Гидроэлектростанция (ГЭС) — это комплекс сложных гидротехнических сооружений и оборудования. Его назначение — преобразовывать энергию потока воды в электрическую энергию. Гидравлическая турбина — главный двигатель на ГЭС. С ее помощью энергия воды, движущейся под напором, превращается в механическую энергию вращения, которая затем, благодаря электрическому генератору, преобразуется в электрическую энергию.

Важнейшее гидротехническое сооружение — плотина. Строится она поперек реки от берега до берега и перекрывает русло реки, что препятствует свободному стоку ее вод. Перегородив реку, плотина с одной своей стороны удерживает воду на более высоком уровне, чем с другой, создавая перепад в уровнях и увеличивая тем самым ее энергию. Ведь энергия падающей воды намного больше, чем энергия спокойно текущей воды. Плотины строят для использования водной энергии и производства электроэнергии, для задержания паводковых вод (орошение полей), для водоснабжения крупных городов, улучшения судоходства по рекам. Плотины бывают глухие, ни при каких условиях не пропускающие воду с высокого уровня на нижний, и водосливные, допускающие перелив воды через гребень плотины.

Плотина, которая является частью гидроэлектростанции, — водосливная. В ее теле — водопропускные отверстия, через которые вода с верхнего уровня сбрасывается в нижний. Падающая вода приводит во вращение гидравлические турбины — главные двигатели ГЭС, вырабатывающие электроэнергию.

Высота перепада (как говорят специалисты — напора), создаваемого плотиной, определяется требованиями энергетики, ведь энергия, вырабатываемая ГЭС, зависит не только от количества пропускаемой плотиной воды, но и от высоты, с которой она сбрасывается.

Высоту плотины определяет строительный материал, из которого ее сооружают. Плотины бывают земляные, каменные, каменно-земляные, бетонные и железобетонные.

Наиболее распространены среди средних и крупных плотин бетонные и железобетонные. По конструкции они подразделяются на массивные (гравитационные), арочные и гравитационно-арочные. Массивные плотины противостоят силе давления воды собственным весом. Арочные плотины строятся криволинейными, благодаря этому они передают нагрузку со стороны водохранилища на скалистые берега. Арочно-гравитационные плотины противостоят нагрузке и собственным весом, и упором на берега.

Самые древние плотины были обнаружены в Иерусалиме и у Джавы в Иордании. Эти земляные дамбы с каменной облицовкой построили еще в 3200 году до нашей эры.

Сегодня самые высокие плотины в мире находятся на территории бывшего СССР: высота плотины Ингурской ГЭС — 271,5 метров, Токтогульской ГЭС — 215 метров, Саяно-Шушенской ГЭС — 245 метров. Самая высокая в мире плотина Нурекской ГЭС — 310 метров.

Саяно-Шушенская плотина — самая мощная в мире. Она рассчитана на нагрузку 18 миллионов тонн от водохранилища.

Самая высокая плотина в Африке построена в 1971 году в Египте у города Асуан. Эта плотина (Садд-эль-Али) позволила установить контроль над ежегодным половодьем Нила. За счет строительства плотины стало возможным возделывать больше земли. Хотя тут же возникли другие проблемы. Так, например, изменился состав почвы вокруг дельты Нила за счет повышенного содержания соли в воде и перемены климата в этом регионе.

Асуан — город на восточном берегу Нила. Он расположен в 966 километрах к югу от Каира. Плотина находится в 13 километраж вверх по течению, к югу от Асуана. Примерно в шести километрах вниз по течению находится старая Асуанская плотина, которая была закончена в 1902 году. В те времена это была самая большая плотина мира, и арабы называли ее Эль-Садд.

Высота новой Асуанской плотины составила 111 метров, длина — 3,8 километра. В основании она по ширине равна 975 метрам и сужается к верхнему краю до 40 метров.

На строительство плотины пошло такое количество камней, песка, глины и бетона, что из этого материала можно было бы соорудить целых семнадцать пирамид Хеопса.

Поверх плотины пустили четырехполосную дорогу. Канал на восточной стороне плотины приводит в движение турбины гидроэлектростанции. Образовавшийся гигантский водный резервуар получил имя президента Египта Насера. Это одно из самых больших искусственных озер мира. Оно занимает площадь 5244 квадратных километра и простирается на 510 километров к югу, через Нубию к Судану.

Плотину спроектировали в Германии, а построили с помощью Советского Союза. Сооружение ее стоило жизни 451 человеку. Из-за ее строительства потеряли жилище 60000 нубийцев и жителей Судана. Они вынуждены были переселиться в другие места. Воды искусственного озера поглотили многочисленные древние памятники. Лишь самые важные из них были спасены благодаря беспримерной акции ЮНЕСКО. Так, скальные храмы Абу-Симбела близ границы Египта и Судана были вырублены и перенесены в безопасное место.

Самая мощная в мире гидроэлектростанция находится в Южной Америке. 13 октября 1982 года в Бразилии было завершено сооружение плотины Итайпу, которая сумела обуздать бурные воды реки Парана, или, как ее еще называют, — «Матери моря». Впервые в мире на столь могучей реке удалось реализовать уникальную гидротехническую операцию. На дно реки опустили двенадцать огромных ворот, закрывающихся с помощью гидравлики. На всю операцию ушло ровно восемь минут. Затем в течение двух недель воды реки поднимались, остановленные гигантской бетонной стеной, до запланированной отметки 100 метров. С этой высоты начался сброс воды по специальному каналу, достигнув вскоре планового уровня — 60000 кубометров в час.

В настоящее время в Бразилии разработан грандиозный план сооружения на реке Паране и ее притоках целой системы гидроэлектростанций. Всего он насчитывает более тридцати проектов, из которых часть находится еще в стадии подготовки, а часть — уже в стадии строительства. Реализация плана позволит производить 25 миллионов киловатт электроэнергии, не считая того, что вырабатывает уже Итайпу. Генераторы энергоблока гидроэлектростанции самые мощные в мире, каждый из них производит 700000 киловатт. Общая мощность гидроэлектростанции оценивается в 12,6 миллиона киловатт.

Проект Итайпу зародился еще до нефтяного кризиса 1973 года. Последний лишь укрепил намерения бразильского правительства полнее использовать необъятные энергоресурсы страны. Эксплуатацию гидроэлектростанции ведет компания «Итайпу-Бинасионал», созданная в 1973 году. Она принадлежит Бразилии и Парагваю, странам, делящим между собой произведенную электроэнергию. Название «Итайпу» означает буквально «Поющий камень» и поэтически передает шум воды, перекатывающейся через каменистые пороги.

Стоимость электростанции — одиннадцать миллиардов долларов. На ее строительстве работало 28000 рабочих. Гигантская бетонная плотина, которая в пять раз больше Асуанской, установлена в двадцати километрах к северу от города Фос-ду-Игуасу. Ее длина — почти 8 километров, высота — 196 метров, ширина — 400 метров. Для возведения этого грандиозного сооружения понадобилось отвести реку по двухкилометровому каналу шириной 150 метров, пробитому в скалах. После того как реку отвели, потребовалось время на высыхание русла, так что строительство плотины было начато только в 1979 году.

Преградив течение реки, плотина образовала искусственное озеро площадью 1340 квадратных километров. Перед затоплением этого района отсюда были вывезены все сколько-нибудь значительные археологические памятники — всего около трехсот. Уже после затопления в районе водохранилища была проведена реадаптация многих видов животных, обитавших здесь до затопления. Кроме того, по берегам искусственного озера было высажено 20 миллионов деревьев.