Подземные структуры гидроаккумулирующих электростанций. Часть 1

Современные гидроэлектростанции можно разделить на два основных типа:

• традиционные (плотинные) станции, которые используют потенциальную энергию воды, запруженной (сдерживаемой) плотиной; вода из резервуара перед плотиной проходит через турбины, вырабатывая электроэнергию, а затем сбрасывается в русло реки;
•  гидроаккумулирующие станции, у которых близко к сбросу отработанной воды строится второй (нижний) резервуар. Во время низкого спроса на электричество вода из нижнего резервуара перекачивается турбонасосами в верхний. При пиковой потребности в электроэнергии вода из верхнего резервуара направляется на те же турбонасосы, которые в этом случае работают как генераторы.

 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 

Обе эти технологии требуют применения подземных сооружений — туннелей и полостей (см. об этом статью автора в журнале «Наука и техника» № 1 2019 г.). Они особенно необходимы в технологических схемах гидроаккумулирующих станций.

Такие станции отличаются от плотинных тем, что они, кроме выработки энергии, позволяют ее хранить. Эта возможность создается двумя резервуарами — верхним и нижним, входящими в состав станции. Во время пиковых потребностей в электроэнергии вода из верхнего резервуара пропускается по туннелям или стволам высокого давления, проходит через турбонасосы, работающие в генераторном режиме и попадает в нижний резервуар. Турбонасосы вырабатывают электроэнергию, направляемую потребителям. Таким образом, сохраняемая в верхнем резервуаре потенциальная энергия воды при необходимости превращается в кинетическую, а затем в электрическую.

Когда потребность в электроэнергии снижается, турбонасосы работают в нагнетательном режиме, и вода из нижнего резервуара возвращается в верхний. Такая перекачка воды требует большей энергии, чем вырабатывается при генераторном режиме. Тем не менее коэффициент полезного действия таких электростанций достигает 70–75 %.

Схемы гидроаккумулирующих комплексов могут быть закрытыми, полуоткрытыми и открытыми. Закрытая схема состоит из двух резервуаров, ни один из которых не подключен к речной системе района. Оба резервуара могут быть искусственными или модифицированными существующими озерами. Наиболее распространен вариант, когда один резервуар является искусственным, а другой — модифицированным озером (рис. 1). Типичный пример такой станции — Турлаф-Хилл (Turlough Hill), Ирландия (рис. 2).

Полуоткрытая схема состоит из одного искусственного резервуара, в качестве другого служит часть речной системы региона (рис. 3). Примером этого типа является Голдисталь (Goldisthal), Германия (рис. 4), где верхний резервуар является искусственным, а нижний — частью речной системы. Такая же схема с использованием морской воды применена в Окинаве (Okinawa), Япония, где верхний резервуар является искусственным, а нижним служит океан (рис. 5–7).

Самая распространенная схема гидроаккумулирующей станции — открытая. Она же называется схемой с обратной перекачкой (рис. 8). Построенная на единой речной системе, при достаточном потоке в реке она может работать, как обычная плотинная электростанция. Схемы обратной перекачки часто создаются путем расширения существующей станции с установкой дополнительных насосов. Примером гидроаккумулирующей электростанции с открытой схемой может быть Тиссаврос (Thissavroс), Греция (рис. 9).

Машинный и трансформаторный залы гидроаккумулирующей электростанции могут быть построены в подземной полости или на поверхности возле нижнего резервуара. При подземном расположении электростанция расположена глубоко внутри горы с доступом для автотранспорта и персонала через туннель. Напорный и сбрасываемый потоки воды располагаются в туннелях.

При наземном расположении здание сооружается в открытом котловане рядом с ниж- ним резервуаром. Обычно это возможно сделать только там, где активный диапазон уровня воды в этом резервуаре колеблется в пределах нескольких метров. Отвод воды является составной частью машинного зала. Подача к машинному залу напорной воды может быть наземной, заглубленной или туннельной.

Продолжение статьи читайте в ноябрьском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год.  Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.