Гидроэлектростанция (ГЭС): что такое, отличие от ТЭЦ

На сегодняшний день в мире активно обсуждается вопрос о применении альтернативных источников энергии. В настоящее время разрабатываются и внедряются новые виды энергии, которые могут производить электроэнергию и тепловую энергию, используя практически неисчерпаемые природные ресурсы, при этом минимизируя негативное воздействие на окружающую среду. В число таких источников входят гидроэлектростанции, которые имеют ряд преимуществ. 

Что представляет собой гидроэлектростанция (ГЭС)?

Гидроэлектростанция (ГЭС) — это инженерные сооружения, которые используют энергию воды для генерации электроэнергии. В настоящее время, ГЭС являются одним из наиболее популярных источников возобновляемой энергии в мире.

Основной принцип работы гидроэлектростанций заключается в преобразовании кинетической энергии воды, которая движется, в механическую энергию вращения турбины, которая затем преобразуется в электрическую энергию. На реках создаются плотины или дамбы, в результате чего образуются водохранилища. Вода, пройдя через специальные механизмы, направляется к турбинам, где ее кинетическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения турбины.

Виды гидроэлектростанций

Выделяют несколько типов гидроэлектростанций в зависимости от способов использования водных ресурсов.

Гидроэлектростанции с использованием плотин

Данный вид гидроэлектростанций является наиболее распространенным, так как для обеспечения стабильного напора и потока воды на реке или озере создается водохранилище. Это может быть достигнуто за счет сооружения плотины на полноводных равнинных реках или на горных реках с узким руслом.

Приливные и отливные гидроэлектростанции (ПЭС)

Данные электростанции имеют особый тип, их работа основана на использовании энергии приливов и отливов. При этом устье реки, которая впадает в море или залив, блокируется плотиной с расположенными на ней гидравлическими механизмами. Данные агрегаты представляют собой установки, которые объединяют в себе гидротурбины и гидрогенератор. Промышленные гидроагрегаты могут производить электроэнергию в генераторном режиме и выполнять роль насосов, перемещая воду через водохранилище (для использования в периоды отсутствия приливов или отливов). Важно отметить, что в случае второго варианта речь идет о гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС). Первая и, пока что, единственная экспериментальная станция в России, Кислогубская ПЭС (приливная электростанция) мощностью 1,7 МВт, была возведена в 1964-1968 годах. Она находится в губе Кислая Баренцева моря, неподалеку от посёлка Ура-Губа в Мурманской области.

Бесплотинные гидроэлектростанции

По сути, это новый перспективный вид гидроэлектростанций без напора. Они предназначены для использования в качестве источника энергии погруженных в воду генераторов различных конструкций (их ассортимент постоянно расширяется). В России функционируют несколько десятков гидроэлектростанций подобного типа, которые характеризуются сравнительно невысокой мощностью вырабатываемой энергии.

Принцип действия гидроэлектростанций

Принцип работы гидроэлектростанции (ГЭС) представляет собой довольно простой механизм. Вода, которая собирается в искусственном водохранилище, под влиянием своего напора оказывает давление на лопасти турбины. Движение турбины приводит в действие гидрогенератор, который способен генерировать электрический ток. На практике процесс гораздо более сложен.

Первоначально необходимо создать водохранилище, как правило, это искусственный резервуар, который формируется путем создания водоудерживающих сооружений и плотины в руслах рек. Это нужно для создания давления и перекрытия потока воды. Порой для деривации используется естественный поток воды, а иногда требуется создание плотины и деривация. Ключевым моментом является то, что каждая гидроэлектростанция уникальна и не существует двух абсолютно одинаковых ГЭС в мире. За исключением бесплотинных станций, которые могут иметь серийное производство.

Параллельно с возведением водохранилища строится сама станция, внутри которой устанавливаются гидроагрегаты. Осуществляется подвод воды, который оказывает давление на лопасти турбины, запуская генератор. 

Весь комплекс оборудования, который касается энергетики, находится внутри станции. Снаружи находятся трансформаторная подстанция, распределительный пункт и линии электропередач, через которые осуществляется передача энергии, полученной от генерации в энергосистему.

Кроме того, имеется множество сооружений, которые используются в целях пропуска судов и рыбной ловли, защиты берегов от наводнений и обеспечения ирригации, а также для вспомогательных нужд самой электростанции (например, использование здания в качестве моста для транспорта). Однако эти сооружения не имеют отношения к производству энергии.

Преимущества гидроэлектростанций

Заслуги гидроэлектростанций широко известны и высоко ценились еще на заре развития электроэнергетики. В 1878 году была создана первая в мире гидроэлектростанции англичанином Уильямом Джорджем Армстронгом в Нортумберленде,  предоставившая электропитание для освещения картинной галереи с использованием дуговой лампы, подчеркнуло множество удобств и преимуществ, которые так высоко оцениваются в области энергетики и экономики.

Экологические преимущества

Экологические преимущества гидроэлектростанций признаются экологами, несмотря на некоторые сложности, так как они всё же оказывают некоторое воздействие на природную среду. Главным преимуществом использования возобновляемой энергии является отсутствие процесса сжигания топлива, что позволяет исключить выброс в атмосферу вредных газов. Также, водохранилища могут снизить риск возникновения природных катастроф, таких как наводнения, паводки и разрушение береговой линии. Кроме того, они могут обеспечить потребителей водой и местом для отдыха.

Устойчивость и надёжность электроснабжения

Высокая устойчивость и надёжность электроснабжения обеспечивается постоянным круговоротом воды в природе, что даёт возможность эффективно производить электроэнергию с помощью гидроэлектростанций, которые имеют высокий уровень мощности. Данный аспект играет ключевую роль в поддержании стабильности глобальной энергетической системы. Обязательно нужно учитывать сезонные особенности эксплуатации станции, особенно в зимний период с его уникальными природно-климатическими условиями.

Экономическая эффективность

Эффективность гидроэлектростанций напрямую зависит от их низкой стоимости производства электроэнергии по сравнению с тепловыми, атомными или другими электростанциями, которые используют возобновляемые ресурсы (солнечные, ветровые, геотермальные). Данная выгода заключается в том, что водные ресурсы используются практически бесплатно, а строительство сооружений не требует больших затрат, так как они являются крупнейшими в мире. Кроме того, они имеют низкую стоимость и просты в эксплуатации, что позволяет использовать их без значительных трудовых затрат.

Гидроэлектростанции в мировой энергетике

В Китае, несмотря на некоторый спад в развитии гидроэнергетических мощностей в последние 7 лет, процесс их развития возобновился и стал более интенсивным в начале 20-х годов XXI века. В настоящий момент Китай занимает лидирующие позиции в мировой гидроэнергетике.

Вклад в снижение выбросов парниковых газов

Ситуация в этом вопросе неоднозначна, так как водохранилища могут выполнять роль как источников выброса углекислого газа и метана в атмосферу (чаще всего это осуществляется интенсивно в первые 20 лет после постройки ГЭС), так и в роли поглотителей углерода. Эти факторы зависят от стадии эксплуатации гидросооружений, температуры воды и  состава донных отложений.

Различия между ГЭС и ТЭЦ