2.4. Принципиальные схемы использования гидравлической энергии на ГЭС

Комплекс гидротехнических сооружений и энергетического оборудования, посредством которых гидравлическая (водная) энергия преобразуется в электрическую энергию, называют гидроэлектростанцией.

Для преобразования механической энергии водного потока в электроэнергию путем создания на выделенном участке реки сосредоточенного перепада (напора) применяются принципиальные схемы ГЭС, приведенные на рис. 2.5.

Плотинная схема характеризуется тем, что напор на ГЭС создается за счет подпора уровня реки плотиной с образованием водохранилища, которое также используется для регулирования стока (суточного, недельного, сезонного, многолетнего) с целью обеспечения требуемого режима работы ГЭС. За счет регулирования стока обеспечивается увеличение установленной и гарантированной мощности ГЭС, количества вырабатываемой электроэнергии и экономической эффективности ГЭС. На большинстве эксплуатируемых ГЭС, в том числе самых мощных, использована плотинная схема. Такая схема применяется в равнинных и горных условиях. При этом напоры на ГЭС зависят от высоты плотин и достигают, например, 280 м на Нурекской ГЭС (Таджикистан) мощностью 2,7 млн.кВт, построенной в горных условиях. На ГЭС Итайпу (Бразилия – Парагвай) мощностью 12,6 млн.кВт высота плотины равна 196 м. На крупных ГЭС в равнинных условиях напор меньше, например на Днестровской ГЭС (Украина) мощностью 0,7 млн. кВт напор равен 54 м, а на Киевской ГЭС (Украина) мощностью 0,36 млн.кВт он снижается до 11 м. Такая схема использована для всех ГЭС Днепровского каскада в Украине, всех ГЭС Волжского, Енисейского и Ангарского каскада в России, для ГЭС каскада на реках Колумбия и Миссури в США.

Киевская ГЭС

Рис. 2.5. Принципиальные схемы ГЭС: а – плотинная; б – деривационная; в – комбинированная; 1 – плотина; 2 – здание ГЭС; 3 – деривационный канал; 4 – напорный трубопровод; 5 – напорный туннель; 6 – уравнительный резервуар; 7 – отводящий туннель; 8 – водоприемник; 9 – естественная поверхность берегового склона

При деривационной схеме напор на ГЭС образуется путем создания сосредоточенного перепада за счет отвода воды из реки по искусственному водоводу, в качестве которого применяются открытые каналы (безнапорная деривация); напорные туннели или трубопроводы (напорная деривация) (рис. 2.6).

Для забора воды на ГЭС при деривационной схеме в большинстве случаев в реке возводится плотина, образующая небольшое водохранилище, часто выполняющее суточное регулирование.

Деривационную схему целесообразно применять в горных условиях при больших уклонах и сравнительно небольших расходах, что позволяет при относительно небольшой длине деривационного водовода получить большой напор. На стр. 283 приведен общий вид Теребля-Рикской ГЭС мощностью 27 МВт с напором 215 м, использующей деривационную схему с напорной деривацией.

Теребля-Рикская ГЭС (за зданием ГЭС виден «выходной портал» туннеля и металлический водовод длиной 350 м)

Гидроузел Яли на реке Сесан, Вьетнам

Рис. 2.6. Деривационная ГЭС с напорной деривацией

При деривационной схеме напоры достигают 1000 м и более. Например, на ГЭС Целльрейн-Зильц (Австрия) мощностью 0,43 млн. кВт напор составляет 1259 м, на ГЭС Розеланд (Франция) мощностью 0,5 млн. кВт – 1200 м, на ГЭС Грозио (Италия) мощностью 0,43 млн. кВт – 590 м.

В случае комбинированной схемы напор на ГЭС образуется частично за счет подпора уровня реки плотиной и создания водохранилища, как при приплотинной схеме, и частично за счет деривации, что позволяет при соответствующих природных условиях использовать преимущества обеих схем. При комбинированной схеме также можно получить высокие напоры на ГЭС. Например, на ГЭС Черчилл Форс (Канада) мощностью 5,3 млн.кВт с водохранилищем объемом 32,6 км 3, образованным плотиной высотой 32 м, напор составляет 318 м; на Ингурской ГЭС (Грузия) мощностью 1,3 млн. кВт с водохранилищем объемом 1,1 км 3, образованным плотиной высотой 272 м, максимальный напор составляет 404 м, на ГЭС Яли (Вьетнам) мощностью 0,72 млн. кВт с водохранилищем, образованным плотиной высотой около 60 м, напор составляет 190 м, на ГЭС Тхак Мо (Вьетнам) мощностью 0,15 млн. кВт с водохранилищем, образованным плотиной высотой 50 м, напор составляет 90 м.

Выбор схемы и основных параметров ГЭС зависит от природных условий участка реки и производится на основании технико-экономического сравнения вариантов.