Саяно-Шушенская гидроэлектростанция (СШГЭС) - крупнейшая в России, расположена на реке Енисей, между Красноярским краем и Хакасией. Строительство станции началось в 1963 году. Первый гидроагрегат был запущен в декабре 1978 года. Возведение ГЭС полностью завершилось лишь в 2000-м. Через девять лет на станции произошла авария: тогда вышел из строя гидроагрегат № 2, его выбросило напором воды со своего места. Машинный зал и технические помещения под ним затопило, погибли 75 человек. Как позже установила комиссия, причиной аварии стал износ шпилек крепления крышки турбины. На восстановление и комплексную модернизацию станции компания «Русгидро» потратила 41 миллиард рублей. Сейчас работы практически завершены. The Village выяснил, как работает станция.

Саяно-Шушенская ГЭС

Крупнейшая гидроэлектростанция
в России

год основания : 1963

местоположение : посёлок Черёмушки, Хакасия

число сотрудников : 580 человек

Саяно-Шушенское водохранилище образовано плотиной ГЭС. Его объём составляет 31 кубический километр. Эта плотина является самой высокой в мире арочно-гравитационной плотиной, её высота 245 метров. Длина гребня составляет 1 074 метра, ширина основания - 105 метров.

Из водохранилища вода попадает в водоводы. Каждый водовод имеет диаметр 7,5 метра. В теле плотины установлено около одиннадцати тысяч различных датчиков, контролирующих состояние сооружения.

Из водоводов вода попадает на турбины. Благодаря их вращению, приходят в движение генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Центральный пульт управления. Мозг станции, откуда всего два человека управляют её работой.

В здании СШГЭС установлены десять гидроагрегатов, мощность каждого - 640 мегаватт. Таким образом, общая мощность станции - 6 400 мегаватт, это самая большая электростанция России. Каждый из десяти гидроагрегатов СШГЭС может пропускать по 350 кубических метров воды в секунду.

Восстановительные работы в машинном зале Саяно-Шушенской ГЭС сейчас завершаются, восстанавливается последний гидроагрегат, ведутся отделочные работы.

Оборудование на нижних отметках машинного зала тоже полностью обновили.

Выходя из турбин, вода ниже по течению бурлит и образует водовороты.

Эксплуатационный водосброс используется во время сильных паводков и может пропускать до 13 тысяч кубометров воды в секунду.

Раньше ток со станции подавался в открытое распределительное устройство, которое сейчас демонтируется.

Теперь его функции выполняет комплектное элегазовое распределительное устройство, расположенное в небольшом закрытом помещении. Оно гораздо более надёжное и безопасное, требует намного меньших затрат на обслуживание. В нём - 19 ячеек, в каждой из которых расположены выключатели, разъединители, заземлители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также шкаф управления. В узлах ячейки находится элегаз (SF6). Это тяжёлый газ, очень хороший изолятор.

Станция вырабатывает в среднем 23,5 миллиарда киловатт-часов электроэнергии в год. Проектная мощность - 6 400 мегаватт. Основные потребители - Саянский и Хакасский алюминиевый заводы, предприятия Красноярского края и Кемеровской области. Кроме того, станция является регулирующей для всей энергосистемы Сибири.

Фотографии: Иван Гущин

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

1. Деривационные гидроэлектростанции . Такие ГЭС строятся там, где большой уклон реки.
2. Плотинные ГЭС . Строятся они при высоких напорах воды. В таких случаях река перегораживается плотиной, а само здание ГЭС находится в нижней части за платиной.
3. 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.

Многообразие вариантов и уникальность технических решений применяемых при строительстве гидроэлектростанций поражает воображение. На самом деле, не так легко найти две одинаковые станции. Но всё же существует их классификация, основанная на определённых признаках - критериях.

Способ создания напора

Пожалуй, самый очевидный критерий - способ создания напора :

• русловая гидроэлектростанция (ГЭС);
• деривационная гидроэлектростанция;
• гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС);
• приливная электростанция (ПЭС).

Между этими четырьмя основными видами гидроэлектростанций есть характерные отличия. Речная гидроэлектростанция располагается на реке, перекрывая плотиной её течение для создания напора и водохранилища. Деривационная ГЭС обычно располагается на извилистых горных реках, где можно соединить рукава реки водоводом чтобы пустить часть потока по более короткому пути. Напор при этом создаётся естественным перепадом рельефа местности, а водохранилище может и вовсе отсутствовать. Гидроаккумулирующая электростанция представляет собой два бассейна, располагающихся на разных уровнях. Бассейны соединены водоводами, по которым вода может перетекать в нижний бассейна из верхнего и перекачиваться обратно. Приливная электростанция располагается в заливе, перекрытом плотиной для создания водохранилища. В отличии от гидроаккумулирующей электростанции рабочий цикл ПЭС зависит от явления приливов/отливов.

Величина напора

По величине напора, создаваемого гидротехническим сооружением (ГТС) гидроэлектростанции делятся на 4 группы:

• низконапорные - до 20 м;
• средненапорные - от 20 до 70 м;
• высоконапорные - от 70 до 200 м;
• сверхвысоконапорные - от 200 м.

Стоить отметить что классификация по величине напора носит относительный характер и разнится от одного источника к другому.

Установленная мощность

По установленной мощности станции - сумме номинальных мощностей генерирующего оборудования установленного на ней. Эта классификация имеет 3 группы:

• микро-ГЭС - от 5 кВт до 1 МВт;
• малые ГЭС - от 1 кВт до 10 МВт;
• крупные ГЭС - свыше 10 МВт.

Классификация по установленной мощности также как и по величине напора, не является строгой. Одну и ту же станцию в разных источниках могут относить к разным группам.

Конструкция плотины

Существует 4 основных группы плотин гидроэлектростанций:

• гравитационная;
• контрфорсная;
• арочная;
• арочно-гравитационная.

Гравитационная плотина представляет собой массивную конструкцию удерживающую воду в водохранилище за счёт своего веса. Контрфорсная плотина использует несколько другой механизм – свой относительно небольшой вес она компенсирует весом воды, давящей на наклонную грань плотины со стороны верхнего бьефа. Арочная плотина , пожалуй самая изящная, имеет форму арки, упирающейся основанием в берега и округлой частью выпуклой в сторону водохранилища. Удержание воды у арочной плотины происходит за счёт перераспределения давления с фронта плотины на берега реки.

Расположение машинного зала

Точнее, по расположению машинного зала относительно плотины , не путать с компоновкой! Эта классификация имеет значение только для русловых, деривационных и приливных электростанций.

• руслового типа;
• приплотинного типа.

При русловом типе машинный зал располагается непосредственно в теле плотины, приплотинной типе - возводится отдельно от тела плотины и обычно располагается сразу за ним.

Компоновка

Под словом "компоновка" в данном контексте подразумевается расположение машинного зала относительно русла реки. Будьте внимательны при чтении другой литературы на эту тему, потому как слово компоновка имеет более широкое значение. Классификация справедлива только для русловых и деривационных электростанций.

• русловая;
• пойменная;
• береговая.

При русловой компоновке здание машинного зала располагается в русле реки, пойменной компоновке - в пойме реки, а при береговой компоновке - на берегу реки.

Зарегулированность

А именно степень зарегулированности стока реки. Классификация имеет значение только для русловых и деривационных гидроэлектростанций.

• суточного регулирования (цикл работы - одни сутки);
• недельного регулирования (цикл работы - одна неделя);
• годичного регулирования (цикл работы - один год);
• многолетнего регулирования (цикл работы - несколько лет).

Классификация отражает насколько велико водохранилище гидроэлектростанции по отношению к объему годового стока реки.

Все приведённые критерии не являются взаимно исключаемыми, то есть одна и та же ГЭС может быть речного типа, высоконапорной, средней мощности, русловой компоновки с машинным залом приплотинного типа, арочной плотиной и водохранилищем годичного регулирования.

Список использованных источников

1. Брызгалов, В.И. Гидроэлектростанции: учеб. пособие / В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. - 541 с.
2. Гидротехнические сооружения: в 2 т. / М.М. Гришин [и др.]. - Москва: Высшая школа, 1979. - Т.2 - 336 с.

Опубликовано: 21 июля 2016 Просмотров: 4.5k

В энергосистеме ГЭС обычно используется для выработки электроэнергии, покрытия графика нагрузки, особенно его пиковой части, регулирования частоты электрического тока в системе, в качестве резерва и для выработки реактивной мощности в режиме синхронного компенсатора.

Режим работы ГЭС в энергосистеме зависит от расхода воды, напора, объема водохранилища, потребностей энергосистемы, ограничений по верхнему и нижнему бьефу.

Агрегаты ГЭС по техническим условиям могут быстро включаться, набирать нагрузку и останавливаться. Причем включение и выключение агрегатов, регулирование нагрузки могут происходить автоматически при изменении частоты электрического тока в энергосистеме. Для включения остановленного агрегата и набора полной нагрузки обычно требуется всего 1-2 мин.

Мощность на валу гидротурбины (кВт) определяется как

где т - расход воды через гидротурбину, м 3 /с;
Н т - напор турбины, м;
η т - коэффициент полезного действия (КПД) турбины.

Напор турбины равен:

где ∇ВБ, ∇НБ - отметки уровня воды соответственно в верхнем и нижнем бьефе, м;
Н г - геометрический напор;
∆h - потери напора в водоподводящем тракте, м.

Потери напора обычно составляют 2-5 % Н г. Значение КПД гидротурбины зависит от ее конструкции, размеров и режимов работы. Коэффициент полезного действия современных крупных гидротурбин может достигать 0,95.

Электрическая мощность гидроагрегата N a на выводах генератора

(17.9)

где η ген - КПД гидрогенератора.

Обычно КПД гидрогенератора равен 0,9-0,98.

Регулирование мощности агрегата ГЭС производится изменением расхода, проходящего через гидротурбину. Мощность ГЭС в i-й момент времени равна:

(17.10)

где гi , H гi , η гi - расход ГЭС, напор ГЭС и КПД ГЭС соответственно в i-й момент времени.

Выработка электроэнергии ГЭС (кВт · ч) за период времени Т (ч) определяется как

(17.11)

В качестве расчетного периода Т рассматриваются час, сутки, неделя, месяц, год.

Годовая выработка электроэнергии ГЭС не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от объема стока, поступающего в водохранилище, степени его регулирования и условий эксплуатации ГЭС. При годичном регулировании годовая выработка электроэнергии ГЭС, как правило, существенно колеблется в основном за счет энергоотдачи в паводковый период.

При многолетнем регулировании неравномерность выработки электроэнергии по годам бывает незначительной.

Среднемноголетняя выработка электроэнергии является важной характеристикой, используемой при определении технико-экономических показателей ГЭС.

Для оценки работы ГЭС в энергосистеме служит условное число часов использования установленной мощности в году Т у представляющее собой отношение:

где N у - установленная мощность ГЭС;
г - среднегодовая выработка.

Для остропиковых ГЭС Т у ≤ 2000 ч, а для ГЭС, работающих в полупиковом режиме, Т у возрастает до 4000 ч. Если ГЭС предназначается для базисной работы, то Т у составляет обычно 6000-6500 ч. Теоретическим пределом является Т у = 8760 ч.

Эксплуатационный персонал на ГЭС существенно меньше, чем на тепловой или атомной электростанции аналогичной мощности.

Себестоимость выработки электроэнергии на ГЭС обычно в 6-8 раз ниже, чем на ТЭС или АЭС.