Гидроаккумулирующие электростанции

Электрическая энергия потребителями в течение суток используется неравномерно. В утренние часы электрической энергии требуется больше всего, так как в это время включаются электробытовые приборы, начинают работать промышленные предприятия. Также пик потребления электроэнергии наблюдается и в вечерние часы, в связи с включением освещения городских улиц, квартир и электроприборов (например, телевизоров, компьютеров и т.п.). В ночные часы электроэнергия потребляется в наименьшем количестве.

Классические электрические станции работают в стационарном режиме с номинальной мощностью и, например, в ночное время, когда потребление электроэнергии минимальное, они продолжают работать в номинальном режиме (возможно незначительное изменение нагрузки как в сторону ее увеличения, так и в сторону ее снижения). Аналогичная ситуация складывается и в дневное время. Напротив, утром и вечером наблюдаются пики потребления электроэнергии – станции перегружены. Всевозможные колебания нагрузки крайне нежелательны. Остановить или приостановить классические электростанции на ночь или резко повысить выработку электрической энергии нельзя из-за технологических особенностей, трудностей их пуска и остановки, см. гл. 6.

Поставщики электроэнергии, с целью выравнивания провалов и пиков ее потребления, применяют различные тарифные ставки в дневные и ночные часы. Ночью киловатт час электроэнергии значительно дешевле, чем днем. В связи с этим на некоторых предприятиях технологические работы, связанные со значительным потреблением электроэнергии, выносятся на ночное время, что позволяет повысить экономическую прибыль для предприятия и одновременно с этим выровнять среднесуточные колебания потребления электроэнергии.

Другим способом выравнивания динамики потребления электрической энергии, кратковременных провалов и пиков нагрузки, является создание гидроаккумулирующих электрических станций (ГАЭС).

Главными элементами схемы ГАЭС являются два резервуара, предназначенные для воды и расположенные на разных высотах; насос-турбина, представляющая собой агрегат, способный работать как насос, и как гидравлическая турбина. Насос-турбина соединена с мотором-генератором, который, в свою очередь, может работать как электрический двигатель (привод насоса) и электрический генератор.

Гидроаккумулирующая электрическая станция работает следующим образом. Насос-турбина в режиме насос позволяет качать воду из реки, водоема, нижнего резервуара в верхний резервуар или специальный бассейн, создав, таким образом, запас потенциальной энергии. Иначе говоря, происходит преобразование электрической энергии, которая находится в «избытке» в ночное время, в потенциальную энергию воды, то есть на ГАЭС ночью (как правило) работает насос, перекачивающий воду.

В часы повышенного спроса на электрическую энергию запасенная в верхнем резервуаре вода пропускается через мотор-генератор, работающий в это время в режиме «генератор», в нижний резервуар или сбрасывается в прилежащий водоем. Таким образом, в нужное время покрывается пиковая нагрузка, выдается кратковременная пиковая мощность потребителям электрической энергии.

Любые реальные трансформаторы энергии имеют необратимые потери при преобразовании, например, тепловой энергии в электрическую или электрической энергии в механическую, то есть коэффициент полезного действия реальной установки ниже 100 %.

Гидроаккумулирующая электростанция имеет КПД на уровне 70-80 %, это означает, что в часы пиковой нагрузки она может дать потребителю только около 70-80 % той электроэнергии, которая была ею забрана для электропривода насоса, перекачивающего воду в верхний резервуар в часы пониженного спроса, на электрическую энергию. Меньше, но главное в нужное время.

Наиболее крупной мощностью обладают ГАЭС на Украине – Киевская – мощность 225 МВт, в России под Москвой – Загорская – 1200 МВт и в Литве – Кайшадорская – мощностью 1600 МВт.

В настоящее время ГАЭС является лучшим аккумулирующим устройством для использования «свободной» электроэнергии, вырабатываемой классической электростанцией и удовлетворяющей неравномерному режиму потребления электрической энергии промышленными предприятиями. Время запуска ГАЭС исчисляется минутами (если нужно и секундами), простота устройства и надежность в эксплуатации создают благоприятные условия для их широкого использования в промышленности. Но, насколько известно, ни одной ГАЭС в России за постсоветский период не построено.