Су электр станциялары туралы негізгі мәліметтер
Су қабатының энергиясы
Су электр станциясы (СЭС) – бұл, энергияның негізгі көзі ретінде су ағынының энергиясын қолданатын электр станциясы. Әдетте, су электр станцияларын бөгеттер мен су қоймаларын салу арқылы өзендердің бойына орналастырады. Су электр станциясының құрылысы. 4.1-суретте көрсетілген. Су электр станцияларында электр энергиясын тиімді өндіру үшін 2 негізгі фактор қажет: су құрылысында жыл бойына сумен кепілді қамтамасыздандыру және мүмкіндігінше су еңістерін үлкейту, жер бедерін каньон тәрізді түрге ауыстырады. Су электр станцияларының негізгі жұмыс істеу принципі – биіктіктің өзгеруіне байланысты судың механикалық энергиясын турбиналар мен генераторлардың көмегімен электр энергиясына алмастыру болып табылады. Өкінішке орай, су электр станцияларының жұмыс принципі айтарлықтай қарапайым. Гидротехникалық құрылыстардың тізбегі – электр энергиясын өндіретін генераторларды іске қосатын су турбиналарынан ағып өтетін қажетті су қысымын қамтамасыз етеді. Қажетті су қысымы бөгеттердің көмегімен, сондай-ақ белгілі бір аймақтағы су концентрациясының әсерінен немесе ауытқығыш – табиғи судың тоғымен пайда болады. Кейбір жағдайларда қажетті су ағынын алу үшін бөгеттерді де, табиғи судың тоғын да қолданады.
4.1-сурет. Су электр станциясының сұлбасы
Тікелей су электр станциясының өзінде барлық энергетикалық жабдықтар орналасады. Тағайындамасына байланысты ол белгілі бір бөліктерге бөлінеді. Машина залында су тоғының энергиясын электр энергиясына тікелей айналдыратын су агрегаттары орналасқан. Су электр станцияларында сондай-ақ түрлі қосымша құрылғылар бар, басқару және су электр станциясының жұмысын бақылау құрылғылары, трансформаторлық станция, тарату құрылғылары және тағы басқалары. Су электр станциялары өндіретін қуаттарына қарай келесідей бөлінеді: қуатты – 25 МВт-тан 250 МВт және одан жоғары қуатты өндіреді; орташа – 25 МВТ-қа дейінгі қуатты өндіреді; шағын су электр станциялары – 5 МВт-қа дейінгі қуатты өндіреді. Сондай-ақ су электр станциялары су қысымын максималды қолдануына байланысты: жоғары қсымды – 60 м-ден жоғары; орташа қысымды – 25 м-ден бастап; төменгі қысымды – 3 м-ден 25 м-ге дейін болып бөлінеді. 
. Су қысымына байланысты су электр станцияларында турбиналардың көптеген түрлері қолданылады. Жоғары қысымдылары үшін – металдық спиралды камералары бар шөмішті және радиалды осьтік турбиналар қолданылады. Орташа қысымды су электр станцияларында кері қалақты және радиалды осьтік турбиналар, төменгі қысымдыларда – темір-бетонды камераларды орналасқан кері қалақты турбиналар қондырылған. Турбиналардың барлық түрлерінің жұмыс принципі ұқсас – үлкен қысымдағы су(су ағыны) айналатын турбина арқылы өтеді. Осылайша, механикалық энергия электр энергиясын өндіретін су генераторына жіберіледі. Турбиналар кейбір техникалық сипаттамаларымен, сондай-ақ судың әр түрлі қысымына есептелген темір немесе темір-бетонды камераларымен ажыратылады. Су электр станцияларының бірнеше түрлері бар: бөгетті, арналық, ауытқығыш және сужинағыш, жайылма, толқындық станция және теңіз ағындық станция. Арналық су электр станциясы. Бұл су электр станцияларының көптеп таралған түрі. Бұл станцияда судың ағыны өзендерді толығымен бөлетін немесе су деңгейін қажетті белгіге дейін көтеретін бөгеттерді орналастыру арқылы пайда болады. Бұндай су электр станцияларын суы мол өзендерге, сондай-ақ тау өзендеріне, арналары тар, қысқа болып келетін өзендердің бойына салады. Бөгетті су электр станциялары. Бұл станция судың үлкен ағыны бар өзендерде салынады. Бұл жағдайда өзен толығымен бөгеттеледі, ал су электр станциясы бөгеттен кейін, төменгі жақта орналысады. Бұл жағдайда, су тікелей емес, арналық су электр станцияларындағыдай арнайы ағындық тоннелдерде орналасқан турбиналар арқылы өтеді. Бөгетті су элект станциялары ең көп таралған және қуатты станциялардың бірі. Бұл станцияда өзен арнасын бөлуге және су айдынын салуға бөгеттер қолданылады. Судың жіберілуі – не су деңгейін ұстап қалу қажет болғанда, не электр энергиясына сұраныс туындағанда іске асады. Ауытқығыш су электр станциялары. Бұндай электр станцияларын еңісі үлкен өзендердің бойына салады. Су электр станцияларының бұл түріндегі судың қажетті концентрациясы ауытқудың көмегімен туындайды. Бұл жерде, су өзен арнасынан арнайы су шығару құрылғылары арқылы өтеді. Соңғылары – жазық, және олардың еңістігі өзеннің орташа еңістігіне қарағанда кішірек. Нәтижесінде су элект станциясының ғимаратына тікелей шығарылады. Ауытқығыш су электр станциялары әр түрлі түрде бола алады: ағынсыз, немесе ағынды ауытқу станциялары. Ағынды ауытқу кезінде, су тартқыш үлкен бойлық еңіс бойында орналасады. Екінші жағдайда, ауытқудың басында өзенде биік бөгет құрылады, және су қоймасы пайда болады – бұндай сұлба қажетті су концентрациясын алудың екі әдісі де қолданылғандықтан, аралас ауытқу деп аталады. Ауытқығыш түрінде, бөгетті су электр станцияларындағыдай барлық өзеннің ағаны қолданылмайды, керісінше каналдар мен су бұрғыштардың көмегімен турбинаға жеткізу үшін өзен суының жарты бөлігін ғана алады. Сәйкесінше, бұндай станциялардың құрылысына бөгеттердің қажеті болмайды. Су жинағыш электр станциялары. Бұндай су жинағыш электр станциялары өндірілген электр энергиясын жинауға қабілетті, және ең жоғарғы жүктеме кезінде оны іске қоса алады. Толығырақ 11-ші тарауда көрсетілген. Сонымен қатар, ағындардың және толқындардың энергиясымен жұмыс жасайтын теңіз станциялары бар, олар толығырақ 8-ші тарауда көрсетілген. Қазақстандағы су электр станцияларының потенциалы жылына 30 млрд.кВт 
сағ/жыл-мен бағаланған.
4.1-кесте. Қазақстандағы кейбір су электр станцияларының тізімі
| СЭС-ң аталуы | Белгіленген қуаты МВт | Жылдық өнімі кВт сағ | Соңғы блоктың енгізілу жылы |
| Бұқтырма СЭС | |||
| Шүлбі СЭС | |||
| Қапшағай СЭС | |||
| Өскемен СЭС | 331,2 | ||
| Мойнақ СЭС |
4.1-кестенің жалғасы
| Жоғары-Алматы СЭС | 15,6 | ||
| Алматы СЭС №2 | 14,3 | ||
| Қаратал СЭС | 10,71 | ? | |
| Тешін СЭС | 6,15 | ||
| Хариузов СЭС | 5,63 | ||
| Есік СЭС-2 | 5,1 | ||
| Қаратал СЭС-3 | 4,4 |
Қазақстанда айтарлықтай су ресурстары бар, теориялық тұрғыдан қарағанда елдегі барлық су ресурстарының қуаты 170 млрд.кВт сағ/жыл-ды құрайды, яғни қазіргі сәтте су ресурстарының азғантай бөлігі қолданылуда. 
. Қазақстанның су электр станцияларындағы барлық белгіленген қуаттар 2350,16 МВт-ты құрайды. Қазақстандағы барлық су электр станциялары жылына 7149,4 млн.кВ/сағ-тан жоғары қуат өндіреді. Негізгі өзендер: Ертіс, Іле және Сырдария. Экономикалық тиімді су ресурстары негізінен еліміздің шығысында (Алтай тауы) және оңтүстігінде шоғырланған. 4.1-кестеде кейбір су электр станциялары жөнінде мәліметтер көрсетілген. Су электр станцияларының маңыздылығы – электр энергиясының өндірісінде олардың жаңыртылған табиғи ресурстарды қолдануы болып табылады. Сонымен қатар, су электр станцияларында қосымша отынға сұраныс жоқ, алынған электр энергиясының соңғы құны, электр станцияларының басқа түрлерінің қолданысына қарағанда айтарлықтай төмен.
4.2. Шағын су электрстанцияларының балама энергиямен жабдықтау көзі ретінде қолданылуы.Қазақстанның шағын су электр станциялары – бұл, Қазақстан аумағында орналасқан, қуаты 25 МВт-тан төмен шағын су электр станциялары. . Шағын су элекрт станцияларын 50 жылға дейін жабдықтарды ауыстыруда ешқандай елеулі шығынсыз қолдануға болады. Су электр станцияларының құрылысының қаржылай шығындары өндірістік дамыған және дамушы елдердің арасында айтарлықтай айырмашылыққа ие. Дамушы елдерде, мысалы, қоғамдық жұмыстардағы жұмыс күшінің төменгі бағасына байланысты шығындары, өнеркәсіптік дамыған елдерге қарағанда айтарлықтай аз. Дамушы елдердегі су энергетикалық кешеннің құрылысы монтаждық жұмыстардың және жабдықтардың шартты тең құны кезінде, дамыған елдерге қарағанда, көбірек экономикалық заңды болуы мүмкін. Әлемдегі су ресурстардың шектеулілігін ескере отырып, 2030 жылға дейінгі кезеңде су энергетикасының даму қарқына айтарлықтай төмендейтінін болжауға болады, бірақ бұл ретте шағын су энергетикасының әртараптануы қолдау табады. Өсудің 4,5-4,7 % қарқынында шағын су электр станцияларындағы электр энергиясының өндірісі 2030 жылға қарай 770-780 ТВт сағ-қа жетеді, бұл әлемдегі электр энергиясының өндірісінің небәрі 2%-ын құрайды. Осылайша, шағын су энергетикасын жақын болашақта ең маңызды және бәсекеге қабілетті жаңартылған энергия көзінің бірі болады деп айтуға болады. Шағын электр станциялары табиғи ландшафты, қоршаған ортаны пайдалану кезінде ғана емес, сондай-ақ құрылыс процесінде сақтап қалуға мүмкіндік береді. Кейінгі пайдалану кезінде судың сапасына кері әсері болмайды: ол толығымен алғашқы табиғи құрамын сақтайды. Өзендерде балықтар сақталады, су халықты ауыз сумен қамтамасыздандыру үшін қолданылады. Басқа экологиялық қауіпсіз жаңартылған электр энергиясының күн, желсияқты көздеріне қарағанда, шағын су энергетикасы іс жүзінде ауа райының жағдайына байланысты емес және тұтынушыларға арзан электр энергиясының тұрақты берілуін қамтамасыздандыруға қабілетті. Шағын энергетиканың тағы бір артықшылығы – үнемділігі. Табиғи энергия көздері – мұнай, көмір, газ таусылған жағдайда үнемі қымбаттайды, өзендердің арзан, қолжетімді, жаңартылған энергиясының қолданылуы, әсіресе шағын су энергиясының қолданылуы, арзан электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді. Оның үстіне, шағын су энергетикасының ғимараттарының объектілері төменгі шығынды және тез өтемді. Қазіргі уақытта Қазақстанда пайдаланылатын, су электр станцияларының қондырылған қуаттарының үлесі, бірыңғай энерго жүйенің 12%-ын құрайды. Ал, су ресурстары бар технологиялық және су энергетикалық мүмкіндіктер, республикада, бұл көрсеткішті 45-50%-ға дейін көтереді. Сұлбаны жетілдіруді жүргізудің қажеттілігі – қазіргі шағын су электр станцияларындағы энергия көздерінің құрылысына массивті тұндырғыштың әсерінен күрделі салымдардың өте жоғары болуымен, жеке орналасқан канал арқылы суды бос ағызумен және сумен қамтамасыздандыру жүйесінің күрделілігімен байланысты. Шағын су энергетикасының объектілері шартты түрде келесідей екі түрге бөлінеді: «мини» – 5000 кВт-қа дейінгі бірлік қуатты қамтамасыздандыратын және «микро» – 3кВт-тан 100 кВт-қа дейінгі диапазонда жұмыс істейтін. 4.2-ші суретте шағын су энергетикасының негізгі техникалық-экономикалық және болжамды көрсеткіштері көрсетілген. Бұндай қуатты су электр станцияларының қолданылуы Қазақстан үшін жаңалық емес, керісінше, өткен өмірден қалған жақсы естелік: 50-60-шы жылдары біздің бірнеше мыңдаған шағын су электр станциялары жұмыс істеді. Бүгінгі күні олардың саны бірнеше жүзге арең жетеді. Сонымен қатар, органикалық отындардағы бағаның тұрақты өсуі, электр энергиясының айтарлықтай қымбаттауына алып келеді, оның үлесі өндірілетін өнімнің өзіндік құнының 20 және одан көп %-ын құрайды. Бұл фонда шағыг су энергетикасы жаңа өмірді бекітеді.
4.2-кесте. Шағын су энергетикасының техникалық-экономикалық және болжамдық көрсеткіштері.
| Техникалық көрсеткіштері | СЭС-ы түрлерінің халықаралық анықтамалары | ||||||
| СЭС-ң санаттары | МикроСЭС (1 МВт-қа дейін) | Шағын СЭС (1-10 МВт) | Өзге СЭС (10 МВт-тан жоғары) | ||||
| Су турбиналарының ПӘК-і (%) | 92-ге дейін | 92-ге дейін | 92-ге дейін | ||||
| Құрылыс мерзімі (ай) | 6-10 | 10-18 | 18-96 | ||||
| СЭС-ын пайдаланудың мүмкін мерзімдері (жыл) | 100-ге дейін | ||||||
| Белгіленген қуатты қолдану коэффициенті (%) | 40-60(50) | 34-56(45) | 34-56(45) | ||||
| Жүктеме коэффициенті (%) | |||||||
| Қоршаған ортаға әсері | |||||||
| СО2 және басқа жылулық газдардың лақтырылуы(кг/МВт сағ) | Елеулі емес | ||||||
| СЭС-ң құрылысына кеткен шығындар(2008 жылғы бағамен,$) | |||||||
| Құрылыс жұмыстарына кеткен шығындарды қосқандағы инвестициялық бағасы (S/КВт) | 2500-10000(5000) | 2000-7500(4500) | 1750-6250(4000) | ||||
4.2-кестенің жалғасы
| Пайдалану мен қызмет көрсетуге кеткен шығындар(тіркелген және айнымалы) (S/КВт) | 50-90(75) | 45-85(65) | 35-85(60) | |||||
| Экономикалық жұмыс мерзімі (жыл) | ||||||||
| Барлық өндірілген электр энергиясының бағасы (S/МВт сағ) | 55-185(90) | 45-120(82,5) | 40-110(75) | |||||
| Болжам мерзімі | 2010 жыл | 2020 жыл | 2030 жыл | |||||
| Құрылыс жұмыстарына кеткен шығындарды қосқандағы инвестициялық бағасы (S/КВт) | ||||||||
| Барлық өндірілген электр энергиясының бағасы (S/МВт сағ) | 82,5 | 67,5 | 67,5 | |||||
| Барлық электр энергетикалық нарықтағы су электр станциясының электр энергиясының үлесі (%) | 16-17 | 18-20 | 20-21 |
Қазақстанда салынған және жобаланған шағын су электр станцияларының көпшілігінің арнайы су қоймалары жоқ. Оларда бөгеттердің құрылысы кезінде алдын-ала су алымдары қаралмаған. Сондықтан, олар электр энергиясын су көзіндегі табиғи су деңгейінің құлауы есебінен өндіреді. 
. Өзендердің тартылуы кезінде немесе ағын жылдамдығының белгілі бір шамадан төмен түсуі электр энергиясының өндірісін бәсеңдетеді. Республикадағы шағын су энергетикасының кең ауқымды даму жолындағы ең үлкен кедергісі, арнаны бос тастау, еңбекті көп қажет ететін және қолайсыз құрылыстардың қажеттілігінен туындаған жоғарғы күрделі шығындар болып табылады. Бұл жағдайларға қарамастан және елеулі(кейбір елдерде) өтелу мерзімі – 7-10 жыл, шағын су электр станциялары олардың ұзақ мерзімді қызметі үшін(70 жылдан жоғары) және техникалық қызмет көрсетудің төменгі шығындары салдарынан рентабельді болып табылады. Шағын су электр станцияларының құрылысына ынталандыратын факторларға: су ресурстарының тұрақты жаңартылуы; қоршаған ортаға тигізетін әсерінің аз болуы; жылу станцияларымен салыстарғандағы элект энергиясының өзіндік құнының аз болуы; минералды отынның айтарлықтай үнемділігі; Коммуналдық-тұрмыстық жағдайлар мен адам еңбегінің жақсаруы; шағын су электр станциялары ұзақ мерзімді құрылысты қажет етпейді; күрделілігінің төмен болуы; қысқа инвестициялық циклі жатады. Айта кететін жағдай шағын су электр станцияларының объектілері – жеке капиталдық қызығушылығын өзіне аударатын сала. Шағын су құрылыстарын салудың оңтайлы өзін-өзі ақтау мерзімі – 4-5 жыл, ал көтерме және бөлшектік нарықтардан сатып алынатын электр энергиясы бағасының өсуімен, бұл мерзімдер жылдың салыстырмалы түрдегі қысқа кезеңі арқылы 1,5 есе азаяды, бұл шағын және орта бизнес үшін жақсы. Шағын су электр станцияларын салу үлкен маңызға ие. Бұл ретте, су электр станцияларының құрылыстарының ең қауіпсіз, сонымен қатар энергияны алудың экологиялық әдісі екенін түсіну керек. СО2-нің азаюы екінші негізгі аспект, бұл ретте су электр станцияларының энергиясын генерациялау су тасқынын ескерту үшін қолданылуы мүмкін.