Гидроэлектростанции

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Водная энергия в природе

Способы использования энергии воды изучаются гидроэнергетикой, которая является одной из составляющих электроэнергетики. Электроэнергетика использует возобновляемые или исчерпаемые ресурсы. Особенность гидроэлектростанций, отличающая их от других типов электростанций, — использование ими естественно возобновляемых ресурсов гидравлической энергии.

Гидроэнергетические ресурсы (будучи возобновляемыми) являются таким же национальным богатством, как невозобновляемые — нефть, газ, уголь, уран. Поясним, как происходит непрерывное возобновление гидравлической энергии. Под действием солнечного излучения с поверхности океанов, морей, материков испаряется вода. Сконденсировавшись в верхних слоях атмосферы, водяные пары в виде дождя и снега выпадают на землю. Под действием силы тяжести частицы воды перемещаются по поверхности земли на более низкие уровни. Таким образом, вода в природе совершает бесконечный круговорот.

Создав на реках гидротехнические сооружения с необходимым оборудованием, можно использовать часть гидравлической энергии для нужд гидроэнергетики. Гидроэлектростанция (ГЭС) — это комплекс гидротехнических сооружений и оборудования для преобразования гидравлической энергии потока в электрическую энергию.

Энергия и мощность водного потока

В разд. 9.1 было установлено, что реки, спускаясь с гор и возвышенностей к морям и озерам, обладают постоянно возобновляемой природой энергией. Гидроэлектростанция вырабатывает электроэнергию в результате преобразования энергии водного потока, которая в естественных условиях расходуется на сопротивление трению в русле, размыв дна и берегов. В турбинах ГЭС механическая энергия жидкости преобразуется в механическую энергию вращения вала, передаваемую генератору.

Мощность потока жидкости, или мощность, отбираемая турбиной от протекаемой жидкости, выражается формулой

где ускорение свободного падения g = 9,81 м/с²; плотность воды р = 1000 кг/м³; Q — расход воды, м³/с, Н — перепад уровней свободной поверхности потока на рассматриваемом участке.

В международной системе единиц официально установленной единицей измерения мощности является ватт (Вт) (по имени шотландского инженера и изобретателя Джеймса Уатта). До введения единицы измерения «ватт» использовался термин «лошадиная сила» (л.с.). Лошадиная сила (1 л.с. = 75 кгс-м/с) — мощность, достаточная для поднятия груза массой в 75 кг на высоту 1 м за 1 с. Таким образом, 1 л.с. ~ 735 Вт.

Ватт — малая единица измерения, поэтому в энергетике используют более крупные единицы мощности: киловатт (1 кВт = 1000 Вт), мегаватт (1 МВт = 1000 кВт = 10⁶ Вт). Сегодня мощность крупнейших в мире ГЭС Итайпу (Бразилия — Парагвай) составляет 12 600 МВт, а ГЭС «Три ущелья» (Китай) — 18 200 МВт.

Не вся мощность, вычисленная по формуле (9.1), превращается в полезную электрическую мощность, поскольку при преобразованиях энергии неизбежны потери. Полезная электрическая мощность ГЭС определится ориентировочной формулой