Как устроены и работают гидроэлектростанции. Какие бывают виды ГЭС. Каковы преимущества и недостатки гидроэнергетики. Каковы перспективы развития ГЭС в России и мире.
Принцип работы гидроэлектростанции
Гидроэлектростанция (ГЭС) — это комплекс сооружений и оборудования, использующий энергию падающей воды для выработки электричества. Основной принцип работы ГЭС заключается в следующем:
- Плотина перегораживает реку, создавая перепад уровней воды.
- Вода из верхнего бьефа (водохранилища) по водоводам поступает на лопасти гидротурбины.
- Падающая вода вращает турбину, которая соединена с ротором генератора.
- Генератор преобразует механическую энергию вращения в электрическую.
- Трансформатор повышает напряжение тока для передачи на большие расстояния.
Мощность ГЭС зависит от напора воды (разницы уровней верхнего и нижнего бьефов) и расхода воды через турбины. Чем больше эти показатели, тем выше мощность станции.
Основные элементы конструкции ГЭС
- Плотина — создает подпор воды и напор.
- Водохранилище — накапливает запас воды.
- Водоприемник — забирает воду из водохранилища.
- Напорный водовод — подводит воду к турбинам.
- Здание ГЭС — в нем размещаются турбины и генераторы.
- Гидротурбины — преобразуют энергию потока в механическую энергию вращения.
- Гидрогенераторы — вырабатывают электрический ток.
- Трансформаторная подстанция — повышает напряжение для передачи.
Важную роль играют также водосбросные сооружения для пропуска излишков воды и рыбопропускные сооружения.
Классификация гидроэлектростанций
ГЭС можно классифицировать по нескольким признакам:
По мощности:
- Мощные — более 25 МВт
- Средние — от 5 до 25 МВт
- Малые — до 5 МВт
- Микро-ГЭС — до 100 кВт
По напору воды:
- Высоконапорные — более 60 м
- Средненапорные — 25-60 м
- Низконапорные — менее 25 м
По схеме создания напора:
- Плотинные
- Деривационные
- Смешанного типа
Выбор типа ГЭС зависит от природных условий и требуемых характеристик.
Особенности различных видов ГЭС
Рассмотрим подробнее особенности основных видов гидроэлектростанций:
Плотинные ГЭС
В плотинных ГЭС напор создается за счет строительства плотины, перегораживающей реку. Это наиболее распространенный тип крупных ГЭС. Особенности:
- Возможность создания большого напора
- Регулирование стока реки
- Большая мощность
- Значительное затопление территории
Деривационные ГЭС
В деривационных ГЭС вода отводится из реки по специальному каналу или тоннелю. Особенности:
- Небольшое влияние на речной сток
- Меньшее затопление земель
- Возможность использования на горных реках
- Более сложное и дорогое строительство
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)
ГАЭС позволяют накапливать энергию путем закачки воды в верхний бассейн. Особенности:
- Работа в пиковом режиме
- Возможность запасать избыточную энергию
- Высокий КПД цикла (до 75%)
- Быстрый выход на полную мощность
Преимущества и недостатки гидроэнергетики
Гидроэнергетика имеет ряд важных преимуществ:
- Использование возобновляемого источника энергии
- Низкая себестоимость электроэнергии
- Отсутствие вредных выбросов в атмосферу
- Высокий КПД (до 93%)
- Быстрый пуск и набор нагрузки
- Длительный срок службы (50-100 лет)
Однако есть и определенные недостатки:
- Затопление больших территорий при создании водохранилищ
- Влияние на экосистему реки
- Зависимость от гидрологических условий
- Высокие капитальные затраты на строительство
- Необходимость переселения людей из зоны затопления
Поэтому при проектировании ГЭС необходимо тщательно оценивать все факторы.
Перспективы развития гидроэнергетики
Несмотря на то, что большинство крупных рек уже освоено, у гидроэнергетики есть перспективы развития:
- Строительство малых и микро-ГЭС
- Модернизация и повышение эффективности существующих ГЭС
- Развитие гидроаккумулирующих станций
- Освоение энергии приливов и волн
- Внедрение новых технологий (например, бесплотинных ГЭС)
В России гидропотенциал освоен лишь на 20%, что открывает возможности для дальнейшего развития отрасли.
Крупнейшие ГЭС России и мира
Самые мощные гидроэлектростанции мира:
- ГЭС «Три ущелья» (Китай) — 22,5 ГВт
- ГЭС Итайпу (Бразилия/Парагвай) — 14 ГВт
- ГЭС Силоду (Китай) — 13,86 ГВт
- ГЭС Гури (Венесуэла) — 10,2 ГВт
- Красноярская ГЭС (Россия) — 6 ГВт
Крупнейшие ГЭС России:
- Саяно-Шушенская ГЭС — 6,4 ГВт
- Красноярская ГЭС — 6 ГВт
- Братская ГЭС — 4,5 ГВт
- Усть-Илимская ГЭС — 3,84 ГВт
- Богучанская ГЭС — 2,997 ГВт
Эти гигантские сооружения наглядно демонстрируют мощь гидроэнергетики.
Экологические аспекты гидроэнергетики
Строительство и эксплуатация ГЭС оказывает значительное влияние на окружающую среду:
- Затопление больших территорий при создании водохранилищ
- Изменение гидрологического режима реки
- Влияние на речные экосистемы и миграцию рыб
- Изменение микроклимата в районе водохранилища
- Возможность усиления сейсмической активности
Для минимизации негативного воздействия применяются различные меры:
- Строительство рыбопропускных сооружений
- Очистка ложа водохранилища перед затоплением
- Берегоукрепительные работы
- Компенсационные мероприятия по восстановлению природы
- Внедрение экологически безопасных технологий
Современные подходы позволяют существенно снизить экологические риски гидроэнергетики.
принцип работы, схема, оборудование, мощность
Содержание
- От Древнего Китая до XXI века
- Производство электроэнергии на ГЭС: просто о сложном
- Основные технологические процессы в электроэнергетике
- Классификация ГЭС и конструктивные отличия
Электричество, как основополагающий двигатель развития цивилизации, вошло в жизнь человечества сравнительно недавно. Активное использование электроэнергии началось чуть более ста лет назад.
От Древнего Китая до XXI века
С давних времён человечество стремилось продуктивно использовать энергию воды. За несколько веков до начала нашей эры уже существовали водяные мельницы в Китае, Индии, Средней и Малой Азии. На Руси водяные мельницы появились, судя по дошедшим до нас летописям, в XI веке и использовались для помола зерна. Особенно широко водяные колёса стали применяться в качестве промышленных двигателей во времена Петра I в связи с бурным развитием горнорудного дела на Урале.
Для дальнейшего развития промышленности потребовалось создать более совершенный водяной двигатель, который был теоретически обоснован и разработан в начале XIX века и впервые назван турбиной. В отличие от примитивного водяного колеса, которое было создано по наитию, гидравлическая турбина оптимизирована для наилучшей передачи валу силы давления, создаваемой потоком на лопастях рабочего колеса.
Современные гидравлические турбины по принципу подвода и прохождения потока по рабочему колесу делятся на следующие три основных типа.
- Осевые (турбина Каплана и пропеллерная турбина), в которых поток воды поступает на лопасти колеса и протекает по ним в осевом направлении по спиральным линиям, причём ось вращения потока совпадает с осью вращения рабочего колеса.
- Радиально-осевые (турбина Френсиса). В этих турбинах поток воды поступает на лопасти колеса и вначале протекает по спиральным линиям в радиальном направлении, перпендикулярном оси вращения рабочего колеса, а затем изменяет свое направление с радиального на осевое.
- Ковшовые (турбина Пелтона), поток воды в которых поступает на рабочее колесо свободной струёй, направленной по касательной к рабочему колесу.
По второму способу классификации гидравлических турбин — в зависимости от изменения давления воды — различают реактивные турбины (осевые и радиально-осевые) и импульсные (ковшовые).
Большинство гидравлических турбин являются реактивными и подходят для работы при низком (<25-30 м) и среднем (30-300 м) значениях напора. Импульсные турбины используются в случае большого напора — 300 м и выше. Выбор наиболее подходящей турбины определяется границами применимости каждого типа по мощности, напору и числу оборотов в минуту.
История мировой электроэнергетики
Электроэнергетика – стратегическая отрасль экономической системы любого государства. История возникновения и развития ЭЭ берёт своё начало с конца XIX столетия. Предтечей появления промышленной выработки электроэнергии являлись открытия основополагающих законов о природе и свойствах электрического тока.
Отправной точкой, когда возникли производство и передача электроэнергии, считают 1892 год. Именно тогда была построена первая электростанция в Нью-Йорке под руководством Томаса Эдисона. Станция стала источником электрического тока для ламп уличного освещения. Это был первый опыт перевода тепловой энергии от сгорания угля в электричество.
С тех пор началась эра массового строительства тепловых электростанций (ТЭС), работающих на твёрдом топливе – энергетическом угле. С развитием нефтяной промышленности появились огромные запасы мазута, которые образовывались в результате переработки нефтепродуктов. Были разработаны технологии получения носителя тепловой энергии (пара) от сжигания мазута.
С тридцатых годов прошлого века получили широкое распространение гидроэлектростанции (ГЭС). Предприятия стали использовать энергию ниспадающих потоков воды рек и водохранилищ.
В 70-е годы началось бурное строительство атомных электростанций (АЭС). Одновременно с этим стали разрабатываться и внедряться альтернативные источники электроэнергии: это ветровые установки, солнечные батареи, щелочно-кислотные геостанции. Появились мини установки, использующие тепло для получения электричества в результате химических процессов разложения навоза и бытового мусора.
История российской электроэнергетики
Мощным толчком развития производства электрической энергии стало принятие молодым государством СССР плана ГОЭЛРО в 1920г. Было принято решение о строительстве 10 электростанций общей мощностью 640 тыс. кВт в течение 15 лет. Однако уже к 1935 году было введено в строй 40 государственных районных электростанций (ГРЭС). Была создана мощная база индустриализации России и союзных республик.
В 30-х годах началось массовое строительство гидроэлектростанций (ГЭС) на территории СССР. Осваивались реки Сибири. На Украине была возведена знаменитая Днепрогэс. В послевоенные годы государством уделялось внимание строительству ГЭС.
Важно! Появление в России дешевого электричества решило проблему городского транспорта в крупных областных центрах. Трамваи и троллейбусы не только стали экономическим стимулом использования электроэнергии в транспорте, но и принесли значительное сокращение потребления жидкого топлива. Дешёвый энергоресурс привёл к появлению на железных дорогах электровозов.
В 70-е годы в результате мирового энергетического кризиса произошло резкое повышение цен на нефть. В России стал внедряться план развития атомной энергетики. Практически во всех республиках Советского Союза стали строить АЭС. Лидером в этом отношении стала нынешняя Россия. На сегодняшний день на территории Российской Федерации действуют 21 АЭС.
Производство электроэнергии на ГЭС: просто о сложном
Принцип работы гидроэлектростанции состоит в том, что вода падает на лопасти турбины и вращает их.
Далее энергия передается генератору, который за счет явления электромагнитной индукции генерирует ток. На ГЭС производят порядка 15% всей электроэнергии в мире.Гидроэлектростанции называют сокращенно ГЭС. Важно не путать их с ГРЭС – государственными районными электростанциями, работающими за счет сжигания топлива (угля, торфа или иного). Сокращение ГРЭС относится к временам СССР, сейчас его практически не используют.
Как производят э/э на ГЭС, ясно уже из названия – с помощью энергии гидры – воды.
Около 15% всего электричества в мире производится именно на гидроэлектростанциях.
Устройство
Общий принцип работы прост: для вращения турбины используется энергия воды. Чем больше турбина, тем сильнее должен быть напор воды. Отчасти он достигается перепадом высоты.
Чтобы обеспечить нужный перепад, строится плотина. Этим решается еще одна задача: создается водохранилище, запасы воды в котором позволяют не зависеть от колебаний объема реки в зависимости от времени года.
Водохранилище перед плотиной называется верхним бьефом, вода, которая прошла через плотину, образует нижний бьеф. Разность высот между бьефами влияет на напор Н.
Комплекс сооружений ГЭС состоит из:
- плотины;
- непосредственно электростанции;
- шлюзов для забора воды и пропуска судов.
Вода приводит в движение гидротурбины, которые вращают синхронные гидрогенераторы. Формула мощности проста: прямая зависимость от напора H и расхода жидкости Q: P = H*Q.
Получается, чем круче перепад высот и чем больше поток воды, тем мощнее станция.
Самая высокая в мире плотина – 305 метров. Она находится на Цзиньпинской ГЭС на реке Ялунцзян в западной части провинции Сычуань на Юго-Западе Китая. Ее мощность − 3,6 ГВт.
Мощности
Есть разные гидроэлектростанции, которые можно поделить по вырабатываемой мощности:
- Очень мощные – с выработкой более 25 МВт.
- Средние – с выработкой до 25 МВт.
- Малые – с выработкой до 5 МВт.
Мощность ГЭС зависит от в первую очередь от потока воды и КПД самого генератора, который на ней применяется. Но даже самая эффективная установка не сможет производить большие объемы электроэнергии при слабом напоре воды. Также стоит учитывать, что мощность гидроэлектростанции не является постоянной. В силу естественных природных причин уровень воды в дамбе может увеличиваться или уменьшаться. Все это оказывает влияние на объемы производимой электроэнергии.
Роль плотины
Самый сложный, большой и вообще основной элемент любой ГЭС – плотина. Невозможно понять, что такое ГЭС, не разобравшись в сути работы плотины. Они представляют собой огромные перемычки, которые удерживают водный поток. В зависимости от конструкции они могут отличаться: есть гравитационные, арочные и другие сооружения, но их цель всегда одна – удержание большого объема воды. Именно благодаря плотине удается концентрировать стабильный и мощный поток воды, направляя его на лопасти турбины, которая вращает генератор.
Он, в свою очередь, и производит электрическую энергию.
Принцип работы
Основа работы ГЭС – это энергия падающей воды. Из-за разности уровней речная вода образует непрерывный поток от истока к устью. Плотина – неотъемлемая часть практически всех гидроэлектростанций, перекрывает движение воды в русле реки. Перед плотиной образуется водохранилище, создавая значительную разницу уровня воды до и после нее.
Верхний и нижний уровень воды называют бьефом, а разницу между ними — высотой падения или напором. Принцип работы достаточно прост. На нижнем бьефе устанавливается турбина, на лопасти которой направляется поток с верхнего бьефа. Падающий поток воды приводит в движение турбину, а она через механическую связь вращает ротор электрического генератора. Чем больше напор и количество воды, проходящее через турбины, тем выше мощность гидроэлектростанции. Коэффициент полезного действия составляет около 85%.
Особенности
Существует три фактора эффективного производства энергии на гидроэлектростанциях:
- Круглогодичная гарантированная водообеспеченность.
- Благоприятствующий рельеф. Наличие каньонов и перепадов способствуют гидростроительству.
- Больший уклон реки.
Эксплуатация гидроэлектростанция имеет несколько, в том числе сравнительных особенностей:
- Себестоимость производимой электроэнергии существенно меньше, чем на других видах электростанций.
- Возобновляемый источник энергии.
- В зависимости от количества энергии, которое должна производить ГЭС, ее генераторы можно быстро включать и выключать.
- По сравнению с другими видами электростанций ГЭС намного меньше влияет на воздушную среду.
- В основном ГЭС — это удаленные от потребителей объекты.
- Строительство гидроэлектростанций очень капиталоемкое.
- Водохранилища занимают большие территории.
- Строительство плотин и устройство водохранилищ перекрывает многим видам рыб пути к нерестилищам, что кардинально меняет характер рыбного хозяйства. Но при этом в самом водохранилище устраиваются рыбоводческие хозяйства, увеличиваются запасы рыбы.
Основные технологические процессы в электроэнергетике
Нормативы потребления электроэнергии на человека без счетчика
Производство электроэнергии в России базируется на трёх китах энергетической системы. Это атомная, тепловая и гидроэнергетика.
Три вида генерирования электричества
ЭлектростанцияТопливоГенерация
| ТЭС | Уголь, мазут | Получение пара от сгорания топлива, который движет турбины генераторов |
| ГЭС | Потенциальная энергия потока воды | Движение турбин под напором воды |
| АЭС | Урановые сердечники | Получение пара от тепла ядерной реакции. Энергия пара движет генераторные паротурбины |
Классификация ГЭС и конструктивные отличия
Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений.
В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:
- Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
- Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
- Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
- Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
- Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.
ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы. Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.
Источники
- https://amperof.ru/elektroenergia/proizvodstvo-elektroenergii.html
- https://www.energovector.com/energoznanie-serdtse-ges.html
- https://moneymakerfactory.ru/articles/proizvodstvo-elektroenergii-na-ges/
- https://FB. ru/article/352306/ges-printsip-rabotyi-shema-oborudovanie-moschnost
- https://www.syl.ru/article/309060/ges—eto-chto-takoe-spisok-krupneyshih-ges-rossii
- https://ekoenergia.ru/alternativnaya-gidroenergetika/printsip-rabotyi-ges.html
ru/article/352306/ges-printsip-rabotyi-shema-oborudovanie-moschnost[свернуть]
Принципы работы ГЭС, модификации и технические характеристики электростанций
Перспектива дефицита и дороговизна минеральных энергоресурсов заставляют уделять больше внимания возобновляемым источникам энергии. Самым эффективным из них на сегодняшний день является гидроэнергия. Современные ГЭС аккумулируют ее и превращают в электричество, обеспечивая низкую себестоимость киловатта и высокую мощность.
Принцип работы ГЭС – это использование силы падающей воды для вращения вала электрогенератора. Напор воды подается на лопасти турбины, которая раскручивает ротор. Электрический ток от генератора поступает на трансформаторы, выравнивается, передается на распределительные станции и оттуда – по линиям электропередач к конечному потребителю.
Выработка энергии напрямую зависит от напора воды в ГЭС, количества и типа установленных турбин.
Содержание
- 1 Классификация и конструктивные отличия
- 2 Особенности возведения и эксплуатации
- 3 Технические нюансы
Классификация и конструктивные отличия
Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений. В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:
- Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
- Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
- Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
- Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
- Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.
ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы.
Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.
Особенности возведения и эксплуатации
Выбор определенной модификации ГЭС определяется особенностями местности и расчетной эффективностью речного потока. Общая схема всех видов в обязательном порядке включает сорозаборные решетки на входных отверстиях, центр управления и контроля, площадку для обслуживания электрооборудования и трансформаторы, преобразующие вырабатываемое электричество в 220 V или другой необходимый стандарт напряжения.
Для сооружения генератора ГЭС используют распространенные унифицированные элементы. Все оборудование износостойкое, обладает большим сроком эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию. Но в целом устройство каждой станции уникально. Конструкцию, привязанную к конкретному географическому району, нельзя повторить, как нельзя найти и две идентичные по условиям бассейна реки.
Разобравшись, как работает гидроэлектростанция, можно сформулировать ее преимущества относительно ТЭС и АЭС:
- вода — возобновляемый и чистый источник энергии;
- высокий КПД;
- отсутствие расходов на топливо;
- снижение затрат на обслуживание и персонал;
- низкий уровень риска аварий.
Причина, по которой выработка электроэнергии ГЭС составляет лишь около 20% от мирового производства электричества, заключается в необратимом влиянии на экосистему по всему руслу реки и ирригацию прилегающих территорий. Размеры всего гидроузла, включая водохранилище, достигают сотен тысяч га. До сих пор не существует надежных методов комплексной оценки масштабов такого влияния.
Технические нюансы
ГЭС выходят на проектную мощность быстрее, чем другие электростанции. Вследствие того, что природный напор воды непостоянен, сооружения без компенсаторных механизмов выдают разную производительность.
В качестве основной характеристики для гидроэлектростанций принято брать установленную мощность всех ее генераторов. В зависимости от этого различают:
- установленная мощность свыше 1000 МВт;
- от 100 до 1000 МВт;
- от 10 до 100 МВт;
- до 10 МВт.
По высоте напорного потока ГЭС делятся на:
- высоконапорные — свыше 60 м;
- средненапорные — от 25 м;
- низконапорные — от 3 до 25 м.
От силы потока зависит выбор типа турбины. В высоконапорных ГЭС используют ковшевую, не погружаемую конструкцию. Вода в нее подается сильной струей из сопел и толкает ковши. При более низком напоре применяют радиально-осевые или поворотно-лопастные аппараты. Они полностью погружены в емкость с водой, имеют различный наклон оси, строение и количество лопастей, за счет своей конструкции раскручиваются при потоке небольшой силы. Камеры для турбин производят из стали или железобетона. Здание с электрооборудованием может располагаться непосредственно внутри плотины, рядом с ней или, в случае деривационного типа, далеко от источника воды.
В состав сооружений ГЭС включают шлюзы для судов, рыбоходы, водосбросы, ирригационные отводы при условии, что такое дополнение необходимо для поддержания действующей транспортной, сельскохозяйственной или экосистемы в пойме реки.
‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘
‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘
КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Гидроэлектроэнергия – это источник энергии, получаемый из воды, который зависит не только от объема, но и от перепада высот между источником и оттоком. Другими словами, гидроэлектроэнергия считается устойчивым возобновляемым источником энергии благодаря циркуляции воды под воздействием Солнца с использованием турбин и генераторов для преобразования воды в электричество.
Содержание
1. Из каких компонентов состоит гидроэлектростанция?
2. Принцип работы гидроэлектростанций
3. Роль гидроэлектростанций
4. Выбор престижных и качественных трансформаторов для гидроэлектростанций
Гидроэлектростанция состоит из следующих компонентов:
Плотина гидроэлектростанции : помогает хранить воду, создавая большой резервуар.
Водопровод : Подводит воду к турбине.
Турбина : Турбина крепится к генератору сверху с помощью вала. Наиболее распространенным типом турбин, используемых на гидроэлектростанциях, является турбина Фрэнсиса, имеющая форму большого диска с изогнутыми лопастями. Каждая турбина весит около 172 тонн и вращается со скоростью 90 оборотов в минуту.
Генератор : Машина, состоящая из ряда гигантских магнитов, вращающихся вокруг медной катушки.
Трансформатор, расположенный внутри электростанции, вырабатывает переменный ток и преобразует его в ток более высокого напряжения.
Линия электропередачи : Линия электропередачи, состоящая из трехфазных проводов вырабатываемой электроэнергии и нейтрального провода.
Дренаж : Помогает направить воду по трубам в реку вниз по течению.
Структура гидроэлектростанции
Работа гидроэлектростанции состоит из четырех основных этапов:
Стадия 1 : Вода под высоким давлением течет по большим стальным трубам, называемым напорными водопроводами, создавая гигантские водяные столбы с большим напором идут внутри фабрики.
Этап 2 : Сильный поток воды вращает турбину генератора; механическая энергия превращается в электрическую.
Этап 3 : Генерируемая электроэнергия проходит через трансформатор для генерации тока высокого напряжения.
Этап 4 : Высоковольтный ток будет подключен к распределительной сети и передан в города.
Чтобы узнать больше о том, как производится электричество, смотрите детали рабочего механизма плотины гидроэлектростанции в видео ниже.
Принцип работы гидроэлектростанции
Гидроэнергетика с механизмом использования динамики или энергии речного стока в настоящее время составляет 20% мировой электроэнергии. В дополнение к некоторым странам с большим гидроэнергетическим потенциалом, водные ресурсы также часто используются для удовлетворения часов пик, потому что они могут храниться в непиковые часы (фактически гидроаккумулирующие гидроэлектрохранилища — иногда используются для хранения электроэнергии, произведенной тепловыми электростанциями для использовать в часы пик). Гидроэлектроэнергия не является основным выбором в развитых странах, потому что большинство крупных объектов в этих странах, которые имеют потенциал для производства гидроэлектроэнергии таким образом, уже эксплуатируются или не могут быть использованы из-за этого.
другие причины, такие как окружающая среда.
Гидроэлектростанции EVN играют очень важную роль не только в национальной энергосистеме, но и в обеспечении электроэнергией системы, служа социально-экономическому развитию страны и международной интеграции.
Кроме того, гидроэлектростанция играет ключевую роль в предотвращении наводнений в дельте и обеспечении водой для орошения территорий, расположенных ниже по течению, и в то же время ограничивает проникновение соленой воды в контексте изменения климата и повышения уровня моря.
Гидроэлектростанции также приносят доход в бюджет провинции, строят районы переселения с полной инфраструктурой, такой как «электричество, дороги, школы, станции», создают рабочие места для части населения в этом районе и создают условия для людей в отдаленных районах. прикоснуться к новым культурным знаниям.
Трансформатор является важным устройством в операционной системе гидроэлектростанции. Поэтому, чтобы выбрать трансформатор хорошего качества, обеспечивающий хорошую работу, пользователям необходимо внимательно изучить и проконсультироваться у ряда авторитетных производителей трансформаторов.
Акционерное общество «Электрооборудование МБТ» с более чем 12-летним опытом производства и поставок трансформаторов для гидроэнергетики пользуется доверием и признательностью заказчиков на протяжении многих лет. С завершенными проектами и работами гидроэлектрический трансформатор MBT сегодня является первым выбором.
Клиенты, которым нужны советы и расценки на гидроэлектрические трансформаторы, обращайтесь по горячей линии 0913 006 538 для получения надежной поддержки.
Гидроэлектростанции: принципы работы
Гидроэлектростанции преобразуют потенциальную энергию запасенной воды или кинетическую энергию проточной воды в электроэнергию. Гидроэлектростанции являются возобновляемыми источниками энергии, поскольку имеющаяся вода самовосполняется и при этом не происходит выбросов углерода. В этой статье мы обсудим детали и основные операции гидроэлектростанции. Как рассчитываются разные параметры, разные узлы гидроэлектростанции.
Плотина Трех ущелий в Китае, в настоящее время крупнейшая (18 300 МВт, целевая мощность 22 500 МВт).
Содержание
Гидрологический цикл:
Вселенная следует принципу «сохранения энергии». Следовательно, если мы извлекаем электроэнергию из гидроэлектростанций, это означает, что существует какой-то источник, который подает энергию в цикл, чтобы поддерживать его работу. Этот источник энергии — Солнце.
В гидрологическом цикле (также называемом круговоротом воды) испарение происходит над большими водоемами, такими как океаны. Пары поднимаются вверх и образуют облака, гонимые ветром. Как только облака достигают областей с большими высотами и более низкими температурами, выпадают водопады в виде дождя. Вода собирается в крупных водохранилищах, расположенных выше уровня моря. Этот водяной напор можно использовать для выработки из него электроэнергии. Тем не менее, вода завершает цикл после того, как в конечном итоге становится частью океана. Цикл повторяется.
Вы можете ознакомиться с подробной статьей об основных компонентах и работе теплоэлектростанции.
Вода на высоте содержит потенциальную энергию, заданную:
𝑃𝐸 = 𝑚𝑔𝐻 𝜌Δ𝑉𝑔𝐻
𝑤ℎ𝑒𝑟𝑒 𝑃𝐸 𝑡ℎ𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦 𝑜𝑓. С нет потерь в водотоке,
С потерь , таких как потери в водозаборной конструкции, потери на трение в трубопроводе, потери в коленях и потери в клапанах.
𝑃 𝑑 = 9,81𝜂𝑄𝐻 𝑘𝑊
𝑤ℎ𝑒𝑟𝑒 𝜂 𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑒𝑑 𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑒𝑠 𝑜𝑓 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑠𝑒 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑠𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟
Выбор места для гидроэлектроэнергии. доступность, высокий напор, водохранилище, стоимость линий электропередач, доступность площадки для транспорта.
Измерение расхода воды
Для измерения объемного расхода воды существуют следующие методы:
Метод с 1 ведром: Речная вода отводится для заполнения ведра известного объема. Измеряется время заполнения. Скорость потока рассчитывается путем деления объема на время заполнения.
Этот метод применим для небольших потоков.
Водослив с 2 датчиками: Водослив спроектирован под прямым углом к направлению потока.
𝑄 = 1,8(𝑊 − 0,2ℎ)ℎ 3
3-Скорость-площадь Метод: Измеряется скорость воды, а также измеряется приблизительная площадь трубопровода. По формуле, приведенной ниже, рассчитывается скорость потока.
Вы можете ознакомиться с подробной статьей об основных компонентах и работе газотурбинных электростанций.
Методы измерения напора для гидроэлектростанций
Для измерения напора используются следующие методы:
- Метод давления воды: между водозабором и предполагаемой площадкой турбины. Нижний конец трубы снабжен точным манометром. Чтобы вычислить общий напор в футах, показание давления в фунтах на квадратный дюйм умножается на 9.0019 2,31 фут/пси .
- Прямое измерение расстояния: В этом случае для измерения головы с высокой точностью можно использовать транспорт геодезиста или нивелир подрядчика, установленный на штативе. Но этот метод медленный и трудоемкий.
Но этот метод медленный и трудоемкий.- Гидрология: Занимается процессами, регулирующими удаление и пополнение водных ресурсов.
- 𝐼𝑛𝑓𝑙𝑜𝑤 = 𝑂𝑢𝑡𝑓𝑙𝑜𝑤 + 𝐶ℎ𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑖𝑛 𝑆𝑡𝑜𝑟𝑎𝑔𝑒
- Гидрограф: График, показывающий сброс проточной воды по времени. Они указывают мощность доступна из потоков в разное время дня, недели или года.
Основные элементы гидроэлектростанции
ВодохранилищеЕстественный или искусственный водоем аккумулирует воду из водосборной площади. Например, озеро в горах является естественным резервуаром. Его цель — регулировать воду для производства электроэнергии. искусственный водоем создается путем строительства плотины через реку.
Типы плотин:
- Гравитационная плотина
- Арочная плотина
- Насыпная земляная плотина
Плотина Тарбелла — самая большая насыпная плотина в мире.
Верхний бьеф:
Верхний бьеф используется для подачи воды из отводных водосливов вверх по течению в предбухты через открытые каналы, известные как подводящие бьефы.
Передняя часть залива:
Небольшой резервуар, построенный путем расширения водоносного канала на его конце. Вода из аванзалива распределяется через водоводы в турбины. Он действует как отстойник для взвешенных наносов.
Впускные сооружения:
Впускные сооружения состоят из стрел, стеллажей для мусора, шлюзовых затворов и клапанов. Боны представляют собой плавучие цепи из связанных встык бревен для отвода льда, сорняков, бревен, туш животных и т. д. в обходные желоба для защиты турбин от повреждений. Затворы устанавливаются для контроля потока, выпускаемого в водовод. Стойки для мусора из стальных стержней и экранов используются для предотвращения попадания мусора в напорный трубопровод. Для уменьшения потерь напора их необходимо часто чистить механически или вручную.
Напорный трубопровод:
Напорный трубопровод представляет собой трубопровод для подачи воды из форсептики к турбинам под давлением. Он может быть изготовлен из стали, литой стали или железобетона. Если расстояние между форбайком и турбинами небольшое, каждая турбина будет иметь отдельный водовод. В противном случае один напорный трубопровод может питать две или более турбин. Различные типы клапанов, такие как поворотные и игольчатые, устанавливаются в напорном трубопроводе для управления потоком. Кроме того, вентиляционные отверстия, установленные на затворе, предотвращают его разрушение при слишком низком давлении внутри него.
Уравнительный бак:
Когда заслонки турбины внезапно закрываются/открываются действием регулятора для подачи меньшего/большего количества воды по мере уменьшения (увеличения) потребности в генераторе, замедляющаяся (ускоряющая) вода внутри затвора создает волну давления (отрицательное давление волна), которая распространяется вверх к ближайшей открытой водной поверхности.
Это называется гидравлическим ударом, и во избежание этого устанавливаются уравнительные баки, поскольку это может привести к обрушению затвора.
Типы гидротурбин
Гидротурбины преобразуют кинетическую энергию воды в энергию вращения. Доступны различные типы конструкций, в том числе
Импульсные турбиныКолесо Пельтона, турбина Турго, турбина с поперечным потоком
Реакционные турбины
Турбина Фрэнсиса, Турбина Каплана, Пропеллерная турбина, Грушевая турбина Различные типы гидротурбин3
Турбина с винтом фиксированного шага: Из-за фиксированных лопастей эффективность частичного потока низкая. Они рентабельны.
Гильзообразные турбины: используются для очень низких напоров, поставляются с генератором, заключенным в капсулу, и имеют грушевидную конструкцию
Отводящая труба и хвостовой лоток гидроэлектростанций Вода, прошедшая через рабочие колеса, движется затем по тщательно спроектированной вертикальной канал, называемый отсасывающей трубой.
Отсасывающая труба восстанавливает кинетическую энергию воды, замедляя ее перед выходом из отводящего канала, что повышает гидравлический КПД турбины. Существует два типа отсасывающих трубок:
1. Коленчатый тип 2. Прямой тип
Электростанция:Здание, в котором находятся генераторы переменного тока, турбины, трансформаторы и аксессуары для их управления и защиты. Две категории; Наземные и подземные
Генераторы:Обмотки изготовлены из ламинированных стальных листов с прорезями. Они бывают двух типов: с явно выраженными полюсами и круглыми роторами
Регулятор: Механизм регулятора представляет собой сложную систему управления, которая воспринимает изменения частоты генератора, сравнивает ее с эталонной частотой (например, 50 Гц/60 Гц), а затем регулирует скорость турбины с помощью различных средств, чтобы компенсировать колебания частоты.
Классификация гидроэлектростанций
По характеру нагрузки:
1. Базовая нагрузка 2. Промежуточная нагрузка 3. Пиковая нагрузка Напор
0020
| Растения с низкой головкой <15M Высокие растения с высокой головкой 71-250см | Средние головки 15-70 СМ Очень высокая головка более 250 см |
| Крупные ГЭС | Крупные ГЭС: более 100 МВт, подаваемые в крупную электрическую сеть Средние ГЭС: 15–100 МВт, обычно подаваемые в сеть Мини-ГЭС : Более 100 кВт, но менее 1 МВт, Либо автономные схемы, либо чаще ввод в сеть | Малые гидроэлектростанции | Малые гидроэлектростанции: 1–15 МВт — обычно подача в сеть Микрогидроэлектростанции: от 5 кВт до 100 кВт, для небольшого сообщества или сельской промышленности в отдаленных районах вдали от сети. Пико-гидро: от нескольких сотен ватт до 5 кВт, удаленные районы от сети. |
Преимущества гидроэлектростанций:
Одним из основных преимуществ является то, что используемым «топливом» является вода, которая является самовосполняющейся. Более того, он не требует транспортировки, как уголь или нефть. Одна и та же вода может быть использована для питья и сельского хозяйства. Система высокоэффективна (95%). Кроме того, у него очень долгий срок службы (почти 50 лет). Это система быстрого запуска/выключения. Затраты только на эксплуатацию и обслуживание. Дополнительным преимуществом является то, что он помогает в борьбе с наводнениями, рыболовстве и дает места для отдыха.
Недостатки гидроэлектростанций:
Одним из основных недостатков является то, что они требуют большого начального капитала. Кроме того, сроки строительства высоки. Большая часть площади погружена под воду. Это также может привести к экологическим и социальным проблемам.
Доступность воды меняется из года в год. Также есть выпуск Заиление , которое может ограничить жизнь плотины.
Современные крупные гидроэлектростанции
Плотина Трех ущелий в Китае, в настоящее время крупнейшая (18 300 МВт, расчетная мощность 22 500 МВт). Плотина Итайпу , на границе Бразилии и Парагвая, до недавнего времени была крупнейшей плотиной (14 000 МВт). Гранд-Кули Дамба (река Колумбия) (6800 МВт). Плотина Мангла: 1150 МВт. Электростанция Тарбела: 4888 МВт
В Пакистане, из-за сезонных колебаний, выработка электроэнергии плотинами варьируется. Например, Тарбела длится с ноября по июнь, когда мощность снижается примерно до 1350 МВт против максимума ~ 4500 МВт в период высокого напора, то есть с августа по сентябрь. Генерирующая мощность WAPDA варьируется от 2414 МВт до 6,9 МВт.02 МВт в течение года.
Энергетический потенциал Пакистана в Хайделе
В Пакистане имеется большой потенциал гидроэнергетики, например, 44334 МВт в реке Инд, 8027 МВт в реке Джелум и другие.
Кроме того, по всему Пакистану существует множество будущих проектов электростанций Hydel, которые могут восполнить дефицит энергии. Некоторые проекты: проект Нилум Джелум (установленная мощность 969 МВт), проект плотины Диамер Баша (4500 МВт), проект гидроэлектростанции Бунджи (7100 МВт), гидроэлектростанция Дасу (4320 МВт, напор 201 м) 9.0003
Основная цель проекта – компенсировать потерю запасов из-за заиления существующих водохранилищ. Его второстепенной целью является производство большого количества дешевой гидроэлектроэнергии вблизи основных центров нагрузки.
Потенциальные положительные воздействия:- Гидроэнергетика
- Оросительная вода
- Снижение потерь от наводнений
- Муниципальные и промышленные воздействия
- Чистые выгоды для рыбаков и мест отдыха
- Речное судоходство и т. д.
Опасения некоторых провинций:
- Отсутствие излишков воды для наполнения Калабахского водохранилища будет выделен
- Будет затронуто производство рыбы и снабжение питьевой водой ниже Котри Опасения по поводу КПК:
- Расходы на перемещение и переселение населения
- Плодородные пахотные земли будут затоплены
- Приобретение земли
- Выбросы парниковых газов
Заключение
Надеюсь, вам понравилась наша подробная статья о принципе работы и эксплуатации гидроэлектростанций.
