2.4. Принципові схеми використання гідравлічної енергії на ГЕС

Комплекс гідротехнічних споруд і енергетичного устаткування, за допомогою яких гідравлічна (водна) енергія перетворюється в електричну енергію, називають гідроелектростанцією.

Для перетворення механічної енергії водного потоку в електроенергію шляхом створення на виділеній ділянці ріки зосередженого перепаду (напору) застосовуються принципові схеми ГЕС, наведені на мал. 2.5.

Гребельна схема характеризується тим, що напір на ГЕС створюється за рахунок підпору рівня ріки греблею з утворенням водоймища, яке також використовується для регулювання стоку (добового, тижневого, сезонного, багаторічного) з метою забезпечення необхідного режиму роботи ГЕС. За рахунок регулювання стоку забезпечується збільшення встановленої та гарантованої потужності ГЕС, кількості вироблюваної електроенергії та економічної ефективності ГЕС. На більшості ГЕС, що знаходяться в експлуатації, у тому числі самих потужних, використана гребельна схема. Така схема застосовується в рівнинних і гірських умовах. При цьому напори на ГЕС залежать від висоти гребель і досягають, наприклад, 280 м на Нурекській ГЕС (Таджикистан) потужністю 2,7 млн.кВт, побудованій в гірських умовах. На ГЕС Ітайпу (Бразилія – Парагвай) потужністю 12,6 млн.кВт висота греблі дорівнює 196 м.

На великих ГЕС у рівнинних умовах напір менше, наприклад на Дністровській ГЕС (Україна) потужністю 0.7 млн. кВт напір дорівнює 54 м, а на Київській ГЕС (Україна) потужністю 0,36 млн.кВт він знижується до 11 м. Така схема використана для всіх ГЕС Дніпровського каскаду в Україні, усіх ГЕС Волзького, Єнісейського та Ангарського каскаду в Росії, для ГЕС каскаду на річках Колумбія та Міссурі у США.
Мал. 2.5. Принципові схеми ГЕС: а – гребельна; б – дериваційна; в – комбінована; 1 – гребля; 2 – будинок ГЕС; 3 – дериваційний канал; 4 – напірний трубопровід; 5 – напірний тунель; 6 – зрівнювальний резервуар; 7 – відвідний тунель; 8 – водоприймач; 9 – природна поверхня берегового схилу

Київська ГЕС

При дериваційній схемі напір на ГЕС утворюється шляхом створення зосередженого перепаду за рахунок відводу води з річки штучним водоводом, в якості якого застосовуються відкриті канали (безнапірна деривація); напірні тунелі або трубопроводи (напірна деривація) (мал. 2.6).

При дериваційній схемі для забору води на ГЕС у більшості випадків у річці зводиться гребля, яка утворює невелике водоймище, що часто виконує добове регулювання.

Дериваційну схему доцільно застосовувати в гірських умовах при більших ухилах і порівняно невеликих витратах, що дозволяє при відносно невеликій довжині дериваційного водоводу одержати великий напір. На с. 283 наведено загальний вигляд ТеребляРикської ГЭС потужністю 27 МВт із напором 215 м, що використовує дериваційну схему з напірною деривацією.

Мал. 2.6. Дериваційна ГЕС із напірною деривацією

Теребля-Рикська ГЕС (за приміщенням ГЕС видно «вихідний портал» тунелю й металевий водовід завдовжки 350 м)

Гідровузол Ялі на річці Сесан, В’єтнам

При дериваційній схемі напори досягають 1000 м і більше. Наприклад, на ГЕС Целльрейн-Зильц (Австрія) потужністю 0,43 млн.кВт напір становить 1259 м, на ГЕС Розеланд (Франція) потужністю 0,5 млн.кВт – 1200 м, на ГЕС Грозіо (Італія) потужністю 0,43 млн.кВт – 590 м.

У випадку комбінованої схеми напір на ГЕС утворюється частково за рахунок підпору рівня ріки греблею й створення водоймища, як при пригребельній схемі, та частково за рахунок деривації, що дозволяє при відповідних природних умовах використовувати переваги обох схем. При комбінованій схемі також можна одержати високі напори на ГЕС. Наприклад, на ГЕС ЧерчиллФолс (Канада) потужністю 5,3 млн. кВт із водоймищем обсягом 32,6 км3, утвореним греблею висотою 32 м, напір становить 318 м; на Інгурській ГЕС (Грузія) потужністю 1,3 млн.кВт із водоймищем обсягом 1,1 км3, утвореним греблею висотою 272 м, максимальний напір становить 404 м, на ГЕС Ялі (В'єтнам) потужністю 0,72 млн. кВт із водоймищем, утвореним греблею висотою близько 60 м, напір становить 190 м, на ГЕС Тхак Мо (В'єтнам) потужністю 0,15 млн.кВт із водоймищем, утвореним греблею висотою 50 м, напір становить 90 м.

Вибір схеми й основних параметрів ГЕС залежить від природних умов ділянки річки й здійснюється на підставі техніко-економічного порівняння варіантів.