Гідроелектрична станція , гідроелектростанція (ГЕС), комплекс споруд і устаткування, за допомогою яких енергія потоку води перетвориться в електричну енергію. ГЕС(гідроелектростанція) складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруджень, що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення натиску, і енергетичного устаткування що перетворює енергію рухомої під натиском води в механічну енергію обертання (див. Гідротурбіна ), яка, у свою чергу, перетвориться в електричну енергію (див. Гідрогенератор ).

  Натиск ГЕС(гідроелектростанція) створюється концентрацією падіння річки на використовуваній ділянці ( аб ) греблею ( мал. 1 ), або дериватом ( мал. 2 ), або греблею і дериватом спільно ( мал. 3 ). Основне енергетичне устаткування ГЕС(гідроелектростанція) розміщується в будівлі ГЕС(гідроелектростанція): у машинному залі електростанції — гідроагрегати, допоміжне устаткування, пристрої автоматичного управління і контролю; у центральному посту управління — пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції . Що підвищує трансформаторна підстанція розміщується як усередині будівлі ГЕС(гідроелектростанція), так і в окремих будівлях або на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої частенько розташовуються на відкритому майданчику. Будівля ГЕС(гідроелектростанція) може бути розділено на секції з одним або декількома агрегатами і допоміжним устаткуванням, відокремлені від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС(гідроелектростанція) або усередині нього створюється монтажний майданчик для збірки і ремонту різного устаткування і для допоміжних операцій по обслуговуванню ГЕС(гідроелектростанція).

  По встановленій потужності (у Мвт ) розрізняють ГЕС(гідроелектростанція) потужні (понад 250), середні (до 25) і малі (до 5). Потужність ГЕС(гідроелектростанція) залежить від натиску Н _би (різниці рівнів верхнього і ніжнего б'єфу ), витрати води Q ( м ³ /сек ), використовуваного у гідротурбінах, і ккд(коефіцієнт корисної дії) гідроагрегату h _г . З ряду причин (унаслідок, наприклад, сезонних змін рівня води у водоймищах, непостійності навантаження енергосистеми, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруджень і т.п.) натиск і витрата води безперервно міняються, а крім того, міняється витрата при регулюванні потужності ГЕС(гідроелектростанція). Розрізняють річний, тижневий і добовий цикли режиму роботи ГЕС(гідроелектростанція).

  По максимально використовуваному натиску ГЕС(гідроелектростанція) діляться на високонапірних (більше 60 м-код ), середньонапірних (від 25 до 60 м-код ) і низьконапірних (від 3 до 25 м-код ). На рівнинних річках натиски рідко перевищують 100 м-код , в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати натиски до 300 м-код і більш, а за допомогою деривату — до 1500 м-код . Класифікація за натиском приблизно відповідає типам вживаного енергетичного устаткування: на високонапірних ГЕС(гідроелектростанція) застосовують ковшові і радіально-осьові турбіни з металевими спіральними камерами; на середньонапірних — поворотнолопастниє і радіально-осьові турбіни із залізобетонними і металевими спіральними камерами, на низьконапірних — поворотнолопастниє турбіни в залізобетонних спіральних камерах, інколи горизонтальні турбіни в капсулах або у відкритих камерах. Підрозділ ГЕС(гідроелектростанція) по використовуваному натиску має приблизний, умовний характер.

  За схемою використання водних ресурсів і концентрації напоровши ГЕС(гідроелектростанція) зазвичай підрозділяють на руслових, пригребельних, деривати з напірним і безнапірним дериватом, змішані, гідроакумулюючі і приливні. У руслових і пригребельних ГЕС(гідроелектростанція) натиск води створюється греблею, що перегороджує річку і води, що піднімає рівень, у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деяке затоплення долини річки. В разі спорудження двох гребель на тій же ділянці річки площа затоплення зменшується. На рівнинних річках найбільша економічно допустима площа затоплення обмежує висоту греблі. Руслові і пригребельні ГЕС(гідроелектростанція) будують і на рівнинних багатоводних річках і на гірських річках, у вузьких стислих долинах.

  До складу споруджень руслової ГЕС(гідроелектростанція), окрім греблі, входять будівля ГЕС(гідроелектростанція) і водоскидні споруди ( мал. 4 ). Склад гідротехнічних споруд залежить від висоти натиску і встановленої потужності. В руслової ГЕС(гідроелектростанція) будівля з розміщеними в нім гідроагрегатами служить продовженням греблі і разом з нею створює напірний фронт. При цьому з одного боку до будівлі ГЕС(гідроелектростанція) примикає верхній б'єф, а з іншої — нижній б'єф. Спіральні камери гідротурбін, що підводять, своїми вхідними перетинами закладаються під рівнем верхнього б'єфу, вихідні ж перетини відсисаючих труб занурені під рівнем нижнього б'єфу.

  Відповідно до призначення гідровузла в його склад можуть входити судноплавні шлюзи або суднопідіймач, рибопропускні спорудження, водозабірні споруди для іригації і водопостачання. У руслових ГЕС(гідроелектростанція) інколи єдиною спорудою, проникною воду, є будівля ГЕС(гідроелектростанція). У цих випадках корисно використовувана вода послідовно проходіт вхідний перетин з мусорозадержівающимі гратами, спіральну камеру, гідротурбіну, що відсисає трубу, а по спеціальних водоводах між сусідніми турбінними камерами виробляється скидання паводкових витрат річки. Для руслових ГЕС(гідроелектростанція) характерні натиски до 30—40 м-код ; до простих руслових ГЕС(гідроелектростанція) відносяться також раніше сільські, що будувалися, ГЕС(гідроелектростанція) невеликій потужності. На крупних рівнинних річках основне русло перекривається земляною греблею, до якої примикає бетонна водозливна гребля і споруджується будівля ГЕС(гідроелектростанція). Така компоновка типова для багатьох вітчизняних ГЕС(гідроелектростанція) на великих рівнинних річках. Волжськая ГЕС(гідроелектростанція) ним. 22-го з'їзду КПРС — найбільш велика серед станцій руслового типа.

  При вищих натисках виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС(гідроелектростанція) гідростатичний тиск води. В цьому випадку застосовується тип пригребельної ГЕС(гідроелектростанція), в якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС(гідроелектростанція) розташовується за греблею, примикає до нижнього б'єфу ( мал. 5 ). До складу гідравлічної траси між верхнім і нижнім б'єфом ГЕС(гідроелектростанція) такого типа входять глибинний водоприймальник з мусорозадержівающей гратами, турбінний водоводів, спіральна камера, гідротурбіна, відсисаюча труба. Як додаткові споруди до складу вузла можуть входити судноплавні споруди і рибоходи, а також додатковий водоскид. Прикладом подібного типа станцій на багатоводній річці служить Братська ГЕС(гідроелектростанція) на р. Ангара.

  Інший вигляд компоновки пригребельних ГЕС(гідроелектростанція), відповідний гірським умовам, при порівняно малих витратах річки, характерний для Нурекськой ГЕС(гідроелектростанція) на р. Вахш (Середня Азія), проектною потужністю 2700 Мвт . Будівля ГЕС(гідроелектростанція) відкритого типа розташовується нижче за греблю, вода підводиться до турбін поодинці або декільком напірним тунелям (див. мал. 2 у ст. Гідровузол ). Інколи будівля ГЕС(гідроелектростанція) розміщують ближче до верхнього б'єфу в підземній (підземна ГЕС(гідроелектростанція)) виїмці. Така компоновка доцільна за наявності скельних підстав, особливо при земляних або накидних греблях, що мають значну ширину. Скидання паводкових витрат виробляється через водоскидні тунелі або через відкриті берегові водоскиди.

  В дериватах ГЕС(гідроелектростанція) концентрація падіння річки створюється за допомогою деривату; вода на початку використовуваної ділянки річки відводиться з річкового русла водоводом, з ухилом, значно меншим, ніж середній ухил річки на цій ділянці і з випрямленням вигинів і поворотів русла. Кінець деривату підводять до місця розташування будівлі ГЕС(гідроелектростанція). Відпрацьована вода або повертається в річку, або підводиться до наступного деривату ГЕС(гідроелектростанція). Дериват вигідний тоді, коли ухил річки великий. Схема деривату концентрації натиску в чистому вигляді (бесплотінний водозабір або з низькою водозабірною греблею) на практиці приводить до того, що з річки забирається лише невелика частина її стоку. У ін. випадках на початку деривату на річці споруджується вища гребля і створюється водосховище: така схема концентрації падіння називається змішаною, т.к. іспользуются обидва принципи створення натиску. Інколи, залежно від місцевих умов, будівля ГЕС(гідроелектростанція) вигідно розташовувати на деякій відстані від кінця використовуваної ділянки річки вгору за течією; дериват розділяється по відношенню до будівлі ГЕС(гідроелектростанція) на ту, що підводить і відводить. У ряді випадків за допомогою деривату виробляється перекидання стоку річки в сусідню річку, що має нижчі відмітки русла. Характерним прикладом є Інгурськая ГЕС(гідроелектростанція), де стік р. Інгурі перекидається тунелем в сусідній р. Ерісцкалі (Кавказ).

  Споруди безнапірних дериватах ГЕС(гідроелектростанція) складаються з трьох основних груп: водозабірна споруда, водоприймальна гребля і власне дериват (канал, лоток, безнапірний тунель). Додатковими спорудами на ГЕС(гідроелектростанція) з безнапірним дериватом є відстійники і басейни добового регулювання, напірні басейни, неодружені водоскиди і турбінні водоводи. Найбільша ГЕС(гідроелектростанція) з безнапірним дериватом, що підводить, — ГЕС(гідроелектростанція) Роберт-Мозес (США) потужністю 1950 Мвт , а з безнапірним дериватом, що відводить, — Інгурськая ГЕС(гідроелектростанція) (СРСР) потужністю 1300 Мвт .

  На ГЕС(гідроелектростанція) з напірним дериватом водоводів (тунель, металева, дерев'яна або залізобетонна труба) прокладається з декількома великим подовжнім ухилом, чим при безнапірному дериваті. Вживання напірного деривату, що підводить, обумовлюється змінністю горизонту води у верхньому б'єфі, через що в процесі експлуатації змінюється і внутрішній натиск деривату. До складу споруд ГЕС(гідроелектростанція) цього типа входять: гребля, водозабірний вузол, дериват з напірним водоводом, станційний вузол ГЕС(гідроелектростанція) із зрівняльним резервуаром і турбінними водоводами, дериват, що відводить, у вигляді каналу або тунеля (при підземній ГЕС(гідроелектростанція)). Найбільша ГЕС(гідроелектростанція) з напірним дериватом, що підводить, — Нечако-Кемано (Канада) проектною потужністю 1792 Мвт .

  ГЕС(гідроелектростанція) з напірним дериватом, що відводить, застосовується в умовах значних змін рівня води в річці в місці виходу деривату, що відводить, або по економічних міркуваннях. В цьому випадку необхідне спорудження зрівняльного резервуару (на початку деривату, що відводить) для вирівнювання несталого потоку води в річці. Найбільш потужна ГЕС(гідроелектростанція) (350 Мвт ) цього типа — ГЕС(гідроелектростанція) Харспронгет (Швеція).

  Особливе місце серед ГЕС(гідроелектростанція) займають гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС) і приливні електростанції (ПЕС). Спорудження ГАЕС обумовлене зростанням потреби в піковій потужності в крупних енергетичних системах, що і визначає генераторну потужність, потрібну для покриття пікових навантажень. Здатність ГАЕС акумулювати енергію заснована на тому, що вільна в енергосистемі в деякий період часу (провалу графіка потреби) електрична енергія використовується агрегатами ГАЕС, які, працюючи в режимі насоса, нагнітають воду з водосховища у верхній акумулюючий басейн. В період піків навантаження закумульована т.ч. енергія повертається в енергосистему (вода з верхнього басейну поступає в напірний трубопровід і обертає гідроагрегати, що працюють в режимі генератора струму). Потужність окремих ГАЕС з такими оборотними гідроагрегатами досягає 1620 Мвт (Корнуол, США).

  ПЕС перетворять енергію морських приливів в електричну. Електроенергія приливних ГЕС(гідроелектростанція) через деякі особливості, пов'язані з періодичним характером приливів і відливів, може бути використана в енергосистемах лише спільно з енергією регулюючих електростанцій, які заповнюють провали потужності приливних електростанцій протягом доби або місяців. У 1967 у Франції було завершено будівництво крупної ПЕС на р. Ранс (24 агрегати загальною потужністю 240 Мвт ). У СРСР в 1968 в Кислій Губі (Кольський півострів) вступила в буд перша дослідна ПЕС потужністю 0,4 Мвт , на якій нині проводяться експериментальні роботи для майбутнього будівництва ПЕС.

  По характеру використання води і умовам роботи розрізняють ГЕС(гідроелектростанція) на побутовому стоці без регулювання, з добовим, тижневим, сезонним (річним) і багатолітнім регулюванням. Окремі ГЕС(гідроелектростанція) або каскади ГЕС(гідроелектростанція), як правило, працюють в системі спільно з конденсаційними електростанціями (КЕС), теплоелектроцентралями (ТЕЦ), атомними електростанціями (АЕС), газотурбінними установками (ГТУ), причому залежно від характеру участі в покритті графіка навантаження енергосистеми ГЕС(гідроелектростанція) можуть бути базисними, напівпіковими і піковими (див. Енергосистема ).

  Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів в порівнянні з паливно-енергетичними ресурсами — їх безперервна поновлюваність. Відсутність потреби в паливі для ГЕС(гідроелектростанція) визначає низьку собівартість такою, що виробляється на ГЕС(гідроелектростанція) електроенергії. Тому споруді ГЕС(гідроелектростанція), не дивлячись на значних питомих капіталовкладення на 1 квт встановленої потужності і тривалі терміни будівництва, додавалося і надається велике значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням електроємних виробництв (див. Гідроенергетика ).

  Одні з перших гідроелектричних установок потужністю всього в декілька сотень Вт були споруджені в 1876—81 в Штангассе і Лауфене (Німеччина) і в Грейсайде (Англія). Розвиток ГЕС(гідроелектростанція) і їх промислове використання тісно пов'язане з проблемою передачі електроенергії на відстань: як правило, місця, найбільш зручні для споруди ГЕС(гідроелектростанція), віддалені від основних споживачів електроенергії. Протяжність ліній електропередач, що існували у той час, не перевищувала 5—10 км. ; щонайдовша лінія 57 км. . Спорудження лінії електропередачі (170 км. ) від Лауфенськой ГЕС(гідроелектростанція) до Франкфурту-на-Майне (Німеччина) для постачання електроенергією Міжнародна електротехнічна виставки (1891) відкрила широкі можливості для розвитку ГЕС(гідроелектростанція). У 1892 промисловий струм дала ГЕС(гідроелектростанція), побудована на водопаді в Бюлахе (Швейцарія), майже одночасно в 1893 були побудовані ГЕС(гідроелектростанція) в Гельшене (Швеція), на р. Ізар (Німеччина) і в Каліфорнії (США). У 1896 вступила в буд Ніагарська ГЕС(гідроелектростанція) (США) постійного струму; у 1898 дала струм ГЕС(гідроелектростанція) Рейнфельд (Німеччина), а в 1901 стали під навантаження гідрогенератори ГЕС(гідроелектростанція) Жонат (Франція).

  В Росії існували, але так і не були реалізовані детально розроблені проекти ГЕС(гідроелектростанція) росіян учених Ф. А. Піроцкого, І. А. Тіме, Р. О. Графтіо, І. Р. Александрова і ін., що передубачали, зокрема, використання порожистих ділянок рр. Дніпро, Волхов, Західна Двіна, Вуокса і ін. Так, наприклад, вже в 1892—95 російським інженером В. Ф. Добротворським були складені проекти споруди ГЕС(гідроелектростанція) потужністю 23,8 Мвт на р. Нарова і 36,8 Мвт на водопаді Б. Іматра. Реалізації цих проектів перешкоджали як відсталість царської бюрократії, так і інтереси приватних капіталістичних груп, пов'язаних з паливною промисловістю. Перша промислова ГЕС(гідроелектростанція) в Росії потужністю близько 0,3 Мвт (300 квт ) була побудована в 1895—96 під керівництвом російських інженерів В. Н. Чикольова і Р. Е. Классона для електропостачання Охтінського порохового заводу в Петербурзі. У 1909 закінчилося будівництво найбільшою в дореволюційній Росії Гиндукушськой ГЕС(гідроелектростанція) потужністю 1,35 Мвт (1350 квт ) на р. Мургаб (Туркменія). В період 1905—17 вступили в буд Саткинськая, Алавердінськая, Каракультукськая, Тургусунськая, Сестрорецкая і ін. ГЕС(гідроелектростанція) невеликій потужності. Споруджувалися також приватні фабрично-заводські гідроелектричні установки з використанням устаткування іноземних фірм.

  1-я світова війна 1914—18 і пов'язане з нею інтенсивне зростання промисловості деяких західних країн спричинили розвиток тих, що діяли і будівництво нових енергопромислових центрів, у тому числі на базі ГЕС(гідроелектростанція). В результаті потужність ГЕС(гідроелектростанція) у всьому світі до 1920 досягла 17 тис. Мвт , а потужність окремих ГЕС(гідроелектростанція), наприклад Масл-Шолс (США), Іль-Малінь (Канада), перевищила 400 Мвт (400 тис. квт ).

  Загальна потужність ГЕС(гідроелектростанція) Росії до 1917 складала всього біля 16 Мвт ; найбільшою була Гиндукушськая ГЕС(гідроелектростанція). Будівництво потужних ГЕС(гідроелектростанція) почалося по суті лише після Великої Жовтневої соціалістичної революції. У відновний період (20-і рр.) відповідно до плану ГОЕЛРО були побудовані перші великі ГЕС(гідроелектростанція) — Волховськая (нині Волховськая ГЕС(гідроелектростанція) ним. В. І. Леніна) і Земо-Авчальськая ГЕС(гідроелектростанція) ним. В. І. Леніна. У роки перших п'ятирічок (1929—40) вступили в буд ГЕС(гідроелектростанція) — Дніпровська Ніжнесвірськая, Ріонськая і ін.

  На початок Великої Вітчизняної війни 1941—45 було введено в експлуатацію 37 ГЕС(гідроелектростанція) загальною потужністю більше 1500 Мвт . Під час війни було припинено почате будівництво ряду ГЕС(гідроелектростанція) загальною потужністю близько 1000 Мвт (1 млн. квт ). Значна частина ГЕС(гідроелектростанція) загальною потужністю близько 1000 Мвт виявилася зруйнованою або демонтованою. Почалася споруда нових ГЕС(гідроелектростанція) малій і середній потужності на Уралі (Широковськая, Верхотурськая, Алапаєвськая, Белоярськая і ін.), в Середній Азії (Аккавакськие, Фархадськая, Саларськая, Ніжнебуесуйськие і ін.), на Північному Кавказі (Майкопська, Орджоникідзевськая, Краснополянськая), в Азербайджані (Мінгечаурськая ГЕС(гідроелектростанція)), в Грузії (Читахевськая ГЕС(гідроелектростанція)) і у Вірменії (Гюмушськая ГЕС(гідроелектростанція)). До кінця 1945 в Радянському Союзі потужність всіх ГЕС(гідроелектростанція), разом з відновленими, досягла 1250 Мвт , а річне вироблення електроенергії — 4,8 млрд. квт/ч .

  На початку 50-х рр. розвернулося будівництво крупних гідроелектростанцій на р. Волзі в рр. Горького, Куйбишева і Волгограду, Каховською і Кременчуцькою ГЕС(гідроелектростанція) на Дніпрі, а також Цимлянськой ГЕС(гідроелектростанція) на Доні. Волжськие ГЕС(гідроелектростанція) ним. В. І. Леніна і ним. 22-го з'їзду КПРС стали першими з числа найбільш потужних ГЕС(гідроелектростанція) в СРСР і в світі. У 2-ій половині 50-х рр. почалося будівництво Братською ГЕС(гідроелектростанція) на р. Ангарі і Красноярською ГЕС(гідроелектростанція) на р. Єнісеї. З 1946 по 1958 в СРСР були побудовані і відновлені 63 ГЕС(гідроелектростанція) загальною потужністю 9600 Мвт . За семиріччя 1959—65 було введено 11400 Мвт нових гідравлічних потужностей і сумарна потужність ГЕС(гідроелектростанція) досягла 22200 Мвт (таблиця. 1). До 1970 в СРСР продовжувалося будівництво 35 промислових ГЕС(гідроелектростанція) (сумарною потужністю 32000 Мвм ), у тому числі 11 ГЕС(гідроелектростанція) одиничною потужністю понад 1000 Мвт : Саяно-Шушенськая, Красноярська, Усть-Ілімськая, Нурекськая, Інгурськая, Саратовська, Токтогульськая, Ніжнекамськая Зейськая, Чиркейськая, Чебоксарськая.

  Таблиця. 1. — Розвиток ГЕС(гідроелектростанція) в СРСР за період 1965—80

  В 60-х рр. намітилася тенденція до зниження долі ГЕС(гідроелектростанція) загалом світовому виробництві електроенергії і все більшому використанню ГЕС(гідроелектростанція) для покриття пікових навантажень. До 1970 всіма ГЕС(гідроелектростанція) світу вироблялося близько 1000 млрд. квт/ч електроенергії в рік, причому починаючи з 1960 доля ГЕС(гідроелектростанція) в світовому виробництві знижувалася в середньому за рік приблизно на 0,7%. Особливо швидко знижується доля ГЕС(гідроелектростанція) в загальному виробництві електроенергії в раніше країнах (Швейцарія, Австрія, Фінляндія, Японія, Канада, частково Франція), що традиційно вважалися «гідроенергетичними», т.к. іх економічний гідроенергетичний потенціал практично вичерпаний.

  Таблиця. 2. —Крупнейшие ГЕС(гідроелектростанція) світу