Ako funguje hydrogenerátor. Odrody vodných elektrární a princípy prevádzky staníc. Veľké nehody a incidenty

Vodná elektráreň je komplex zložitých vodných stavieb a zariadení. Jeho účelom je premieňať energiu prúdu vody na elektrickú energiu. Vodná energia patrí medzi takzvané obnoviteľné zdroje energie, to znamená, že je prakticky nevyčerpateľná.

Najdôležitejšou vodnou stavbou je hrádza. Zadržiava vodu v nádrži, vytvára potrebný tlak vody. Hydraulická turbína je hlavným motorom vo vodnej elektrárni. S jeho pomocou sa energia vody pohybujúcej sa pod tlakom premieňa na mechanická energia rotáciu, ktorá sa následne (vďaka elektrickému generátoru) premieňa na elektrickú energiu. Hydraulická turbína, hydrogenerátor, automatické monitorovacie a riadiace zariadenia - konzoly sú umiestnené v strojovni vodnej elektrárne. Zvyšovacie transformátory môžu byť umiestnené vo vnútri budovy aj na otvorených priestranstvách. Rozvádzače sa najčastejšie inštalujú v exteriéri vedľa budovy elektrárne.

V Sovietskom zväze, ktorý má veľké zdroje vodnej energie (11 112 % svetových), sa začala rozsiahla výstavba vodných elektrární. Podľa inštalovaného výkonu vodnej elektrárne. Len za 30 povojnových rokov, od roku 1950, sa stanice delia na malé - do roku 1980, výroba elektriny do 5 MW, stredné - od 5 do 25 a veľké - vodné elektrárne vzrástli viac ako 10-násobne. nad 25 MW. V našej krajine je 20 vodných elektrární, z ktorých každá má inštalovaný výkon viac ako 500 MW. Najväčšie z nich sú VE Krasnojarskaja (6000 MW) a Sayano-Shushenskaya (6400 MW).

Výstavba vodnej elektrárne je nemysliteľná bez komplexného riešenia mnohých problémov. Je potrebné pokryť potreby nielen energetiky, ale aj vodnej dopravy, zásobovania vodou, zavlažovania a rybolovu. Tieto úlohy najlepšie spĺňa princíp kaskádovania, keď na rieke nie je postavená jedna, ale niekoľko vodných elektrární umiestnených pozdĺž rieky. To vám umožní vytvoriť na rieke niekoľko postupne umiestnených rôzne úrovne nádrže, čo znamená plnšie využitie odtoku rieky, jej energetických zdrojov a manévrovanie s kapacitou jednotlivých vodných elektrární. Na mnohých riekach boli vybudované kaskády vodných elektrární. Okrem Volhy boli kaskády postavené na Kama, Dneper, Chirchik, Hrazdan, Irtysh, Rioni, Svir. Najvýkonnejšia kaskáda Angara-Jenisej s najväčšími svetovými VE - Bratskaja, Krasnojarskaja, Sajano-Šušenskaja a Boguchanskaja s celkovou kapacitou asi 17 GW a ročným výkonom 76 miliárd kWh elektriny.

Existuje niekoľko typov elektrární, ktoré využívajú energiu prúdu vody. Okrem vodných elektrární sa budujú aj prečerpávacie elektrárne (PSPP) a prílivové elektrárne (TPP). Na prvý pohľad takmer nespoznáte rozdiel medzi klasickou vodnou elektrárňou a vodnou akumulačnou elektrárňou. Tá istá budova, kde sa nachádza hlavné energetické zariadenie, rovnaké elektrické vedenie. V spôsobe výroby elektriny nie je zásadný rozdiel. Aké sú vlastnosti HPS?

Na rozdiel od vodnej elektrárne potrebuje prečerpávacia nádrž dve nádrže (a nie jednu) s kapacitou niekoľko desiatok miliónov metrov kubických. Hladina jedného by mala byť o niekoľko desiatok metrov vyššia ako druhá. Oba zásobníky sú vzájomne prepojené potrubím. Na dolnej nádrži sa stavia budova PSP. V ňom sú na rovnakom hriadeli umiestnené takzvané reverzibilné hydraulické agregáty - hydraulické turbíny a elektrické generátory. Môžu pracovať ako generátory prúdu, tak aj ako elektrické vodné čerpadlá. Pri poklese spotreby energie, napríklad v nočných hodinách, fungujú hydraulické turbíny ako čerpadlá, ktoré prečerpávajú vodu z dolnej nádrže do hornej. V tomto prípade generátory fungujú ako elektromotory, ktoré prijímajú elektrickú energiu z tepelných a jadrových elektrární. Pri zvýšení spotreby elektrickej energie prepínajú vodné bloky VE na spätný chod. Voda padajúca z hornej nádrže do spodnej roztáča hydraulické turbíny, generátory vyrábajú elektrickú energiu. Prečerpávacia elektráreň tak v nočných hodinách akoby akumuluje elektrinu vyrobenú v iných elektrárňach a cez deň ju rozdáva. Prečerpávacia elektráreň preto zvyčajne slúži, ako hovoria energetici, na pokrytie „vrcholov“ záťaže, teda dodáva energiu vtedy, keď je to mimoriadne potrebné. Na svete funguje viac ako 160 prečerpávacích elektrární. U nás bola pri Kyjeve postavená prvá prečerpávacia elektráreň. Má nízky spád, iba 73 m, a celkový výkon 225 MW.

Do prevádzky bola uvedená väčšia prečerpávacia elektráreň v Moskovskej oblasti, s výkonom 1,2 GW, so spádom 100 m.

Prečerpávacie elektrárne sa zvyčajne stavajú na riekach. Ako sa však ukázalo, takéto elektrárne môžu byť postavené na brehoch morí a oceánov. Len tam dostali iný názov – prílivové elektrárne (PES).

Dvakrát denne v rovnakom čase hladina oceánu buď stúpa alebo klesá. Sú to gravitačné sily Mesiaca a Slnka, ktoré k sebe priťahujú masy vody. Smerom od pobrežia kolísanie hladiny vody nepresahuje 1 m, ale v blízkosti pobrežia môže dosiahnuť 13 m, ako napríklad v zálive Penzhinskaya na Okhotskom mori.

Ak zátoku alebo ústie rieky zatarasí hrádza, tak v momente najväčšieho vzostupu vody môžu byť v takejto umelej nádrži zablokované stovky miliónov kubických metrov vody. Keď je v mori nízky príliv, vzniká rozdiel medzi hladinami vody v nádrži a v mori, dostatočný na rotáciu vodných turbín inštalovaných v budovách TPP. Ak je jedna nádrž, TPP dokáže vyrábať elektrinu nepretržite 4-5 hodín s prestávkami, resp. 1-2 hodiny štyrikrát denne (hladina vody v nádrži sa toľkokrát mení počas prílivu a odlivu).

Pre elimináciu nerovnomernej výroby elektriny je nádrž stanice rozdelená hrádzou na 2-3 menšie. V jednej udržiavajú úroveň odlivu, v druhej - úroveň prílivu, tretia slúži ako záloha.

Na PPP sú inštalované vodné bloky, ktoré sú schopné pracovať s vysokou účinnosťou ako vo výrobe (na výrobu elektriny), tak aj v režime čerpania (čerpanie vody z nádrže s nízkou hladinou vody do nádrže s vysokou hladinou). V režime čerpania PES funguje, keď sa v napájacom systéme objaví prebytok elektriny. V tomto prípade jednotky prečerpávajú alebo odčerpávajú vodu z jedného zásobníka do druhého.

V roku 1968 bola na pobreží Barentsovho mora v Kislaya Guba postavená prvá pilotná TPP u nás. V objekte elektrárne sa nachádzajú 2 hydraulické agregáty s výkonom 400 kW.

Desaťročné skúsenosti s prevádzkou prvého TPP umožnili začať s prípravou projektov pre TPP Mezenskaya na Bielom mori, Penzhinskaya a Tugurskaya na Okhotskom mori.

Využitie veľkých síl prílivu a odlivu Svetového oceánu, dokonca aj samotných morských vĺn, je zaujímavý problém. Práve to začínajú riešiť. Je toho veľa, čo treba študovať, vymýšľať, navrhovať.

Výstavba veľkých energetických gigantov – či už ide o vodnú elektráreň, vodnú elektráreň alebo PES – je pre stavbárov vždy skúškou. Tu sa spája práca pracovníkov najvyššej kvalifikácie a rôznych špecialít - od majstrov konkrétne práce k horolezcom.

• Predchádzajúci: HYDROELEVATOR
• Ďalej: RUKÁV

Kategória: Priemysel v G

Účel vodných elektrární si predstaví takmer každý, no len málokto skutočne rozumie princípu fungovania vodných elektrární. Hlavnou záhadou pre ľudí je, ako celá táto obrovská priehrada generuje elektrickú energiu bez akéhokoľvek paliva. Porozprávame sa o tom.

Čo je vodná elektráreň?

Vodná elektráreň je komplexný komplex pozostávajúci z rôznych štruktúr a špeciálnych zariadení. Vodné elektrárne sa budujú na riekach, kde je neustály prietok vody na naplnenie priehrady a nádrže. Podobné stavby (hrádze) vytvorené pri výstavbe vodnej elektrárne sú potrebné na sústredenie stáleho toku vody, ktorá sa pomocou špeciálnych zariadení pre vodné elektrárne premieňa na elektrickú energiu.

Je potrebné poznamenať, že výber miesta pre výstavbu zohráva dôležitú úlohu z hľadiska efektívnosti VN. Sú potrebné dve podmienky: zaručená nevyčerpateľná zásoba vody a vysoký uhol

Princíp činnosti vodnej elektrárne

Prevádzka vodnej elektrárne je celkom jednoduchá. Postavené hydraulické konštrukcie zabezpečujú stabilný tlak vody, ktorá vstupuje do lopatiek turbíny. Tlak uvádza turbínu do pohybu, v dôsledku čoho roztáča generátory. Tie vyrábajú elektrickú energiu, ktorá sa potom dodáva spotrebiteľovi cez vysokonapäťové prenosové vedenia.

Hlavnou ťažkosťou takejto stavby je zabezpečiť stály tlak vody, ktorý sa dosiahne vybudovaním priehrady. Vďaka nemu sa na jednom mieste sústredí veľké množstvo vody. V niektorých prípadoch sa používa prirodzený tok vody a niekedy sa používa hrádza a odvodnenie (prirodzený tok) spoločne.

V samotnej budove sú umiestnené zariadenia vodných elektrární, ktorých hlavnou úlohou je premieňať mechanickú energiu pohybu vody na elektrickú energiu. Táto úloha je priradená generátoru. Na riadenie prevádzky stanice, rozvodných zariadení a trafostaníc slúži aj doplnkové zariadenie.

Na obrázku nižšie je schematický diagram vodnej elektrárne.

Ako vidíte, prúd vody roztáča turbínu generátora, ktorý generuje energiu, dodáva ju do transformátora na premenu, po ktorej sa transportuje elektrickým vedením k dodávateľovi.

Moc

Existujú rôzne vodné elektrárne, ktoré možno rozdeliť podľa vyrobenej energie:

1. Veľmi výkonný - s produkciou viac ako 25 MW.
2. Stredná - s výkonom do 25 MW.
3. Malý - s generáciou do 5 MW.

technológie

Ako už vieme, princíp fungovania vodnej elektrárne je založený na využití mechanickej energie padajúcej vody, ktorá sa následne pomocou turbíny a generátora premieňa na elektrickú energiu. Samotné turbíny môžu byť inštalované buď v priehrade alebo v jej blízkosti. V niektorých prípadoch sa používa potrubie, ktorým pod vysokým tlakom prechádza voda pod úrovňou hrádze.

Existuje niekoľko ukazovateľov výkonu akejkoľvek vodnej elektrárne: prietok vody a hydrostatická výška. Posledný ukazovateľ je určený výškovým rozdielom medzi počiatočným a koncovým bodom voľného pádu vody. Pri vytváraní návrhu stanice je celý návrh založený na jednom z týchto ukazovateľov.

Dnes známe technológie na výrobu elektriny umožňujú získať vysokú účinnosť pri premene mechanickej energie na elektrickú energiu. Niekedy je niekoľkonásobne vyššia ako u tepelných elektrární. Takáto vysoká účinnosť je dosiahnutá vďaka zariadeniu používanému vo vodnej elektrárni. Je spoľahlivý a relatívne ľahko použiteľný. Navyše kvôli nedostatku paliva a emisií Vysoké číslo tepelná energia, životnosť takéhoto zariadenia je pomerne veľká. Poruchy sú tu mimoriadne zriedkavé. Predpokladá sa, že minimálna životnosť agregátov a konštrukcií je vo všeobecnosti asi 50 rokov. Aj keď v skutočnosti aj dnes celkom úspešne fungujú vodné elektrárne, ktoré boli postavené v tridsiatych rokoch minulého storočia.

Vodné elektrárne v Rusku

V Rusku dnes funguje asi 100 vodných elektrární. Ich kapacita je samozrejme rôzna a väčšinou ide o stanice s inštalovaným výkonom do 10 MW. Existujú aj také stanice ako Pirogovskaya alebo Akulovskaya, ktoré boli uvedené do prevádzky v roku 1937 a ich kapacita je len 0,28 MW.

Najväčšie sú VE Sayano-Shushenskaya a Krasnojarskaya s kapacitou 6 400 a 6 000 MW. Nasledujú stanice:

1. Bratskaya (4500 MW).
2. Ust-Ilimskaya HPP (3840).
3. Bochuganskaya (2997 MW).
4. Volžskaja (2660 MW).
5. Žigulevskaja (2450 MW).

Napriek obrovskému počtu takýchto staníc generujú iba 47 700 MW, čo sa rovná 20 % z celkového objemu všetkej energie vyrobenej v Rusku.

Konečne

Teraz rozumiete princípu fungovania vodných elektrární, ktoré premieňajú mechanickú vodu na elektrickú. Napriek pomerne jednoduchej myšlienke získavania energie, komplex zariadení a nových technológií robia takéto štruktúry zložitými. V porovnaní s nimi sú však skutočne primitívne.

Vlastnosti VE Náklady na elektrickú energiu v ruských VE sú viac ako dvakrát nižšie ako v tepelných elektrárňach; Hydroelektrické generátory je možné zapínať a vypínať pomerne rýchlo v závislosti od spotreby energie; Používa sa obnoviteľný zdroj energie; Výrazne menší dopad na ovzdušie ako iné typy elektrární. Výstavba vodných elektrární je zvyčajne kapitálovo náročnejšia; Efektívne HPP sú často vzdialenejšie od spotrebiteľov; Nádrže často pokrývajú veľké plochy; Priehrady často menia charakter rybieho hospodárstva, pretože blokujú cestu k neresiskám pre migrujúce ryby, ale často uprednostňujú zvýšenie obsádok rýb v samotnej nádrži a realizáciu chovu rýb.

Typy VE Vodné elektrárne (VVE): Priehradné vodné elektrárne; Prietočné vodné elektrárne; Vodné elektrárne v blízkosti priehrady; Odvodené vodné elektrárne; vodné elektrárne; Prílivové elektrárne; Vlnové elektrárne a na morské prúdy.

Prietočná vodná elektráreň (RusHPP) Prietočná vodná elektráreň (RusHPP) označuje bezprehradné vodné elektrárne, ktoré sa nachádzajú na plochých riekach s vysokou vodou, v úzkych stlačených údoliach, na horských riekach, ako aj ako v rýchlych prúdoch morí a oceánov.

Vodné elektrárne (PSPP) Vodné elektrárne slúžia na vyrovnávanie dennej nehomogenity harmonogramu elektrického zaťaženia. PSPP spotrebúvajúci elektrickú energiu počas hodín nízkeho zaťaženia prečerpáva vodu z nadradeného zásobníka do protiprúdneho zásobníka a počas hodín zvýšeného zaťaženia energetického systému využíva akumulovanú vodu na výrobu špičkovej energie.

Prílivová elektráreň (TPP) Prílivové elektrárne využívajú energiu prílivu a odlivu. Prílivové elektrárne sú postavené na brehoch morí, kde gravitačné sily Mesiaca a Slnka menia hladinu vody dvakrát denne. Kolísanie hladiny vody v blízkosti pobrežia môže dosiahnuť 13 metrov.

Elektrárne s vlnami Na výrobu elektriny sa používajú dve hlavné charakteristiky vĺn: kinetická energia a energia valenia povrchu. Práve tieto faktory sa snažia využiť pri výstavbe vlnových elektrární. Schéma prevádzky vlnových vodných elektrární

Princíp činnosti Všeobecný princíp práca: VE premieňajú kinetickú energiu padajúcej vody na mechanickú energiu otáčania turbíny a turbína poháňa generátor prúdu elektrického stroja. Potrebný tlak vody vzniká výstavbou priehrady a v dôsledku koncentrácie rieky na určitom mieste alebo odklonením prirodzeným tokom vody. Reťaz hydraulických štruktúr zabezpečuje potrebný tlak vody prúdiacej k lopatkám hydraulickej turbíny, ktorá poháňa generátory vyrábajúce elektrinu. Všetky energetické zariadenia sú umiestnené priamo v budove vodnej elektrárne. Podľa účelu má svoje špecifické členenie. V strojovni sú hydraulické agregáty (premieňajú energiu prúdu vody na elektrickú energiu). K dispozícii sú tiež všetky druhy doplnkových zariadení, riadiace a monitorovacie zariadenia pre prevádzku vodných elektrární, trafostanice, rozvádzačov a mnoho ďalšieho.

Kapacita VE Vodné elektrárne sú rozdelené v závislosti od vyrobeného výkonu: výkonné generujú od 25 MW do 250 MW a viac; priemerne do 25 MW; malé vodné elektrárne do 5 MW. Výkon vodnej elektrárne priamo závisí od tlaku vody, ako aj od účinnosti použitého generátora. Vzhľadom na to, že podľa prírodných zákonitostí sa hladina vody neustále mení, v závislosti od ročného obdobia a tiež z viacerých dôvodov, je zvykom brať cyklický výkon ako výraz pre výkon vodnej elektrárne. Ide napríklad o ročné, mesačné, týždenné alebo denné cykly prevádzky vodnej elektrárne. Vodné elektrárne sa delia aj v závislosti od maximálneho využitia tlaku vody: vysokotlakové viac ako 60 m; stredný tlak od 25 m; nízky tlak od 3 do 25 m.

Typy turbín V závislosti od tlaku vody sa vo vodných elektrárňach používajú rôzne typy turbín: Pre vysokotlakové korčekové a radiálne-axiálne turbíny s kovovými špirálovými komorami Na stredotlakových vodných elektrárňach rotačné lopatkové a radiálne -axiálne turbíny sú inštalované, pri nízkotlakových rotačných lopatkových turbínach v železobetónových komorách. Princíp činnosti všetkých typov turbín je podobný. Turbíny sa v niektorých líšia Technické špecifikácie, ako aj železné alebo železobetónové komory, a sú určené pre rôzny tlak vody.

Názov Výkon, W Priemerný ročný výkon, miliarda kWh Vlastník Zemepis VE Sayano-Shushenskaya 0,00 (6,40)23,50 OAO Rus Hydror. Yenisei, Sayanogorsk Krasnojarsk HPP6,0020,40Krasnojarsk HPP JSC Yenisei, Divnogorsk Bratskaya HPP4,5222,60OJSC Irkutskenergo, RFBR. Angara, Bratsk Ust-Ilimskaya HPP3,8421,70OJSC Irkutskenergo, RFFIr. Angara, Ust-Ilimsk, Boguchanskaya HPP3,0017,60JSC Boguchanskaya HPP, JSC RusHydro Angara, Kodinsk Volzhskaya HPP2,5512,30JSC Rus Hydror. Volga, Volzhsky Zhigulevskaya HPP2,3210,50JSC Rus Hydror. Volga, Zhigulevsk Bureiskaya HPP2,017,10JSC Rus Hydror. Bureya, poz. Talakan Cheboksarskaya HPP1,403,31OJSC Rus Hydror. Volga, Novocheboksarsk Saratovskaya HPP1,275,35JSC Rus Hydror. Volga, Balakovo Celkovo v Rusku funguje 102 vodných elektrární s výkonom nad 100 MW. Veľké havárie vo vodnej elektrárni 9. októbra 1963 jedna z najväčších hydrotechnických havárií na priehrade Vaiont v severnom Taliansku. 12. septembra 2007 vypukol veľký požiar vo vodnej elektrárni Novosibirsk na jednom z transformátorov v dôsledku skratu a v dôsledku toho vznietenia bitúmenu a plášťa transformátora. 3. augusta 2009 vypukol požiar napäťového transformátora vonkajšieho rozvádzača 200 kV VE Bureyskaya. 16. augusta 2009 požiar v miniautomatickej telefónnej ústredni VE Bratskaya, porucha komunikačného zariadenia a telemetrie VE (VE Bratskaya je jednou z troch najväčších vodných elektrární v Rusku). 17. augusta 2009 veľká nehoda na VE Sayano-Shushenskaya (VE Sayano-Shushenskaya je najvýkonnejšia elektráreň v Rusku).

Od pradávna ľudia využívali hnaciu silu vody. Mleli múku v mlynoch poháňaných vodou, plavili po prúde ťažké kmene stromov a vo všeobecnosti využívali vodnú energiu na riešenie širokej škály úloh, vrátane priemyselných.

Prvé HPP

Koncom 19. storočia so začiatkom elektrifikácie miest si vodné elektrárne začali vo svete veľmi prudko získavať obľubu. V roku 1878 sa v Anglicku objavila prvá vodná elektráreň na svete, ktorá vtedy napájala len jednu oblúková lampa v umeleckej galérii vynálezcu Williama Armstronga ... A v roku 1889 už bolo len v Spojených štátoch 200 vodných elektrární.

Jedným z najdôležitejších krokov v rozvoji vodnej energie bola výstavba priehrady Hoover Dam v USA v 30. rokoch 20. storočia. Pokiaľ ide o Rusko, už v roku 1892 bola v Rudnom Altaji na rieke Berezovka postavená prvá štvorturbínová vodná elektráreň s výkonom 200 kW, ktorá bola určená na zásobovanie elektrinou pre odvodňovanie bane Zyryanovsky. S rozvojom elektriny ľudstvom teda vodné elektrárne znamenali rýchly priebeh priemyselného pokroku.

Moderné vodné elektrárne sú dnes obrovské stavby s gigawattmi inštalovaného výkonu. Princíp činnosti akejkoľvek vodnej elektrárne však zostáva vo všeobecnosti pomerne jednoduchý a takmer všade rovnaký. Tlak vody nasmerovaný na lopatky vodnej turbíny spôsobuje jej otáčanie a vodná turbína, ktorá je pripojená ku generátoru, otáča generátor. Generátor vyrába elektrickú energiu, ktorá a.

V strojovni vodnej elektrárne sú inštalované hydraulické agregáty, ktoré premieňajú energiu prúdu vody na elektrickú energiu a priamo v budove vodnej elektrárne sú všetky potrebné rozvody, ako aj riadiace a monitorovacie zariadenia. zariadenia na prevádzku vodnej elektrárne.

Výkon vodnej elektrárne závisí od množstva a tlaku vody prechádzajúcej cez turbíny. Priamy tlak sa dosiahne v dôsledku usmerneného pohybu prúdu vody. Môže to byť voda nahromadená v blízkosti priehrady, keď sa na určitom mieste na rieke postaví priehrada, alebo sa tlak získa odvodením prietoku – vtedy je voda odvádzaná z kanála cez špeciálny tunel alebo kanál. . Vodné elektrárne sú teda priehrada, odklon a odvodnenie priehrady.

Najbežnejšie priehradové vodné elektrárne sú založené na hrádzi, ktorá blokuje koryto rieky. Za priehradou voda stúpa, hromadí sa a vytvára akýsi vodný stĺp, ktorý zabezpečuje tlak a tlak. Čím vyššia hrádza, tým silnejší tlak. Najvyššia priehrada na svete s výškou 305 metrov je priehrada Ťin-pching s výkonom 3,6 GW na rieke Yalong v západnej časti Sichuanu na juhozápade Číny.

Existujú dva typy vodných elektrární. Ak má rieka mierny spád, ale je relatívne vysoko vodná, tak pomocou hrádze blokujúcej rieku sa vytvorí dostatočný rozdiel hladín.

Nad hrádzou je vytvorená nádrž, ktorá zabezpečuje rovnomernú prevádzku stanice počas celého roka. V blízkosti brehu pod hrádzou, v jej tesnej blízkosti, je inštalovaná vodná turbína, napojená na elektrický generátor (priehradná stanica). Ak je rieka splavná, potom sa na opačnom brehu urobí plavebná komora na prechod lodí.

Ak rieka nie je príliš vysoká, ale má veľký spád a rýchly tok (napríklad horské rieky), časť vody sa odvádza cez špeciálny kanál, ktorý má oveľa nižší sklon ako rieka. Tento kanál má niekedy dĺžku niekoľko kilometrov. Niekedy terénne podmienky prinútia kanál nahradiť tunelom (pre výkonné stanice). To vytvára výrazný výškový rozdiel medzi vyústením kanála a dolným tokom rieky.

Na konci kanála voda vstupuje do potrubia so strmým sklonom, na spodnom konci ktorého je hydraulická turbína s generátorom. V dôsledku výrazného rozdielu hladín získava voda veľkú kinetickú energiu dostatočnú na napájanie stanice (derivačných staníc).

Takéto stanice môžu mať veľkú kapacitu a patria do kategórie okresných elektrární (pozri -). Na najmenších staniciach je turbína niekedy nahradená menej účinným, lacnejším vodným kolesom.

Typy vodných elektrární a ich zariadenia

Súčasťou vodnej elektrárne je okrem priehrady aj budova a rozvodňa. V objekte sa nachádza hlavné zariadenie VE, sú tu inštalované turbíny a generátory. Okrem priehrady a budovy môže mať vodná elektráreň plavebné komory, prepady, priechody pre ryby a lodné výťahy.

Každá VE je jedinečná štruktúra, preto hlavným rozlišovacím znakom VE od iných typov priemyselných elektrární je ich individualita. Mimochodom, najväčšia nádrž na svete sa nachádza v Ghane, ide o nádrž Akosombo na rieke Volta. Zaberá 8 500 štvorcových kilometrov, čo je 3,6 % z celej krajiny.

Ak je pozdĺž koryta výrazný sklon, tak sa vybuduje odklonová vodná elektráreň. Nie je potrebné budovať veľkú priehradnú nádrž, namiesto toho je voda smerovaná len špeciálne vybudovanými vodnými kanálmi alebo tunelmi priamo do budovy elektrárne.

Niekedy sú na odbočných VE usporiadané malé bazény dennej regulácie, ktoré umožňujú regulovať tlak, a tým ovplyvňovať množstvo vyrobenej elektriny v závislosti od zaťaženia elektrickej siete.

Vodné elektrárne (PSPP) sú špeciálnym typom vodných elektrární. Tu je samotná stanica navrhnutá tak, aby vyrovnala denné výkyvy a špičkové zaťaženie, a tým zvýšila spoľahlivosť elektrickej siete.

Takáto stanica je schopná pracovať ako v generátorovom režime, tak aj v akumulačnom režime, kedy čerpadlá čerpajú vodu do horného toku z dolného. Bazén je v tomto kontexte zariadenie bazénového typu, ktoré je súčasťou nádrže a susedí s vodnou elektrárňou. Horný prúd je proti prúdu, po prúde je po prúde.

Príkladom prečerpávacej elektrárne je nádrž Taum Sauk v Missouri, postavená 80 kilometrov od Mississippi, s kapacitou 5,55 miliardy litrov, čo umožňuje energetickému systému poskytovať špičkový výkon 440 MW.

Vodné elektrárne využívajú energiu padajúcej vody na výrobu elektriny. Riečna voda sa v dôsledku rozdielu hladín pohybuje v nepretržitom prúde od prameňa k ústiu. Ak postavíte takú stavbu ako priehradu, ktorá bude blokovať pohyb riečnej vody, potom bude hladina vody pred priehradou oveľa vyššia ako po nej.

Rozdiel medzi hornou a dolnou úrovňou (bazénom) sa nazýva hlava, alebo sa dajú nazvať aj výškou pádu. Princíp činnosti vodnej elektrárne je pomerne jednoduchý - na úrovni po prúde je inštalovaná turbína a na jej lopatky je nasmerovaný prúd vody z horného prúdu. Pod vplyvom sily klesajúceho prúdu vody sa turbína začne otáčať a uvedie do pohybu rotor elektrického generátora, s ktorým je mechanicky spojená. Výkon vodných elektrární priamo závisí od veľkosti tlaku, ako aj od množstva vody, ktoré prejde cez všetky turbíny vodnej elektrárne. Koeficient výkonu (COP) vodných elektrární je oveľa vyšší ako tepelných a je okolo 85 %.

Podľa charakteru postavených stavieb sa vodné elektrárne delia na:

• Near-dam - v nich tlak vytvára hrádza. Takéto stavby sú postavené na plochých riekach s malým tlakom. Je to spôsobené tým, že na získanie veľkého tlaku je potrebné vytvoriť nádrže, ktoré zaplavujú veľké oblasti;

• Derivát - vzniká tu výrazný tlak v dôsledku derivačných (obtokových) kanálov. Vodné elektrárne tohto typu sú postavené na horských riekach kvôli veľkým svahom, ktoré vytvárajú potrebný tlak s relatívne nízkym prietokom vody;

Veľké vodné elektrárne nefungujú izolovane od ostatných elektrární. Najčastejšie sa prevádzka vodných elektrární využíva súbežne s tepelnými elektrárňami, čím sa vytvára optimálny režim spotreby paliva v tepelných elektrárňach a vodnej energii z vodných elektrární. Tento proces je nasledovný - v zime, keď hladina vody v riekach klesá a teda vodné elektrárne nemôžu fungovať na plný výkon, tak časť záťaže vodnej elektrárne preberá tepelná elektráreň, a v lete, keď sa zvýši hladina vody v riekach, vodné elektrárne začnú pracovať na plný výkon a TPP zníži výrobu elektriny, čím sa zníži spotreba fosílnych palív. Dochádza tak k úspore finančných prostriedkov na tuhé palivo, čo znižuje náklady na elektrickú energiu.

Vodné elektrárne majú oproti tepelným elektrárňam množstvo výhod, a to:

• Proces výroby elektriny vo vodnej elektrárni je oveľa jednoduchší ako v tepelnej;
• Účinnosť vodnej elektrárne je oveľa vyššia ako tepelnej elektrárne;
• Náklady na výrobu elektriny vo veľkých VE sú asi 5-krát nižšie ako v VE s porovnateľnou kapacitou. To je vysvetlené veľmi jednoducho - nie je potrebné dodávať organické palivo do vodnej elektrárne, a to mínus cena za samotné palivo a jeho prepravu. VE nemá palivové zariadenia a služby potrebné na jej údržbu, čo znižuje počet personálu údržby a náklady na náhradné diely a údržbu.

Hlavnou nevýhodou vodných elektrární je ich zdĺhavá výstavba a veľmi vysoká cena.