Силу водного потока человечество научилось использовать сотни лет назад: в средние века река вращала рабочее колесо мельницы, а в XIX столетии появились первые гидростанции, на которых энергия водного потока преобразуется в электрическую.
И хотя каждый из нас представляет себе в общих чертах устройство этих сооружений, редко кому удается заглянуть внутрь.
Гидроагрегат
Гидроагрегат электростанции похож на айсберг – большая часть расположена в воде, а сверху в машинном зале мы видим только своеобразную «масленку» — верхнюю часть работающей машины.
Огромный масштаб основного оборудования, благодаря которому энергия водного потока превращается в электричество, можно оценить только во время большого капитального ремонта — сосредоточения усилий десятков людей.
Капитальный ремонт редко продолжается меньше пары месяцев. Сначала приступают к демонтажу генератора. Он закреплен на массивной крестовине, которая принимает на себя вес всего оборудования.
Под крышкой крестовины находится огромный ротор. Именно здесь рождается электричество: ротор вращается в магнитном поле статора, возникает электродвижущая сила, которая вызывает электрический ток.
Ротор снимают и отправляют на специальную ремонтную площадку, расположенную в машинном зале, для проверки и обслуживания.
Затем происходит выемка рабочего колеса. Этот огромный «вентилятор» принимает на себя всю силу реки.
Под действием напора рабочее колесо вращает вал, на котором закреплен ротор генератора – это и есть принципиальная схема работы ГЭС.
Вес ротора может достигать нескольких десятков тонн, так что без крана при установке ротора не обойтись.
Любая сборка и разборка гидроагрегата – это множество слесарной работы.
Мелочей не бывает: каждый болт должен соответствовать нормативам и допускам. Поэтому на ГЭС есть слесарный участок, где работают, что называется, «на качество».
Кстати, турбины тоже бывают разные. Для рек с небольшим перепадом высот и, соответственно, напоров, применяют поворотно-лопастные турбины (турбины Каплана) – похожие на гребной винт корабля. Как следует из названия, их лопасти могут поворачиваться, что и обеспечивает изменение рабочего диапазона.
Второй распространенный тип – радиально-осевые турбины. Они применяются на реках с высоким напором, позволяют получить больше мощности, но могут работать в более узком диапазоне режимов.
Рабочее колесо весит несколько десятков тонн и может служить десятилетиями. Например, турбина Волховской ГЭС отработала около 90 лет и теперь стала памятником около гидроэлектростанции.
Спиральная камера
Чтобы ГЭС эффективно работала, мало просто поместить турбину в реку — воду нужно подводить специальным образом – через подводящий канал и спиральную камеру. Это нужно для того, чтобы вода равномерно поступала на лопасти рабочего колеса.
Увидеть спиральную камеру можно только во время строительства гидроэлектростанции, так как она находится в основании ГЭС. Но иногда, во время капитального ремонта, спиральную камеру осушают и туда можно зайти, чтобы провести инспекцию и выполнить регламентные работы.
Здесь есть еще один важный элемент: направляющий аппарат. Это система неподвижных и подвижных лопаток на пути воды к турбине.
Статичные пластины ламининиризируют, то есть «успокаивают» поток, чтобы он не повредил рабочее колесо, а подвижные открывают и закрывают входные окна, тем самым регулируют количество поступающей воды на турбину. Задача управления простая: нужно добиться оптимальных соотношений между открытиями направляющего аппарата и углами разворота лопастей.
Автоматика
Последние два десятилетия круто изменили практику эксплуатации этих потрясающих машин. На смену аналоговым устройствам пришли цифровые компьютерные технологии, которые стали неотъемлемой частью управления электростанцией.
Сегодня многие ГЭС даже могут работать в автономном режиме – один человек отдает команды целому каскаду гидроэлектростанций, и все действия по управлению оборудованием выполняет автоматика. Она же следит за параметрами: как только что-то выходит за рамки допустимых значений, система подает сигнал или включает защиту.
Вся телемеханика и автоматика помещается в нескольких шкафах.
Работа с современным цифровым оснащением предъявляет особые требования к персоналу. Это инженеры с высшим образованием и высочайшей квалификацией. Каждый из них сдал несколько экзаменов, прежде чем получил допуск к работе!
Водосброс
Любая гидроэлектростанция – это комплекс искусственных сооружений, с помощью которых человек надежно установил контроль над стихией реки. Благодаря регулированию на многих реках удалось прекратить разрушительные паводки, а с помощью шлюзов даже обеспечить судоходство.
Многим ГЭС на Северо-Западе России (первенцам ленинского плана электрификации страны) уже 80-90 лет, что зачастую означает, что их проект не предусматривал развития современных технологий. Например, вряд ли отцы-энергетики могли предположить, что по плотинам ГЭС будет перемещаться огромный поток автомобилей.
Именно в таких случаях возникает потребность модернизировать конструкцию. Специфика работы на гидросооружениях заключается в невозможности вывести объект из эксплуатации. Водосброс нельзя «выключить», осушить и спокойно перестроить. Каждое действие должно быть выполнено строго в соответствии с проектом. Демонтаж старых конструкций происходит с хирургической точностью и аккуратностью.
Новые стальные балки смогут выдержать необходимые нагрузки.
Кроме того, обновленный водосброс будет иметь собственный кран для ремонтных работ.
Не обошлось без водолаза
Река несет в себе немало посторонних предметов, которые засоряют сороудерживающие решетки. Сама по себе вода - это агрессивная среда и необходимо постоянно контролировать состояние бетона плотины и подводящего канала. Как тут без водолазов?
В последние годы гидроэнергетики применяют инновационное оборудование: вместо водолазов погружается самый настоящий робот!
Оператор с берега управляет его движением, а камеры в реальном времени передают картинку на терминал.
В считанные минуты можно осмотреть приемные решетки или подводную камеру.
Двигатели на электрическом приводе позволяют маневрировать во всех направлениях и противостоять течению реки. Будущее уже здесь!
Острова
Время от времени перед гидроэнергетиками встают вызовы, с которыми не справится никакой робот. Что делать, если на горизонте в верхнем течении реки показался… остров? И он стремительно приближается!
Оказывается, что плавучие острова – это не такое уж редкое явление. В верховьях рек бывают обширные заболоченные участки. Годами на поверхности воды нарастает ковер травы и даже укореняются деревца. В многоводные годы после сильных дождей или таяния снегов уровень воды в реке поднимается, участки болота всплывают и уходят вниз по течению.
Острова бывают довольно обширные, даже со случайными пассажирами: земноводными и мелкими грызунами. Не стоит и говорить, что такие «сюрпризы» доставляют энергетикам немало хлопот.
На помощь приходит штатный катер, который позволяет отвести остров в сторону и приступить к его ликвидации.
За несколько часов труда энергетикам удается разделить его на части. Дальше куски острова нужно направить точно в открытое окно водосброса.
Монета на ребре
Главная задача гидроэнергетиков – безопасная эксплуатация гидротехнических сооружений и оборудования. Вся эта сложная система работает благодаря трудам выдающихся инженеров прошлого и грамотным инженерам, оперативникам и ремонтникам сегодня.
Когда закончен масштабный ремонт, турбина на месте, а генератор готов запустить поток электронов в сеть, остался один простой тест.
На крышку работающего гидрогенератора нужно поставить монету на ребро — если колоссальная сила реки вращает многотонный ротор с такой легкостью и нежностью, что монета не падает — значит работа выполнена качественно.
Как и принято у энергетиков.
