Різновиди ГЕС

На компонування ГЕС особливо сильний вплив мають місцеві природні умови (рельєф і геологічна будова заплави річки, зона затоплення) і прийнята система використання водотоку, яка визначає тип і склад гідротехнічних споруд. Вплив цих факторів настільки значний, що компонування кожної ГЕС являє собою оригінальне рішення.

Найбільше значення при компонуванні станційного вузла має взаємне розташування будівлі ГЕС, відкритих РУ високої напруг і корпусу допоміжних пристроїв зі щитом керування. РУ високих напруг намагаються розташувати таким чином, щоб відстань до машинного залу була найменшою. З цією метою відкриті РУ часто розташовують безпосередньо біля берега річки чи каналу з боку нижнього б’єфа. РУ генераторної напруги закритого типу у більшості випадків розташовують в будівлі ГЕС з боку нижнього б’єфа (руслові ГЕС) або з боку верхнього б’єфа (пригребельні ГЕС з напірними трубопроводами).

Допоміжні електротехнічні установки (акумуляторна батарея з підзарядним і зарядним пристроями, електролабораторія, вузол зв’язку) і щит керування займають, як правило, спеціальний (допоміжний) корпус. Його виконують у вигляді прибудови до машинного залу з боку розташування відкритого РУ.

ГЕС, будівля якої є частиною греблі, називається русловою (наприклад, Кременчуцька, Київська ГЕС). Руслові ГЕС — це зазвичай низьконапірні станції, де напір води створюється безпосередньо за рахунок побудованої греблі, яка повністю перегороджує річку і піднімає рівень води на потрібну величину. Будівля ГЕС входить до складу греблі і безпосередньо приймає напір води. Інколи це єдина споруда, що здатна пропускати воду, оскільки в греблі не передбачені інші спеціальні водоспускні отвори чи шлюзи. Такі гідрооб'єкти будують на повноводних рівнинних річках та гірських річках, у місцях, де є вузьке русло з високими берегами.

Будівля 1 руслової ГЕС (рис. 4.1) займає частину напірного фронту гідротехнічних споруд і нарівні з греблею 2 приймає тиск води верхнього б’єфа (ВБ). Трансформатори 3 блоків розташовують на майданчику з боку верхнього б’єфа або з боку нижнього б’єфа (НБ) (як показано на рис. 4.1). Розподільну установку генераторної напруги 4 розташовують в будинку ГЕС під трансформаторами 3. З’єднання генераторів з РУ генераторної напруги (або при одиничних блоках з трансформаторами) виконують залежно від потужності генератора відкритими шинними мостами (при Р_ном до 100МВт) або закритими екранованими струмопроводами (при Р_ном більше 100МВт). Розподільні установки високих напруг 5 (відкритого типу) розташовують на березі з боку нижнього б’єфа. Майданчик для їх спорудження вибирають згідно з рельєфом прибережної смуги. За несприятливих топографічних умов, коли важко знайти чи створити рівний майданчик необхідних розмірів застосовують ступінчасте розташування обладнання РУ.

Рисунок 4.1 – План (а) і поперечний переріз (б) ГЕС, розташованої на руслі.

Приєднання трансформаторів до РУ високої напруги здійснюють гнучкими проводами 6. Проводи підвішують за допомогою натяжних гірлянд ізоляторів 7 між стіною будівлі ГЕС (або опорами, встановленими на будівлі ГЕС) і опорами, встановленими на березі, де розташована РУ.

Якщо будівля розташована окремо, біля основи греблі на протилежному від водосховища боці, то така ГЕС називається пригреблевою (наприклад, ДніпроГЕС). Пригреблеві ГЕС — високонапірні станції, в яких будівля ГЕС розміщена за греблею, в її нижній частині. Вода до турбін станції подається через спеціальні напірні лотки чи тунелі, а не безпосередньо як в руслових. Висота греблі в даному випадку значно вища, ніж у руслових ГЕС, інколи це може бути і дві греблі. Обмежувальним чинником висоти греблі і водночас потужності таких ГЕС є площа затоплення і підтоплення навколишніх земель.

Пригребельна схема (рис. 4.2) характеризується тим, що напір (різниця відміток між рівнями верхнього і нижнього б’єфу на ГЕС створюється за рахунок підпору рівня ріки греблею з утворенням водойми, яка також використовується для регулювання стоку (добового, тижневого, сезонного, багаторічного) з метою забезпечення необхідного режиму роботи ГЕС. За рахунок регулювання стоку забезпечується збільшення встановленої (сума ном. потужностей всіх генераторів) та гарантованої (90-92% від встановленої потужності) потужності ГЕС, кількості виробленої електроенергії та економічної ефективності ГЕС. На більшості ГЕС, що знаходяться в експлуатації, у тому числі найпотужніших, використана гребельна схема. Така схема застосовується в рівнинних і гірських умовах. При цьому напори на ГЕС залежать від висоти гребель і досягають, наприклад, на Дністровській ГЕС потужністю 0, 7 млн. кВт напір дорівнює 54м, а на Київській ГЕС потужністю 0, 36 млн.кВт він знижується до 11м. Така схема використана для всіх ГЕС Дніпровського каскаду в Україні.

Рисунок 4.2 - Принципові схеми ГЕС: а – гребельна; б – дериваційна; в – комбінована.

1 – гребля; 2 – будинок ГЕС; 3 – дериваційний канал; 4 – напірний трубопровід;

5 – напірний тунель; 6 – зрівнювальний резервуар; 7 – відвідний тунель; 8 – водоприймач;

9 – природна поверхня берегового схилу.

На пригребельній ГЕС (рис. 4.3) будівлю 1 споруджують за глухою греблею 2, тому вона не приймає напору води. Вода подається до турбін по напірних трубопроводах 3. Між будівлею ГЕС і греблею над напірними трубопроводами утворюється так звана " пазуха" 4. Останню зручно використовувати для встановлення трансформаторів 5 блоків і розміщення РУ генераторної напруги 6. РУ можна також прибудувати до будівлі ГЕС (показано на рис. 4.3, б) пунктиром). Розподільні установки високої напруги 7, як і на русловій ГЕС, розташовують на березі і з’єднують з трансформаторами гнучкими проводами 8.

Рисунок 4.3 – План (а) і поперечний переріз (б) ГЕС, розташованої біля греблі

ГЕС, до якої вода подається трубами, називається дериваційною (Теребле-Ріцька ГЕС). При дериваційній схемі напір на ГЕС утворюється шляхом створення зосередженого перепаду за рахунок відводу води з річки штучним водоводом, в якості якого застосовуються відкриті канали (безнапірна деривація); напірні тунелі або трубопроводи (напірна деривація) (рис. 4.1). При дериваційній схемі для забору води на ГЕС у більшості випадків у річці зводиться гребля, яка утворює невелику водойму, що часто виконує добове регулювання. Дериваційну схему доцільно застосовувати в гірських умовах при більших схилах і порівняно невеликих витратах, що дозволяє при відносно невеликій довжині дериваційного водоводу одержати великий напір. На Теребля-Рикській ГЭС потужністю 27МВт із напором 215м, використовується дериваційну схему з напірною деривацією.

Компонування дериваційної ГЕС (рис. 4.4) має свої особливості. Крім станційного вузла 1 у створі Б, де розташовані основні споруди станції, є ще і головний вузол 2 у створі А. Головний і станційний вузли пов’язані між собою дериваційним каналом 3.

До складу споруджень станційного вузла входять напірний басейн 4 та басейн 5 добового регулювання, турбінні напірні трубопроводи 6, будівля ГЕС 7, аварійний водоскид 8, відвідний канал 9, а також будівлі допоміжних і ремонтних служб (на рисунку не показані).

Рисунок 4.4 – План дериваційної ГЕС

Трансформатори 10 встановлюють над турбінними трубопроводами на стіні будівлі ГЕС. Розподільну установку генераторної напруги 11 вбудовують або добудовують до фронтальної стіни будівлі ГЕС, а РУ високої напруги 12 розташовують в стороні від гідротехнічних споруд на рівній площині. З’єднання трансформаторів та РУ високої напруги здійснюється гнучкими підвісними проводами.

Головний вузол об’єднує споруди, які призначаються для створення опору у річці та відведення потоку в деривацію, очищення води від сміття. Сюди входять гребля 13, водоскидні пристрої 14, водоприймач 15, відстійник, промивні пристрої.

У випадку комбінованої схеми напір на ГЕС утворюється частково за рахунок опору рівня ріки греблею й створення водойми як на пригребельній схемі, та частково за рахунок деривації, що дозволяє при відповідних природних умовах використовувати переваги обох схем. При комбінованій схемі також можна одержати високі напори на ГЕС. Наприклад, на ГЕС Черчилл Фолс (Канада) потужністю 5, 3 млн. кВт із водоймою об’ємом 32, 6км³, утвореною греблею висотою 32м, напір становить 318м; на ГЕС Ялі (В'єтнам) потужністю 0, 72 млн. кВт із водоймою, утвореною греблею висотою близько 60м, напір становить 190м.

Гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС) з оборотними гідроагрегатами (що працюють як генератори струму або водяні помпи) в години малого споживання електроенергії перекачують воду з водосховища у верхній басейн, а в години пікових навантажень виробляють енергію як звичайні ГЕС (наприклад, Київська ГАЕС, Дністровська ГАЕС).

ГЕС з використанням енергії припливів називають припливними (наприклад, ГЕС у Франції на річці Ранс).