ГИДРОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ СТА́НЦИЯ

Рис. 1. Схема ГЭС: 1 – плотина; 2 – затвор на гребне водослива; 3 – водоприёмник; 4 – затвор водоприёмника; 5 – напорный водоток; 6 – задвижка; 7 – гидравличе...

ГИДРОЭЛЕКТРИ́ЧЕСКАЯ СТА́НЦИЯ (гид­ро­элек­тро­стан­ция, ГЭС), ком­плекс со­ору­же­ний и обо­ру­до­ва­ния для пре­об­ра­зо­ва­ния энер­гии по­то­ка во­ды (во­до­тока) в элек­трич. энер­гию. Гид­рав­лич. энер­гия от­но­сит­ся к во­зоб­нов­ляе­мым ис­точ­ни­кам энер­гии (ВИЭ), при­чём цик­лич­ность её вос­про­из­вод­ст­ва пол­но­стью за­ви­сит от по­то­ка во­ды, вслед­ст­вие че­го гид­ро­энер­го­ре­сур­сы не­рав­но­мер­но рас­пре­де­ля­ют­ся в те­че­ние го­да; кро­ме то­го, их ве­ли­чи­на ме­ня­ет­ся из го­да в год. Ха­рак­тер­ная осо­бен­ность ГЭС – пре­об­ра­зо­ва­ние ме­ха­ни­че­ской энер­гии во­ды в элек­три­че­скую про­ис­хо­дит без про­ме­жу­точ­но­го про­из-ва теп­ла. Для по­лу­че­ния элек­тро­энер­гии наи­бо­лее час­то ис­поль­зу­ют эф­фект «па­даю­щей» во­ды, ко­гда ес­те­ст­вен­ные или ис­кус­ст­вен­но соз­да­вае­мые пе­ре­па­ды уров­ней во­ды (с по­мо­щью пло­ти­ны и/или де­ри­вации) фор­ми­ру­ют во­до­ток, на­прав­ляе­мый в гид­рав­ли­че­скую тур­би­ну.

ГЭС клас­си­фи­ци­ру­ют­ся: по ус­та­нов­лен­ной мощ­но­сти (МВт) – круп­ные (св. 250), сред­ние (до 250) и ма­лые (до 10); ве­ли­чи­не на­по­ра; схе­ме ис­поль­зо­ва­ния вод­ных ре­сур­сов; ус­ло­ви­ям ра­бо­ты. Мощ­ность ГЭС N (кВт) за­ви­сит от на­по­ра Н_б (раз­но­сти уров­ней верх­не­го и ниж­не­го бье­фа, м), рас­хо­да во­ды Q (м³/с), про­хо­дя­ще­го че­рез гид­ро­тур­би­ны, кпд гид­ро­аг­ре­га­та h_г и оп­ре­де­ля­ет­ся вы­ра­же­ни­ем N=h_гQН_б.

Крупные и средние ГЭС

Круп­ные и сред­ние ГЭС за­ни­ма­ют гла­вен­ст­вую­щее по­ло­же­ние в по­лу­че­нии гид­ро­элек­трич. энер­гии и стро­ят­ся на круп­ных ре­ках; со­сто­ят из си­сте­мы гид­ро­тех­ни­че­ских со­ору­же­ний, обес­пе­чи­ваю­щих соз­да­ние не­об­хо­ди­мо­го на­по­ра, энер­ге­тич. обо­ру­до­ва­ния (гид­рав­лич. тур­бин), пре­об­ра­зую­ще­го энер­гию дви­жу­щей­ся под на­по­ром во­ды в ме­ха­нич. энер­гию, ко­то­рая, в свою оче­редь, пре­об­ра­зу­ет­ся в элек­трич. энер­гию. Схе­ма круп­ной (сред­ней) ГЭС пред­став­ле­на на рис. 1. Пло­ти­на об­ра­зу­ет во­до­хра­ни­ли­ще, обес­пе­чи­вая по­сто­ян­ный на­пор во­ды, ко­то­рая че­рез за­щит­ную ре­шёт­ку и ре­гу­ли­руе­мый за­твор вхо­дит в во­до­при­ём­ник и, прой­дя по во­до­то­ку, вра­ща­ет гид­рав­лич. тур­би­ну, при­во­дя­щую в дей­ст­вие гид­ро­ге­не­ра­тор. Вы­ход­ное на­пря­же­ние гид­ро­ге­не­ра­то­ров по­вы­ша­ет­ся транс­фор­ма­то­ра­ми для пе­ре­да­чи на рас­пре­де­лит. под­стан­ции, а за­тем – по­тре­би­те­лям. По­сле со­вер­ше­ния ра­бо­ты во­да вы­те­ка­ет в ре­ку. В зда­нии ГЭС раз­ме­ща­ет­ся осн. энер­ге­тич. обо­ру­до­вание: в ма­шин­ном за­ле – гид­ро­аг­ре­га­ты, вспо­мо­гат. обо­ру­до­ва­ние, уст­рой­ст­ва ав­то­ма­тич. управ­ле­ния и кон­тро­ля; на центр. по­сту управ­ле­ния – пульт опе­ра­то­ра-дис­пет­че­ра или ав­то­опе­ра­тор ГЭС. По­вы­шаю­щая транс­фор­ма­тор­ная под­стан­ция мо­жет на­хо­дить­ся как внут­ри зда­ния ГЭС, так и в отд. зда­ни­ях или на от­кры­тых пло­щад­ках. Рас­пре­де­лит. уст­рой­ст­ва за­час­тую рас­по­ла­га­ют­ся на от­кры­той пло­щад­ке. При зда­нии ГЭС или внут­ри не­го соз­да­ёт­ся мон­таж­ная пло­щад­ка для сбор­ки и ре­мон­та обо­ру­до­ва­ния и для вспо­мо­гат. опе­ра­ций по об­слу­жи­ва­нию ГЭС.

По ве­ли­чи­не на­по­ра раз­ли­ча­ют ГЭС вы­со­ко­на­пор­ные (св. 60 м), сред­не­го на­по­ра (до 60 м) и низ­ко­на­пор­ные (3–25 м). На рав­нин­ных ре­ках на­по­ры ред­ко пре­вы­ша­ют 100 м, в гор­ных ус­ло­ви­ях по­сред­ст­вом пло­ти­ны мож­но соз­да­вать на­по­ры до 300 м и бо­лее, а с по­мо­щью де­ри­ва­ции – до 1500 м. От­ли­чит. осо­бен­но­стью ГЭС, со­ору­жае­мых на рав­нин­ных ре­ках (как на мяг­ких ос­но­ва­ни­ях, так и на скаль­ных по­ро­дах), яв­ля­ют­ся боль­шие объ­ё­мы зем­ля­ных и бе­тон­ных ра­бот. В кань­о­нах и гор­ных ущель­ях на твёр­дых скаль­ных ос­но­ва­ни­ях тя­жё­лые гра­ви­та­ци­он­ные пло­ти­ны эко­но­ми­че­ски не­вы­год­ны, для та­ких гид­ро­уз­лов бо­лее эф­фек­тив­ны ароч­ные пло­ти­ны или ароч­но-гра­ви­та­ци­он­ные. В за­ви­си­мо­сти от на­по­ра ис­поль­зу­ют разл. энер­ге­тич. обо­ру­до­ва­ние: на низ­ко­на­пор­ных ГЭС – по­во­рот­но-ло­па­ст­ные или го­ри­зон­таль­ные (ре­же) тур­би­ны; на сред­не­на­пор­ных – по­во­рот­но-ло­па­ст­ные и ра­ди­аль­но-осе­вые тур­би­ны; на вы­со­ко­на­пор­ных – ков­шо­вые и ра­ди­аль­но-осе­вые тур­би­ны.

По схе­ме ис­поль­зо­ва­ния вод­ных ре­сур­сов ГЭС обыч­но под­раз­де­ля­ют на ру­сло­вые, при­пло­тин­ные, де­ри­ва­ци­он­ные (с на­пор­ной и без­на­пор­ной де­ри­ва­ци­ей), сме­шан­ные, гид­ро­ак­ку­му­ли­рую­щие и при­лив­ные. В ру­сло­вых и при­пло­тин­ных ГЭС на­пор во­ды соз­да­ёт­ся пло­ти­ной, пе­ре­го­ра­жи­ваю­щей ре­ку и под­ни­маю­щей уро­вень во­ды в верх­нем бье­фе. При этом не­из­беж­но не­которое за­то­п­ле­ние до­ли­ны ре­ки. Ру­сло­вые и при­пло­тин­ные ГЭС стро­ят как на рав­нин­ных мно­го­вод­ных ре­ках, так и на гор­ных ре­ках в уз­ких сжа­тых до­ли­нах. В со­став со­ору­же­ний ру­сло­вой ГЭС, кро­ме пло­ти­ны, вхо­дят зда­ние ГЭС и во­до­сброс­ные со­ору­же­ния. У ру­сло­вой ГЭС зда­ние с раз­ме­щён­ны­ми в нём гид­ро­аг­ре­га­та­ми слу­жит про­дол­же­ни­ем пло­ти­ны и вме­сте с ней соз­да­ёт на­пор­ный фронт. Для ру­сло­вых ГЭС ха­рак­тер­ны на­по­ры до 30–40 м. На круп­ных рав­нин­ных ре­ках осн. рус­ло обыч­но пе­ре­кры­ва­ет­ся зем­ля­ной пло­ти­ной, к ней при­мы­ка­ет бе­тон­ная во­до­слив­ная пло­ти­на, на ко­то­рой со­ору­жа­ет­ся зда­ние ГЭС. Та­кая ком­по­нов­ка ти­пич­на для мн. отеч. ГЭС на боль­ших рав­нин­ных ре­ках, напр. Волж­ской ГЭС (г. Вол­го­град) мощ­но­стью 2,56 тыс. МВт (1962); Майн­ской ГЭС на р. Ени­сей мощ­но­стью 321 МВт (1987). При бо­лее вы­со­ких на­по­рах зда­ние ГЭС не мо­жет вос­при­ни­мать боль­шое гид­ро­ста­тич. дав­ле­ние во­ды. В этом слу­чае со­ору­жа­ет­ся при­пло­тин­ная ГЭС, у ко­то­рой на­пор­ный фронт на всём про­тя­же­нии пе­ре­кры­ва­ет­ся пло­ти­ной, а зда­ние ГЭС рас­по­ла­га­ет­ся за пло­ти­ной, со сто­ро­ны ниж­не­го бье­фа (напр., Брат­ская ГЭС на р. Ан­га­ра). При­ме­ром др. типа при­пло­тин­ных ГЭС, со­от­вет­ст­вую­щих гор­ным ус­ло­ви­ям, мо­жет быть ком­понов­ка Ну­рек­ской ГЭС на р. Вахш (Тад­жи­ки­стан) про­ект­ной мощ­но­стью 2,7 тыс. МВт, Мин­ге­ча­ур­ской ГЭС на р. Ку­ра (Азер­бай­джан) мощ­но­стью 359 МВт.

В де­ри­ва­ци­он­ных ГЭС во­да в на­ча­ле ис­поль­зуе­мо­го уча­ст­ка ре­ки от­во­дит­ся из реч­но­го рус­ла во­до­во­дом с ук­ло­ном зна­чи­тель­но мень­шим, чем сред­ний ук­лон ре­ки на дан­ном уча­ст­ке, и со спрям­ле­ни­ем из­ги­бов и по­во­ро­тов рус­ла. Ко­нец де­ри­ва­ции под­во­дят к мес­ту рас­по­ло­же­ния зда­ния ГЭС. От­ра­бо­тан­ная во­да ли­бо воз­вра­ща­ет­ся в ре­ку, ли­бо под­во­дит­ся к сле­дую­щей де­ри­ва­ци­он­ной ГЭС. Де­ри­ва­ция вы­год­на, ес­ли ук­лон ре­ки ве­лик. Де­ри­ва­ци­он­ная схе­ма кон­цен­тра­ции на­по­ра (бес­пло­тин­ный во­до­за­бор или низ­кая во­до­за­бор­ная пло­ти­на) на прак­ти­ке при­во­дит к то­му, что из ре­ки за­би­ра­ет­ся лишь не­боль­шая часть её сто­ка. При от­бо­ре все­го сто­ка в на­ча­ле де­ри­ва­ции на ре­ке со­ору­жа­ет­ся бо­лее вы­со­кая пло­ти­на и соз­да­ёт­ся во­до­хра­ни­ли­ще: та­кая схе­ма кон­цен­тра­ции па­де­ния во­ды на­зы­ва­ет­ся сме­шан­ной, т. к. ис­поль­зу­ют­ся оба прин­ци­па соз­да­ния на­по­ра. В ря­де слу­ча­ев с по­мо­щью де­ри­ва­ции про­из­во­дит­ся пе­ре­бро­ска сто­ка ре­ки в со­сед­нюю ре­ку, имею­щую бо­лее низ­кие от­мет­ки рус­ла, напр., на Ин­гур­ской ГЭС (Гру­зия), где сток р. Ин­гу­ри пе­ре­бра­сы­ва­ет­ся тун­не­лем в со­сед­нюю р. Эрисц­ка­ли. Со­ору­же­ния без­на­пор­ных де­ри­ва­ци­он­ных ГЭС со­сто­ят из зда­ния, во­до­за­бор­но­го со­ору­же­ния, во­до­при­ём­ной пло­ти­ны и соб­ст­вен­но де­ри­ва­ции (ка­нал, ло­ток, без­на­пор­ный тун­нель). Круп­ней­шая ГЭС с без­на­пор­ной под­во­дя­щей де­ри­ва­ци­ей – ГЭС «Robert Mo­ses» (США) мощ­но­стью 1,95 тыс. МВт, а с без­на­пор­ной от­во­дя­щей де­ри­ва­ци­ей – Ин­гур­ская ГЭС мощ­но­стью 1,3 тыс. МВт.

На ГЭС с на­пор­ной де­ри­ва­ци­ей во­до­вод про­кла­ды­ва­ет­ся с не­сколь­ко боль­шим про­доль­ным ук­ло­ном, чем при без­на­пор­ной де­ри­ва­ции. При­ме­не­ние на­пор­ной под­во­дя­щей де­ри­ва­ции обу­слов­ли­ва­ет­ся из­ме­няе­мо­стью го­ри­зон­та во­ды в верх­нем бье­фе. Круп­ней­шая стан­ция с на­пор­ной под­во­дя­щей де­ри­ва­ци­ей – ГЭС «Necha­ko-Kemano» (Ка­на­да) про­ект­ной мощ­но­стью 1,79 тыс. МВт. ГЭС с на­пор­ной от­во­дя­щей де­ри­ва­ци­ей при­ме­ня­ет­ся в ус­ло­ви­ях зна­чит. из­ме­не­ний уров­ня во­ды в ре­ке в мес­те вы­хо­да от­во­дя­щей де­ри­ва­ции или по эко­но­мич. со­об­ра­же­ни­ям. В этом слу­чае не­об­хо­ди­мо со­ору­же­ние урав­нит. ре­зер­вуа­ра (в на­ча­ле от­во­дя­щей де­ри­ва­ции) для вы­рав­ни­ва­ния не­ус­та­но­вив­ше­го­ся по­то­ка во­ды в ре­ке – напр., ГЭС «Harspranget» (Шве­ция) мощ­но­стью 350 МВт.

Осо­бое ме­сто за­ни­ма­ют гид­ро­ак­ку­мули­рую­щие элек­тро­стан­ции (ГАЭС) и при­лив­ные элек­тро­стан­ции (ПЭС). ГАЭС яв­ля­ют­ся наи­бо­лее эф­фек­тив­ным ти­пом ма­нёв­рен­ных элек­тро­стан­ций, по­вы­шаю­щих на­дёж­ность и эко­но­мич­ность ра­бо­ты энер­го­сис­те­мы в пе­ри­од по­кры­тия пи­ко­вых на­гру­зок. ПЭС пре­об­ра­зу­ют энер­гию мор. при­ли­вов в элек­три­че­скую и мо­гут быть ис­поль­зо­ва­ны в энер­го­сис­те­мах лишь со­вме­ст­но с энер­ги­ей ре­гу­ли­рую­щих элек­тро­стан­ций, вос­пол­няю­щих про­ва­лы мощ­но­сти ПЭС.

По ус­ло­ви­ям ра­бо­ты и ха­рак­те­ру ис­поль­зо­ва­ния во­ды раз­ли­ча­ют ГЭС на сто­ке без ре­гу­ли­ро­ва­ния, с су­точ­ным, не­дель­ным, се­зон­ным (го­до­вым) и мно­го­лет­ним ре­гу­ли­ро­ва­ни­ем. Отд. ГЭС или кас­ка­ды ГЭС, как пра­ви­ло, ра­бо­та­ют в сис­те­ме со­вме­ст­но с кон­ден­са­ци­он­ны­ми элек­тро­стан­ция­ми, те­п­ло­элек­тро­цен­тра­ля­ми, атом­ны­ми элек­тро­стан­ция­ми, га­зо­тур­бин­ны­ми ус­та­нов­ка­ми (ГТУ), при­чём в за­ви­си­мо­сти от гра­фи­ка на­груз­ки энер­го­сис­те­мы ГЭС мо­гут быть ба­зис­ны­ми, по­лу­пи­ко­вы­ми и пи­ко­вы­ми.

Из всех су­ще­ст­вую­щих ти­пов элек­тро­стан­ций имен­но ГЭС яв­ля­ют­ся наи­бо­лее ма­нёв­рен­ны­ми и спо­соб­ны при не­об­хо­ди­мо­сти су­ще­ст­вен­но уве­ли­чить мощ­ность в счи­та­ные ми­ну­ты, по­кры­вая пи­ко­вые на­груз­ки. Для те­п­ло­вых стан­ций (ТЭС) этот по­ка­за­тель из­ме­ря­ет­ся ча­са­ми, для АЭС – сут­ка­ми. Мощ­ность круп­ней­ших ГЭС ми­ра пре­вы­ша­ет 3 тыс. МВт (табл.).

Малые ГЭС

Рис. 2. Схема микроГЭС: 1 – водозаборное устройство; 2 – напор воды (Н); 3 – водовод; 4 – энергоблок; 5 – устройство автоматического регулирования; 6 – ток к потребителю.

Ма­лые ГЭС, мощ­ность ко­то­рых не пре­вы­ша­ет 10 МВт, стро­ят­ся на ма­лых ре­ках, во­до­ёмах, они, как пра­ви­ло, бес­пло­тин­ные и вклю­ча­ют ми­ни-ГЭС (ус­та­нов­лен­ная мощ­ность до 1000 кВт) и мик­ро­ ГЭС (мощ­ность 1–100 кВт); по­лу­чи­ли ши­ро­кое раз­ви­тие во мно­гих стра­нах ми­ра со 2-й пол. 1950-х гг. Схе­ма мик­ро­ГЭС пред­став­ле­на на рис. 2. Ма­лые ГЭС пред­на­зна­че­ны для вы­ра­бот­ки элек­тро­энер­гии в пром. элек­тро­сеть и/или для ра­бо­ты на ав­то­ном­ную на­груз­ку.

По ха­рак­те­ру ис­пол­не­ния ма­лые ГЭС под­раз­де­ля­ют­ся на два ти­па: реа­ли­зую­щие по­тен­ци­аль­ную энер­гию во­до­то­ка (ста­цио­нар­ные при­пло­тин­ные, с со­вме­ще­ни­ем пло­ти­ны и зда­ния ГЭС; ста­цио­нар­ные бес­пло­тин­ные, с тру­бо­про­во­дом на­пор­ной де­ри­ва­ции; мо­биль­ные в кон­тей­нер­ном ис­пол­не­нии, с ис­поль­зо­ва­ни­ем в ка­че­ст­ве на­пор­ной де­ри­ва­ции пла­сти­ко­вых труб или гиб­ких ар­ми­ро­ван­ных ру­ка­вов; пе­ре­нос­ные мощ­но­стью до 10 кВт); реа­ли­зую­щие не­по­сред­ст­вен­но ки­не­тич. энер­гию во­до­то­ка (по­груж­ные бес­пло­тин­ные, гир­лянд­ные ГЭС и др.).

Диа­па­зон на­по­ра во­ды ко­леб­лет­ся от 3 до 80 м. По но­ми­наль­но­му на­пря­же­нию раз­ли­ча­ют ГЭС низ­ко­го на­пря­же­ния – до 1 кВ; вы­со­ко­го на­пря­же­ния – 1–10 кВ. По час­то­те вра­ще­ния тур­би­ны – от 200 до 1500 обо­ро­тов в ми­ну­ту. Ма­лые ГЭС в Рос­сии по­строе­ны в Ту­ве (мощ­ность 168 кВт), на Ал­тае (мощ­ность 400 кВт), в Кам­чат­ской обл. на р. Бы­ст­рая (мощ­ность 1,7 МВт), кас­кад Тол­ма­чёв­ской ГЭС.

Ми­ни- и мик­ро­ГЭС ус­та­нав­ли­ва­ют­ся так­же в во­до­то­ках (про­дук­то­про­во­дах), где тре­бу­ет­ся при­ме­не­ние га­си­те­лей дав­ле­ния – пить­е­вых во­до­про­во­дах и тех­но­ло­гич. во­до­то­ках пред­при­ятий, во­до­сбро­сах ТЭЦ, а так­же на пром. и ка­на­ли­зац. сто­ках.

Строи­тель­ст­во ма­лых ГЭС ра­цио­наль­но там, где со­ци­аль­но-эко­но­мич. ус­ло­вия и пер­спек­ти­вы раз­ви­тия про­из­во­дит. сил ре­гио­на не тре­бу­ют соз­да­ния боль­шой энер­ге­ти­ки и ма­лые ГЭС мо­гут обес­пе­чить ме­ст­ное энер­го­снаб­же­ние отд. го­ро­дов и по­сёл­ков (напр., ми­ни-ГЭС мощ­но­стью 1000 кВт мо­жет вы­ра­ба­ты­вать 6000 МВт·ч/год элек­тро­энер­гии). Ма­лые ГЭС – на­дёж­ные, эко­ло­ги­че­ски чис­тые, ком­пакт­ные, бы­ст­ро­оку­пае­мые ис­точ­ни­ки элек­тро­энер­гии для де­ре­вень, ху­то­ров, дач­ных по­сёл­ков, фер­мер­ских хо­зяйств в от­да­лён­ных, гор­ных и труд­но­дос­туп­ных рай­онах, где нет по­бли­зо­сти ЛЭП.

Историческая справка

Од­ни из пер­вых гид­ро­элек­трич. ус­та­но­вок мощ­но­стью в неск. со­тен ватт бы­ли со­ору­же­ны в 1876–81 в Штан­гас­се и Лау­фе­не (Гер­ма­ния) и в Грей­сай­де (Анг­лия). Раз­ви­тие ГЭС и их пром. ис­поль­зо­ва­ние тес­но свя­за­но с про­бле­мой пе­ре­да­чи элек­тро­энер­гии на рас­стоя­ние: как пра­ви­ло, мес­та, наи­бо­лее удоб­ные для со­ору­же­ния ГЭС, уда­ле­ны от осн. по­тре­би­те­лей элек­тро­энер­гии. Про­тя­жён­ность су­ще­ст­во­вав­ших в то вре­мя ЛЭП не пре­вы­ша­ла 5–10 км. Со­ору­же­ние круп­ной ЛЭП (170 км) от Лау­фен­ской ГЭС до Франк­фур­та-на-Май­не для снаб­же­ния элек­тро­энер­ги­ей Ме­ж­ду­нар. элек­тро­тех­нич. вы­став­ки (1891) от­кры­ло ши­ро­кие воз­мож­но­сти для раз­ви­тия ГЭС.

Пер­вен­цем гид­ро­энер­ге­ти­ки в Рос­сии сле­ду­ет счи­тать стан­цию на Руд­ном Ал­тае, по­стро­ен­ную в 1892. Эта че­ты­рёх­тур­бин­ная ГЭС (мощ­ность 0,15 МВт) бы­ла соз­да­на под рук. гор­но­го инж. Н. И. Кок­ша­ро­ва для шахт­но­го во­до­отли­ва Зы­ря­нов­ско­го руд­ни­ка на р. Бе­рё­зов­ка (ны­не г. Зы­ря­новск, Ка­зах­стан). В Ев­роп. час­ти Рос­сии пер­вая пром. ГЭС мощ­но­стью 0,26 МВт по­строе­на в 1896 на р. Ох­та близ С.-Пе­тер­бур­га под рук. ин­же­не­ров В. Н. Чи­ко­ле­ва и Р. Э. Клас­со­на. Она снаб­жа­ла элек­тро­энер­ги­ей Ох­тин­ский по­ро­хо­вой за­вод. В 1898 на Лен­ских при­ис­ках (р. Ныг­ри) по­строе­на ГЭС, на ко­то­рой впер­вые в Рос­сии бы­ли ус­та­нов­ле­ны ге­не­ра­то­ры трёх­фаз­но­го (пе­ре­мен­но­го) то­ка. Транс­фор­ма­тор на­пря­же­ни­ем 10 кВ по­зво­лил пе­ре­дать ток на рас­стоя­ние 20 км. Для это­го бы­ла спе­ци­аль­но со­ору­же­на вы­со­ко­вольт­ная ли­ния. В 1909 за­кон­чи­лось строи­тель­ст­во круп­ней­шей в до­ре­во­люц. Рос­сии Гин­ду­куш­ской ГЭС на р. Мур­габ (Турк­ме­ния) мощ­но­стью 1,35 МВт. В пе­ри­од 1905–17 всту­пи­ли в строй Сат­кин­ская, Ала­вер­дин­ская, Ка­ра­куль­тук­ская, Тур­гу­сун­ская, Се­ст­ро­рец­кая и др. ГЭС не­боль­шой мощ­но­сти.

Ста­нов­ле­ние элек­тро­энер­ге­ти­ки СССР (Рос­сии) свя­за­но с ГОЭЛРО пла­ном. Сов. Со­юз впер­вые в ми­ре на­чал стро­ить круп­ные гид­ро­уз­лы на мяг­ких ос­но­ва­ни­ях. В СССР (Рос­сии) бы­ли по­строе­ны пло­ти­ны но­вых ти­пов, чрез­вы­чай­но вы­со­кие, а в отд. слу­ча­ях – ре­корд­ные по вы­со­те в ми­ро­вой прак­ти­ке: ароч­ные – Ин­гур­ская (выс. 271 м), Чир­кей­ская (230 м); ароч­но-гра­ви­та­ци­он­ные – Са­ян­ская (236 м), Ток­то­гуль­ская (215 м); гра­вий­но-га­леч­ни­ко­вая – Ну­рек­ская (310 м); пло­ти­ны в рай­онах веч­ной мерз­ло­ты – Ма­ма­кан­ская, Ви­люй­ская и Хан­тай­ская. В 1970-х гг. про­дол­жа­лось строи­тель­ст­во круп­ных гид­ро­уз­лов с вы­со­ки­ми пло­ти­на­ми в вы­со­ко­сейс­мич­ных рай­онах (Ток­то­гуль­ский в зо­не св. 9 бал­лов и ряд др.).

Машинный зал Саяно-Шушенской ГЭС. Архив Н. В. Надыкто

Саяно-Шушенская ГЭС. Архив Н. В. Надыкто

В РФ са­мые мощ­ные (кас­кад­ные) ГЭС со­ору­же­ны на ре­ках Вол­га, Ка­ма, Ан­га­ра, Ени­сей, Обь и Ир­тыш. Кас­кад ГЭС пред­став­ля­ет со­бой груп­пу ГЭС, рас­по­ло­жен­ную сту­пе­ня­ми по те­че­нию вод­но­го по­то­ка с це­лью пол­но­го по­сле­до­ват. ис­поль­зо­ва­ния его энер­гии. Гид­ро­ус­та­нов­ки в кас­ка­де обыч­но свя­за­ны общ­но­стью ре­жи­ма, при ко­то­ром во­до­хра­ни­ли­ща верх­них сту­пе­ней ока­зы­ва­ют ре­гу­ли­рую­щее влия­ние на во­до­хра­ни­ли­ща ниж­них сту­пе­ней. На ос­но­ве ГЭС вост. рай­онов стра­ны фор­ми­ру­ют­ся пром. ком­плек­сы, спе­циа­ли­зи­рую­щие­ся на энер­го­ём­ких про­из­вод­ст­вах. Наи­бо­лее эф­фек­тив­ные по тех­ни­ко-эко­но­мич. по­ка­за­те­лям гид­ро­ре­сур­сы со­сре­до­то­че­ны в Си­би­ри. Ан­га­ро-Ени­сей­ский кас­кад, в со­став ко­то­ро­го вхо­дят са­мые круп­ные ГЭС стра­ны: Сая­но-Шу­шен­ская, Крас­но­яр­ская, Брат­ская, Усть-Илим­ская. Стро­ит­ся Бо­гу­чан­ская ГЭС (про­ект­ная мощ­ность 3 тыс. МВт, 2006).

ГЭС и окружающая среда

Про­цесс про­из-ва элек­тро­энер­гии на ГЭС, в от­ли­чие от ТЭС и АЭС, эко­ло­ги­че­ски без­вре­ден. При нор­маль­ной ра­бо­те ГЭС к.-л. вред­ные вы­бро­сы в ок­ру­жаю­щую сре­ду от­сут­ст­ву­ют. Боль­шин­ст­во ГЭС Рос­сии рас­по­ла­га­ет­ся в Ев­роп. час­ти стра­ны, ко­то­рая ха­рак­те­ри­зу­ет­ся рав­нин­ной ме­ст­но­стью. Соз­да­ние во­до­хра­ни­лищ для экс­плуа­та­ции ГЭС вле­чёт за со­бой из­ме­не­ние при­род­ных ус­ло­вий. Влия­ние ис­кусств. во­до­хра­ни­лищ мо­жет быть по­ло­жи­тель­ным и от­ри­ца­тель­ным. По­ло­жи­тель­ное влия­ние со­сто­ит в воз­мож­но­сти оро­ше­ния зе­мель­ных уго­дий из соз­дан­ных во­до­хра­ни­лищ. В то же вре­мя соз­да­ние круп­ных во­до­хра­ни­лищ в рав­нин­ных рай­онах при­во­дит к за­то­п­ле­нию зе­мель, изъ­я­тию их из хо­зяйств. обо­ро­та, подъ­ё­му грун­то­вых вод и, как след­ст­вие, к из­ме­не­нию тем­пе­ра­тур­но­го ре­жи­ма во­ды, за­бо­ла­чи­ва­нию и свя­зан­но­му с этим ухуд­ше­нию са­ни­тар­но-эпи­де­мио­ло­гич. ус­ло­вий ме­ст­но­сти. Из-за уве­ли­че­ния зер­ка­ла вод­ной по­верх­но­сти рез­ко воз­рас­та­ют по­те­ри во­ды на ис­па­ре­ние. Ле­том и осе­нью темп-ра во­ды в во­до­хра­ни­ли­ще из-за зна­чи­тель­но­го его объ­ё­ма ста­но­вит­ся ни­же, чем в ре­ке (ниж­нем бье­фе). Это при­во­дит к бо­лее ран­не­му ле­до­ста­ву, со­кра­ща­ет сро­ки на­ви­га­ции, не­бла­го­при­ят­но воз­дей­ст­ву­ет на фау­ну. В рай­оне во­до­хра­ни­ли­ща из­ме­ня­ет­ся ми­кро­кли­мат, по­вы­ша­ет­ся влаж­ность воз­ду­ха, час­то об­ра­зу­ют­ся ту­ма­ны. При этом сни­жа­ет­ся сред­не­го­до­вая сум­ма осад­ков, из­ме­ня­ют­ся на­прав­ле­ние и ско­рость вет­ра, умень­ша­ет­ся ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний темп-ры в те­че­ние су­ток. Уве­ли­че­ние дав­ле­ния на дно ре­ки мо­жет при­вес­ти к соз­да­нию ус­ло­вий для по­вы­ше­ния сейс­мич. ак­тив­но­сти в ре­гио­не. Час­тые ко­ле­ба­ния уров­ня во­ды в во­до­хра­ни­ли­ще при­во­дят к пе­ре­фор­ми­ро­ва­нию его бе­ре­гов и дна, со­про­во­ж­да­ют­ся об­ра­зо­ва­ни­ем под­вод­ных от­ме­лей. На дне во­до­хра­ни­ли­ща (во­до­ёмов) на­ка­п­ли­ва­ют­ся ты­ся­чи тонн осад­ков (как пра­ви­ло, ядо­ви­тых, за счёт сли­ва пром. и бы­то­вых сто­ков в ре­ку). Это прак­ти­че­ски на­все­гда вы­во­дит тер­ри­то­рию из даль­ней­ше­го ис­поль­зо­ва­ния, да­же в слу­чае спус­ка во­до­хра­ни­ли­ща. Ли­к­ви­да­ция во­до­хра­ни­лищ по­тре­бу­ет до­пол­нит. строи­тель­ст­ва же­лез­ных и шос­сей­ных до­рог и за­труд­не­на так­же тем, что совр. су­да при­спо­соб­ле­ны к бóльшим глу­би­нам, чем в ре­ках с не­за­ре­гу­ли­ро­ван­ным сто­ком, и за­ме­на их на су­да с мень­шей осад­кой по­тре­бу­ет зна­чит. фи­нан­со­вых за­трат.

ГЭС на гор­ных ре­ках удоб­ны тем, что не свя­за­ны с за­то­п­ле­ни­ем боль­ших тер­ри­то­рий, но они мо­гут быть опас­ны из-за до­воль­но вы­со­кой ве­ро­ят­но­сти ка­та­ст­роф вви­ду сейс­мич. не­ста­биль­но­сти этих рай­онов. Зем­ле­тря­се­ния при­во­дят к ог­ром­ным жерт­вам; так, в 1963 при про­ры­ве пло­ти­ны ГРЭС в Вай­о­не (Ита­лия) по­гиб­ло бо­лее 2 тыс. чел., а в 1979 в шта­те Гуд­жа­рат (Ин­дия) при про­ры­ве пло­ти­ны на ГЭС «Мор­ви-Ма­чу» – бо­лее 15 тыс. че­ло­век.

Эко­ло­гич. ор­га­ни­за­ции рас­смат­ри­ва­ют строи­тель­ст­во ма­лых ГЭС как тех­но­ло­гии, ща­дя­щие ок­ру­жаю­щую сре­ду, и под­дер­жи­ва­ют раз­ви­тие ма­лой гид­ро­энер­ге­ти­ки. Про­ве­де­ны ис­сле­до­ва­ния (1990–2000) по оп­ре­де­ле­нию ко­ли­че­ст­вен­но­го ущер­ба ок­ру­жаю­щей сре­де, вы­зван­но­го ге­не­ра­ци­ей элек­тро­энер­гии от 8 ис­точ­ни­ков: бу­ро­го и ка­мен­но­го уг­ля, неф­тя­но­го то­п­ли­ва, при­род­но­го га­за, ядер­но­го то­п­ли­ва, вет­ра, сол­неч­ных фо­то­эле­мен­тов и ма­лых ГЭС. В ре­зуль­та­те по­лу­че­ны сле­дую­щие вы­во­ды: ма­лые ГЭС в це­лом в 31 раз ме­нее вред­ны для ок­ру­жаю­щей сре­ды, чем тра­диц. ис­точ­ни­ки, а 1 кВт·ч элек­трич. энер­гии, про­из­ве­дён­ный ма­лы­ми ГЭС, в 300 раз чи­ще, чем при сжи­га­нии бу­ро­го уг­ля. См. так­же Гид­ро­энер­ге­ти­ка.