Гидроэлектростанция (ГЭС): виды, принцип работы, как устроена и самые крупные

Энергетика

Без гидроэлектростанций невозможно представить современную жизнь. Энергия, вырабатываемая ГЭС, служит для обеспечения комфортной жизни человека. В нашей статье вы узнаете, что такое гидроэлектростанция, что нужно для ее строительства, какие самые популярные ГЭС существуют и многое другое.

Содержание (развернуть)

Что такое ГЭС

Что такое ГЭС

Гидроэлектростанция – это электростанция, использующая энергию напора воды для преобразования в электроэнергию. Обычно ГЭС строят на реках.

У ГЭС множество преимуществ. Самое главное – в том, что используется возобновляемая энергия. При этом затраты труда самые минимальные, эксплуатация очень простая. Не происходит вредных выбросов в атмосферу.

Условия для строительства ГЭС

Есть несколько условий, при которых может быть построена гидроэлектростанция.

Перечислим их:

Наличие мощной реки, текущей под углом и обеспечивающей круглогодичный доступ воды

Вода активно испаряется из-за работы гидроэлектростанции. Если течение реки мощное, то оно будет вовремя компенсировать ту воду, которая испарилась.

Близкое расположение мест добычи сырья и различных стройматериалов

Могут возникнуть проблемы с доставкой необходимых стройматериалов и сырья. Поэтому лучше, если поблизости от гидроэлектростанции будет расположен, например, карьер, из которого можно будет добыть некоторое сырье.

Устойчивость почвы

В местах строительства ГЭС происходит большая нагрузка на почву. Так что нужно выбрать место с очень устойчивой почвой. Она должна выдерживать высокое давление.

Особенности получения гидроэнергии

Есть некоторые особенности добычи энергии из воды.

Перечислим их:

  • Энергию воды перерабатывают в электричество.
  • Это самый дешёвый способ получения энергии.
  • Также это один из наиболее экологичных способов получения энергии.
  • Низкое количество вредоносных отходов.
  • Вода в реке постоянно возобновляется.
  • В водохранилище появляется больше рыб.
  • Есть мощные очистительные системы.

Классификация и виды ГЭС

Есть несколько подразделений ГЭС. Рассмотрим подробно каждую из них.

По принципу действия

По принципу работы ГЭС выделяются следующие виды:

  • Плотинные ГЭС. Является самым распространённым типом. Для их работы строят плотины. Такая ГЭС может устанавливаться как у равнины, так и в месте сужения русла рек.
  • Приплотинные. Их строят за плотиной при очень сильном напоре воды. Вода поступает по тоннелям.
  • Деривационные. Они строятся с уклоном, в самом низу реки. Благодаря уклону вода не задерживается на долгое время.
  • Гидроаккумулирующие (сокращённое название – ГАЭС). Для них строят верхний и нижний бассейн. Гидростанция при этом размещается рядом с нижним. ГАЭС осуществляет сбор электричества и использует его во время больших нагрузок.

По мощности

По мощности выделяют следующие виды ГЭС:

  • Малые. Их мощность составляет до 5МВт.
  • Средние. От 5 до 25МВт.
  • Мощные. Более 25МВт.

По напору воды

От напора водных масс зависит, какие будут использоваться турбины. Ведь для разной нагрузки нужны разные турбины.

  • Низконапорные. Их напор составляет от 3 до 25 метров.
  • Средненапорные. От 25 до 60 метров.
  • Высоконапорные. Более 60 метров.

Устройство и конструкция гидроэлектростанции

Главной частью гидростанции является машинный зал. В нем расположены все необходимые приспособления для переработки энергии водных масс – это турбины, генераторы и другое.

Рядом с гидростанцией устанавливают гидротехнические сооружения, такие как:

  • Плотина (другое название – дамба);
  • Очистительные сооружения;
  • Резервуар для уравнивания;
  • Трансформаторные станции.
Устройство и конструкция гидроэлектростанции

Технические нюансы

Так как напор воды всегда разный, производительность ГЭС тоже разная. Как уже говорили ранее, в зависимости от напора воды необходим разный тип турбин.

Так, для высоконапорных станций используют ковшевую конструкцию. Вода в неё подается из сопел.

Если напор ниже, то применяются радиально-осевые или же поворотно-лопостные аппараты. Они подгружаются полностью в воду, у них может быть разный наклон, количество лопастей, строение и т.д.

Камеры для турбин делают из стали или железобетона. Здание гидростанции может находиться внутри плотины или рядом с ней, или же далеко от воды. В состав станций могут входить шлюзы, рыбоходы, водобросы.

Принцип работы, схема гидроэлектростанции

Для начала строят плотины. Далее вода начинает скапливаться в искусственном водохранилище, а оттуда она попадает в уравнительный резервуар. Далее поток воды проходит по турбинам. Лопасти начинают вращаться. От этого выделяется энергия, которая передаётся гидрогенератору. Так и получается, что энергия воды становится электроэнергией.

Роль плотины

Основным элементом гидроэлектростанции является плотина. Это очень большие перемычки, которые держат поток воды. Они могут быть разные в зависимости от конструкции. Например, гравитационные, арочные плотины и другие.

Цель плотины одна – удержать большую массу воды. С помощью плотины можно сконцентрировать потоки воды, направляя их на лопасти турбины. Благодаря обращению генератора создается электроэнергия.

Технологии производства электричества

Принцип работы ГЭС основывается на энергии падающих масс воды. Они перерабатываются в электрическую энергию посредством турбин и генератора. Турбины можно установить как в плотине, так и возле неё. Иногда применяют трубопровод. Через него может проходить вода, которая находится ниже уровня плотины.

Особенности возведения и эксплуатации

Вид ГЭС определяют по особенностям рельефа, водного потока. Для постройки генератора используются унифицированные элементы.

Оборудование, которое используется на гидроэлектростанции, износостойкое. Оно долго может находиться в эксплуатации и имеет совсем небольшие требования к обслуживанию. При этом устройство каждой станции особенное.

Преимущества и недостатки ГЭС

Можно выделить как преимущества, так и недостатки в работе гидроэлектростанций. Все они указаны здесь относительно тепловых и атомных электростанций.

Плюсы и минусы
Возобновляемый источник энергии
Высокий коэффициент полезного действия
Нет расходов на топливо
Нет больших затрат на обслуживание и персонал
Достаточно быстрый выход на режим активной работы после строительства
Водохранилища могут быть использованы как места для отдыха
Вода, которую сохраняют в водохранилищах, может быть применима в сельском хозяйстве и других отраслях
Строительство ГЭС ведётся в местах большого скопления воды
Несёт вред экологии (например, приходится затапливать пахотные земли)
Опасны на территориях, где могут происходить землетрясения
В некоторых регионах водные ресурсы уже истощены из-за ГЭС
Авария на плотине, ее разрушение приводит к наводнению
Снижается количество кислорода в воде

Гидроэнергетика в мире

Ресурсы гидроэнергии занимают около 19 процентов энергии, которая производится на нашей планете. Это примерно 63 процента от возобновляемой энергетики.

Какие страны являются ведущими по выработке гидроэнергии:

  • Норвегия;
  • Исландия;
  • Канада.

Гидроэнергопотенциал мировых регионов:

  • Зарубежная Азия (более 27%);
  • Латинская Америка (более 19%);
  • Северная Америка (более 16%);
  • Африка (более 16%);
  • СНГ (более 11%);
  • Зарубежная Европа (более 7%);
  • Австралия и Океания (2%).

Самой первой гидроэлектростанцией в мире была ГЭС в Германии на реке Неккар (приток Рейна), построенная в 1891 году. С этого момента началась мировая история электрификации.

Гидроэнергетика Российской Федерации

В России очень большая, разветвленная сеть рек. Здесь они очень активно используются. Особенно мощный потенциал у рек Сибири и Дальнего Востока. Самые большие запасы гидроэнергии – в Поволжье.

На данный момент в России расположено 15 крупных гидроэлектростанций и больше 100 маленьких. Общий объём производства гидроэнергии в нашей стране – 165 миллиардов Квт в час.

Способы применения гидроэнергии

Гидроэнергия используется не только по своему непосредственному назначению. Вокруг гидроэлектростанций строятся промышленные предприятия, развивается инфраструктура. Электроэнергия для этого берётся со станции.

Для чего ещё используется ГЭС:

  • Развитие различных отраслей производства.
  • Создание запаса воды для питья.
  • Решение проблем орошения, мелиорации земель и т.д.
  • Создание схемы водоснабжения.
  • Обеспечение энергосистемы страны.

Как ГЭС влияет на экологию

Гидроэлектростанции не очень хорошо влияют на мировую экологию. В частности, они наносят вред природе следующими способами:

  • Затопление пахотных земель, лесов.
  • Блокировка осадков и питательных веществ, которые необходимы в экосистеме пресных вод.
  • Гибель морских жителей и растений из-за уменьшения количества кислорода в воде, блокировка миграции рыб.
  • Изменение структуры рек.
  • Истощение водных ресурсов.
  • Авария на плотине, ее разрушение приведёт к наводнению.

Если правильно спланировать развитие отрасли, все негативные для природы последствия можно значительно смягчить.

Немного статистики

Самой мощной ГЭС в мире является китайская, под названием «Три ущелья». Она расположена на реке Янцзы. Мощность китайской гидроэлектростанции составляет 22,5 ГВт.

По количеству полученной энергии из воды в год лидером является Норвегия. Последние несколько лет из воды они получали 95% всей необходимой для страны энергии.

Интересно, что в Парагвае полностью вся электроэнергия вырабатывается на одной-единственной ГЭС. Ее мощность составляет 14 ГВт.

Рейтинг 20 крупнейших ГЭС в мире

Мы составили список самых крупных гидроэлектростанций в мире. Рейтинг представлен ниже.

Плотина Лаксива в Китае

Гидроэлектростанция (ГЭС): виды, принцип работы, как устроена и самые крупные

Мощность данной ГЭС составляет 4200 МВт. Она расположена на реке Хуанхэ, в городе Лаксива (графство Гид). Общий объем водохранилищ составляет более миллиарда кубических метров. На ГЭС находится 6 турбин, каждая из них мощностью 700 МВт.

Плотина Сяовань в Китае

Мощность ГЭС составляет 4200 МВт. Расположена она на реке Ланьцан в городе Сяовань. Строили станцию более 11 лет. Плотина станции – вторая по высоте в мире, арочного типа.

Братская ГЭС в России

Братская ГЭС в России

Мощность ГЭС составляет 4515 МВт. Расположена в Иркутской области, на реке Ангара. Строили ГЭС с 1954 года, на протяжении 12 лет. Наверху плотины расположена автомобильная трасса и колеи железной дороги.

Плотина Цзиньпин-II в Китае

Мощность ГЭС составляет 4800 МВт. Находится на реке Цзиньпин (приток Ялунвана), в провинции Сычуань. Строили объект 7 лет, использовать начали в 2014 году.

Плотина Тарбела в Пакистане

Плотина Тарбела в Пакистане

Мощность ГЭС составляет 4888 МВт. Расположена на реке Инд в Пакистане, провинция Хайбер-Пахтунхва. Первоначально плотина была предназначена для сельского хозяйства, борьбы с наводнениями, далее ее начала использовать для вырабатывания электроэнергии.

Электростанция Черчилл-Фоллс в Канаде

Мощность ГЭС составляет 5 428 МВт. Расположена станция на стыке Лабрадора и Ньюфаундленда. Это вторая по величине электростанция в Канаде. Особенность ее в том, что ГЭС расположена полностью под землей. Водохранилище окружают не одна, а целых 88 плотин!

Станция Робер-Бурасса в Канаде

Гидроэлектростанция (ГЭС): виды, принцип работы, как устроена и самые крупные

Мощность ГЭС составляет 5616 МВт. Расположена она в городе Бэ-Джеймс (Квебек, Канада). Это самая крупная действующая ГЭС всей Канады. Генерирующая станция находится полностью под землей.

Плотина Нуожаду в Китае

Плотина Нуожаду в Китае

Мощность ГЭС составляет 5850 МВт. Находится в Китае, на реке Ланьканг, на стыке районов Симао и Ланьканг. Является одной из самых мощных в мире.

Красноярская плотина в России

Красноярская плотина в России

Мощность ГЭС составляет 6000 МВт. Расположена на реке Енисей. Плотина сделана из бетона, гравитационная, 124 метра в высоту.

Саяно-Шушенская ГЭС в России

Саяно-Шушенская ГЭС в России

Мощность ГЭС составляет 6 400 МВт. Расположена станция на реке Енисей в Хакасии, рядом с городом Саяногорск. Это самая крупная ГЭС в России. Плотина арочного типа, гравитационная.

Плотина Лонгтан в Китае

Мощность ГЭС составляет 6 426 МВт. Расположена в Гуанси. Строилась на протяжении 8 лет, использовать начали в 2009 году.

Плотина Гранд-Кули в США

Плотина Гранд-Кули в США

Мощность данной ГЭС составляет 6 809 МВт. Расположена на реке Колумбия в Вашингтоне, Соединённые Штаты Америки. Плотина сделана из бетона, является гравитационной. Используется также для сельского хозяйства. Состоит из 3-х электростанций.

Плотина Сянцзяба в Китае

Плотина Сянцзяба в Китае

Мощность ГЭС составляет 7750 МВт. Расположена на реке Цзиньша. Общая стоимость ГЭС составила более 8 миллиардов долларов. Является одной из мощнейших ГЭС мира.

Плотина Тукуруи в Бразилии

Плотина Тукуруи в Бразилии

Мощность ГЭС составляет 8 370 МВт. Расположена на реке Токантинс в Тукуруи, штат Пара. Плотина сделана из бетона, является гравитационной. Также есть земляные дамбы.

Гидроэлектростанция Удонгде в Китае

Гидроэлектростанция Удонгде в Китае

Мощность ГЭС составляет 10 200 МВт. Расположена на Угунде, на стыке районов Сычуань и Юньнань в Китае. Была изначально запланирована для китайской Речной ГЭС. Плотина на данной станции сделана из низкотемпературного цементного бетона, арочного типа с двойной кривизной.

Является первой в мире арочной плотиной, а также самой тонкой сверхвысокой плотиной. Высота ее составляет 300 метров.

Плотина Гури в Венесуэле

Плотина Гури в Венесуэле

Мощность ГЭС составляет 10 235 МВт. ГЭС носит название «Симон Боливар», а также есть второе название – «Плотина Гури». Строилась станция на протяжении 6 лет, стали использовать ее в 1969 году. Плотина сделана из бетона с насыпью, является гравитационной.

Белу-Монте-Дам в Бразилии

Белу-Монте-Дам в Бразилии

Гидроэлектростанция Белу-Монте-Дам находится на реке Шингу в штате Пара. Однако она всё ещё строится. Если учесть колебания стока реки, минимальная мощность плотины Белу-Монте будет составлять 4571 МВт. Это около 40 процентов от ее максимальной мощности. Плотина Белу-Монте-Дам будет одной из самых мощных ГЭС во всем мире.

Плотина Ксилуоду в Китае

Гидроэлектростанция (ГЭС): виды, принцип работы, как устроена и самые крупные

Мощность ГЭС составляет 13860 МВт. Является типичной ГЭС. Расположена станция на реке Цзиньша между районами Лейбо и Юшань, Китай.

Плотина Итайпу в Бразилии/Парагвае

Плотина Итайпу в Бразилии/Парагвае

Мощность ГЭС составляет 14 000 МВт. Строилась Бразилией и Парагваем, находится на границе этих 2 стран, на реке Парана. Строительство началось в 1975 году. На данный момент поток сборов воды данной станции больше в 40 раз, чем поток водопада Игуасу неподалёку.

Общая длина плотины Итайпу составила более 7 тысяч метров. Высота гребня – 225 метров, высота дамбы — 196 метров. Это по высоте как здание из 65 этажей.

Плотина «Три ущелья» в Китае

Плотина «Три ущелья» в Китае

Мощность ГЭС составляет 22 750 МВт. Расположена данная станция в городе Сандоупин, Китай. Данная ГЭС является супернациональным проектом. Построена она в 1994 году. Строилась при этом на протяжении 17 лет. Общая мощность плотины составляет больше, чем 22 миллионов КВт.

Потенциал и перспективы

Перпективы развития ГЭС весьма неоднозначны. Они напрямую зависят от того, насколько эффективно будут применены различные технологии, насколько продумана будет работа станций. Самая большая проблема с ГЭС сегодня – плохое влияние на экологию.

На данный момент, по исследованиям ученых, перспективным направлением ГЭС является система малой гидроэнергетики. Должны быть построены ГЭС, мощность которых составляет не меньше 25 МВт.

Какие цели ставит перед собой малая гидроэнергетика:

  • Уменьшить дефицит электроэнергии в некоторых регионах.
  • Безопасное производство.
  • Создание дополнительных мест для трудоустройства.
  • Сокращение затрат на доставку топлива.

Мир стремительно меняется. Поэтому сложно сказать, каким будет развитие гидроэнергетики. На данный момент это одна из самых развитых отраслей. Вы узнали о самых крупных ГЭС в мире, о преимуществах и перспективах развития этой отрасли, а также многое другое. Надеемся, что вам было интересно изучить нашу статью. До новых встреч!

Команда нашего сайта
Артём Соколов

Артём Соколов

Автор проекта

Аркадий Семёнов

Аркадий Семёнов

Автор статей

Айгюль Соколова

Айгюль Соколова

Контент-менеджер

Всё о чистой энергии, экологии, энергетике, электрике, электронике и электротранспорте - GreenEnergia.ru