Гідроелектростанція (гідроелектрична станція, ГЕС) - це комплекс складних гідротехнічних споруд і обладнання. Його призначення - перетворювати енергію потоку води в електричну енергію. Найважливіше гідротехнічна споруда - гребля.
Вона затримує воду у водосховищі, створює необхідний напір води. Гідравлічна турбіна - головний двигун на ГЕС. З її допомогою енергія води, що рухається під напором, перетворюється в механічну енергію обертання, яка потім (завдяки електричному генератору) перетворюється в електричну енергію. Гідравлічна турбіна, гідрогенератор, пристрої автоматичного контролю - пульти розміщені в машинному залі будівлі ГЕС. Підвищувальні трансформатори можуть розташовуватися і всередині будівлі, і на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої найчастіше встановлюють на відкритому повітрі поряд з будівлею.
За встановленої потужності гідроелектричним станції підрозділяють на малі - до 5 МВт, середні - від 5 до 25 і великі - понад 25 МВт. У нашій країні діють 20 ГЕС, на кожній з яких встановлена потужність перевищує 500 МВт. Найбільша серед них - Саяно-Шушенська потужністю 6400 Мвт. Гідроелектричним станції виробляють близько 14% всієї електроенергії, виробленої в нашій країні.
Потенційні можливості гідроенергоресурсів зараз використані приблизно на 14,5%. Проектними організаціями доведена можливість спорудження на річках 1870 малих, середніх і великих ГЕС із сумарною потужністю 125 ГВт і річним виробленням 650 млрд. КВт • год електроенергії.
Будівництво ГЕС немислимо без комплексного вирішення багатьох завдань. Треба задовольняти потреби не тільки енергетики, але і водного транспорту, водопостачання, іригації, рибного господарства. Найкраще цим завданням відповідає принцип до а з до а д н о с т і - коли на річці будують не одну, а ряд ГЕС, розташованих за течією річки. Це дозволяє створити на річці ряд послідовно розташованих на різних рівнях водосховищ, а значить, повніше використовувати стік річки, її енергетичні ресурси і маневрувати потужністю окремих ГЕС. Каскади гідроелектричних станцій споруджені на багатьох річках. Крім Волзького, каскади побудовані на Камі, Дніпрі, Чирчике, Раздане, Іртиші, Ріоні, Свірі. Найбільш потужним буде Ангаро-Єнісейський каскад з найбільшими в світі ГЕС - Братської, Красноярської, Саяно-Шу-шенской і Богучанської загальною потужністю близько 17 ГВт і річним виробленням 76 млрд. -; Вт • год електроенергії.
Існує кілька видів електростанцій, що використовують енергію потоку води. Крім гідроелектростанцій будують ще й г і д р о а к к у м у л і р у ю щ і е електростанції (ГАЕС) і приливні електростанції (ПЕС). Гідроакумулююча електростанція (ГАЕС). З першого погляду ледь ні помітиш різницю між звичайною гідроелектростанцією і гідроакумулюючої електростанцією. Таку ж будівлю, де розміщено головне енергетичне обладнання, такі ж лінії електропередачі. Немає принципової різниці і в способі виробництва електроенергії. У чому ж особливості ГАЕС?
На відміну від ГЕС гідроакумулююча станція вимагає два водосховища (а не одне) ємністю по кілька десятків мільйонів кубічних метрів. Рівень одного повинен бути на кілька десятків метрів вище за інше. Обидва водосховища повідомляються між собою трубопроводами. На нижньому водосховищі будується будинок ГАЕС. У ньому так звані оборотні гідроагрега-т и - гідравлічні турбіни і електричні генератори розміщені на одному валу. Вони можуть працювати і як генератори струму, і як електричні водяні насоси. Коли споживання енергії зменшується, наприклад в нічні години, гідравлічні турбіни виконують роль насосів, перекачуючи воду з нижнього водоймища у верхнє. При цьому генератори працюють як електричні двигуни, які отримують електричну енергію від теплових і атомних електростанцій. Коли ж споживання електроенергії зростає, гідроагрегати ГАЕС переключаються на зворотне обертання. Падаюча з верхнього водоймища в нижню вода обертає гідравлічні турбіни, генератори виробляють електричну енергію. Таким чином, ГАЕС в нічні години як би накопичує електроенергію, що виробляється іншими електростанціями, а вдень віддає її. Тому ГАЕС зазвичай служить, як кажуть енергетики, для покриття «піків» навантаження, т. Е. Вона видає енергію тоді, коли в ній особливо потребують. На земній кулі діє більше 160 ГАЕС. У нас в країні перша ГАЕС побудована під Києвом. Вона має малий напір, всього 73 м, і сумарну потужність 225 МВт. Вступає в дію більша ГАЕС в Московській області (потужністю 1,2 ГВт, з напором 100 м). З введенням її в дію столична енергосистема стане ще більш надійної та економічної.
Зазвичай ГАЕС будують на річках. Але, як виявилося, подібні електростанції можна будувати на берегах морів і океанів. Тільки там вони отримали іншу назву - приливні електростанції (ПЕС).
З точністю годин 2 рази на добу рівень океану то піднімається, то опускається. Це гравітаційні сили Місяця і Сонця притягують до себе маси води. Далеко від берега коливання рівня води не перевищують 1 м, але у самого берега вони можуть досягати 13 м, як, наприклад, в Пенжинской губі на Охотському морі.
Якщо затоку або гирлі річки перегородити греблею, то в момент найбільшого підйому води в такому штучному водоймищі можна замкнути сотні мільйонів кубічних метрів води. Коли ж в море наступає відлив, між рівнями води у водосховищі і в море створюється перепад, достатній для обертання гідротурбін, встановлених в будинках ПЕС. Якщо водосховище одне, ПЕС може виробляти електричну енергію безперервно протягом 4-5 год з перервами відповідно по 1-2 ч чотири рази за добу (стільки разів змінюється рівень води у водосховищі при приливи і відливи).
Щоб усунути нерівномірність вироблення електроенергії, водосховище станції ділиться греблею на 2-3 менших. В одному підтримують рівень відпливу, в іншому - рівень припливу, третє служить резервним.
На ПЕС встановлюють гідроагрегати, які здатні працювати з високим коефіцієнтом корисної дії як з генераторному (виробляти електроенергію), так і в насосному режимі (перекачувати воду з водосховища з низьким рівнем води у водосховищі з високим рівнем). У насосному режимі ПЕС працює в тому випадку, якщо в енергосистемі з'являється надлишкова електроенергія. В цьому випадку агрегати подкачивают або відкачують воду з одного водосховища в інше.
У 1968 р на узбережжі Баренцевого моря в Кислого губі споруджено першу в нашій країні дослідно-промислова ПЕС. У будівлі електростанції розміщено 2 гідроагрегати потужністю 400 кВт.
Десятирічний досвід експлуатації першої ПЕС дозволив приступити до складання проектів Мезенской ПЕС на 6-14 ГВт на Білому морі, Пенжинской на 35 ГВт і Тугурской на 10 ГВт на Охотському морі.
Використання великих сил припливів і відливів Світового океану, навіть самих океанських хвиль - цікава проблема. До вирішення її ще тільки приступають. Тут багато що належить вивчати, винаходити, конструювати.
Будівництво великих енергетичних гігантів - будь то ГЕС, ГАЕС або ПЕМ - кожен раз іспит для будівельників. Тут з'єднується працю робітників найвищої кваліфікації і різних спеціальностей - від майстрів бетонних робіт до монтажників-верхолазів.