Как сделать мини гидроэлектростанцию своими руками

Приступаем к изготовлению крепежных элементов.

Для этого сначала зачищаем с листового металла и уголков всю ржавчину, после чего грунтуем и красим, это не обязательно, но так красивее и как никак защита от коррозии, да и вид товарный будет.

Наш генератор с водяным колесом готов, теперь осталось только установить его! Хорошо бы соорудить защитный экран от брызг для генератора, который вращался бы вместе с колесом, мы не нашли подходящего материала для его создания. Решили сделать это потом, если гидростанция (гэс) заработает.

Фото генератора с водяным колесом. Сопло еще не установлено, оно в кузове, и мы скоро его установим.

На фото – то место куда мы хотим его поставить. 10 сантиметровая труба выходит снизу запруды, перепад около 30 см. Мы будем забираем не всю часть водяного потока.

Вот наша старая микро-ГЭС, прослужившая нам 2 года, включая зимы. Ее хватало на 1 Ампер (12 Ватт) примерно.

Вот и наша сделанная гидростанция (гэс) на месте, производим ее настройку. Лучший результат получился, когда вода входит на 10 часов колесного диска, и выходит примерно на 5 часов.

Заработало! Выход около двух Ампер (1,9 если быть точным). Настройки производить было нелегко – каждое передвижение колеса требует также передвижения сопла, и наоборот. Еще можно изменять воздушный зазор и изменять соединение со звезды на треугольник. Результат лучше у звезды – мощность выше, чем у треугольника при тех же оборотах колеса. В итоге мы остановились на звезде, с зазором 3,12 сантиметра (довольно много).

Как работают волновые электростанции

Вся работа волновых электростанций основывается на кинетической энергии движущихся масс морской и океанской воды.

• Волна проходит сквозь пустую камеру, выталкивает из нее воздух, под действием которого начинается вращение турбины. Далее вращательное движение передается генератору.
• Волна пропускается через большую трубу с установленными в ней лопастями. Они начинают вращаться и приводят в действие генератор.
• «Колеблющееся тело». Данный вариант предусматривает соединение нескольких плавающих секций в общий конвертер. Между ними устанавливаются подвижные платформы с гидравлическими поршнями. Затем один или несколько поршней соединяются с гидравлическим двигателем, обеспечивающим движение электрического генератора. Волны раскачивают и последовательно приводят в движение всю систему.
• «Искусственный атолл». Представляет собой сооружение из бетона с поверхностью, на которую накатываются волны. Его средняя часть отведена для накопительного резервуара, расположенного выше уровня моря. Вода поднимается в бассейн по специальной наклонной поверхности за счет эффекта набегающей волны. Далее, через отверстие водяной поток попадает на турбину и вращает лопасти.

Во всех случаях используется энергия движущейся водяной массы. Поток регулируется таким образом, чтобы его движение через турбину происходило в одном направлении. В случае необходимости скорость воздушного потока можно увеличить путем снижения диаметра проходной трубы. Частота вращения турбины возрастет даже при незначительной скорости движения волн.

Расчёт энергии воды.

Кинетическая энергия потока рассчитывается по формуле из школьного учебника физики E= MV/2 где М- масса воды в килограммах, протекающая через установку, за одну секунду. V- Скорость этой воды в КВАДРАТЕ(!), в метрах за секунду. E- Энергия в джоулях. (один джоуль это одна ватсекунда, сколько джоулей получим за одну секунду, столько ват мощность). К стати не путать ваты и киловатты с ватсекундами и киловатчасми. Ваты и киловатты это мощность, а ватсекунды и киловатчасы, это количество энергии или же работы. (Энергия и работа имеют одну и ту же размерность).

Потенциальная энергия потока. Тоже по школьной формуле ( mgh), где m- масса воды (В килограммах!) протекающая через установку за каждую одну секунду. g- ускорение силы тяжести = 9,8 метра за секунду в квадрате ( в квадрате слово секунда, а не число9,8 !), h- перепад высот (в метрах!).

Скорость потока вырывающегося из сопла v= корень!!! из 2gh. Где v- искомая скорость струи (в метрах за секунду!), g- число 9,8 м/сек, h- высота столба воды, (в метрах!) (разность между верхним и нижним уровнями).

Таким образом, измерив количество воды протекающее в русле за одну секунду, и измерив разность между верхним уровнем, откуда поступает вода, и нижним, где сливается вода из установки, можно вычислить максимальную энергию которая выделяется за одну секунду, в джоулях. Численно это будет мощность потока в ватах. Умножив эту цифру на кпд, получим величину электрической мощности в ватах. А поделив на1000, величину в киловатах.

Зная скорость струи при выходе из сопла, можно задать касательную скорость вращения турбины, она должна быть в половину скорости струи, или ещё на несколько процентов меньше. А зная диаметр и касательную скорость, можно вычислить скорость в оборотах за секунду. Из чего уже рассчитывать трансмиссию. Примечание по регулировке мощности. Если имеется круто наклоненная речушечка с постоянным расходом воды. И нет возможности сделать водохранилище, то выгодно создать разницу высот заключив наклонный участок речушки в трубу. В таком случае труба оказывается довольно длинной, и столб воды, движущийся в ней, имеет порядочную инерцию. Потому регулировать мощность простым перекрытием заслонок на сопле нельзя. Для этого рядом с соплом необходимо поставить подпружиненную заслонку (аналог редукционного клапана) и отрегулировать усилие пружины так, чтоб при малейшем повышении давления выше рабочего, это давление открывало заслонку и вода сливалась мимо сопла. Таким образом, скорость воды в трубе будет сохраняться постоянной при любой нагрузке на турбину.

Мощность турбины можно регулировать не только перекрывая поток из сопла, а так же поворотом сопла, уводя в сторону от турбины поток. А в некоторых случаях регулируют, меняя нагрузку на генератор, грея электричеством ту же воду, энергия то «дармовая», но так возрастает износ трансмиссии.

Гирлянды и рукава

Советский инженер Б. С. Блинов изобрёл и в 1950–1960-х годах впервые применил гирляндные ГЭС для малых рек и рукавные ГЭС для малых рек и ручьёв с дебитом воды более 50 л/с. Гирляндная мини-ГЭС состоит из лёгких турбин – гидровингроторов, нанизанных в виде гирлянды на трос, который переброшен через реку. Один конец троса закреплён за ось в опорном подшипнике, второй – за ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращение которого передаётся к генератору. Одна гирлянда турбин (энергоблок) обеспечивает мощность от нескольких десятков ватт до 5–15 кВт. Такие энергоблоки можно объединять, заставляя их работать на общую нагрузку и повышая тем самым мощность гидростанции.

Для устройства рукавной микроГЭС на реке или ручье строится небольшая плотина, к отверстию в которой прикрепляется труба-шланг, уложенная вниз по склону вдоль водотока до электрогенератора. Перепад высот от плотины до генератора должен быть не менее 4–5 м. Вход в «рукав» располагают так, чтобы захватить среднюю, самую быструю, часть течения реки, и воду по сужающемуся каналу подводят к турбинам. Установленная мощность такой станции может варьироваться от 1 до 100 кВт. В 70-х годах прошлого века гидроагрегаты для рукавных микроГЭС выпускались серийно на предприятиях сельхозмашиностроения.

Классификация

Большинство электростанций, будь то гидроэлектростанции, тепловые (АЭС, ТЭС и прочие) или ветроэлектростанции, используют для своей работы энергию вращения вала генератора.

В зависимости от источника энергии (в частности, вида топлива)

• Атомные электростанции (АЭС)
  • Станции реакции деления
  • Станции реакции синтеза (еще не существуют)
• Электростанции, работающие на органическом топливе (тепловые электростанции (ТЭС) в узком смысле)
  • Газовые электростанции
    • Электростанции на природном газе
    • Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
  • Жидкотопливные электростанции
    • Электростанции дизельные
    • Электростанции бензиновые
  • Твердотопливные электростанции
    • Угольные электростанции
    • Торфяные электростанции (подсветка факела основного топлива газом или жидким топливом, являющимся также резервным топливом)
• Гидроэлектрические станции (ГЭС)
  • Русловые гидроэлектростанции
  • Приплотинные гидроэлектростанции
  • Деривационные гидроэлектростанции
  • Гидроаккумулирующие электростанции
  • Приливные электростанции
  • Электростанции на морских течениях
  • Волновые электростанции
  • Осмотические электростанции (электростанция, использующая для выработки электричества явление осмоса)
• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечные электростанции (СЭС)
  • Электростанции на солнечных элементах
  • Гелиостанции (с паровым котлом)
  • Химические электростанции

В зависимости от типа силовой установки

• Электростанции с тепловой установкой (тепловые электростанции (ТЭС) в широком смысле)
  • Котлотурбинные электростанции
    • Конденсационные электростанции (КЭС, ГРЭС)
    • Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — теплофикационные электростанции
  • Газотурбинные электростанции
  • Мини-ТЭЦ
  • Газопоршневые электростанции
  • Электростанции дизельные
  • Электростанции бензиновые
  • Электростанции на базе парогазовых установок
  • Комбинированного цикла
• Электростанции с простым машинным генератором
  • Электростанции с гидротурбиной
  • Электростанции с ветродвигателем
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на солнечных элементах
• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов

Экзотические (редко применяемые)

• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечная энергетика

  Электростанции на солнечных элементах

• Электростанции на биомассе

  Гелиостанции

• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
• Электростанции на морских течениях
• Волновые электростанции
• Осмотические электростанции (способные вырабатывать энергию путём смешивания пресной и соленой воды).

Производители и цены

В настоящее время, все большее количество людей интересуется альтернативными источниками энергии, а соответственно и спрос, на оборудование, используемое для производства энергии возрастает. В связи с этим, производством подобного оборудования, занимаются компании во многих странах мира, в том числе и в России.

Оборудование для микро — ГЭС, как по отдельным узлам, так и комплектами, в нашей стране занимаются:

1. Компания ООО «АЭнерджи», г. Москва.
   Предприятие производит оборудование для различных направлений производства электрической энергии с использованием альтернативных источников (ветрогенраторы, солнечные электростанции и т.д.). В линейке выпускаемых товаров, энергетическое оборудование для микро и мини – ГЭС.
2. Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» г. Санкт-Петербург.
   Компания выполняет весь комплекс работ от проектирования до сдачи под ключ готового
   объекта строительства. В линейке выпускаемой продукции микро – ГЭС с различными
   видами рабочего колеса и мощностью от 5,0 до 180,0 кВт, а также разнообразные
   гидроагрегаты.

Стоимость комплекта оборудования, в зависимости от типа электростанции и ее мощности – от 350000,00 рублей.

Среди зарубежных производителей, наиболее известна продукция таких компаний, как:

1. «CINK Hydro-Energy» Республика Чехия.
   Компания производит комплекты гидроэлектростанции с горизонтальными и вертикальными турбинами, мощностью от 5,0 до 3000 кВт, а также микротурбины.
   Стоимость комплектов от 500000,00 рублей.
2. «Micro hydro power» Китай.
   Компания производит комплекты гидроэлектростанции мощностью от 1,0 до 3000 кВт. Стоимость составляет от 300000,00 до 4000000,00 рублей.
3. Инженерно-техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан.
   Фирма производит гидроэлектростанции мощностью от 0,5 до 5,0 кВт. Стоимость составляет от 60000,00 до 300000,00 рублей.

Технические характеристики заводских микро-ГЭС

Каких-то общепринятых стандартов, жёстко регламентирующих границу между микро-ГЭС и мини-ГЭС, не существует. Определяющим параметром микро-ГЭС для частника будет производительность до 5 кВт. Однако расход воды чрезвычайно сильно сказывается на эффективности работы всей энергосистемы в целом.

Мощность самых дешёвых микро-ГЭС начинается от 0,6 кВт при цене 39 т.р.

Но 600 ватт это всё таки маловато для частного дома. Начинать надо от 1-1,5 кВт, и вот три устройства разных конструкции, с более высокой производительностью:

1.С турбиной Каплана цена 57 т.р.

2.С турбиной Тюрго, аналогичной стоимости.

3.С трубчатой турбиной и ценой 129,5 т.р.

Даже при беглом сравнении, микро-ГЭС с трубчатой турбиной дороже на 120%. Причину такого несоответствия можно увидеть, если сравнить несколько устройств в таблице:

	Мощность, кВт	Расход, л/с	Высота, м	Масса, кг	Цена, т.р.
Турбина Тюрго	1,5	10-18	12-28	49	57,3	Все параметры генерируемого электричества, для одинаковых по мощности устройств совпадают: 220 вольт, 1 фаза, частота 50/60 Гц. Производитель из Новосибирска
Турбина Тюрго	3	11-13	15-30	72	68
Турбина Каплана	1,5	40-45	2-3	30	57,3
Турбина Каплана	3	90-150	3-6	85	68
Трубчатая турбина	1,5	40-45	5-10	Нет данных	129,5
Трубчатая турбина	3	90-140	5-10	138
«Шар-булак»	1,7	20	6-7	≈105 т.р.	220 V/ 50 Гц/ синусоида производится в Бишкеке

Турбина Тюрго

Микро-ГЭС изготовленные в промышленных условиях, априори будут надёжнее собранных кустарно. Можно взять за образец заводскую модель, и просто скопировать её. Такой подход принесёт моральное удовлетворение, но обойдётся дороже хотя бы потому, что при потоковом производстве комплектующих деталей, они обходятся гораздо дешевле.

Однако это не исключает возможности собрать микро-ГЭС в гараже или домашней мастерской, и даже поставить этот процесс на поток. Примерно такой подход наблюдается на одной фирме в Киргизии.

Бишкекская фирма выпускает три разновидности мобильных ГЭС, мощностью:

1 кВт;

1,7 кВт;

5 кВт.

Вид этих приборов затрапезный, но свою функцию они выполняют.

Крупнейшие аварии и происшествия

• Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохранилища Баньцяо на реке Жухэ в провинции Хэнань в результате тайфуна Нина 1975 года. Число погибших более 170 тыс. человек, пострадало 11 млн.
• 17 мая 1943 года — операция британских войск Chastise по подрыву плотин на реках Мёне (водохранилище Мёнезее) и Эдер (водохранилище Эдерзее), повлёкшие за собой гибель 1268 человек, в том числе около 700 советских военнопленных.
• 9 октября 1963 года — одна из крупнейших гидротехнических аварий на плотине Вайонт в северной Италии, погибло более двух тысяч человек.
• В ночь на 11 февраля 2005 года в провинции Белуджистан на юго-западе Пакистана из-за мощных ливней произошёл прорыв 150-метровой плотины ГЭС у города Пасни. В результате было затоплено несколько деревень, более 135 человек погибли.
• 5 октября 2007 года на реке Чу во вьетнамской провинции Тханьхоа после резкого подъёма уровня воды прорвало плотину строящейся ГЭС Кыадат. В зоне затопления оказалось около 5 тыс. домов, 35 человек погибли.
• 17 августа 2009 года — авария на Саяно-Шушенской ГЭС (самой мощной в России). В результате аварии погибло 75 человек, оборудованию и помещениям станции был нанесён серьёзный ущерб.

Применение генератора

• экологическая чистота;
• низкие капитальные расходы.

Примечание. По данным Евразийского Банка Развития, инвестиционные затраты для микроГЭС равняются 1 000-4 000 $ на 1 кВт установленной мощности. Нижний предел относится к маломощным агрегатам, работающим без подпорных плотин. Ежегодные эксплуатационные расходы при этом составляют от 1,5 % до 2,5 % от инвестиционных затрат.

Сейчас китайские производители выпускают и поставляют на рынок ряд устройств мощностью от 0,6 кВт до 20 кВт. Например, модель «Тюрго 5000» стоимостью 143 000 руб. представляет собой гидротурбину с соосно установленным электрогенератором мощностью 5 кВт. Состоит из направляющего аппарата, ротора и регулировочного вентиля.

Устройство наиболее эффективно можно использовать с деривационным трубопроводом, который соединяется с патрубком агрегата. Вода поступает к направляющему аппарату, через который попадает на лопатки турбины, вращает ее и сливается наружу.

Кстати. Инвестиционные затраты на оборудование деривационной микроэлектростанции с таким турбогенератором мощностью 5 кВт составят 1 000 $/кВт × 5 кВт = 5 000 $ = 320 000 руб.

Аппараты можно применять для нужд малого бизнеса в удаленных от стационарных электросетей районах. Например, предприниматели, имеющие портативные пилорамы, осуществляют распиловку леса зимой, когда разрешен вывоз древесины. Установка микроГЭС мощностью 5 кВт может существенно снизить затраты.

В дневное время основной потребитель — пилорама, в остальные часы электроэнергия идет на отопление помещения. Таким образом, в холодные периоды задействуется полная мощность гидрогенератора, летом нагрузка значительно ниже и учитывается коэффициент сезонности 0,5.

Пример. Годовое потребление электроэнергии ориентировочно составит 5 кВт × 24 часа/сутки × 365 дней × 0,5=21900 кВт·ч, где 0,5 — показатель сезонности. Тогда, при среднем тарифе 5 руб./кВт·ч, получаем годовые затраты в сумме 21900 кВт·ч × 5 руб./кВт·ч = 109 500 руб.

Экономическую эффективность такой схемы можно определить как срок окупаемости микрогидроэлектростанции. Легко подсчитать, что при гарантии 15 лет и более показатель ориентировочно составляет 300 000 руб./109 500 руб. = 3,3 года. Это приемлемая цифра для аналогичных проектов.

Перспективным направлением повышения эффективности применения микроГЭС является сохранение вырабатываемой энергии в периоды, когда генератор загружен не полностью. Применение тепловых аккумуляторов на основе смеси солей щелочных металлов с высокой теплоемкостью может значительно улучшить эффективность отопительных систем в домах в зимнее время.

Какими они бывают

В соответствии с генерируемой мощностью ГЭС принято делить на категории. Это связано с расходом воды и силой ее напора, а также эффективностью установленных на станции генераторов и водяных турбин. Станции, дающие 25 и более МВт, считаются мощными. К среднемощностным относят те, которые производят менее 25 МВт. Производительность станций, относящихся к маломощным, не превышает 5 МВт.

ГЭС бывают высоконапорными, когда вода поступает с высоты свыше 60 м, среднего напора высотой от 25 м и низконапорными, где высота воды может быть от трех до 25 метров. Их турбины располагаются в железобетонных или стальных камерах. У них могут быть разные конструкции и технические параметры, связанные с показателями рабочего напора воды.

На станциях высокого напора эксплуатируются радиально-осевые и ковшовые турбины. Их устанавливают в специальных спиралевидных камерах из металла. Радиально-осевые и поворотнолопастные турбины применяют преимущественно на станциях, где средние показатели напора. Низконапорные ГЭС в основном оборудуются турбинами с поворачивающимися лопастями.

В зависимости от схемы использования водных ресурсов ГЭС подразделяются на:

1. Русловые.
2. Приплотинные.
3. Деривационные.
4. Гидроаккумулирующие.

В первом варианте плотиной река перегораживается полностью. Уровень воды в ней поднимается на проектную высоту. С нее вода сбрасывается прямо к гидротурбинам. Такая станция удобна там, где русло реки сужается, и на реках, протекающих через горы.

В приплотинной схеме также присутствует плотина, однако производственный корпус ГЭС располагается в нижней ее части. Здесь давление воды сильнее, чем в русловом варианте. Это требует сооружения специальных напорных тоннелей для ее подвода к турбинам.

В станциях деривационного типа вода протекает непосредственно через здание ГЭС, где установлены турбины.

Позволяют аккумулировать гидроэнергию для использования ее в периоды пиковых нагрузок гидроаккумулирующие ГЭС. В ненапряженном режиме, например, ночью ее гидротурбины функционируют как насосы, перекачивая воду  в верхнее водохранилище. Когда появляются пиковые нагрузки, вода из него направляется в трубопровод, подающий ее на лопасти турбин.

Принцип действия

Принцип действия микро — ГЭС аналогичен действию больших и малых гидроэлектростанций. Разница заключается лишь в мощности установленного оборудования и количества вырабатываемой электрической энергии.
Производство электрического тока осуществляет генератор, вращательное движение ротора которому, передается с гидравлической турбины.
Для того, чтобы турбина пришла во вращательное движение, создается напор воды, на водоеме, где установлена мини ГЭС. Это может быть напор, создаваемый естественным течением водных масс, либо создаваемый путем строительства плотины или иного технического сооружения. В определенных случаях, могут быть использованы оба способа создания напора одновременно.
Под действием напора, потоки воды устремляются в требуемом направлении, в створе их движения монтируется турбина, на лопасти которой и поступает энергия движущихся водных масс. Эта кинетическая энергия воды, преобразуется турбиной, во вращательное движение, которое посредством механической передачи (редуктор) и передается на вал генератора.

Источником энергии могут служить:

• реки различных размеров и интенсивности течения и ручьи,
• перепады высот на водосбросах водоемов различного назначения;
• технологические водотоки;
• перепады высот на трубопроводах различного назначения.

В зависимости от вида используемого оборудования и способа его установки, принцип работы гидроэлектростанции, может различаться. Это могут быть следующие варианты:

1. Принцип «водяного колеса» – при этом варианте, приемное колесо частично погружается в воду параллельное ее поверхности. Водные потоки, перемещаясь по естественному руслу, давят на лопасти, размещенные на колесе, и приводят его во вращение. Колесо, в свою очередь, посредством редуктора и прочих механических устройств, создает вращательное движение генератора.
2. Конструкция в виде гирлянды – с противоположных берегов монтируется трос, на котором установлены специальные роторы. Вода, перемещаясь вращает роторы, вращательное движение которых передается на трос. Трос вращаясь, передает вращательное движение на генератор, установленный на берегу.
3. С использованием ротора Дарье – в принцип работы турбины, заложено использование разности давлений на лопастях ротора.
4. С использованием принципа пропеллера – лопасти устройства помещены в воду и под воздействие воды приходят во вращательное движение, которое и передается на вал генератора, вырабатывающего электрический ток.

Преимущества использования микро — ГЭС:

• Отсутствует необходимость в изменении естественного ландшафта местности;
• На качество воду не оказывается стороннее воздействие, она сохраняет свои свойства;
• Не зависимость от воздействия природных явлений;
• Возможность использования в круглогодичном цикле работы;
• Нет необходимости в строительстве дорогостоящих гидротехнических сооружений.

Дизельные электростанции

Для работы дизельных электростанций, которые называют ДЭС, используются различные виды жидкого топлива. Основой системы является дизель-генератор, включающий в себя дизельный двигатель, электрический генератор, системы смазки и охлаждения, пульт управления.

Данные установки применяются как альтернативные в отдаленных районах, где являются основными источниками электроэнергии. Как правило, подведение стационарных ЛЭП в такие места экономически не выгодно. Кроме того, дизельные электростанции служат аварийными или резервными источниками питания, когда потребители не должны отключаться от электроснабжения.

Виды дизельных электростанций могут быть стационарными (4-5 тысяч кВт) и мобильными (12-1000 кВт). Благодаря небольшим размерам, они могут размещаться в небольших зданиях и помещениях. Эти станции постоянно готовы к пуску, а сам процесс запуска не занимает много времени. Большинство функций установок автоматизировано, а остальные легко переводятся в автоматический режим. Основным недостатком дизельных станций является привозное горючее и все мероприятия, связанные с его доставкой и хранением.

Классификация

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

• мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
• средние — до 25 МВт;
• малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также ещё по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

• высоконапорные — более 60 м;
• средненапорные — от 25 м;
• низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах.

Принцип работы всех видов турбин схож — поток воды поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передаётся на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующегося напора воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

• плотинные ГЭС. Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создаётся посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
• приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
• деривационные ГЭС. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимый напор воды в ГЭС такого типа создаётся посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище — такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимого напора воды.
• гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций, следующий: в определённые периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъёмники, способствующие навигации по водоёму, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации, и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии они используют возобновляемые природные ресурсы. В виду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Щит управления

Потёртые ступени лестницы XIX столетия ведут в святая святых — к главному щиту управления ГЭС-1. На нём расположены приборы и ключи управления всеми распределительными устройствами станции. Здесь несут круглосуточное дежурство сотрудники ГЭС-1, отвечающие за её надёжную работу. Среди них и начальник смены станции, которого в шутку называют ночным директором.

Приборы показывают частоту сети, напряжение и нагрузку трансформаторов, параметры генераторов турбин, параметры воды, которая уходит в городские сети.

Задача сотрудников на щите управления — следить за состоянием главной электрической схемы и надёжной работой оборудования, чтобы всё было исправно. Если что-то пошло не так, загорятся сигнальные табло, указывающие на оборудование, в котором произошёл сбой.