Копит и отдает

Все, что вы хотели узнать о гидроаккумулирующих станциях.

Довольствуется тем, что перепадает

Потребление энергии в сутках крайне неравномерно. Днем люди тратят электричества очень много, а ночью очень мало. Разница между пиком и провалом в потреблении может составлять 20–30%. Вот, например, как выглядит график потребления и генерации электроэнергии в единой энергосистеме России за 18 мая.

Помимо суточной имеется недельная неравномерность (в субботу максимум нагрузки понижается на 10–12 %, а в воскресенье на 20–25 % по отношению к обычным будним дням). Кроме того, существуют сезонные перепады. Максимум суточной нагрузки летом составляет около 0,8 зимнего максимума. Минимальные нагрузки при этом приходятся на июль – август.

Для сглаживания неравномерностей (прежде всего суточных) и существуют гидроаккумулирующие станции – самый эффективный и распространенный на сегодняшний день накопитель энергии (99% накопления энергии в мире).

Схема действия

Гидроаккумулирующая станция включает два водных резервуара: нижний и верхний, а также насосно-генераторную систему. В качестве бассейнов используются как существующие водохранилища и озера, так и специально созданные для этого водоемы. В часы, когда в энергосистеме избыток электрической энергии и она стоит дешево (в основном ночью), насосы перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний. В часы повышенных нагрузок, как правило утром и вечером, вода из верхнего резервуара стекает в нижний, а генераторы преобразовывают ее энергию в электричество. Тем самым ГАЭС способны сглаживать пики в энергосистемах, потребляя электроэнергию на минимуме нагрузки в энергосистеме и производя в периоды высокого спроса.

Типичная схема ГАЭС

Возможны варианты

Существует два варианта энергетической системы ГАЭС. Первый – когда насос и генератор работают независимо друг от друга. Во втором случае генератор является обратимым, то есть способен как перекачивать воду в верхний бьеф (работая как насос), так и производить электроэнергию при пропуске воды в нижнее водохранилище. Наряду с ГАЭС существуют станции и смешанного типа «ГЭС – ГАЭС», в которых одна часть гидроагрегатов работает в обоих режимах (турбинном и насосном), а другая часть – только в турбинном (за счет внешнего притока вод к верхнему водоему). Такие станции могут накапливать больше воды и вырабатывать электроэнергию более длительное время.

Плюсы и минусы

Преимущества ГАЭС в том, что они могут реагировать на изменение нагрузки очень оперативно, в отличие от инерционных тепловых и атомных станций. Некоторые современные ГАЭС способный выйти на полную мощность уже через 1,5 минуты после запуска. Число пусков обратимых гидроагрегатов таких станций, учитывая их высокую маневренность, доходит до 700 в месяц. Коэффициент полезного действия, под которым понимают отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме, составляет от 50% на старых ГАЭС до 80% на новых. Но поскольку эти станции заведомо потребляют больше энергии, чем производят, их экономическая эффективность во многом зависит от тарифа на электроэнергию в часы пик. Главный недостаток ГАЭС состоит в том, что они требуют особых площадок, где есть нужный перепад высот и достаточно места для водохранилищ.

С каких ЭТО пор?

История гидроаккумулирующих станций насчитывает уже более 130 лет. В 1882 году в окрестностях Цюриха была построена установка Леттем с двумя насосами общей мощностью в 103 кВт. Спустя 12 лет подобный агрегат появился и на одной из итальянских прядильных фабрик. К началу XX века общее число ГАЭС в мире увеличилось вдвое, то есть до четырех. В 2010 году их было, по некоторым оценкам, 460. Установленная мощность гидроаккумулирующих станций во всем мире по разным данным составляет сейчас от 133 до 300 ГВт.

В России

В России сегодня работающих гидроаккумулирующих станций две: Загорская ГАЭС в Подмосковье и небольшая Кубанская ГАЭС на Ставрополье. Загорская входит в двадцатку крупнейших по мощности гидроаккумулирующих станций мира. Ее первая очередь мощностью 1200 МВт строилась с 1980 года и была введена в эксплуатацию в 2003 году. В настоящее время ведется строительство второй очереди мощностью 840 МВт. Станция имеет важное значение для энергосистем Центрального региона – она участвует в автоматическом регулировании частоты и перетоков мощности, а также покрывает суточные пиковые нагрузки.

#INNER0#

Панорама Загорской ГЭАС

В 2015 году должно закончиться строительство еще одной гидроаккумулирующей станции – Зеленчукской ГЭС-ГАЭС мощностью 140 МВт в турбинном режиме. Она строится на базе существующей Зеленчукской ГЭС в Карачаево-Черкесии и будет важным элементом регулирования нагрузки в энергосистеме Северного Кавказа. Еще одна крупная ГАЭС может появиться на Северо-Западе: проект Ленинградской гидроаккумулирующей станции мощностью 1560 МВт в генерирующем режиме рассматривается в связке со строительством Ленинградской АЭС-2.

Зеленчукская ГЭС

И в мире

Самая большая гидроаккумулирующая станция в мире сегодня имеет мощность в генераторном режиме в 3003 МВт – это ГАЭС Bath County в США. Но вскоре пальма первенства может перейти к Китаю: там к 2019 году должно быть закончено строительство ГАЭС Fengning на 3600 МВт. Китай, по данным 2014 года, стал второй страной в мире по установленной мощности ГАЭС: 22,5 ГВт. На первом месте Япония c 26 ГВт, на третьем – США с 22 ГВт. В Евросоюзе в целом более чем 48 ГВт мощности ГАЭС. Крупнейшей станцией (1800 МВт) является Плотина Гранд Мезон во Франции. Интерес к ГАЭС подпитывается интенсивным развитием возобновляемых источников энергии, ведь выработка ВИЭ неравномерна и вопрос накопления и хранения энергии является крайне актуальным для сектора.