Задачу снятия пиков потребления энергии решают гидроакумули — рующие станции (ГАЭС), работая следующим образом. В интервалы времени, когда электрическая нагрузка в объединенных системах минимальная, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных «пиков» — максимальных значений нагрузки — ГАЭС работает в генераторном режиме и тратит накопленную в верх­нем водохранилище воду.

ГАЭС стали особенно эффективными после появления оборот­ных гидротурбин, которые выполняют функции и турбин, и насо­сов. Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от КПД, под которым относительно этих станций понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсхо­дованной в насосном режиме.

Экономия топлива при использовании ГАЭС достигается за счет догрузки теплового оборудования для зарядки ГАЭС. При этом потре­бляется меньше топлива, чем для производства пиковой электроэнер­гии на ТЭС или газотурбинной электростанции. Кроме того, режим ее зарядки оказывает содействие введению в эксплуатацию базовых электростанций, которые будут вырабатывать энергию с меньшими удельными затратами топлива.

Первые ГАЭС в начале XX ст. имели КПД, не больше 40%, в совре­менных ГАЭС КПД составляет 70—75%. К преимуществам ГАЭС, кроме относительно высокого значения КПД, относится также и низ­кая стоимость строительных работ. В отличие от обычных гидроэлек­тростанций, здесь нет необходимости перекрывать речки, строить высокие дамбы с длинными туннелями и т. п.

Принцип действия (аккумулирования) гидроаккумулирующей станции заключается в преобразовании электрической энергии, полу­чаемой от других электростанций, в потенциальную энергию воды. При обратном преобразовании накопленная энергия отдается в энер­госистему главным образом для покрытия пиков нагрузки (подроб­ности на http://pusk. by/bse/).

Гидротехнические сооружения ГАЭС (рис.4.3) состоят из двух бас­сейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного тру­бопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть:

♦ или трехмашинными, состоящими из соединенных на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса;

♦

или двухмашинными — обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 1960-х гг. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.

Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными электростан­циями энергосистемы (в основном в ночные часы суток), использу­ется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоема в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме. Выработанная при этом электроэнергия отдается в сеть энергосистемы, а вода нака­пливается в нижнем водоеме.

Количество аккумулированной электроэнергии определяется емко­стью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоем, образовавшийся вслед­ствие перекрытия реки плотиной.

Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зави­симости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диа­гональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами.

Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколь­кими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную маневренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа ее работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных ее достоинств.

Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным сред­ством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частно­сти, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточ­ным, недельным и сезонным полным циклом регулирования.

Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен метров, сооружаемые на скальном основании. Общий КПД ГАЭС в оптимальных расчетных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение КПД с учетом потерь в электри­ческой сети не превышает 0,66.

ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления элек­троэнергии, т. к. сооружение протяженных линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.