Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) перераспределяют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, во времени в соответствии с требованиями потребителей. Принцип действия гидроаккумулирующей станции основан на ее работе в двух режимах: насосном и турбинном. В насосном режиме вода из нижнего водохранилища (бассейна) ГАЭС (рис. 17.1 I) перекачивается в вышерасположенный верхний бассейн. Во время работы в насосном режиме (обычно в ночные часы, когда нагрузка в энергосистеме снижается) ГАЭС потребляет электрическую энергию, вырабатываемую тепловыми электростанциями энергосистемы. В турбинном режиме ГАЭС использует запасенную в верхнем бассейне воду, агрегаты станции при этом вырабатывают электроэнергию, которая подается потребителю в часы пиков нагрузки.

Рис. 17.1. Схемы ГАЭС.

Гидроаккумулирующие электростанции можно классифицировать по следующим признакам.
По схеме аккумулирования:

ГАЭС простого аккумулирования, иногда их называют чистыми ГАЭС (рис. 17.1 I). Характерным признаком ГАЭС такого типа является отсутствие притока воды в верхний бассейн;
ГАЭС смешанного типа, или ГЭС-ГАЭС, при этой схеме имеется приток воды в верхний бассейн, который, срабатываясь в турбинном режиме, дает дополнительную выработку энергии (рис. 17.1 II);
ГАЭС в схеме переброски стока (рис. 17.1 III), или ГАЭС с неполной высотой подкачки в бассейн или канал на водоразделе. Характерным для этой схемы является раздельное расположение насосной и гидроэлектрической станций, в связи с чем У схему иногда называют раздельной.

По длительности цикла аккумулирования, т. е. по периоду сработки и наполнения бассейна различают ГАЭС

суточного,
недельного,
сезонного аккумулирования.

По схеме основного гидросилового оборудования:

четырех машинная схема, имеющая отдельные насосный и турбинный агрегаты, т. е. четыре машины (двигатель, насос, турбина и генератор);
трехмашинная схема (двигатель-генератор, насос и турбина);
двухмашинная схема (двигатель-генератор и обратимая гидромашина).

ГАЭС предназначены для работы в составе энергосистемы совместно с другими гидроэлектростанциями или совместив с одной-двумя ТЭС или АЭС. На рис. 17.2 а показано, что при отсутствии ГЭС или ГАЭС суммарные колебания нагрузок ТЭС и АЭС (

NТЭС +АЭС) энергосистемы достигают 40-50 % максимальной нагрузки (

N) и с ростом бытовых нагрузок имеют тенденцию к дополнительному относительному росту.

Рис. 17.2. Работа ГЭС и ГАЭС в графике суточной нагрузки.

Колебания нагрузок агрегатов ТЭС и АЭС вызывают повышение удельных затрат топлива, ускорение износа и сокращение сроков амортизации их оборудования, увеличение издержек и затрат времени на ремонт. На рис. 17.2 б видно, что покрытие пиковой части графиков суточных нагрузок с помощью ГЭС уменьшает колебания

NТЭС +АЭС. За счет работы ГАЭС в турбинном режиме также обеспечивается покрытие пиков графика, а в часы минимальных нагрузок ГАЭС работают в насосном режиме и потребляют энергию ТЭС или АЭС, повышают их загрузку и тем самым дополнительно уменьшают колебания нагрузки

NТЭС +АЭС (рис. 17.2 а). Это улучшает условия эксплуатации ТЭС и АЭС и снижает суммарные затраты топлива в энергосистеме. Исключительной особенностью ГАЭС, которой не обладает никакой другой тип электростанций, является именно повышение нагрузок ТЭС и АЭС в часы минимумов ("провалов") нагрузок. ГАЭС могут быть использованы также в полупиковой части графика суточных нагрузок, если верхняя, самая острая часть пика графика обеспечивается за счет работы каких-либо других электростанций (рис. 17.2 г). В самой верхней части графика использование мощности ГАЭС в течение отдельных суток имеет место примерно в течение 1,5-3 ч, в полупиковой части графика 5-8 ч (соответственно употребляется термин: трехчасовая зона, пяти-, восьмичасовая зона и т. д.).
Во многих случаях при решении вопроса о строительстве АЭС возможность ее аварийно-резервного использования является решающим фактором. Опыт показал, что при эксплуатации энергосистем не удается полностью устранить возникновение аварийных ситуаций, приводящих к нарушениям и даже прекращению энергоснабжения. В зарубежных энергосистемах предусматриваются дополнительные запасы воды в верхних бассейнах ГАЭС, рассчитанные на аварийное кратковременное использование ГАЭС в течение 1,5-3 ч. При возникновении аварийных ситуаций ГАЭС включается на полную мощность в течение нескольких десятков секунд и обеспечивает непрерывность энергоснабжения и возможность проведения работ по устранению последствий аварии. Очевидно, что такое использование ГАЭС имеет очень большое значение, так как устраняет необходимость создания других резервных пиковых электростанций.
Из приведенных на рис. 17.1 схем может сложиться впечатление, что строительство ГАЭС осуществимо только на местности, обладающей некоторым перепадом высот, необходимым для для создания напора. Однако это не так. ГАЭС сооружают и на совершенно ровной территории, размещая машинный зал станции и нижний бассейн под землей, например, как изображено на рис. 17.3.

Рис. 17.3. ГАЭС с подземными машинным залом и нижним бассейном.

Важная роль, которую играют ГАЭС в энергосистемах, является причиной быстрого роста количества и мощности таких станций. Во второй половине 70-х годов в 30 странах мира насчитывалось в эксплуатации и строительстве около 250 ГАЭС суммарной мощностью более 68 млн. кВт. По имеющимся данным, к 1990 г. мощность всех ГАЭС в мире достигнет примерно 100 млн. кВт при их доле в энергосистемах до 5,6 % в США и 4 % в Западной Европе.
Единичные мощности построенных и строящихся ГАЭС достигают 1500-2000 МВт, проектируются ГАЭС мощностью 3000- 3500 МВт. Большинство ГАЭС используют напоры 100-300 м отдельных случаях 800-900 м, а для ГАЭС с подземными бассейнами напоры могут достигать 1200-1500 м.