Альтернативные источники энергии и энергосбережение - [63]
Причина в том, что объем воды, падающий вертикально, несет в себе большой заряд кинетической энергии, которую можно легко преобразовать в механическую (вращательную) энергию, необходимую для производства электричества.
Оборудование для гидроэнергетики достаточно хорошо разработано, относительно простое и очень надежное. Поскольку никакая теплота в процессе не присутствует (в отличие от процесса горения), оборудование имеет продолжительный срок службы, редко случаются сбои. Срок службы ГЭС — более 50 лет. Многие станции, построенные в двадцатые годы XX века — первый этап расцвета гидроэнергетики — все еще в действии.
Так как всеми существенными рабочими процессами можно управлять и контролировать их дистанционно через центральный узел управления, непосредственно на месте требуется небольшой технический персонал. В настоящее время накоплен уже значительный опыт по работе гидроэлектростанции мощностью от 1 кВт до сотен мегаватт.
График нагрузки определенного района или города, который представляет собой изменение во времени суммарной мощности всех
потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одно время суток требуется большая суммарная мощность генераторов, а в другое время часть генераторов или электростанций может быть отключена или может работать с уменьшенной нагрузкой.
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:
♦ мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
♦ средние — до 25 МВт;
♦ малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
Мощность ГЭС напрямую зависит от напора воды, а также от КПД используемого генератора. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
Задачу снятия пиков потребления энергии решают гидроакумулирующие станции (ГАЭС), работая следующим образом. В интервалы времени, когда электрическая нагрузка в объединенных системах минимальная, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных «пиков» — максимальных значений нагрузки — ГАЭС работает в генераторном режиме и тратит накопленную в верхнем водохранилище воду.
ГАЭС стали особенно эффективными после появления оборотных гидротурбин, которые выполняют функции и турбин, и насосов. Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от КПД, под которым относительно этих станций понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме.
Экономия топлива при использовании ГАЭС достигается за счет догрузки теплового оборудования для зарядки ГАЭС. При этом потребляется меньше топлива, чем для производства пиковой электроэнергии на ТЭС или газотурбинной электростанции. Кроме того, режим ее зарядки оказывает содействие введению в эксплуатацию базовых электростанций, которые будут вырабатывать энергию с меньшими удельными затратами топлива.
Первые ГАЭС в начале XX ст. имели КПД, не больше 40 %, в современных ГАЭС КПД составляет 70–75 %. К преимуществам ГАЭС, кроме относительно высокого значения КПД, относится также и низкая стоимость строительных работ. В отличие от обычных гидроэлектростанций, здесь нет необходимости перекрывать речки, строить высокие дамбы с длинными туннелями и т. п.
Принцип действия (аккумулирования) гидроаккумулирующей станции заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от других электростанций, в потенциальную энергию воды. При обратном преобразовании накопленная энергия отдается в энергосистему главным образом для покрытия пиков нагрузки (подробности на http://pusk.by/bse/).
Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис. 4.3) состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть:
♦ или трехмашинными, состоящими из соединенных на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса;
♦ или двухмашинными — обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 1960-х гг. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.
Рис. 4.3. Гидроаккумулирующая электростанция:
>а — вертикальный разрез; б — план
Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростанциями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), используется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоема в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме. Выработанная при этом электроэнергия отдается в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоеме.
Количество аккумулированной электроэнергии определяется емкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоем, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной.
