Виды ГЭС, в зависимости от природных особенностей

Каждая гидроэлектростанция строится по собственному проекту. Она должна использовать энергию рек или приливов, которые в любой точке земного шара уникальны.

Водохранилища и плотины большой площади возводят там, где реки полноводны, но большого перепада высот нет и сложно создать достаточный напор. 

По величине напора различают ГЭС высоконапорные (свыше 60 м), среднего напора (до 60 м) и низконапорные (3–25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации – до 1500 м. Отличительной особенностью ГЭС, сооружаемых на равнинных реках (как на мягких основаниях, так и на скальных породах), являются большие объёмы земляных и бетонных работ. В каньонах и горных ущельях на твёрдых скальных основаниях тяжёлые гравитационные плотины экономически невыгодны, для таких гидроузлов более эффективны арочные плотины или арочно-гравитационные. В зависимости от напора используют различное энергетическое оборудование: на низконапорных ГЭС – поворотно-лопастные или горизонтальные (реже) турбины; на средненапорных – поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины; на высоконапорных – ковшовые и радиально-осевые турбины. 

По схеме использования водных ресурсов ГЭС обычно подразделяют на:

• русловые,
• приплотинные,
• деривационные (с напорной и безнапорной деривацией),
• смешанные,
• гидроаккумулирующие,
• приливные. 

В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинные ГЭС строят как на равнинных многоводных реках, так и на горных реках в узких сжатых долинах. В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения. У русловой ГЭС здание с размещёнными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30–40 м. На крупных равнинных реках основное русло обычно перекрывается земляной плотиной, к ней примыкает бетонная водосливная плотина, на которой сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках, например, Волжской ГЭС (г. Волгоград) мощностью 2,56 тыс. МВт (1962); Майнской ГЭС на р. Енисей мощностью 321 МВт (1987). 

При более высоких напорах здание ГЭС не может воспринимать большое гидростатическое давление воды. В этом случае сооружается приплотинная ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за плотиной, со стороны нижнего бьефа (например, Братская ГЭС на р. Ангара). Примером другого типа приплотинных ГЭС, соответствующих горным условиям, может быть компоновка Нурекской ГЭС на р. Вахш (Таджикистан) проектной мощностью 2,7 тыс. МВт, Мингечаурской ГЭС на р. Кура (Азербайджан) мощностью 359 МВт. 

В деривационных ГЭС вода в начале используемого участка реки отводится из речного русла водоводом с уклоном значительно меньшим, чем средний уклон реки на данном участке, и со спрямлением изгибов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей деривационной ГЭС. Деривация выгодна, если уклон реки велик. Деривационная схема концентрации напора (бесплотинный водозабор или низкая водозаборная плотина) на практике приводит к тому, что из реки забирается лишь небольшая часть её стока.

При отборе всего стока в начале деривации на реке сооружается более высокая плотина и создаётся водохранилище: такая схема концентрации падения воды называется смешанной, т. к. используются оба принципа создания напора. В ряде случаев с помощью деривации производится переброска стока реки в соседнюю реку, имеющую более низкие отметки русла, например, на Ингурской ГЭС (Грузия), где сток р. Ингури перебрасывается туннелем в соседнюю р. Эрисцкали. Сооружения безнапорных деривационных ГЭС состоят из здания, водозаборного сооружения, водоприёмной плотины и собственно деривации (канал, лоток, безнапорный туннель). Крупнейшая ГЭС с безнапорной подводящей деривацией – ГЭС «Robert Moses» (США) мощностью 1,95 тыс. МВт, а с безнапорной отводящей деривацией – Ингурская ГЭС мощностью 1,3 тыс. МВт. 

На ГЭС с напорной деривацией водовод прокладывается с несколько большим продольным уклоном, чем при безнапорной деривации. Применение напорной подводящей деривации обусловливается изменяемостью горизонта воды в верхнем бьефе. Крупнейшая станция с напорной подводящей деривацией – ГЭС «Nechako-Kemano» (Канада) проектной мощностью 1,79 тыс. МВт. ГЭС с напорной отводящей деривацией применяется в условиях значительных изменений уровня воды в реке в месте выхода отводящей деривации или по экономическим соображениям. В этом случае необходимо сооружение уравнительного резервуара (в начале отводящей деривации) для выравнивания неустановившегося потока воды в реке – например, ГЭС «Harspranget» (Швеция) мощностью 350 МВт. 

Особое место занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). ГАЭС являются наиболее эффективным типом манёвренных электростанций, повышающих надёжность и экономичность работы энергосистемы в период покрытия пиковых нагрузок. ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую и могут быть использованы в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, восполняющих провалы мощности ПЭС. 

По условиям работы и характеру использования воды различают ГЭС на стоке без регулирования, с суточным, недельным, сезонным (годовым) и многолетним регулированием. Отдельные ГЭС или каскады ГЭС, как правило, работают в системе совместно с конденсационными электростанциями, теплоэлектроцентралями, атомными электростанциями, газотурбинными установками (ГТУ), причём в зависимости от графика нагрузки энергосистемы ГЭС могут быть базисными, полупиковыми и пиковыми. 

Из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее манёвренными и способны при необходимости существенно увеличить мощность в считаные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций (ТЭС) этот показатель измеряется часами, для АЭС – сутками. 

Малые ГЭС, мощность которых не превышает 10 МВт, строятся на малых реках, водоёмах, они, как правило, бесплотинные и включают мини-ГЭС (установленная мощность до 1000 кВт) и микро ГЭС (мощность 1–100 кВт). Малые ГЭС предназначены для выработки электроэнергии в промышленную электросеть и/или для работы на автономную нагрузку. 

По характеру исполнения малые ГЭС подразделяются на два типа:

1. Реализующие потенциальную энергию водотока

• стационарные приплотинные, с совмещением плотины и здания ГЭС;
• стационарные бесплотинные, с трубопроводом напорной деривации;
• мобильные в контейнерном исполнении, с использованием в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов;
• переносные мощностью до 10 кВт.

2. Реализующие непосредственно кинетическую энергию водотока (погружные бесплотинные, гирляндные ГЭС и др.). 

Мини- и микроГЭС устанавливаются также в водотоках (продуктопроводах), где требуется применение гасителей давления – питьевых водопроводах и технологических водотоках предприятий, водосбросах ТЭЦ, а также на промышленных и канализационных стоках. 

Строительство малых ГЭС рационально там, где социально-экономические условия и перспективы развития производительных сил региона не требуют создания большой энергетики и малые ГЭС могут обеспечить местное энергоснабжение отдельных городов и посёлков (например, мини-ГЭС мощностью 1000 кВт может вырабатывать 6000 МВт·ч/год электроэнергии).

Малые ГЭС – надёжные, экологически чистые, компактные, быстроокупаемые источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных посёлков, фермерских хозяйств в отдалённых, горных и труднодоступных районах, где нет поблизости ЛЭП.