Гидроэлектростанции – это мощнейшие сооружения, принцип работы которых легко описывается при помощи простых формулировок. Лопасти гидротурбины начинают интенсивно вращаться под воздействием большого напора воды. В свою очередь она, соединённая с генератором, начинает активно вращать его. Таким образом генератор вырабатывает электроэнергию, подаваемую последовательно на трансформаторную станцию и ЛЭП.
Преобразование энергии потока воды происходит в машинном зале, где находятся гидроагрегаты и вырабатывается электроэнергия. В самом же здании электростанции расположены распределительные устройства, а также все необходимое для управлением работой ГЭС и контроля над ней.
Какими они бывают
Количество воды, которое будет проходить через турбины, а также сила ее напора, являются факторами, определяющими мощность ГЭС.Регуляция второго показателя осуществляется благодаря возможности направлять поток воды. Как правило, для этих целей на реках на заранее определенном участке строится плотина и напор создает вода, собравшаяся возле нее.
Еще один способ усиления напора – отведение воды от русла при помощи искусственно созданного канала или туннеля (деривации потока). В зависимости от этого различают три трипа ГЭС:
- Плотины
- Деривационные
- Плотинно-деривационные
Самый распространенный тип ГЭС предполагает наличие в основании плотины, которая преграждает естественное русло реки. Сталкиваясь с препятствием вода начинает накапливаться, подниматься, образуя массу, которая в дальнейшем будет обеспечивать напор и повышенное давление, необходимые для выработки энергии. Чем выше будет построенная плотина, тем более сильный напор воды будет обеспечен.
В случае если река, на которой строится ГЭС, многоводна, но отличается небольшим падением, разность уровней воды, достигаемая за счет строительства плотины, бывает значительна. Бесперебойная работа станции обеспечивается за счет водохранилища, которое формируется над плотиной, а также турбины, находящейся у берега ниже по течению. Она соединена с приплотинной станцией.
В случае если по реке ходят суда, у берегов располагают шлюзы.
В случае если строительство ГЭС планируется на немноговодной, но бурной реке с интенсивным течением, отведение воды происходит по каналу, который отличается меньшим уклоном, чем основной поток. В некоторых случаях его длина может превышать несколько километров. В некоторых случаях (например, для станций повышенной мощности) для отведения воды используется тоннель. Благодаря этому достигается необходимая разность уровней между каналом и нижним течением.
Вода поступает в трубу, имеющую крутой наклон и поступает к гидротурбине с генератором. Разница уровней способствует выработке большого количества кинетической энергии, которой бывает достаточно для обеспечения станции.
В некоторых случаях вместо турбин используется более экономичный вариант – водяное колесо.
Преимущества гидроэлектростанций
Главным достоинством ГЭС является то, что для ее работы требуется вода – ресурс возобновляемый естественным круговоротом воды в природе. Кроме того:
- Выработка энергии посредством ГЭС не сопровождается углекислоты, окислов серы и азота, угарного газа и других вредных веществ. Деятельность таких станций отличается большей экологичностью: они не загрязняют почву, воздух. Конечно, полностью избежать негативного воздействия на среду не удается: часть тепла, которое образуется в результате трения частей турбины, все же передается воде. Но его количество как правило несущественно.
- Существует возможность осуществлять контроль над производительностью станции, меняя объем и скорость воды, которая имеет доступ к турбинам.
- Низкая стоимость электроэнергии
- Нередко водохранилища, которые строятся для ГЭС, становятся популярными зонами отдыха для привлечения туристов.
- Вода, содержащаяся в искусственных водохранилищах, отличается хорошими показателями чистоты. Благодаря этому она может использоваться для ирригации, купания, питья.
В зависимости от актуальных потребностей, генераторы можно включать и выключать по мере необходимости. Это дает возможность использовать ГЭС в качестве аварийного резерва.
Недостатки
Наиболее существенным недостатком ГЭС является то, что возведение подобного объекта требует затопления обширных территорий, которые могли использоваться иначе. Нередко для строительства приходилось жертвовать целыми городами и это неминуемо приводило к расходам на переселение жителей. Также:
- Аварийные ситуации, возникающие в процессе эксплуатации ГЭС, становились причинами серьезных наводнений. Затопленными оказались территории, находящиеся ниже течения реки.
- Продуктивность ГЭС в немалой степени зависит от погодных условий: нередко после длительной засухи производство энергии резко снижалось или останавливалось.
- В равнинных районах строительство таких электростанций не имеет смысла. Строительство подобных объектов в районе горных рек опасно из-за повышенной сейсмоопасности регионов.
- Учитывая то, что уровень воды в реках, на берегах которых возведена ГЭС, постоянно меняется, строить на них дома крайне нежелательно.
Кроме этого, строительство крупных ГЭС требует большого количества денег, ресурсов и занимает немало времени.
Какой экологический вред приносит строительство ГЭС
Несмотря на то, что ГЭС достаточно экологичны, назвать их полностью безопасными для окружающей среды нельзя. Крупные станции разрушают экосистемы; высокая нагрузка на водные ресурсы провоцирует их неравномерное распределение.
В итоге одни районы оказываются затопленными, другие — пересыхают. Результатом повышения уровня воды становятся разрушенные берега, оползни и обвалы. Массовое строение ГЭС со временем приводит к тому, что использование воды опережает ее возможность восстанавливаться. Учитывая то, что потоки воды задерживают органику, разлагаясь, она провоцирует выброс в атмосферу значительное количество парниковых газов.
Строительство плотин является причиной остановки нормального течения реки, из-за чего уровень растворенного в ней кислорода падает. Результатом этого становится массовая гибель рыб в водохранилище и растений на территории вокруг него. Происходит нарушение нерестового цикла. Теоретически, эту проблему можно решить путем возведения рыбоподъемников и рыбоходов, однако это приводит к тому, что строительство и эксплуатация ГЭС становится дороже.
