Гідроелектростанція (ГЕС) – це енергетична установка, яка використовує потік води для виробництва електроенергії.
Це один із найпоширеніших видів відновлюваних джерел енергії.
Принцип роботи та будова ГЕС
Гідротехнічні споруди забезпечують необхідний напір води, що надходить на лопаті гідротурбіни, що приводить в дію генератори, що виробляють електроенергію.
Необхідний тиск води утворюється за допомогою будівництва греблі, і як наслідок концентрації річки в певному місці, або деривацією – природним потоком води. У деяких випадках для отримання необхідного напору води використовують разом і греблю, і деривацію.
Безпосередньо у самій будівлі гідроелектростанції розташовується все енергетичне устаткування. Залежно від призначення воно має свій певний поділ. У машинному залі розташовані гідроагрегати, які безпосередньо перетворюють енергію потоку води в електричну енергію. Є ще різноманітне додаткове обладнання, пристрої управління та контролю за роботою ГЕС, трансформаторна станція, розподільні пристрої та багато іншого.
Водосховище (резервуар)
Водосховище є основним компонентом ГЕС. Воно утворюється шляхом будівництва греблі на річці, що створює штучне водосховище. Водосховище зберігає воду та накопичує потенційну енергію.
Гребля
Гребля – це споруда, що будується через річку або потік води, щоб створити водосховище. Гребля регулює водний потік та утримує воду у водосховищі.
Водоприймач та водовід
Водозабірні споруди використовуються для надходження води до турбін.
Турбіна
Турбіна розташована в приміщенні нижче рівня води. Вона приймає воду з водосховища і приводяться в рух під впливом потоку води. Турбіна перетворює кінетичну енергію води в механічну енергію обертання.
Генератор
Генератор приєднаний до турбіни і перетворюють механічну енергію обертання в електричну енергію.
Трансформатор та лінії електропередач
Електрична енергія, вироблена генераторами, подається на трансформатори, щоб збільшити або зменшити напругу. Після цього електроенергія передається через станційні лінії до споживачів.
Види ГЕС
ГЕС поділяються в залежності від потужності, що виробляється:
- потужні – виробляють від 25 МВт і вище;
- середні – до 25 МВт;
- малі гідроелектростанції – до 5 МВт.
Гідроелектростанції також діляться залежно від максимального використання напору води:
- високонапірні — понад 60 м;
- середньонапірні — від 25 м;
- низьконапірні — від 3 до 25 м.
Гідроелектричні станції також розділяються залежно від принципу використання природних ресурсів, і відповідно створення концентрації води.
Тут можна виділити такі ГЕС:
- Руслові і пригреблеві ГЕС. Це найпоширеніші види гідроелектричних станцій. Натиск води в них створюється за допомогою установки мостом, повністю перегородка річки, або що піднімає рівень води в ній на необхідну позначку. Такі гідроелектростанції будують на багатоводних рівнинних річках, а також на гірських річках, у місцях, де русло річки вужче, стиснуте.
- Греблеві ГЕС. Будуються при більших напорах води. У цьому випадку річка повністю перегороджується греблею, а сама будівля ГЕС розташовується за греблею, у нижній її частині. Вода, в цьому випадку, підводиться до турбін через спеціальні напірні тунелі, а не безпосередньо, як у руслових ГЕС.
- Дериваційна гідроелектростанція. Такі електростанції будують у тих місцях, де великий ухил річки. Необхідна концентрація води в ГЕС такого типу створюється за допомогою деривації. Вода відводиться з річкового русла через спеціальні водовідведення. Водоводи спрямлені, і їхній ухил значно менший, ніж середній ухил річки. У підсумку вода підводиться безпосередньо до будівлі ГЕС. Дериваційні ГЕС можуть бути різного виду — безнапірні або з напірної деривації. У випадку напірної деривації, прокладається водовід із великим подовжнім ухилом. В іншому випадку на початку деривації на річці створюється вища гребля, і створюється водосховище — така схема ще називається змішаної деривації, тому що використовуються обидва методи створення необхідної концентрації води.
- Гідроакумулюючі електростанції. Такі ГАЕС здатні акумулювати вироблювану електроенергію, і пускати її в хід у моменти пікових навантажень. Принцип роботи таких електростанцій наступний: в певні моменти (часи не пікового навантаження), агрегати ГАЕС працюють як насоси, і закачують воду в спеціально обладнані верхні басейни. Коли виникає потреба, вода з них поступає в напірний трубопровід і, відповідно, приводить в дію додаткові турбіни.
Частка електроенергії, що виробляється ГЕС
Станом на 2023 рік, гідроелектроенергія забезпечувала близько 20% світового виробництва електроенергії. Це робить її другим за величиною джерелом відновлюваної енергії після вітрової енергії.
Частка гідроенергії може варіюватися залежно від регіону. Наприклад, у Європі гідроенергія забезпечує близько 16% виробництва електроенергії, а в Африці – 35%.
Найпотужніші гідроелектростанції світу
Три ущелини
Потужність: 22 500 МВт.
Місцезнаходження: р. Янцзи, Китай
Гребля: висота – 185 м, довжина – 2309 м.
Ємність водосховища: 39,3 км³
Байхетань
Потужність: 16 000 МВт
Місцезнаходження: річка Ялунцзян. Китай.
Висота: 280 метрів (919 футів)
Довжина: 2367 метрів (7766 футів)
Ємність водосховища: 17,5 мільярда кубічних метрів
Ітайпу
Потужність: 14 000 МВт
Місцезнаходження: На кордоні між Бразилією та Парагваєм, на річці Парана
Довжина греблі: 7 235 метрів (23 737 футів)
Висота греблі: 196 метрів (643 фути)
Об’єм водосховища: 29 мільярдів кубічних метрів
Переваги та недоліки гідроелектростанцій
Переваги:
- Гідроелектростанція не виробляє викидів парникових газів та інших забруднювачів повітря, що робить їх екологічно чистим джерелом електроенергії.
- Гідроелектростанція може забезпечувати надійне та стабільне джерело електроенергії, на відміну від деяких інших відновлюваних джерел, таких як сонячна та вітрова енергія, які можуть бути непостійними.
- Водосховища ГЕС можуть використовуватися для зберігання енергії, що може допомогти збалансувати попит і пропозицію на електроенергію.
- Греблі ГЕС можуть використовуватися для регулювання потіку води та запобігання повеням.
Недоліки:
- Будівництво гідроелектростанції може мати негативний вплив на довкілля, включаючи вирубку лісів, затоплення земель, порушення середовища існування риб та зміну русла річок.
- Будівництво ГЕС може призвести до переміщення людей, які живуть у районах, що підлягають затопленню.
- Греблі гідроелектростанції можуть становити небезпеку в разі землетрусу або інших стихійних лих. Прорив греблі може призвести до катастрофічного повені.
Загалом, гідроелектростанція може бути цінним джерелом електроенергії, але важливо ретельно зважити її переваги та недоліки.