8663

Рисунок 2.2 – Водяная мельница с наливным водяным колесом:

1-подводящий воду лоток, 2-водяное колесо, 3 и 4-зубчатые колеса, 5-перекрытие, 6- неподвижный жернов, 7-подвижный жернов, вращаемый от водяного колеса через передачу

3и 4, 8-лоток для муки, 9-бункер с зерном

В1913 г. в Российской империи действовали 78 ГЭС общей мощностью

8,4 МВт. Кроме того, в Империи имелись десятки тысяч водяных мельниц и установок общей мощностью около 990 тыс. л. с. (Единица мощности л. с. –

лошадиная сила; 1 л. с. =0,735 кВт; 990 тыс. л. с. =728 тыс. кВт=728 МВт).

Таким образом, в 1913 г. в Российской империи использование водной энергии составляло 738,4 МВт. Производство электроэнергии в Империи дано в табл. 2.1.

Первая ГЭС после гражданской войны − Ярополецкая ГЭС на р. Ламе

(Московская обл.) – 1919 г., 13 кВт.

11

Таблица 2.1 – Электроэнергетика Российской Империи

22 декабря 1920 г. Советом Народных Комиссаров (так называлось пра-

вительство РСФСР) был принят план ГОЭЛРО – государственный план

электрификации России.

В период восстановления после гражданской войны (20-е гг. ХХ в.) в со-

ответствии с планом ГОЭЛРО были построены первые крупные ГЭС - Волхов-

ская (Ленинградская обл.) и Земо-Авчальская ГЭС (Грузия). В годы первых пя-

тилеток (1929-40 гг.) вступили в строй ГЭС – Днепровская на Украине (рис.

2.3), Нижнесвирская (Ленинградская обл.), Рионская (Грузия) и др.

Рисунок 2.3 – Днепровская ГЭС на р. Днепре (Украина)

12

К началу ВОВ 1941-45 гг. было введено в эксплуатацию 37 ГЭС общей мощностью более 1500 МВт. Во время войны было приостановлено строитель-

ство ряда ГЭС общей мощностью около 1000 МВт. Часть ГЭС общей мощно-

стью около 1000 МВт оказалась разрушенной или демонтированной. Началось сооружение новых ГЭС малой и средней мощности на Урале (Широковская,

Верхотурская, Алапаевская, Белоярская и др.), в Cp. Азии (Аккавакские, Фар-

хадская, Саларская, Нижнебуэсуйские и др.), на Северном Кавказе (Майкоп-

ская, Орджоникидзевская, Краснополянская), в Азербайджане (Мингечаурская ГЭС), в Грузии (Читахевская ГЭС) и в Армении (Гюмушская ГЭС). К 1945 г. в

СССР мощность всех ГЭС, вместе с восстановленными, достигла 1250 МВт, а

годовая выработка электроэнергии - 4,8 млрд. кВт∙ч.

После окончания Великой отечественной войны, наряду с восстановлени-

ем разрушенных гидротехнических сооружений, началось строительство новых гидроузлов, в том числе и законсервированных на время войны. До 1960 года были построены: Верхне-Свирская ГЭС (Ленинградская обл., Цимлянская ГЭС

(р. Дон), Горьковская ГЭС (р. Волга) – сейчас Нижегородская, Каховская ГЭС

(р. Днепр) (Украина), Волжская ГЭС им. Ленина (р. Волга) – сейчас Жигулев-

ская, Камская ГЭС (р. Кама), Новосибирская ГЭС (р. Обь), Усть-Каменогорская ГЭС (р. Иртыш) (Казахстан), Павловская ГЭС (р. Уфа, приток Камы), Кремен-

чугская ГЭС (р. Днепр) (Украина).

В 1960-1980 гг. строительство ГЭС перемещается на восток страны. В это время сооружены: Братская ГЭС (1961 г.), р. Ангара; Мамаканская ГЭС на ре-

ке Мамакан в Иркутской обл. (1961 г.); Курганская ГЭС (1961 г.). в Узбеки-

стане; Головная ГЭС Вахшского каскада (1962 г.) в Таджикистане; каскад Ков-

динских ГЭС (1962 г.) в Мурманской области; Верхне-Туломская ГЭС (1964 г.)

в Мурманской области; Плявиньская ГЭС (1966 г.) в Латвии; Вилюйская ГЭС

(1967-1975 г.) в Якутии; Каскад Серебрянских ГЭС (1970 г.) на реке Воронья Мурманская обл.; Усть-Хантайская ГЭС (1970 г.) на реке Хантайке в Краснояр-

ском крае; Капчагайская ГЭС (1970 г.) на реке Или в Алматинской области Ка-

захстана; Нурекская ГЭС (1972 г.) реке Вахш в Таджикистане; Чарвакская ГЭС

13

(1972 г.) в Узбекистане; Рижская ГЭС (1974 г.), Латвия; Чиркейская ГЭС (1974

г.) в Дагестане; Усть-Илимская ГЭС (1974 г.) на реке Ангаре.

В 1970-е гг. строительство перемещается в Сибирь, на Енисей: Краснояр-

ская ГЭС, 1967 г., Саяно-Шушенская ГЭС, 1985 г. (самая крупная в РФ); Майн-

ская ГЭС, 1985 г.

В настоящее время завершено строительство: Бурейская ГЭС (р. Бурея,

приток Амура), 2007 г.; Богучанская ГЭС (р. Ангара), 2014 г., Гоцатлинская ГЭС (Дагестан), 2015 г., Загарижская ГЭС (Кабардино-Балкария), 2016 г., Ниж-

не-Бурейская ГЭС (р. Бурея, приток Амура), 2017 г.

Построена Загорская ГАЭС-1 (2000 г.) – Московская область.

Построена Кислогубская ПЭС (1968 г., 2007 г.) – Мурманская обл., Ба-

ренцево море.

Завершено строительство Зарамагской ГЭС-1 (2020 г.) - Северная Осе-

тия.

Крупнейшие ГЭС мира: Три ущелья —ГЭС в Китае на реке Янцзы, самая большая гидроэлектростанция в мире. Мощность 22,40 ГВт (построена в 2012

г.). Итайпу —ГЭС на реке Парана (приток Амазонки) в Бразилии. Мощность

14 ГВт. ГЭС имени Симона Боливара или “Гури” —ГЭС в Венесуэле на реке Карони. Мощность 10,30 ГВт. Саяно-Шушенская на р. Енисее (РФ). Мощность

6,4 ГВт. Самая большая в России.

14

3.ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

3.1.Общие сведения

Гидроэнергетические установки – установки по использованию энергии воды. Первыми гидроэнергоустановками (ГЭУ) считаются водяные мельницы

(см. выше). В них водная энергия с помощью водяного колеса превращалась в механическую для помола зерна.

В настоящее время к ГЭУ относят: ГЭС – гидравлическая электрическая станция; ГАЭС – гидравлическая аккумулирующая электрическая станция;

ПЭС – приливная электрическая станция.

К ГЭУ часто относят и насосные станции (НС).

3.2. Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция (ГЭС) − это комплекс сооружений и оборудования для преобразования гидравлической энергии в электрическую (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Схема гидроэлектростанции

15

3.3. Гидроаккумулирующие электростанции

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) − это комплекс сооруже-

ний и оборудования для преобразования гидравлической энергии в электриче-

скую при увеличении потребности в электроэнергии и преобразования элек-

трической энергии в гидравлическую при уменьшении потребности (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Схемы гидроаккумулирующих электростанций

Различают три основные схемы ГАЭС. Схема I: ГАЭС простого аккуму-

лирования; накопление воды в верхнем бассейне (насосный режим) и использо-

вание накопленной воды (турбинный режим). Схема II: ГЭС-ГАЭС; в качестве верхнего бассейна используется водохранилище ГЭС. Схема III: ГАЭС на пере-

броске стока из одной реки в другую.

16

3.4. Приливные электростанции

Приливная электростанция (ПЭС) - это комплекс сооружений и оборудо-

вания для преобразования энергии приливов в электроэнергию.

Причина образования приливов и отливов – притяжение воды океанов и морей Луной и Солнцем (рис. 3.3).

Солнце

384 тыс. км

150 млн км

Рисунок 3.3 – Схема образования приливов и отливов

Рисунок 3.4 – Схема приливной электростанции

17

Схема приливной электростанции приведена на рис. 3.4.

3.5. Насосные станции

Насосная станция (НС) – это комплекс сооружений и оборудования для преобразования электроэнергии в гидравлическую (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Схема насосной станции

18

4. СХЕМЫ СОЗДАНИЯ НАПОРА

Для получения из водной энергии электроэнергии необходимо создать гидроэнергетические установки (ГЭУ) – ГЭС, ГАЭС, ПЭС.

Из формулы мощности водной энергии (1.9)

N=9,81QН

следует, что для ГЭУ необходимо падение воды – Н. Это падение на ГЭУ пре-

вращается в напор, когда

При этом ГЭУ разделяет территорию речной долины на две части, назы-

ваемые бьефами: верхний бьеф – территорию с высоким уровнем воды УВБ,

нижний бьеф – территорию с низким уровнем воды УНБ.

На ГАЭС бьефы называют бассейнами: верхний и нижний. Для ПЭС бье-

фами являются море и отделенный от него бассейн.

4.1. Схемы создания напора ГЭС

Здесь различают три основные схемы:

–плотинная схема, при которой напор образуется плотиной (рис. 4.1 и

рис. 4.2);

–деривационная схема, когда напор создается деривацией (рис. 4.3), со-

оружаемой в виде канала, лотка, туннеля, трубопровода;

– смешанная схема (плотинно-деривационная), при которой часть напора создается плотиной, другая часть – деривацией (рис. 4.4).

19

Рисунок 4.1 − Плотинная схема создания напора:

1 – дно реки; 2 – уровень воды в реке; 3 – створ плотины; 4 – кривая подпора УВБ; 5 – точка выклинивания подпора

На небольших реках целесообразно создание русловых гидроузлов, т. е.

таких, в которых НПУ поддерживается в пределах русла (рис. 4.2)

3

Рисунок 4.2 − Плотинная схема создания напора в русловом гидроузле: 1 – склон долины реки; 2 – пойма; 3 – русло реки; 4 – плотина; Н – напор

В схемах с использованием деривации различают головной и станцион-

ный гидроузлы.

20