№ 2 (4), 21 января 2013
Открытая Дубна
7
энергия жизни заслонка
верхний уровень воды
Т ЕКС Т:
Наталия Теряева. Ф ОТО: Евгений Данилов
центральная станция шахта входной туннель машинная станция входная труба
генератор турбина
высота падения нижний уровень воды
МОЩНОС ТЬ 100 КВТ (потребность одного девятиэ-
выходной туннель
тажного дома из 4-х подъездов или поселка из 20-50 домов) дает река шириной 50 м, глубиной 2 м, текущая со скоростью
ВА РИ А Н Т 2 ДЕРИВА ЦИОННЫЕ Г ЭС Строят на реках с большими уклонами (река течет с горы). Вода отводится из речного русла не полностью, а частично через специальные водоотводы – деривационные каналы. Предположим с горы течет извилистым путем река. Канал соединяет верхнюю точку реки со зданием ГЭС, которое не обязательно стоит на берегу реки. Труба должна идти более полого, чем река.
Вода падает на лопатки колеса или турбины, колесо от этого вращается вместе с валом, на который оно насажено. На том же валу сидит другое колесо, составленное из катушек, обмотанных металлической проволокой – проводниками электричества. При движении проводника электричества в магнитном поле в этом проводнике появляется электрический ток. Поэтому «катушечное» колесо, называемое ротором, вращается вблизи электрического магнита, называемого статором, и в катушках колеса начинает течь электрический ток. Ток с катушек снимают так называемыми щетками и передают потребителям электричества через линию электропередачи. Такова вкратце схема работы любой ГЭС – малой и большой. Чем больше мощь текущей воды (ее расход и перепад высот), тем большую электрическую мощность она может вырабатывать. Это значит, что на широких равнинных реках, собирающих огромную массу воды, но имеющих небольшой уклон, выгодно строить большие ГЭС. Такие ГЭС нуждаются в плотинах, перекрывающих русло и создающих перепад высот для работы турбин. Вот почему для всех ГЭС на Волге понадобилось строить плотины и затапливать большие территории, на месте которых разлились огромные водохранилища. Ведь Волга течет довольно медленно – от 2 до 6 км/ч (0,5 – 1,6 м/с). А уклон ее составляет в среднем 70 см на километр. На малых равнинных реках тоже можно строить ГЭС, но, конечно, малой мощности. Если уклон малой реки невелик, то придется строить русловую ГЭС, перегораживая русло реки плотиной, чтобы сконцентрировать энергию всего потока на лопатках водяной турбины. Если малая река стремительно течет по крутому, извилистому руслу, в котором очень неудобно строить и эксплуатировать плотину, то используют деривационный (отводной) канал, по которому часть потока направляют на стоящую в стороне от реки ГЭС с турбиной.
Бывают случаи, когда совмещают оба способа – и русло перекрывают плотиной, создавая дополнительный напор, и отводят воду по деривационному каналу в турбинный зал. Например, Сходненская ГЭС построена по деривационной схеме. При этом она использует перепад высот между образованным земляной плотиной напорным Химкинским водохранилищем и рекой Сходней.
0,3 м/с при перепаде высот 5 м.
ЭКОНОМ И К А М А ЛОЙ ГЭС
ходы на компенсацию его владельцу не очень велики. А если повредится промышленный агрегат? Суммарные риски довольно значительны. Так что частному инвестору есть о чем задуматься, прежде чем решиться вложить деньги в строительство малой ГЭС». К словам эксперта стоит добавить и то, что климат России не позволяет на всей ее территории малым ГЭС производить электроэнергию круглогодично. Большинство наших малых рек способы дать достаточный для ГЭС расход воды только в период таяния снега и в сезон обильных дождей. Зимой же и реки, и водохранилища глубоко промерзают. За рубежом эту проблему пытаются решить, сочетая гидрогенерацию электричества с использованием энергии ветра. В России такие примеры тоже есть, но мало. И все равно, с учетом всех затрат на капиталовложения, ведение бизнеса и обслуживание малой ГЭС, себестоимость произведенной на ней электроэнергии получается выше, чем на любой крупной ГЭС. Из всех стран бывшего СССР энергично развивает малые ГЭС только Армения. Потому что из катастрофического дефицита электроэнергии другого выхода у этой страны нет. Вот и резюме: малые ГЭС, несмотря на их сегодняшнюю сомнительную рентабельность охотно станут строить в России лишь тогда, когда у нас исчерпаются другие энергетические возможности. Но все рассчитывают, что случится это еще не скоро. Похоже, воскресить малые ГЭС сможет только новая индустриализация.
В чем проблема малых ГЭС? Почему инвесторы не спешат вкладывать деньги в их строительство? «Развитие малых ГЭС в условиях рыночной экономики – вопрос не технический, а финансовый, – поясняет главный инженер ГЭС-191 (Иваньковской ГЭС) ФГУП «Канал имени Москвы» Андрей Сухомлинов. – Рентабельность ГЭС зависит не только от ее мощности, но и от наличия конкурентов, удаленности от сети ЛЭП, от потребительского спроса в данной местности и от наличия свободных мощностей. Кроме того, решаясь на строительство, инвестор должен учитывать величину компенсаций за затопление территории под водохранилище, которое будет создавать напор для ГЭС. В современных российских реалиях компенсационные затраты составляют очень большую долю в общем объеме капиталовложений в гидросооружения. Если бы Иваньковская ГЭС строилась не в 30-е годы, а сегодня, то затраты на компенсации за затопление территорий под Иваньковским водохранилищем не окупились бы и за 25 лет произведенной на ГЭС электроэнергией. При этом Иваньковская ГЭС все же не малая. Но даже если вы строите малую ГЭС на реке, где уже есть пруд, создающий напор, и не несете компенсационных затрат, серьезные риски может создать экономия на качестве автоматики ГЭС. Установили недостаточно хорошую автоматику – «гуляет» частота тока в сети, электроприборы потребителей выходят из строя. Если сгорит домашний телевизор, рас-
МОЩНОС ТЬ 10 КВТ (потребность малой пекарни или тренажерного зала) дает такая же река при перепаде высот в 50 см.