Гидротехнические сооружения используются с давних времен для выработки энергии. В наши дни успешно развивается и отдельное направление деривационных станций. Это сооружения, отличающиеся специальной инфраструктурой водоотвода, обеспечивающей возможность более эффективного контроля потоков даже в сложных географических условиях. На базовом же уровне к ним применима расшифровка ГЭС – гидрологическая электростанция.
Основные компоненты деривационных систем
Функциональную инфраструктуру ГЭС такого типа формируют водонапорные и энергетические сооружения. Основу водонапорной части составляют заборники, водосбросные каналы и накопительные резервуары. Между этими гидроузлами осуществляется перемещение воды из верхнего створа рек по искусственным каналам в водохранилища. Что касается энергетических сооружений в составе деривационных ГЭС, то их чаще представляют специальные водоводы, обеспечивающие течение потоков к приемному оборудованию в гидротехнических зданиях.
Ключевое значение с точки зрения выработки энергии имеет оснащение таких зданий механизмами, генерирующими энергию. В частности, это могут быть гидротурбины с трансформаторами, а также механическое оборудование, которое выступает конечным потребителем энергии. В обоих случаях часть вырабатываемого электричества направляется на обслуживание работы общей инфраструктуры, в которую входят системы управления с автоматикой, распределительными устройствами и системами для аварийного отключения.
Вспомогательные компоненты в деривационных гидростанциях
Данная группа конструкционных частей и сооружений станции предназначена для обеспечения базовых условий работы функциональных гидроузлов. Это могут быть канализационные каналы, лотки, тоннели, административно-бытовые объекты и т.д. Основу же составляют технические сооружения, за счет которых происходит водоотвод из реки. В такой системе предусматриваются конструкции для водопонижения с перемычками и барьерными регулирующими клапанами. К примеру, в некоторых деривационных ГЭС присутствуют рыбозащитные и рыбопропускные сооружения, благодаря которым рыба определенных размеров может проходить к нерестилищам, а также в обратном направлении. На период строительства станции используются и временные сооружения, обеспечивающие технические возможности и условия для производства строительно-монтажных и ремонтных мероприятий.
Принцип работы станции
В отличие от классической плотинной системы, деривация предполагает создание полностью искусственного канала с отведенным потоком. Рабочий узел в виде водоотводной ветки перебрасывает часть потока в сторону от русла реки по направлению к низовью. Причем низовой створ не всегда в естественных условиях может обеспечивать достаточную мощность напора, поэтому нередко подключаются и дополнительные насосы – как правило, в закрытых системах. В отношении подходов к механике выработки энергии принцип работы деривационной ГЭС соответствует плотинной схеме. Минуя русло водоотвода, поток направляется в гидрогенераторы, где за счет механической работы происходит выработка тока. Опять же, и механическая энергия может быть целевой на конечном объекте доставки воды – это уже зависит от назначения станции.
Виды деривационных ГЭС
Существуют следующие признаки классификации деривационных гидростанций:
- По мощности. Станции малой мощность вырабатывают энергию на уровне до 30 МВт, средние – до 300 МВт, а высокомощные – до 1000 МВт.
- По силе напора. Низконапорные выдают силу напора до 30-50 м, средние – до 100 м, а высокомощные – от 300 м.
- По конструкции. Обычно выделяют деривационные ГЭС закрытого тоннельного и открытого типа, но на практике часто встречаются и комбинированные системы с частичным включением верхних замыкающих конструкций.
- Высота перемычек. Индивидуальный параметр, который устанавливается в проектном документе на основе исследований места строительства ГЭС. Однако принципиально выделяют русловые, береговые и пойменные системы. Последние две компоновки отличаются тем, что в них предусматриваются самые высокие перемычки, рассчитанные на сдерживание или пропуск потоков на случай неконтролируемого роста уровня воды.
Сферы применения
Гидроэнергостанции этого типа могут применяться для разных нужд промышленности и хозяйства. Подбор характеристик строительства конкретного объекта определяется местными географическими и климатическими условиями, а также требованиями к источнику потребления энергии. Где используются деривационные ГЭС в России? Традиционно выбираются места с большим уклоном течения реки, после чего создаются искусственные условия для деривации. Гористая местность и, в частности, Северный Кавказ, считается не самым благоприятным регионом для размещения энергетических сооружений в принципе, но именно здесь сосредоточены основные мощности по причине выгодных условий для создания естественного водоотвода с сильным напором. Также на местности со сложным рельефом часть сооружений, входящих в инфраструктуру ГЭС, выполняются под землей. Такое решение дает не только конструкционные, но и экономические преимущества. На Кольском полуострове и в Карелии применяются открытые среднегорные гидроузлы.
Заключение
Как источник альтернативной энергии деривационные ГЭС имеют немало преимуществ. Это экологичные и достаточно мощные генераторы, способные за короткие промежутки времени выходить на пиковые рабочие показатели. Проблемы применения таких ГЭС, в свою очередь, обусловлены их конструкционной сложностью и высокими затратами на техническое обслуживание. Кроме того, жесткие требования к условиям размещения деривационных гидростанций также создают дополнительные логистические трудности при передаче электроэнергии на дальние расстояния. Несмотря на это, принципиальные схемы таких ГЭС по-прежнему считаются перспективными и в некоторых отраслях полностью себя оправдывают как отличная модель надежного источника дешевой энергии.
