Троэнергетики и её современное состояние

12.2. Накопление потенциальной и кинетической энергии
При традиционных способах генерации электроэнергии накопи-
тель первичной энергии (в неэлектрической форме) находится перед 
электрогенератором. Например, вода, запасенная в водохранилище 
ГЭС; уголь, газ или мазут – на ТЭС; ядерное топливо – на АЭС. Для 
компенсации (нивелирования) нестабильности генерации и потребления 
электрической энергии накопители энергии в неэлектрической форме, 
как и накопители электрической энергии, размещают (включают) между 
генератором и потребителем. При дефиците мощности в системе с их 
помощью вырабатывают дополнительную электроэнергию и тем самым 
наращивают мощность.
Можно выделить несколько типов накопителей неэлектрической 
энергии (преимущественно потенциальной или кинетической), применяю-
щихся в электроэнергетике или перспективных для такого применения: 
 
гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС); 
 
воздушно-компрессионные накопители энергии; 
 
инерционные (маховиковые) накопители кинетической энергии; 
 
электромеханические накопители энергии. 
12.2.1. Гидроаккумулирующие электростанции 
В настоящее время дефицит в маневренных мощностях («пики» 
нагрузки) в основном покрываются ГЭС, у которых набор полной мощ-
ности с нуля может быть произведен за 1–2 мин. В периоды времени, 
когда в системе имеются провалы нагрузки, ГЭС работают с незначи-
тельной мощностью и вода заполняет водохранилище. При этом запаса-
ется энергия в потенциальной форме. С наступлением пиков включают-
ся агрегаты станции, и увеличивается на необходимую величину их 
мощность. Накапливание энергии в водохранилищах на равнинных ре-
ках приводит к затоплению обширных территорий, что во многих слу-
чаях крайне нежелательно (разд. 13.3.3). Небольшие реки малопригодны 
для целей регулирования мощности в системе, так как они не успевают 
заполнить водой большие водохранилища за время минимума нагрузки. 
В регионах, где отсутствуют большие реки или строительство на 
них ГЭС по экологическим, экономическим или техническим причинам 
неприемлемо, данную задачу (снятие пиков) могут решать гидроакку-

---

300
мулирующие станции (ГАЭС), относящиеся к гравитационному типу 
накопителей энергии. В интервалы времени, когда электрическая на-
грузка в ЭЭС минимальна, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водо-
хранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из систе-
мы, рис. 12.4. В режиме непродолжительных «пиков» нагрузки ГАЭС 
работает в генерирующем режиме и расходует запасенную в верхнем 
водохранилище воду. 
В европейской части России возможно сооружение до 200 ГАЭС. 
В ЭЭС, расположенных в центральной, северо-западной и южной час-
тях, где имеется наибольший дефицит маневренной мощности, естест-
венные перепады рельефа позволяют сооружать станции с небольшим 
напором (80–110 м). Районы с благоприятным для сооружения ГАЭС 
рельефом местности, позволяющим получать перепады порядка 1000 м, 
значительно удалены от центров потребления маневренной мощности. 
Сооружение ЛЭП в этих случаях может привести к затратам, делающим 
сооружение ГАЭС нецелесообразным.
Рис. 12.4. Гидроаккумулирующая станция. 
Схема станции (а): 1 – верхний бассейн; 2 – водовод; 3 – здание ГАЭС;
 4 – нижний бассейн; двухмашинная компоновка станции (б):
Т – турбина; 4 – насос; Г/Д – генератор-двигатель 

---

301
С вводом в эксплуатацию мощных АЭС (мощностью 1000 МВт и 
более) значение ГАЭС возрастает, так как они смогут брать на себя все 
изменения нагрузки. Разработаны проекты строительства ГАЭС для Ле-
нинградской и Курской АЭС. 
Первые крупные ГАЭС построены за рубежом: «Том-Сок» (США) 
мощностью 350 МВт, напор 253 м (1963 г.); «Вианден» (Люксембург) – 
900 МВт, напор 280 м (1964 г.); «Хоэнварте-II» (Германия) – 320 МВт, 
напор 305 м (1965 г.); «Круахан» (Великобритания) – 400 МВт, напор 
440 м (1966 г.) и др. Первая ГАЭС на территории бывшего СССР мощ-
ностью 225 МВт с напором воды 70 м была сооружена под Киевом в 
1972 г. Под Москвой (Сергиев Посад) в 2003 г. завершено строительст-
во Загорской ГАЭС мощностью в турбинном режиме 1200 МВт, в на-
сосном 1320 МВт, с годовой выработкой 1915–1950 млн кВт·ч и напо-
ром воды 100 м. 
К числу наиболее крупных ГАЭС в мире относятся «Лорх-на-
Рейне» (ФРГ) – 2400 МВт, «Корнуэлл» (США) – 2000 МВт, «Лох-
Ломонд» (Англия) – 1200 МВт. В СССР в 1983 г. было начато строи-
тельство самой мощной в Европе Днестровской ГАЭС в составе 7 гид-
роагрегатов суммарной мощностью 2268/2947 МВт (в турбинном и на-
сосном режимах соответственно). Лишь в 2010 г. пущен в эксплуатацию 
первый гидроагрегат. Правительством Украины планируется в после-
дующие годы вводить по одному агрегату в год. 
Мощность ГАЭС зависит от расхода воды и напора, поэтому гор-
ные районы наиболее удобны для сооружения ГАЭС. Например, огром-
ный напор (около 1800 м) имеет ГАЭС «Рейссек» в Австрии. Там, где
возможно, стремятся использовать в качестве верхнего бассейна естест-
венные водоемы: в Англии для ГАЭС «Лох-Ломонд» используется вы-
сокогорный пруд, в Японии построена ГАЭС «Нумацаванума», для ко-
торой верхним бассейном служит кратерное озеро. 
Сооружение искусственных бассейнов сопряжено со значитель-
ными объемами работ и затратами больших средств. Кроме того, суще-
ствует опасность утечки воды из верхнего бассейна, которая даже в не-
большом количестве (порядка нескольких процентов) заметно снижает 
КПД станции. Поэтому приходится принимать тщательные меры по 
гидроизоляции. 
Воду в верхнем бассейне можно подогревать, используя сбросо-
вое тепло тепловой станции. Близко расположенные ГАЭС и ТЭС (или 
АЭС) удачно сочетаются друг с другом. ГАЭС генерирует электроэнер-
гию в часы максимума энергопотребления, а бассейн-охладитель ТЭС 
или АЭС становится нижним бассейном ГАЭС, и из него в верхний бас-
сейн перекачивается теплая вода. 

---

302
Водоводы ГАЭС не должны вызывать большие потери энергии. 
Наиболее удобны туннельные водоводы большого диаметра, покрытые 
изнутри бетоном или металлом. Использование металлических труб в 
качестве водовода менее желательно из-за больших потерь на трение о 
стенки, поскольку трубы из металла могут быть выполнены относи-
тельно небольшого диаметра и их приходится прокладывать в большом 
количестве. 
ГАЭС стали особенно эффективными после появления обратимых 
гидротурбин, выполняющих функции и турбин, и насосов, рис. 12.4.
Количество машин в этом случае сведено к минимуму – к двум. Однако 
станции с двухмашинной компоновкой имеют меньший КПД из-за не-
обходимости создавать в насосном режиме примерно в 1,3–1,4 раза 
бóльший напор на преодоление трения в водоводах. В генераторном 
режиме величина напора меньше также из-за трения в водоводах. Для 
того чтобы агрегат одинаково эффективно работал как в генераторном, 
так и в насосном режимах, можно в насосном режиме увеличить его 
частоту вращения, но это усложняет и удорожает его. 
Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от их КПД, под 
которым понимается отношение энергии, выработанной станцией в гене-
раторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме. Пер-
вые ГАЭС имели КПД не выше 40 %, у современных ГАЭС КПД может 
достигать 70–75 %. С учётом потерь в электрических сетях средний КПД 
составляет 66 %. Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором воды в 
несколько сотен метров, сооружённые на скальных основаниях вблизи 
центров потребления электроэнергии.
К преимуществам ГАЭС относится 
низкая стоимость строительных работ. В отличие от обычных ГЭС здесь 
нет необходимости перекрывать реки, возводить высокие плотины с 
длинными туннелями и т. п. Ориентировочно на 1 кВт установленной 
мощности на крупных речных ГЭС требуется 10 м
3
бетона, а на крупных 
ГАЭС – всего лишь несколько десятых долей кубического метра. 
Будущее ГАЭС зависит от многих факторов: темпов развития 
энергетики на НВИЭ, прогресса в области создания мощных накопите-
лей электрической энергии и энергоносителей. В настоящее время в ми-
ре работают около 500 ГАЭС. По прогнозам, мощность ГАЭС к 2050 г. 
может увеличиться в 10 раз. В России в 2007 г. начато строительство 
Загорской ГАЭС-2 проектной мощностью 840 МВт (4 обратимых гид-
роагрегата по 210 МВт). Стоимость строительства оценивается более 
чем в 70 млрд руб., окончание строительства – в 2014 г. Ведётся проек-
тирование как минимум ещё 7 ГАЭС: Зеленчукской, Ленинградской 
(на р. Шапша), Владимирской (на р. Клязьма), Курской, Волоколамской 
(на р. Сестра), Центральной (на р. Тудовка), Лабинской (на р. Лаба).

---

303