Производство электроэнергии на электрических станциях и ее использование различными потребителями представляют собой процессы, взаимосвязанные таким образом, при котором вследствие физических закономерностей мощность потребления электроэнергии в какой-либо момент времени может равняться мощности, которая генерируется.
При условии идеального равномерного потребления электроэнергии может происходить равномерная работа определенного количества электростанций. На самом деле работа большинства отдельных электропотребителей неравномерна и суммарное использование электроэнергии также неравномерное. Можно привести множество примеров равномерности работы установок и приборов, которые расходуют электроенергию. Завод, который работает в одну или две смены, равномерно потребляет электрическую энергию на протяжении суток. В ночное время потребляемая им энергия близкая к нулю. Улицы, квартиры освещаются только в определенное время суток. В утренние и вечерние часы коммунальная нагрузка наибольшая.
График нагрузки определенного района или города, который представляет собой изменение во времени суммарной мощности всех потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одно время суток требуется большая суммарная мощность генераторов, а в другое время часть генераторов или электростанций может быть отключена или может работать с уменьшенной нагрузкой.
Энергетики принимают меры для выравнивания графика суммарной нагрузки потребителей. Например, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой период времени она потребляется. Если электроэнергия потребляется в моменты максимумов нагрузки, то и стоимость её определяется как большая. Это повышает заинтересованность потребителей в такой постановке работы, которая оказывала бы содействие уменьшению электрической нагрузки в моменты максимумов потребления в энергосистеме. Вообще возможности выравнивания потребления электроэнергии небольшие. Итак, электроэнергетические системы должны быть довольно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций. Регулирование мощности ГЭС происходит таким образом. В периоды, когда в системе есть провалы нагрузки, ГЭС работает с незначительной мощностью и вода заполняет водохранилище. При этом накапливается энергия. С наступлением пиков включаются агрегаты станции и вырабатывается энергия.
Накопление энергии в водохранилищах рек приводит к затоплению больших территорий, что в большинстве случаев очень не желательно. Небольшие речки малопригодны для регулирования мощности в системе, поскольку они не успевают заполнить водой водохранилище.
Задачу снятия пиков решают гидроакумулирующие станции (ГАЭС), работая следующим образом. В интервалы времени, когда электрическая нагрузка в объединенных системах минимальная, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных "пиков" - максимальных значений нагрузки - ГАЭС работает в генераторном режиме и тратит накопленную в верхнем водохранилище воду
ГАЭС стали особенно эффективными после появления оборотных гидротурбин, которые выполняют функции и турбин, и насосов.
Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от КПД, под которым относительно этих станций понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме.
Первые ГАЭС в начале XX ст. имели КПД, не больше 40%, в современных ГАЭС КПД составляет 70-75%. К преимуществам ГАЭС, кроме относительно высокого значения КПД, относится также и низкая стоимость строительных работ. В отличие от обычных ГЭС, здесь нет необходимости перекрывать речки, строить высокие дамбы с длинными туннелями и т.п.
ГАЭС и ветровые электростанции, которые отличаются непостоянством вырабатываемой мощности удачно объединяются между собой. При этом тяжело рассчитывать на мощность ветровых станций в часы "пиков" в энергосистеме. Если же электроэнергию, которая вырабатывается на этих станциях, накапливать на ГАЭС в виде воды, которая перекачивается в верхний бассейн, то выработанная на ветровых электростанциях за определенный промежуток времени энергия может быть использована соответственно потребностям системы. Преимущества ГАЭС позволяют широко применять их для аккумулирования энергии.
Плотины
Вода, которая вращает гидравлические турбины, обычно берется из искусственных водохранилищ, созданных путем перекрытия реки плотиной. Плотина - массивная перегородка, которая предназначена для удержания водного потока, это основное гидротехническое сооружение при использовании и регулировании водных ресурсов. Она повышает напор воды, которая поступает на турбины ГЭС, и тем самым увеличивает мощность электростанции. Затраты воды из водохранилища через турбины можно регулировать. Водохранилище, кроме того, служит отстойником для песка, ила и мусора, принесенных естественными водостоками.
Схема бетонной плотины с вальцовыми затворами для регулирования затрат воды (г.Девенпорт, США)
Ещё в доисторические времена в Египте, Месопотамии и других районах строились простейшие плотины в виде насыпей из земли и камней. На протяжении многих столетий устройство плотин определялось понятиями, почерпнутыми только из практического опыта, и лишь в 1853 году французский инженер Где Сазили теоретически обосновал их конструктивные принципы.
Водосливные плотины возводят для того, чтобы повысить уровень воды в реке, отвести водосток, что обычно необходимо при строительстве электростанций, а также для обеспечения судоходства или орошения земель. Глухими плотинами (без пропускания воды) перегораживают водосток и создают водохранилища, предназначенные для обеспечения городов водой и электроэнергией, для ирригационных целей и т.п. Во многих плотинах этого типа верхняя часть устроена так, что при необходимости она может служить водосбросом. Плотина противодействует напору воды или собственным весом (гравитационные плотины), или своей конструкцией, силовые элементы которой обеспечивают стойкость всего сооружения (арочные, контрфорсные плотины). Гравитационные плотины делают в виде каменной кладки, бетонных заграждений, земляного или скального (щебневого) заполнителя; другие плотины строят из бетона, железобетона, стальных конструкций или лесоматериалов.
| 
|