ГАЭС – как самый большой аккумулятор в мире. Круонисская ГАЭС в Литве

Ритм жизни людей не является постоянным. Большинство из нас днем работает, а ночью – спит. Соответственно и энергопотребление днем находится на своем пике, а ночью – значительно снижается. Но запускать источники генерации для работы днем, а ночью останавливать оказывается более затратным, чем если бы они работали круглосуточно. Поэтому уже очень давно ученые решают проблему выравнивания суточного графика энергопотребления и генерации: как за счет снижения потребления днем, так и за счет его повышения ночью.  Идеальным в такой ситуации оказался бы аккумулятор, который бы ночью заряжался, а днем в часы пика – служил бы источником электроэнергии.

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) – является одной из разновидностей таких «аккумуляторов», предназначенных для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки.

Загорская ГАЭС. Московская область. Принадлежит ПАО "РусГидро". Суммарная установленная мощность 6 гидроагрегатов - 1200 МВт.

ГАЭС могут быть построены с использование генераторов и насосов, ли с помощью обратимых гидроэлектроагрегатор, которые могут работать как в двигательном режиме (потребляя электроэнергию из системы), так и в генераторном режиме (производя электричество).

ОРУ 110кВ Круонисской ГАЭС.

Принцип работы ГАЭС достаточно простой. Есть два водоема: верхний и нижний, расположенные рядом, но на различной высоте. Ночью во время провала энергопотребления (нагрузки) насосы ГАЭС, потребляя дешевую электроэнергию, закачивают воду из нижнего в верхний водоем – т.н. насосный режим или «зарядка аккумуляторов». Во время дневного и вечернего пиков – вода сбрасывается из верхнего водоема в нижний, приводя в движение гидрогенераторы, которые в это время вырабатывают дорогую электроэнергию, отдавая её в энергетическую сеть (генераторный режим). КПД современных ГАЭС составляет 70-75%.

 Поясняющая схема принципа работы ГАЭС. Elevator - подъемный механизм воды в насосном режиме. 

ГАЭС являются не только источниками генерации, но также оказывают системные услуги, которые способствуют оптимизации суточного графика нагрузок, повышают качество и надежность электроснабжения потребителей.

Для обеспечения требуемой выработки электроэнергии, необходимо «накопить» определённый запас воды в «верхнем» резервуаре. И чем больше нам необходимо будет генерировать данную мощность, тем больший водоем нам необходимо будет соорудить. Таким образом ГАЭС связаны с масштабными искусственными водоёмами, ведь в естественных по принципу сообщающихся сосудов уровень воды в обоих водоемах всегда был бы одинаковым.

В мире функционируют 52 ГАЭС с установленной мощностью 1000 и более МВт, 42 ГАЭС – от 500 до 1000 МВт. Крупнейшие ГАЭС – Бас Каунти (США, 3003 МВт, год ввода в эксплуатацию – 1985 год), Хойчжоу (Китай, 2448 МВт, 2011), Гаундун (Китай, 2400 МВт, 2000), Окутатараги (Япония, 1932 МВт, 1974), Лудингтон (США, 1872 МВт, 1973), Тянхуанпин (Китай, 1836 МВт, 2000), Плотина Гранд Мезон (Франция, 1800 МВт, 1985) и другие.

Одной из крупнейших ГАЭС на территории бывшего Советского Союза является Круонисская ГАЭС (Kruonio HAE), расположенная на реке Неман рядом с населенным пунктом Круонис в Литве. Первый из 4 агрегатов заработал в 1992 году, полностью ведена в эксплуатацию в 1998 году, входит в состав АО «Lietuvos energija».

Постарался собрать несколько фото из интернета, для оценки масштабности данного инженерного энергетического сооружения. Общая панорама ГАЭС в Круонис.

Длина трубопроводов – 840 метров, диаметр – 8,4 метра. Площадь верхнего (искусственного) бассейна – 3,06 квадратных километров. Длина дамбы – 6,3 километра. Максимально возможный перепад уровня воды в верхнем резервуаре – менее 14 метров.

Машинный зал. На фото видны лишь верхние части синхронных обратимых гидроэлектроагрегатов. Слева на фото - шкафы релейной защиты и автоматики (РЗА) генераторов ГАЭС.

В Круонис установлены 4 машины, каждая с установленной мощностью 225 МВт (в генераторном режиме) и 217 МВт – в насосном. Номинальное напряжение гидроагрегатов – 15,75 кВ. Пусть Вас не смущает такие маленькие габариты гидроагрегатов. Большая их часть находится ниже уровня «нулевой» отметки машинного зала. Диаметр рабочего колеса 6,3 метра.

Приведем принципиальную схему работы ГАЭС. На данном рисунке можно сопоставить размеры «видимой» части генераторов в машинном зале и «скрытых» на нижних уровнях элементов.

План станции в разрезе. В самом центре схемы изображен мостовой кран грузоподъемностью не менее 100 тонн, для обеспечения обслуживания (в том числе подъема) основных узлов ГАЭС – гидроэлектроагрегатов.

Гидроагрегат №4. На заднем плане множество шкафов с устройствами РЗА, а также табло световой сигнализации для сообщения всей необходимой информации оперативному персоналу. В современных электростанциях такая информация приходит уже напрямую на мониторы дежурных диспетчеров.

Гидроэлектроагрегаты по своим размерам, в первую очередь турбины, намного больше турбоагрегатов при одинаковой мощности. Соответственно для их запуска требуются более мощные пусковые устройства. На ГАЭС в Круонис в качестве пускового устройства для агрегатов используется пусковое тиристорное преобразовательное устройство шестимпульсного типа двунаправленного действия. Для согласования с синхронной машиной используются трёхфазные реакторы.

Трехфазный закрытый токопровод на номинальное напряжение 15,75кВ.

Установленная мощность пускового устройства – 16 МВт. Именно с его помощью запускается (раскручивается) турбина при закрытых задвижках, т.е. на холостом ходу, без притока воды.

Стойки шкафов инвертора и выпрямителя пускового устройства.

Шкаф управления инвертором и выпрямительным устройством.

Силовой шкаф выпрямительного пускового устройства. Выходное напряжение на жестких металлических шинах (сверху) – 15750 вольт.

Генераторный выключатель. Напряжение 15,75 кВ. Токопровод закрытого исполнения. Присутствует цветовое обозначение фаз: желтый – фаза «А», зеленый – фаза «В», красный – фаза «С».

Устройство, предназначенное для включения (синхронизации) генератора в сеть. При включении контролирует напряжение, частоты и вектор ЭДС как со стороны электрической сети, так и на выводах генераторов, для обеспечения синхронного включения генератора в сеть.

Нижний этаж. Нагрузочные реакторы (?) постоянного тока в цепи пускового преобразовательного устройства.

Выходные реакторы, установленные между преобразовательным устройством и электроагрегатом. Преобразователь произведен экстонской компанией TET-Estel и установлен на ГАЭС в 1993 году.

До сих пор мы так и не рассказали, причину постройки данной электростанции. Все довольно просто – сглаживать режим работы Игналинской АЭС в Литве. Планировалось и постройки других атомных электростанций в прилегающих регионах, в том числе и в Беларуси. 

Однако авария на Чернобыльской АЭС заморозила все данные начинания. Но ГАЭС в Круонис сооружалась именно под восемь гидроэлектроагрегатов. Но вторую очередь с еще четырьмя турбинами так до сих пор и не пустили.

Строительство данной очереди находится на начальной стадии: заморожено и никем не финансируется. Игналинская АЭС также уже давно не производит электроэнергию...

Круглое помещение вокруг вала, соединяющего турбину и электромашину.

Еще одно фото машинного зала.

В фойе офисного здания – масштабная модель всего гидроаккумулирующего комплекса в Круонис. Видны как четыре водовода существующих четырех машин, так и место для установки четырех дополнительных агрегатов.

Нижний бассейн зимой.

Для публики выставлен отработавшая свой срок службы турбина Круонисской ГАЭС. Одно из любимых мест для фотографирования у туристов.

Вот такой вот "аккумулятор" (ГАЭС) расположен в Литве. На фото, взятых из разных источников, в основном Круонисская ГАЭС (за исключением тех, где подписано снизу обратное).