Принцип работы гаэс кратко

Обновлено: 05.07.2024

ГАЭС использует в своей работе либо комплекс генераторов и насосов, либо обратимые гидроэлектроагрегаты, которые способны работать как в режиме генераторов, так и в режиме насосов.

Во время ночного провала энергопотребления ГАЭС получает из энергосети дешевую электроэнергию и расходует ее на перекачку воды в верхний бьеф (насосный режим).

Во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывает при этом дорогую пиковую электроэнергию, которую отдает в энергосеть (генераторный режим).

В крупных энергосистемах большую долю могут составлять мощности тепловых и атомных электростанций, которые не могут быстро снижать выработку электроэнергии при ночном снижении энергопотребления или же делают это с большими потерями.

Этот факт приводит к установлению существенно большей коммерческой стоимости пиковой электроэнергии в энергосистеме, по сравнению со стоимостью электроэнергии, вырабатываемой в ночной период.

В таких условиях использование ГАЭС экономически эффективно и повышает как эффективность использования других мощностей (в том числе и транспортных), так и надежность энергоснабжения.

Первые ГАЭС в начале 20 го в. имели КПД не больше 40%, КПД современных ГАЭС составляет 70–75%.

Первые ГАЭС появились в конце 19 го в.

Так, в 1882 г. в Швейцарии, в окрестностях Цюриха, была построена установка Леттен (Letten) с двумя насосами общей мощностью в 103 кВт.

Спустя 12 лет подобная установка заработала на одной из итальянских прядильных фабрик.

Если к началу 20 го в. общее число ГАЭС в мире не превышало 4 х , то уже к началу 1960-х гг. оно достигло 72, а к 2010 г. - 460.

ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции) служат для накопления электроэнергии во время низкого потребления сетями электричества (в ночной период) и отдачи её во время пиковых нагрузок, уменьшая тем самым необходимость изменения мощности в течение суток основных электростанций (атомных, тепловых). Тепловые и атомные станции не способны быстро снижать свою мощность во время значительного спада потребления, поэтому ночью себестоимость электроэнергии существенно возрастает и электростанции работают в значительной степени вхолостую.

История использования гидроаккумулирующих электростанций

Чтобы улучшить качество энергоснабжения и увеличить эффективность всей системы, были разработаны ГАЭС. Первые подобные станции были построены в конце 19 века в Западной Европе, в частности в 1882 г. в Швейцарии была запущена установка Леттем мощностью 103 кВт. Аналогичное сооружение через 12 лет было запущено на одной из прядильных фабрик Италии. До 20 столетия функционировало всего 4 ГАЭС, к 60-м гг. 20 века насчитывалось уже 72 работающие установки, к 2010 г. их число достигло 460.

У гидроаккумулирующих электростанций есть два периода работы — насосный и турбинный. Во время первого режима ГАЭС является потребителем электроэнергии, которая подаётся от тепловых электростанций во время минимальной нагрузки на последние (обычно примерно 7-12 часов в сутки). При этом на ГАЭС происходит перекачка воды в верхний аккумулирующий бассейн из нижнего питающего водохранилища (станция запасает энергию). В турбинном режиме ГАЭС отдаёт накопленную энергию обратно в сеть во время максимальной нагрузки на неё (2-6 часов в сутки). Вода в этот период из верхнего бассейна направляется обратно в питающее водохранилище, вращая при этом турбину генератора.

Принцип действия насосно-аккумулирующих электростанций заключается в преобразовании энергии воды. В таких инженерных сооружениях есть два периода работы: насосный и турбинный. В первый период электростанция является потребителем энергии от других видов, например, тепловых электростанций. В это время с помощью насосов вода перекачивается в верхний бассейн (происходит зарядка). Во время турбинного режима работы вода вращает турбины, попадая в нижнее хранилище, с помощью чего запасённая энергия отдаётся потребителю (разрядка).

Делается это для того, чтобы обеспечить города, промышленность необходимой мощностью во время пикового энергопотребления.

Кроме верхнего бассейна и питающего водохранилища в состав ГАЭС входит здание электростанции, железобетонный или металлический напорный водопровод, водоприёмник, который служит для подачи воды в верхний бассейн во время работы станции в насосный период и для забора воды из него в турбинный период. В самом здании электростанции устанавливается турбина, генератор-электродвигатель и насос либо только генератор-электродвигатель и обратимая турбина (турбина-насос).

Чаще всего ГАЭС устанавливаются рядом с мощными потребителями энергии недалеко от мощных тепловых или атомных электростанций там, где этому способствуют топографические, гидрологические и геологические условия. Необходимо, чтобы на местности имелась возможность устроить верхний бассейн и нижнее водохранилища рядом друг с другом. КПД гидроаккумулирующих станций колеблется в диапазоне 0,6 — 0,7. Обычно для работы используются уже существующие водохранилища и озёра или те места, где верхний бассейн имеет естественную приточность.

Другой вид аккумулирующих электростанций — ветряные. В них используется простой принцип, когда ветер вращает ветряное колесо, а энергия запасается в аккумуляторной батарее. Они намного меньше гидроаккумулирующих электростанций по размеру. Сейчас активно развиваются конструкции малой мощности, направленные на обеспечение энергией отдельных домов и фермерских хозяйств. Мощность их составляет 300 Вт — 20 кВт. Ветрогенераторы средней мощности могут снабжать электричеством небольшие удалённые населённые пункты с общим потреблением 20 — 600 кВт. Мощные аккумулирующие станции выдают более мегаватта.

В связи с постоянным повышением тарифов на электроэнергию подобные сооружения получили большое распространение в Европе. Сейчас они устанавливаются повсеместно, в том числе и в черте города. К недостаткам можно отнести создаваемый шум на уровне 45 дБ и выше. Также во многих странах запрещается их использование в сезон миграции птиц.

насосно-аккумулирующая электростанция, Гидроэлектрическая станция, принцип действия (аккумулирования) которой заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от др. электростанций, в потенциальную энергию воды; при обратном преобразовании накопленная энергия отдаётся в энергосистему главным образом для покрытия пиков нагрузки. Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис.) состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых 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 60-х гг. 20 в. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.

Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростанциями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), используется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоёма 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 отдаётся в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоёме. Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоём, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной. Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами. Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколькими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную манёвренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа её работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных её достоинств.

Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным средством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частности, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточным, недельным и сезонным полными циклами регулирования. Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен м, сооружаемые на скальном основании. Общий кпд ГАЭС в оптимальных расчётных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение кпд с учётом потерь в электрической сети не превышает 0,66.

ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т.к. сооружение протяжённых линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.

В СССР разработано несколько проектов сооружения ГАЭС на территории Европейской части страны, в том числе в районе Москвы; первая ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами общей мощностью 200 Мвт (200 тыс. квт) сооружается (1971) в зоне верхнего Бьефа Киевской ГЭС. ГАЭС сооружаются (1971) в ФРГ, США, Великобритании, Австрии, Франции, Японии, ГДР и др. Среди крупных действующих зарубежных ГАЭС: Круахан (Великобритания) — 400 Мвт, напор 440 м, введена в 1966; Том-Сок (США) — 350 Мвт, в двух агрегатах по 175 Мвт, напор 253 м (1963); Хоэнварте-11 (ГДР) — 320 Мвт, напор 305 м (1965); Вианден (Люксембург) — 900 Мвт, напор 280 м (1964). Общая мощность ГАЭС в странах мира к 1970 превысила 15 Гвт (15 млн. квт).

Гидроаккумулирующая электростанция (схема): а — вертикальный разрез; б — план: 1 — верхний аккумулирующий бассейн; 2 — водоприёмник; 3 — напорный водовод; 4 — здание электростанции; 5 — нижнее питающее водохранилище; 6 — плотина с водосбросом; 7 — нормальный подпорный уровень воды; 8 — уровень сработки.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Случаются такие режимы в работе потребителей электроэнергии, когда в системе электроснабжения возникают избыточные электрические мощности. В такие моменты агрегаты ГАЭС работают как насосы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и, соответственно, приводит в действие дополнительные турбины. То есть, ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок.

Гидроаккумулирующие электростанции перераспределяют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, во времени в соответствии с требованиями потребителей. Принцип действия гидроаккумулирующей станции основан на ее работе в двух режимах: насосном и турбинном. В насосном режиме вода из нижнего водохранилища (бассейна) ГАЭС перекачивается в вышерасположенный верхний бассейн. Во время работы в насосном режиме (обычно в ночные часы, когда нагрузка в энергосистеме снижается) ГАЭС потребляет электрическую энергию, вырабатываемую другими электростанциями энергосистемы. В турбинном режиме ГАЭС использует запасенную в верхнем бассейне воду, агрегаты станции при этом вырабатывают электроэнергию, которая подается потребителю в часы пиков нагрузки. Поэтому на ГАЭС удобно использовать так называемые обратимые гидроагрегаты, могущие работать и как турбины, и как насосы.

1 – верхний аккумулирующий бассейн; 2 – здание электростанции; 3 – река;

4 – водовод; 5 – плотина

Водоводы Загорской ГАЭС

На территории России работает Загорская ГАЭС, входящая в десятку крупнейших электростанций страны. Она расположена на реке Кунья в Московской области. На настоящий момент это самая крупная ГАЭС России. Строительство ЗаГАЭС началось в 1974 году, акт о вводе в эксплуатацию подписан в 2003 году.

Мощность Загорской ГАЭС – 1200/1320 МВт (в турбинном/насосном режимах).

В здании ГАЭС установлено 6 обратимых гидроагрегатов радиально-осевого типа мощностью по 200/220 МВт, работающих при расчётном напоре 100 м.

Эксплуатация Загорской ГАЭС показала ее высокую эффективность. Поэтому был разработан проект расширения станции – строительство Загорской ГАЭС-2. Проектная мощность этой ГАЭС – 840 МВт (4 обратимых гидроагрегата по 210 МВт).

Работы по строительству ГАЭС-2 были развернуты в 2007 году, окончание строительства запланировано на 2013 год.

Кроме того, в России имеется гидроаккумулирующий комплекс на канале имени Москвы и Кубанская ГАЭС на Большом Старопольском канале.

Эффективность эксплуатации гидроаккумулирующих электростанций определила их востребованность. Помимо уже строящейся Загорской ГАЭС-2 существуют несколько проектов разной стадии реализации по строительству гидроаккумулирующих станций в России.

В 2011 году должно начаться строительство Ленинградской ГАЭС мощностью 1560 МВт станции на реке Шапша в Лодейнопольском районе под Петербургом. По проекту сроки окончания строительства – 2016 год.

Кроме того, проектируются следующие ГАЭС:

· Владимирская ГАЭС на реке Клязьма,

· Волоколамская ГАЭС на реке Сестра,

· Центральная ГАЭС на реке Тудовка,

· Лабинская ГАЭС на реке Лаба.

Самую мощную в мире ГАЭС строят на реке Днестр на Украине. Ее проектная мощность составляет 2268 МВт в генерирующем режиме и 2947 МВт в насосном режиме. Строительство идет с 1985 года, в 2009 году введен в действие первый гидроагрегат.