сначала обеспечивается необходимый напор воды за счет гидротехнических сооружений и оборудования, работающих под высоким давлением; дальше он поступает на лопасти гидротурбины, и после чего начинают работать генераторы, которые вырабатывают электроэнергию. В самом здании соответственно много различных дополнительных оборудований: распределительные устройства, гидроагрегаты, устройства управления, трансформаторы и много чего еще.

Гидроэлектростанции по вырабатываемой мощности подразделяют на три вида:

малой мощности – до 5 МВт;
средней мощности – до 25 МВт;
высокой мощности – от 25 МВТ до 250 МВт.

То, какую мощность вырабатывает ГЭС, в первую очередь зависит от напора воды и КПД используемого генератора.

Также есть понятие цикличная мощность, то есть в связи с природными законами и рядом других причин уровень воды меняется, и отсюда вытекают следующие циклы: суточные, недельные, месячные, годичные.

Также их можно разделить в зависимости использования максимального напора:

низконапорные ГЭС — от 3 до 25 метров,
средненапорные ГЭС — от 25 метров,

высоконапорные ГЭС — более 60 метров.

У всех видов турбин принцип работы схожий – вода под давлением поступает на лопасти турбины, после чего последние начинают вращаться. На гидрогенератор передается механическая энергия, после чего получают электроэнергию. Турбины различают по техническим характеристикам и их камерами.

ГЭС по принципу использования природных ресурсов

Деривационные гидроэлектростанции. Такие ГЭС строятся там, где большой уклон реки.
Плотинные ГЭС. Строятся они при высоких напорах воды . В таких случаях река перегораживается плотиной, а само здание ГЭС находится в нижней части за платиной.
Приплотинные и русловые ГЭС. Являются самыми распространенными гидроэлектростанциями. Строятся они на многоводных равнинных реках, а также горных и в местах, где русло более сжатое, узкое.

Особенности

Себестоимость такой электроэнергии ниже в два раза, если сравнивать с тепловой электростанцией;
быстрое включение и выключение генераторов на ГЭС;
источник энергии считается возобновляемым;
требуется большие территории для водохранилища;
не загрязняет атмосферу.

ГЭС имеет свои плюсы и минусы

Достоинства:

не загрязняет почву, так как не выделяет вредных веществ,
источником энергии является вода, а она считается возобновляемым источником,
воду можно использовать во многих целях: пить, купаться,
водохранилище создает красивый пейзаж,
легко контролировать производительность ГЭС.

Недостатки:

занимает большую территорию,
служит причиной наводнений,

нарушается уровень воды, поэтому рядом дома не строятся,
уменьшение роста рыбы в искусственных водохранилищах.

Опубликовано комментариев — 1

NIK nul

10.10.19 18:26 • Ответить • Мне нравится • Пожаловаться

Все о ГЭС: как это работает, крупнейшие ГЭС, экология проектов

09 Апр 201926 Июл 2019 — Как это работает, Энергетика

Что это?

Три большие буквы ГЭС означают “гидроэлектростанцию”. Как следует из первой части слова – “гидро”, для получения электричества она использует энергию воды и при этом не требует дополнительных ресурсов, поэтому часто ее называют экологически чистым источником энергии или даже возобновляемым.

Обычно ГЭС выглядит внушительно. Например, так, как на картинке ниже.

Дело в том, что ГЭС, как правило, строят на руслах рек с хорошей скоростью водяного потока. Самая большая в мире ГЭС находится в Китае на реке Янцзы и называется «Три ущелья». Она имеет общую установленную мощностью около 22 500 МВт и годовую выработку около 100 млрд кВт⋅ч. Если верить данным Минэнерго КНР, то эта гидростанция способна обеспечивать большую часть жителей страны, что составляет примерно пятую часть всего населения планеты.

Источник: Wikipedia

Как это работает?

С точки зрения физики, принцип преобразования энергии падающей воды в электроэнергию довольно прост, но воплотить этот процесс в жизнь не так легко.

Вода под напором, создаваемым плотиной, направляется в специальный водовод, в конце которого находится гидротурбина. Под сильным напором воды турбина, к которой присоединен ротор гидрогенератора, начинает вращаться.

Гидрогенератор – это синхронная электрическая машина трёхфазного тока, задача которой преобразовывать механическую энергию турбины в электрическую. Количество выработанной энергии зависит от мощностей гидрогенератора и водяного напора. После того, как механический ток был преобразован в электрический, его отправляют на открытые распределительные устройства, которые, в свою очередь, передают электроэнергию потребителям.

Впрочем, стандартным шаблоном при проектировке ГЭС не обойтись. Каждая гидроэлектростанция по-своему уникальна. При ее постройке учитываются географические особенности, гидропотенциал водоема и инфраструктура региона.

ГЭС бывают разные, да?

Две полностью совпадающие по конструкции ГЭС найти очень сложно. Однако типовое сходство между ними определяется исходя из четырех видов. Специалисты выделяют русловую (обыкновенную), деривационную (на горных реках), гидроаккумулирующую (служат для накопления электроэнергии во время низкого потребления) и приливную (имеет цикличный характер, зависящий от периодичности приливов и отливов) гидроэлектростанции.

Также ГЭС отличаются по своему строению в зависимости от величины напора воды, конструкции плоатины, расположения машинного зала, зарегулированности стока реки и установленной мощности станции.

Что с гидроэнергетикой в России

Во всем мире последние десять лет наблюдается бурный рост возобновляемых источников энергии. В России с 2003 года доля ВИЭ в производстве электроэнергии выросла с 2% до 10% в 2018 году, а к 2020 году ожидается 11,2%. Конечно, такие показатели ничтожны по сравнению с показателями европейских стран. Так, например, у Германии в планах до 2050 года производить 80% электроэнергии в стране за счет ВИЭ.

Что касается конкретно гидроэнергетики, то в России объём производства ГЭС составляет лишь 7% на 2018 год от всей энергии, получаемой с помощью ВИЭ. По прогнозам в 2019 и 2020 годах ее позиции сохранятся. Отметим, что гидроэнергетика включает в себя не только работу гидроэлектростанций, но и использование энергии волн, приливов и термоградиентов в океане.

Самой большой в России остается знаменитая Саяно-Шушенская ГЭС (мощность — 6400 МВт), построенная на реке Енисей неподалеку от границы между Хакасией и Красноярским краем. Ее строительство началось в 1963 году, а закончилось лишь в 2000-х. Естественно, такое крупное сооружение не смогло обойтись без происшествий. Еще во время полувекового строительства появились трещины в плотине, водосбросные сооружения начали разрушаться. А 17 августа 2009 года случилась катастрофа – внезапно разрушился один из гидрогенераторов, вода под сильным напором буквально затопила машинный зал и помещения, находившиеся под ним, погибло 75 человек. В 2014 году Саяно-Шушенскую ГЭС восстановили, и она продолжает работать по сей день.

Экологичны ли ГЭС

Как уже было сказано в начале, ГЭС по сравнению с другими электростанциями, наносит наименьший вред окружающей среде. Для работы электростанции топливо не нужно, что значительно удешевляет стоимость вырабатываемого электричества и не привязывает его к ценам на нефть и уголь. Но и здесь не без недостатков.

Строительство больших плотин препятствует нормальному течению реки, а значит существенно снижает уровень растворенного в воде кислорода, что, в свою очередь, приводит к гибели рыб, мешает их нересту. А сооружение специальных рыбоходов и рыбоподъемников в плотине приводит к удорожанию эксплуатации гидроэлектростанции.

Большие водохранилища, как правило, не являются причиной ухудшения качества воды, а наоборот позволяют разбавлять загрязнения, поступающие из сточных вод промышленных предприятий, изымая и переводя их в донные отложения. Но, если на ГЭС случается авария, например, разрушается плотина, то это может привести к катастрофическому наводнению в близлежащих территориях.

Валерия Кузнецова

Все тексты автора — Анна Клишина

Анна Клишина окончила факультет Международной журналистики МГИМО, а затем работала нефтегазовым обозревателем в газете «Коммерсантъ» и редакторов в международном ценовом агентстве Argus Media.

Анна Клишина

Энергия гидроэлектроэнергии

Энергия гидроэлектроэнергии, также называемая гидроэлектроэнергией или гидроэлектроэнергией, представляет собой форму энергии, которая использует силу движущейся воды, например воды, текущей по водопаду, для выработки электроэнергии. Люди использовали эту силу на протяжении тысячелетий. Более двух тысяч лет назад люди в Греции использовали проточную воду, чтобы вращать колесо своей мельницы, чтобы перемолоть пшеницу в муку.

Как работает гидроэнергетика?

Большинство гидроэлектростанций имеют резервуар с водой, задвижку или клапан для контроля того, сколько воды вытекает из резервуара, а также выпускное отверстие или место, куда вода попадает после того, как стекает вниз. Вода получает потенциальную энергию непосредственно перед тем, как переливается через плотину или стекает с холма. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда вода течет вниз по склону. Вода может использоваться для вращения лопастей турбины для выработки электроэнергии, которая распределяется между потребителями электростанции.

Типы гидроэлектростанций

Существует три различных типа гидроэлектростанций, наиболее распространенным из которых является водохранилище. В водохранилище плотина используется для контроля потока воды, хранящейся в бассейне или резервуаре. Когда требуется больше энергии, вода сбрасывается из плотины. Как только вода высвобождается, сила тяжести берет верх, и вода течет вниз через турбину. Когда лопасти турбины вращаются, они приводят в действие генератор.

Другим типом гидроэлектростанций являются деривационные сооружения. Этот тип завода уникален тем, что не использует плотину. Вместо этого он использует серию каналов для направления проточной речной воды к турбинам, питающим генераторы.

Третий тип установок называется гидроаккумулирующими. Этот завод собирает энергию, полученную от солнечной, ветровой и ядерной энергии, и сохраняет ее для будущего использования. Завод накапливает энергию, перекачивая воду вверх из бассейна на более низкой высоте в резервуар, расположенный на более высокой высоте. Когда есть высокий спрос на электроэнергию, вода, находящаяся в верхнем бассейне, высвобождается. Когда эта вода стекает обратно в нижний резервуар, она вращает турбину, вырабатывая больше электроэнергии.

Насколько широко в мире используется гидроэлектроэнергия?

Гидроэлектроэнергия является наиболее часто используемым возобновляемым источником электроэнергии. Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии. Другие ведущие производители гидроэлектроэнергии в мире включают США, Бразилию, Канаду, Индию и Россию. Приблизительно 71 процент всей возобновляемой электроэнергии, вырабатываемой на Земле, приходится на гидроэнергетику.

Самая большая гидроэлектростанция в мире?

Плотина «Три ущелья» в Китае, которая сдерживает реку Янцзы, является крупнейшей гидроэлектростанцией в мире с точки зрения производства электроэнергии. Плотина имеет длину 2335 метров (7660 футов) и высоту 185 метров (607 футов) и имеет достаточно генераторов для производства 22 500 мегаватт электроэнергии.

Преимущества гидроэнергетики | Министерство энергетики

Управление гидроэнергетических технологий

Зачем использовать гидроэнергетику?

Узнать больше

Гидроэнергетическая программа

Основы гидроэнергетики

Как работает гидроэнергетика

История гидроэнергетики

Гидроэнергетические турбины

Hydrowower Hydrowower

Гидроэнергетический Glossary

Hydropower Hydropower Artemploy Hydropower Artempower

202130213020202020202020202. Filed Hydropower

202130202130202130202020202020202. Filed Hydropower

9000. гидроэлектроэнергия предлагает ряд преимуществ сообществам, которые они обслуживают. Гидроэнергетика и гидроаккумулирование продолжают играть решающую роль в нашей борьбе с изменением климата, предоставляя необходимые услуги в области энергетики, хранения и гибкости.

Ниже приведены лишь некоторые из преимуществ, которые может дать гидроэнергетика по мере перехода Соединенных Штатов на 100 % экологически чистое электричество к 2035 году и нулевой уровень выбросов к 2050 году9.0003

ПРЕИМУЩЕСТВА ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ:

Гидроэнергетика является возобновляемым источником энергии. Энергия, вырабатываемая с помощью гидроэнергетики, зависит от круговорота воды, который управляется солнцем, что делает ее возобновляемой.
Гидроэнергетика работает на воде, что делает ее экологически чистым источником энергии.
Гидроэнергетика — это внутренний источник энергии, позволяющий каждому штату производить собственную энергию, не полагаясь на международные источники топлива.
Водохранилище создает водохранилища, которые предлагают возможности для отдыха, такие как рыбалка, плавание и катание на лодках. Большинство гидроэнергетических установок должны обеспечивать некоторый доступ общественности к водохранилищу, чтобы население могло воспользоваться этими возможностями.
Гидроэнергетика гибка. Некоторые гидроэнергетические объекты могут быстро перейти от нулевой мощности к максимальной мощности. Поскольку гидроэлектростанции могут немедленно генерировать электроэнергию в сеть, они обеспечивают необходимую резервную мощность во время крупных отключений или сбоев в подаче электроэнергии.
Гидроэнергетика обеспечивает преимущества помимо производства электроэнергии, обеспечивая защиту от наводнений, поддержку ирригации и чистую питьевую воду.
Гидроэнергетика доступна. Гидроэнергетика обеспечивает дешевую электроэнергию и долговечность по сравнению с другими источниками энергии. Затраты на строительство можно даже снизить за счет использования уже существующих конструкций, таких как мосты, туннели и плотины.
Гидроэнергетика дополняет другие возобновляемые источники энергии. Такие технологии, как гидроаккумулирующие электростанции (PSH), накапливают энергию для использования в тандеме с возобновляемыми источниками энергии, такими как энергия ветра и солнца, когда спрос высок.
Гидроэнергетика — устоявшаяся отрасль в США, в которой занято 66 500 человек. И в гидроэнергетике появляется все больше рабочих мест, включая производство, коммунальные услуги, профессиональные и деловые услуги, строительство, торговлю и транспорт, энергетические системы, управление водными ресурсами, науку об окружающей среде, сварку, машиностроение и другие услуги.
Количество рабочих мест в гидроэнергетике США может вырасти до 120 000 рабочих мест к 2030 году и до 158 000 к 2050 году. Для тех, кто заинтересован в том, чтобы стать частью этой рабочей силы, программы обучения гидроэнергетике могут быть найдены по всей стране.
Гидроэнергетика создает рабочие места в сельской местности и способствует развитию местной экономики.

Чтобы быть в курсе последних новостей в области гидроэнергетики и возможностей финансирования, подпишитесь на информационный бюллетень Hydro Headlines.

ПОСМОТРЕТЬ ВСЕ

Управление гидроэнергетических технологий публикует отчет о достижениях в области исследований и разработок в области гидроэнергетики и морской энергетики за 2021–2022 гг.

Управление гидроэнергетических технологий (WPTO) Министерства энергетики США сегодня опубликовало отчет о достижениях за 2021–2022 годы.

Узнать больше

Управление технологий гидроэнергетики публикует отчет о экспертной оценке за 2022 год

Управление технологий гидроэнергетики недавно опубликовало отчет о экспертной оценке за 2022 год, который включает отзывы и рекомендации группы независимых экспертов, которые оценивали проекты, финансируемые WPTO, в рамках программ гидроэнергетики и морской энергетики.

Узнать больше

Salmon Hub на Аляске и Министерство энергетики изучают потенциал гидроэнергетики для удовлетворения потребностей региона в энергии и устойчивости его энергетическая устойчивость и экологические цели.

Узнать больше

успеха гидроэнергетики в 2022 году помогут в достижении целей в области экологически чистой энергии

Управление гидроэнергетических технологий Министерства энергетики США рассказывает о некоторых из многочисленных успехов, достигнутых его экспертами, лабораториями и партнерами за последний год в планах на 2022 год и планах на 2023 год.

Узнать больше

Волновой эффект: почему научный сотрудник WPTO Сара Мур считает, что для решения таких проблем, как изменение климата, нам нужно нечто большее, чем математика и наука

В 2015 году Сара Мур отправилась в сельскую боливийскую общину, чтобы установить душевые и уборные, работающие на солнечной энергии. В настоящее время она является научным сотрудником Американской ассоциации развития науки и технологий 2021 года и работает над водными системами других сообществ.

Узнать больше

WPTO объявляет о выделении более 16 миллионов долларов на новые национальные гидроэнергетические и морские проекты под руководством лабораторий

Сегодня WPTO объявила о новых проектах на сумму более 16 миллионов долларов, направленных на дальнейшие исследования и разработки в области гидроэнергетики и морской энергетики. Эти награды включают 5,6 млн долларов на гидроэнергетику и 10,5 млн долларов на проекты морской энергетики в шести национальных лабораториях.

Узнать больше

Основные возможности финансирования обсуждены в Отделе технологий гидроэнергетики Полугодовой вебинар 9 для заинтересованных сторон0003

9 ноября 2022 года WPTO провела свой последний полугодовой вебинар для заинтересованных сторон и поделилась подробностями с заинтересованными сторонами в области гидроэнергетики и морской энергетики из промышленности, научных кругов и правительства о последних возможностях финансирования, достижениях и проектах офиса.

Узнать больше

Победители премии продолжают продвигать инновационные гидроаккумулирующие технологии, три команды продолжили тестирование, завершили дальнейший анализ и определили потенциальные площадки для своих технологий.

Узнать больше

Веб-семинар WPTO для обсуждения тем гидроэнергетики в предстоящей программе финансирования малого бизнеса

1 декабря 2022 г.

Принцип работы гидроэлектростанций

Основные элементы гидроэлектростанции