2.9.3. Гідравлічні електричні станції

Поряд з ТЕС і ТЕЦ, розвиваються і гідроелектричні станції (ГЕС). Їх будівництво, обумовлено такими факторами:

- собівартість гідроенергії в 10 разів нижча собівартості енергії ТЕС;

- гідроресурси постійно природно відновляються;

- висока маневреність ГЕС (малий час пуску в дію).

Поряд з цим ГЕС мають і недоліки:

- висока вартість та велика тривалість спорудження зі значним обємом земляних бетонних робіт;

- вплив на навколишнє середовище (затоплення земних територій і утворення водоймищ);

- залежність продуктивності від водності потоку і її сезонних змін.

Незважаючи на вказані недоліки, ГЕС будуються в усьому світі.

Потенціальна енергія рік території колишнього СРСР складала близько 3338 млрд. кВтгод у рік (найвищий потенціал серед країн світу). 82% цих запасів гідроенергії зосереджені в Сибірі і на Далекому Сході.

Величезний гідроенергетичний потенціал Росії до 1917 р. практично не використовувся. Потужність усіх ГЕС в цей час складала усього 16 тис. кВт.

Широке будівництво ГЕС почалося з Волховської станції (1927 р.) - потужність 66 МВт, напір води 13,5 м. Потім була споруджена Нижнє - Свірська ГЕС (110 МВт), а в 1932 р. - Дніпрогес (558 МВт). Далі почалося створення Волзького каскаду ГЕС - Іваньковської (30 МВт), Углічської (110 МВт), Рибінської (330 МВт) станцій. Будувалися ГЕС і у Вірменії, Грузії, Узбекистані та Таджикистані. У 1940 р. загальна потужність ГЕС СРСР досягла 8200 МВт. Після Великої Вітчизняної війни спорудження ГЕС набрало ще більший розмах.

Із середини XX в. загальною тенденцією гідроенергетики є збільшення потужності ГЕС (потужності агрегатів, довжини греблі і напору води). Створені Льюїстонська ГЕС на Ніагарі (2170 МВт), ГЕС Даллєс на ріці Колумбія (1716 МВт). В СРСР закінчено спорудження каскаду Волзьких ГЕС загальною потужністю 7150 МВт, цілком або частково побудовані каскади на ріках Камі, Дніпрі, Чирчике (Узбекистан), Раздані (Вірменія), Ниві та Ковді (Кольський півострів), Свірі, Ріоні (Грузія), Ангарі і Єнісеї (Іркутська - 660 МВт, Братська - 4500 МВт, Усть-Ілімська - 4320 МВт, Красноярська - 6000 МВт, Саяно-Шушенська - 6400 МВт).

Перші ГЕС будувалися з розташуванням машинної зали на греблі (рис. 2.50, а). З 1946 р. проектуються ГЕС з гідрогенераторами у тілі греблі (рис. 2.50, б), а також при гребельного типу (рис. 2.50, в).

ГЕС споруджуються в різних геологічних і кліматичних умовах і мають різну висоту і довжину. Наприклад, Токтогульська ГЕС має греблю висотою 215 м і довжиною 239 м, Братська – відповідно 125 м і 1967 м, Красноярська – 124 м і 1065 м, Усть-Ілімська – 105 м і 1477 м, Саяно-Шушенська – 220 м і 1066 м, Нурекська - 300 м і 753 м.

Велики розміри гребель обумовлюють необхідність виконання великих обємів земляних і бетонних робіт при їх спорудженні. Таким чином, будівництво ГЕС вимагає значних витрат часу та коштів.

Одночасно зі створенням великих ГЕС існує очевидна доцільність використання енергії малих і середніх рік. У період з 1946 по 1953 рр. у СРСР було побудовано більше 6000 малих ГЕС загальною потужністю близько 500 МВт. Вони під’єднувались до конкретних споживачів за допомогою коротких ЛЕП. Розвиток великої енергетики і створення мережі ЛЕП привели до ліквідації або консервації малих ГЕС. Аналогічний процес відбувався в США, Франції, Японії, Австрії й інших країнах. З початком наприкінці ХХ століття паливної кризи знову виник інтерес до "малої" енергетики на базі уніфікованого та автоматизованого устаткування.

Крім річкових ГЕС, будуються і гідроакумулюючі станції (ГАЕС). Їх призначення - покриття піків навантажень в енергосистемах. ГАЕС має оборотні гідроагрегати, що можуть працювати як насоси і як гідрогенератори. У період малого навантаження в енергосистемі вони накачують воду у верхній б'єф (басейн), а під час піків навантаження - спрацьовують, віддаючи енергію в систему. За рубежем ГАЕС почали створювати в 60-х рр. В СРСР перша подібна станція пущена в 1972 р. - ГАЕС з напором 70 м у складі Київського гідровузла. Потужність Київської ГАЕС - 225 МВт. На ній установлено 6 гідроагрегатів по 33 МВт. Нижній б’єф - Київське водоймище, верхній - штучний басейн обємом 3 млн. м³. Час роботи на повну потужність - 3 год., час пуску - 1...1,5 хв.

Перше у світі місце за запасами річкових гідроенергоресурсів займає Росія (див. даний розділ вище). Інші країни мають менші запаси: США - 685, Бразилія - 657, Канада - 218 млрд. кВтгод за рік. В ряді країн, наприклад, в Італії, Швеції, Норвегії, Франції, Швейцарії, Канаді на частку ГЕС припадає значна частка вироблюваної електроенергії. У Норвегії і Швеції вона перевищує 90%. У США в 1974 р. використовувалось близько 40% запасів річкової гідроенергії, в Канаді - 74%, Франції - 70%, у середньому в країнах Европи - близько 40%. В Україні можливості для нарощування гідроенергетичного потенціалу практично вичерпані.

Поряд з експлуатацією гідроресурсів рік, існують можливості для використання припливної енергії морів і океанів. З цією метою споруджуються припливні гідроелектростанції (ПЕС). Гребля ПЕС під час припливу і відливу почергово пропускає воду в затоку і назад у море. Гідроагрегати станції виробляють електроенергію як під час припливу, так і відливу.

Перша у світі велика ПЕС потужністю 240 МВт була побудована у 1967 р. у Франції біля устя ріки Ранс. Вартість виробленої енергії станції в 2,5 рази вища енергії звичайної ГЕС аналогічної потужності. В СРСР у 1968 р. пущена дослідна Кислогубська ПЕС потужністю 400 кВт біля м. Мурманська. У 1983 р. побудована ПЕС Аннаполіс у Канаді потужністю 20 МВт. ПЕС проектуються в США, Канаді, Великобританії, Індії, Росії.