Работа гидроэлектростанции: Гидроэлектростанции принцип работы

Содержание

Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям!

ДЛЯ ГЭС НУЖЕН НАПОР

«Люди давно научились использовать энергию движущейся воды. Если до половины погрузить в реку колесо с лопастями на ободе, то оно начнет вращаться, потому что вода будет увлекать за собой нижние лопасти колеса. Примерно так работали (и кое-где работают до сих пор) водяные мельницы. Водяное колесо в них насажено на вал жернова. Вращает вода колесо — вращается и жернов, мелет зерно.

Но вот сто с лишним лет назад появился более совершенный водяной двигатель — гидравлическая турбина (сокращенно — гидротурбина). Появились генераторы, превращающие механическую работу в электрическую энергию. И к концу XIX в. началось сооружение гидроэлектрических станций — ГЭС.

Прямо в русле реки, даже с быстрым течением, ставить большие турбины нельзя: у реки не хватает силы проворачивать тяжелую турбину. Другое дело на водопадах: там вода стремительно летит вниз, у нее большой напор.

Но водопадов не так много, да и не очень удобно ставить возле них турбины. Поэтому придуманы искусственные водяные «ступеньки» — плотины.

Напор создается разностью уровней воды. Поэтому говорят, что водяное колесо вращается под напором в столько-то метров.

Если перегородить реку прочной плотиной, а в теле плотины оставить только небольшое отверстие, то вся вода, что есть в реке, должна будет протекать через это отверстие. Значит, перед плотиной река поднимется и разольется, а за плотиной останется на прежнем уровне. Появится разница уровней, возникнет напор воды.

Поставим у отверстия плотины гидротурбину — и она начнет вращаться, используя напор воды. Соединим турбину с генератором— его ротор тоже придет в движение, в обмотке статора появится ток.

Заметьте: напор перед плотиной сохраняется круглый год, потому что вода запасается в водохранилище, искусственном море, и стекает равномерно, хотя зимой и летом река несет меньше воды, а осенью и весной — больше.

Впрочем, есть и гидроэлектростанции без плотин. Например, на горных реках плотины получаются очень высокими и дорогими. В этих случаях воду из реки подводят к электростанциям каналом или тоннелем, называемыми деривационными. В конце деривационного отвода строят здание ГЭС и соединяют трубами канал и гидроэлектростанцию. Теперь часть воды идет по своему руслу, а часть совершает такой маршрут: канал — трубы — турбины ГЭС — русло. Конечно, все это самотеком, потому что канал начинается гораздо выше ГЭС, а впадает обратно в реку ниже».

ЛЮБОЙ ГИДРОУЗЕЛ — СЛОЖНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

«Принцип работы любой ГЭС прост. Но устройство ее, конечно, не простое. Современная ГЭС — сложное предприятие, насыщенное разнообразными автоматами. Недаром здание машинного зала, плотину, шлюзы, трансформаторные станции, рыбоподъемники называют общим словом гидроузел.

Плотину строят из грунта или бетона. Очень часто грунт и бетон работают рука об руку: там, где надо просто удержать воду, можно применить землю, а для водосливов, турбинных камер и вообще «активных» участков плотины нужен железобетон. В теле плотины на заранее рассчитанной высоте делают окна для пропуска воды во время паводка, иначе вода прорвала бы плотину. В остальное время окна закрыты стальными щитами.

Иногда, если нет надобности строить плотину очень высокой, ее делают ниже уровня максимального подъема воды во время паводка. И тогда каждую весну излишняя вода просто-напросто переливается через водосливный участок гребня плотины.

В подводной части плотины проложены трубы для подвода воды к турбинам. Они прикрыты решетками, улавливающими камни, поленья, ветки. В трубах устроены затворы.

Нажим кнопки — и путь воде закрыт. Это нужно при остановках турбины.

Поток воды под напором входит в трубу и отсюда в спиральную камеру, напоминающую улитку. Двигаясь внутри камеры все ближе и ближе к центру, водяная масса закручивается. А в центре камеры — колесо турбины. Но вода не сразу попадает на колесо, потому что оно обнесено «забором» — крепкими стальными лопатками, направляющими воду (направляющим аппаратом). Каждая лопатка может поворачиваться на своей оси. Повернутся лопатки так, что плотно сомкнутся одна с другой,— и вода в турбину не пройдет. Приоткроются чуть-чуть — воды пойдет немного. А станут по движению воды — она почти беспрепятственно будет проникать в турбину. Это, как говорят энергетики, режим полной нагрузки».

ВОДА ВРАЩАЕТ ТУРБИНУ

«Но вот вода прошла сквозь направляющий аппарат. На ее пути — лопасти рабочего колеса турбины. Понятно, что вода заставит лопасти двигаться, отдаст им свою энергию. А этого нам только и надо. Вода вращает турбину!

Теперь воде нужно уйти. Куда? Опять в трубу, но только в другую — отсасывающую. Очень важно, чтобы вода шла по этой трубе спокойно, без вихрей и препятствий, тогда турбина будет хорошо использовать напор. Поэтому отсасывающие трубы делают гладкими и немного расширяющимися к нижнему концу. Из этого открытого конца вода вытекает в русло реки и уходит по течению.

Не всегда турбины находятся в теле плотины или поблизости от нее. Иногда воду под напором подают из водохранилища к турбинам по длинным трубам или тоннелям. Так, например, сделано на ГЭС при высотной Асуанской плотине на р. Ниле».

С ГЕНЕРАТОРА НА ТРАНСФОРМАТОР И ДАЛЬШЕ ПО ПРОВОДАМ

«Итак, рабочее колесо турбины вращается. С ним вращается и вал, связывающий рабочее колесо с ротором электрической машины — генератора переменного тока.

Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. вольт.

Но, оказывается, электроэнергию в таком виде невыгодно передавать на большие расстояния. Вот если повысить напряжение в 10 — 15 раз, тогда другое дело: сила тока упадет, и он, проходя по проводам, будет меньше нагревать их. Станет меньше потерь, не понадобятся толстые и тяжелые провода.

Напряжение повышают на электростанции простые приборы — трансформаторы. Это стержни-сердечники, собранные из тонких листов мягкой стали. На каждом — две обмотки: одна с небольшим числом витков толстой медной проволоки, вторая с немногочисленными витками более тонкого провода. Мы подаем напряжение, скажем, в 10 тыс. вольт на первичную обмотку, а со вторичной получаем сразу 100 или 200 тыс. вольт — во столько раз больше, во сколько больше витков на вторичной обмотке. Чтобы трансформаторы не сильно нагревались при работе, их погружают в баки с жидким маслом, хорошо отводящим тепло. Итак, чем выше напряжение (и, значит, меньше сила тока), тем выгоднее передавать энергию».

Источник: «Техника и производство». Том 5 (Детская энциклопедия 1965 г.в.) — Афанасенко Е.И., и др.

Работа гидроэлектростанций в энергосистеме | Гидроэлектрические станции

Страница 15 из 82

ГЛАВА 6
РАБОТА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ И ВЫБОР ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

РАБОТА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ
Энергосистема СССР и ее характеристики.
Гидроэлектростанции, как правило, работают совместно с другими электростанциями — тепловыми, атомными, гидроаккумулирующими, приливными и обеспечивают электроэнергией заданный район энергоснабжения. На некоторых ТЭС кроме электроэнергии производится еще и тепловая энергия, которая по тепловым сетям передается потребителям. Совокупность электростанций, связанных .между собой воздушными линиями электропередачи распределительных подстанций, образует энергосистему (рис. 6.1). Вырабатываемая на электростанциях электроэнергия по линиям высокого напряжения (110, 750 кВ и более) направляется к потребителям, которые получают ее от понижающих подстанций при более низком напряжении.
Энергосистемы в целях повышения надежности энергоснабжения и улучшения их технико-экономических показателей объединяют в более крупные — объединенные энергосистемы (ОЭС). В Советском Союзе действует 11 ОЭС, каждая из которых имеет мощность от 3 до 45 млн. кВт. Завершается объединение отдельных ОЭС в Единую электроэнергетическую систему (ЕЭС) СССР; в 1985 г. суммарная мощность которой составляла 265 млн. кВт.

Основной режимной характеристикой, определяющей работу энергосистемы, является суточный график нагрузки энергосистемы (рис. 6.2,а), включающий всех потребителей электроэнергии в районе энергоснабжения.

Рис. 6.1. Принципиальная схема энергосистемы:
1 — граница энергосистемы; 2 — понижающая подстанция; 3 — ВЛ связи с соседними энергосистемами; 4 — линии к потребителям


Рис. 6.2. Графики суточной, нагрузки энергосистемы: а — суточный график нагрузки; б — суточные графики нагрузки на различных этапах развития энергосистемы; 1 — зона работы электростанций пиковая; 2 — полупиковая; 3 — базисная; 1 — энергоемкий потребитель; II — промышленность; III — сельское хозяйство; IV — коммунальный потребитель

На оси ординат графика дается мощность на шинах электростанций. Мощность, получаемая потребителем электроэнергии с учетом потерь энергии в линиях передачи и в электрических аппаратах, несколько ниже.
Суточный график нагрузки характеризуется тремя значениями мощности: максимальной, минимальной  и среднесуточной
где N(t)—изменение мощности нагрузки во времени, a dt — приращение времени, ч.
Степень неравномерности потребления электроэнергии в течение суток определяется коэффициентом плотности графика нагрузки, представляющим собой

Значение у для отдельных потребителей колеблется в пределах 0,5 — 0,98 и зависит от режима их работы. Для городского коммунального потребителя электроэнергии значение у приближается к 0,5. При преобладании энергоемких потребителей электроэнергии непрерывного производства (электрометаллургия, нефтепереработка и др.) значение у близко к единице.
Коэффициент минимума графика нагрузки характеризует амплитуду колебания мощностей энергосистемы за сутки и представляет:
В пиковой и полупиковой зонах графика суточной нагрузки мощности резко изменяются во времени. Быстрота изменения мощности в 1 мин может достигать 150 — 200 МВт.
Суточная выработка электроэнергии всеми электростанциями энергосистемы определяется произведением

Суммарная мощность электростанций в энергосистеме не остается постоянной, так как в районе энергоснабжения народное хозяйство непрерывно развивается и потребность в электроэнергии возрастает. Поэтому к действующим электростанциям периодически присоединяются новые дополнительные источники электроэнергии и мощность энергосистемы непрерывно возрастает. При проектировании ГЭС уровень электрических нагрузок рассматривается не на современном этапе развития энергосистемы, а на перспективу. Это связано с тем, что обычно вводу ГЭС в эксплуатацию предшествует длительный период ее проектирования и строительства.
График суточной нагрузки энергосистемы на перспективу определяется на основании планов развития народного хозяйства в районе энергопотребления. Выделяются основные группы намечаемых потребителей электроэнергии, и по потребности электроэнергии для каждого из них создается перспективный график энергопотребления района энергоснабжения. Расход энергии на каждого потребителя (машиностроение, электрометаллургические энергоемкие, производства, коммунально-бытовая нагрузка и др.) определяется на основании статистических данных. Например, для производства 1 т алюминия требуется 20 тыс. кВт-ч, 1 т металла — от 30 до 100 «Вт-ч, для городов на одного жителя — 300 — 500 кВт-ч/год и т. д. К перспективному энергопотреблению потребителей добавляются потери энергии в линиях электропередачи, на собственные нужды электростанций, и таким образом получается график суточной нагрузки энергосистемы, отнесенный к шинам электростанций (рис. 6.2,б).


Рис. 6.3. Годовой график изменения максимальных суточных мощностей энергосистемы

Рис. 6.4. Работа электростанции в суточном графике нагрузки энергосистемы

Годовой график нагрузки энергосистемы можно построить по значению одного из характерных параметров суточных графиков нагрузки за каждый месяц. Требуемая по графику нагрузки мощность изменяется по сезонам и месяцам, что связано с влиянием климатических факторов (температуры, продолжительности светового дня и др.). Принципиальный характер нагрузки в течение года показан на рис. 6.3.
С учетом непрерывного роста народного хозяйства в районе энергоснабжения и связанного с ним электропотребления максимальная мощность и суточная выработка электроэнергии в конце года будут превышать эти же значения в начале года (рис. 6.3). Это превышение может составлять 5 — 10 % максимальной мощности энергосистемы в начале года.
Работа гидроэлектростанции в энергосистеме. Способность электростанций быстро реагировать на изменение нагрузки является важным условием нормальной работы энергосистемы. С этой точки зрения работа гидравлических и тепловых электростанций имеет свои особенности.

Пуск гидроагрегата ГЭС из остановленного положения с синхронизацией и набором мощности до полной занимает 1 — 2 мин. Если гидроагрегат вращается на холостом ходу или работает с малой нагрузкой, то время набора полной мощности сокращается до 10 — 15 с. Остановка гидроагрегата или изменение его мощности требует также нескольких секунд. Такими высокими маневренными возможностями обладают и ГАЭС. Быстрое изменение мощности на ГЭС и ГАЭС осуществляется путем открытия или закрытия направляющего аппарата гидравлической машины и изменения пропускаемого ею расхода.
На тепловых электростанциях маневренные возможности ограничены. Пуск турбогенератора на ТЭС из холодного состояния до работы под нагрузкой занимает 3 — 6 ч; пуск из горячего состояния до работы под нагрузкой— примерно около 1 ч. При этом прежде чем мощность начнет выдаваться в сеть, необходимо разогреть котлы и поднять давление пара до нужного значения, на что требуется израсходовать много топлива. Если при постоянной нагрузке на турбогенераторы для выработки 1 кВт-ч электрической энергии расходуется 330 г условного топлива (см. гл. 4), то при переменной нагрузке расход топлива увеличивается до 500 — 550 г на 1 кВт-ч. Уменьшение расхода топлива на 1 кВт-ч даже на 1 г условного топлива в масштабе страны может дать ежегодную экономию условного топлива около 1 млн. т. При переменном режиме работы ТЭС кроме перерасхода топлива повышается износ оборудования и увеличивается частота текущих и капитальных ремонтов агрегатов. Поэтому такой режим работы для ТЭО является экономически невыгодным [18].
На атомных электростанциях реактор должен работать на постоянном режиме, а турбогенераторы должны нести постоянную нагрузку.
С учетом особенностей режимов работы ГЭС и ТЭС эти электростанции предпочтительно размещать в графике суточной нагрузки электросистемы в определенных зонах: высокоманевренные ГЭС и ГАЭС — в пиковой и полупиковой. частях графика, а ТЭС и АЭС — в базисной части графика (рис. 6.4). Переменная часть графика нагрузки может также восприниматься газотурбинными электростанциями (ГТЭС), у которых мощность на турбогенераторах изменяется сравнительно быстро. Однако эти электростанции работают только на нефти или газе и расходуют достаточно большое количество топлива — до 500 г/(кВт-ч).
Суточное и недельное регулирование ГЭС. Работа ГЭС в пиковой части суточного графика нагрузки энергосистемы сопряжена с изменением ее мощности в течение суток. Это изменение ведется в основном за счет пропуска через ГЭС переменного расхода воды. Приток же в течение суток практически постоянен. Перераспределение расхода в течение суток носит название суточного регулирования.


Рис. 6.5. Суточное регулирование ГЭС:
а — изменение мощности ГЭС; б — изменение расходов ГЭС; в — определение объема бассейна суточного регулирования

Среднесуточный расход воды (бытовой или зарегулированный в годовом или многолетнем разрезе) принято считать постоянным ввиду малого отрезка времени (сутки). Для перераспределения расхода в течение суток необходимо иметь некоторый объем, который размещается либо в водохранилище, либо в отдельном бассейне суточного регулирования (БСР).
На рис. 6.5,а показана зона работы ГЭС в пиковой и частично в базисной частях графика нагрузки энергосистем. Определение объема БСР можно производить графоаналитическим способом. Для этого по значениям мощностей гидроэлектростанции Ni подсчитываются расходы воды через гидротурбины по формуле

где ητ и ηг — коэффициенты полезного действия турбин и генераторов; Н— напор, в течение суток он изменяется мало и в процессе расчетов суточного регулирования его можно принимать постоянным. Произведение ητηг можно считать постоянным при переменном Q. При этих условиях знаменатель в формуле постоянен и график турбинных расходов (рис. 6.5,б) повторяет в некотором масштабе график мощности ГЭС (рис.6.5,а). Среднесуточный расход Qср по этому графику равен Q —расходу потребления (среднемесячному, среднедекадному), определенному в результате расчетов длительного регулирования (см. гл. 5), а если станция работает на бытовом стоке, то бытовому расходу реки.
По полученному графику турбинных расходов строится интегральный график суточного стока, пропускаемого ГЭС. На рис. 6.5,в это построение сделано в прямоугольной системе координат. До точки а на интегральной кривой потребление суточного стока гидротурбинами меньше среднего стока и БСР наполняется. В интервале времени турбинные расходы превышают Qcp и происходит опорожнение БСР. Начиная с момента БСР начинает вновь наполняться. Полезный объем бассейна суточного регулирования БСР определяется расстоянием между двумя касательными, проведенными через точки а и б параллельно среднему расходу Qcp на интегральной кривой турбинного стока. Объем БСР при одном и том же объеме суточного стока зависит от степени неравномерности работы ГЭС в течение суток. При работе ГЭС в верхней (пиковой) части суточного графика нагрузки энергосистемы объем БСР будет наибольший. Максимальный объем БСР ориентировочно может быть принят равным половине суточного стока.
Для низконапорных ГЭС изменение напора при суточном регулировании в основном из-за отметки нижнего бьефа может заметно влиять на расход ГЭС и мощность, и это надо учитывать в суточном режиме работы ГЭС. Такие изменения напора иногда приводят к снижению суточной выработки электроэнергии на ГЭС по сравнению с равномерным режимом работы в течение суток на 1 — 2%.
Недельное регулирование связано со снижением электрических нагрузок в энергосистеме в свободные от работы дни на ряде производств (суббота и воскресенье). Выдача мощности и электроэнергии на ГЭС в эти дни уменьшается, и освободившийся сток можно аккумулировать в водохранилище, а затем использовать его в рабочие дни недели, повысив мощность и энергоотдачу ГЭС. Специального водохранилища для недельного регулирования не делают, а совмещают его с БСР, объем которого для этого должен быть несколько увеличен.
Размещение бассейна суточного регулирования в системе сооружений ГЭС. Гидроэлектростанции с русловыми и приплотинными зданиями и водохранилищами длительного регулирования (рис. 6.6,а) не требуют специальных сооружений для создания БСР. Необходимый объем для суточного регулирования совмещают с полезным объемом


Рис. 6.6. Размещение объема бассейна суточного регулирования в системе сооружений ГЭС:
а — в водохранилище ГЭС с приплотинным зданием; б — в деривационной ГЭС с безнапорной деривацией; в — в канале безнапорной деривации ГЭС; 1 — плотица; 2 — здание ГЭС; 3 — головной узел; 4 — деривационный, канал; 5 — бассейн суточного регулирования; 6 — напорный бассейн; 7 — холостой водосброс; 8 — турбинные водоводы; 9 — здание ГЭС; 10 — отводящий канал

водохранилища, поэтому процесс суточного регулирования сопровождается дополнительным изменением уровня верхнего бьефа ГЭС (обычно в пределах нескольких сантиметров).
На ГЭС с безнапорной деривацией в головном узле имеется небольшое водохранилище, объем которого в ряде случаев может быть достаточен для ведения суточного регулирования. Однако этот объем трудно использовать вследствие того, что он слишком удален от напорного бассейна, а безнапорная деривация не может быстро перестраиваться на изменяющиеся расходы воды, связанные с работой ГЭС в пиковой части графика суточной нагрузки ЭС. В таких ГЭС БСР необходимо размещать вблизи напорного бассейна, как показано на рис. 6.6,б. Соединение БСР с деривационным безнапорным водоводом осуществляется коротким («пиковым») каналом, через который идет наполнение и опорожнение БСР.
При размещении БСР следует использовать понижение рельефа в районе расположения напорного бассейна, что приведет к уменьшению земельно-скальных работ. Однако весьма часто, чтобы разместить БСР, приходится выполнять большие объемы выемки или ограждать бассейн по периметру бетонными стенками и дамбами из грунтовых материалов.
Если в приплотинных ГЭС осуществление суточного регулирования не требует никаких дополнительных затрат, то на ГЭС с безнапорными деривационными водоводами для создания БСР иногда требуются большие капиталовложения.
В ряде случаев объем для суточного регулирования можно создать в самом деривационном канале. Для этого канал проектируют «саморегулирующимся» с горизонтальными бермами (рис. 6.6,в). При расходе Qi< <QP канал работает на кривой подпора. Увеличение нагрузки на ГЭС повышает расход турбин в пределе до Q2=Qp, и начинается интенсивная сработка объема, заключающегося между кривой подпора при Qi и поверхностью воды при Q2=Qp. Этот объем и выполняет функции бассейна суточного регулирования.
Суточное регулирование за счет саморегулирования деривационного канала, как правило, бывает ограниченным, так как создать достаточно большой резервный объем в канале часто не представляется возможным. Тогда дополнительно сооружается БСР.
В ГЭС с напорной деривацией суточное регулирование можно осуществлять, используя объем водохранилища в головном узле сооружений. В отличие от безнапорного деривационного водовода напорная деривация сравнительно быстро перестраивается на новый гидравлический «режим работы ГЭС (расход). Это происходит за счет изменения уклона пьезометрической линии от водохранилища до уравнительного резервуара.

2.8. Режим работы ГЭС и ГАЭС в объединенных энергосистемах

2.8. Режим работы ГЭС и ГАЭС в объединенных энергосистемах

Практически во всех странах мира крупные электростанции совместно работают в энергосистемах. Диспетчерские управления энергосистем осуществляют оперативное руководство режимами работы электростанций, оптимизируя функционирование всех электростанций, линий электропередачи и др.

Потребители электрической энергии – промышленные, сельскохозяйственные, коммунально-бытовые предприятия, освещение, электрифицированный транспорт, население и др. – в силу специфики своей работы и соответственно электропотребления создают неравномерную электрическую нагрузку энергосистем, изменение которой во времени изображают в виде графиков нагрузки. Такие графики характеризуют изменение нагрузки в течение суток, недели, месяца, года. В различных странах в зависимости от климатических и социально-экономических условий графики нагрузок имеют особенности.

Основные требования энергосистем к режимам работы ГЭС и ГАЭС. Основной характеристикой, определяющей режим работы энергосистемы, является суточный график нагрузки энергосистемы, в том числе график максимального рабочего дня, который характеризуется наибольшей суточной нагрузкой энергосистемы, график среднего рабочего дня и график минимального (обычно воскресного) дня, характеризуемый наименьшей нагрузкой. Форма суточного графика нагрузки энергосистемы определяется характером и продолжительностью работы потребителей электроэнергии.

В условиях Украины для наиболее напряженного суточного графика нагрузки зимнего дня обычно характерны два пика – вечерний и утренний – и два провала – более глубокий ночной и дневной (рис. 2.13).

В разных странах отношение минимальной (базисной) нагрузки в суточном графике к максимальной (пиковой) в среднем меняется от 0,6 до 0,8.

В объединенных энергосистемах график нагрузки обычно становится более плотным и достигается относительное снижение максимума нагрузки, особенно если энергосистемы находятся в разных часовых поясах.

Годовые графики нагрузки энергосистем в зависимости от климатических и социально-экономических условий характеризуются:

  • уменьшением нагрузки в летние месяцы (в основном в связи со снижением коммунально-бытовой нагрузки), что характерно для стран Западной Европы, России, Украины;
  • увеличением нагрузки в летние месяцы в странах с жарким климатом (в связи с ростом бытовых нагрузок, орошением и др.). Например, в США нагрузки в летние месяцы превышают зимние в целом на 8–10%, что связано с работой установок кондиционирования воздуха, вентиляционных систем, орошения.

Таблица 2.8 Характеристика маневренных качеств различных типов электростанций

Тип электро- станции

Технический минимум нагрузки, в % (отношение минимальной допустимой мощности к установленной)

Регулиро- вочный диапазон, в %

Время набора полной мощности, мин

После остановки

Из горячего состояния

АЭС

85–90

10–15

390–660

60

Мощные ТЭС

70–80

20–30

90–180

20–50

ГТУ

0

100

15–30

0,5

ГЭС

0

100

1–2

0,25–0,5*

ГАЭС

0

200

1–2

0,25–0,5*

* При вращении в режиме холостых оборотов.

Рис. 2.13. Покрытие суточного графика нагрузки энергосистемы

– ГЕС
– ГАЕС
– ГАЕС у насосному режимі

В современных условиях в объединенных энергосистемах покрытие графиков нагрузок обеспечивается совместной работой тепловых электростанций, атомных, газотурбинных, парогазотурбинных электростанций, ГЭС и ГАЭС.

Во второй половине ХХ в. объединенные энергосистемы развивались в основном за счет ввода в действие мощных ТЭС с агрегатами единичной мощностью 300, 500, 800, 1200 МВт, АЭС с энергоблоками 500, 1000 МВт и более. Концентрация мощностей агрегатов и электростанций, обеспечив более быстрый ввод мощностей в энергосистемах, значительное повышение экономичности их работы, одновременно резко усложнила покрытие графика нагрузок в зоне минимальных и максимальных нагрузок. Эти электростанции, эффективно работая с постоянной нагрузкой, имеют крайне ограниченный диапазон регулирования нагрузки (табл. 2.8), что вызывает серьезные затруднения в энергосистемах при прохождении ночных провалов графика нагрузок, приводя к избытку энергетических мощностей, необходимости заполнения провалов и выравнивания графика нагрузок или снижения мощности агрегатов ТЭС и АЭС до технического минимума и остановки агрегатов ТЭС. Работа оборудования ТЭС и АЭС с изменением нагрузки, частые систематические остановки и пуски агрегатов ТЭС приводят к снижению к.п.д., пережогу топлива, ускоренному износу оборудования, аварийным ситуациям, повышению себестоимости электроэнергии.

Наиболее эффективная работа ТЭС и АЭС в энергосистеме достигается при их работе практически с постоянной мощностью в базисной части графика нагрузок.

Особенностью ГЭС и ГАЭС является их высокая маневренность. Так, пуск гидроагрегатов из остановленного положения в турбинном режиме с синхронизацией и полным набором мощности составляет 1–2 мин, а при вращении на холостом ходу – 15–30 с. Изменение мощности гидроагрегата или его остановка требуют несколько секунд.

В условиях значительной неравномерности суточных графиков нагрузки в объединенных энергосистемах именно ГЭС и ГАЭС, обладающие высокой маневренностью и большим регулировочным диапазоном, высокими скоростями изменения нагрузок, минимальным временем набора нагрузки, пуска и остановки агрегатов, выполняют важнейшие задачи:

  • покрывают наиболее сложную пиковую и полупиковую части графика нагрузок (см. рис. 2.13). При этом ГЭС и ГАЭС при покрытии пиковой части графика нагрузки в среднем работают 2–5 часов в сутки, а полупиковой части графика 5–15 часов в сутки;
  • при работе в насосном режиме ГАЭС заполняет провальную часть графика нагрузок, снижая его неравномерность, и обеспечивает оптимизацию структуры генерирующих мощностей в энергосистеме за счет увеличения мощности базисных ТЭС и АЭС;
  • выполняют функции аварийного и нагрузочного резервов энергосистемы;
  • используются в качестве источников реактивной мощности.

В целом ГЭС и ГАЭС обеспечивают повышение эффективности и надежности работы энергосистем.

В энергосистемах разных стран соотношение мощностей ТЭС и АЭС, а с другой стороны, ГЭС и ГАЭС существенно отличается.

В ряде стран в энергосистемах ТЭС и АЭС составляют основную часть мощностей и вырабатывают до 75–95% электроэнергии (табл. 2.9). В этих странах проводится политика тарифов за электроэнергию, направленная на уплотнение графика нагрузок (в условиях многоставочных тарифов с платой за мощность и электроэнергию стоимость 1 кВт·ч пиковой электроэнергии в 5–10 раз и более выше ночной), учитывая избыток мощностей в провальной части графика в ночной период и трудности с покрытием пиковой части.

В странах (Норвегия, Австрия, Канада, Бразилия и др.), где ГЭС составляют основную часть мощности энергосистем, значительно упрощается покрытие графика нагрузок.

Работа ГЭС в энергосистемах. Работа ГЭС в энергосистеме имеет определенные особенности, вызванные зависимостью от речного стока и от режимов работы водохранилищ комплексного назначения, а также ограничениями по условиям нижнего бьефа и охраны окружающей среды. Водохранилища ГЭС в зависимости от полезной емкости могут осуществлять суточное, недельное, сезонное и многолетнее регулирование. При этом, однако, в неблагоприятный по водности год (обычно в качестве расчетного принимается маловодный год с 90–95% обеспеченности) ГЭС должны обеспечить расчетную гарантированную энергоотдачу для покрытия своей зоны графика нагрузок энергосистемы.

Водохранилище суточного регулирования позволяет перераспределить естественный суточный сток для обеспечения неравномерного режима работы ГЭС с целью покрытия пиковой части графика нагрузок.

В условиях снижения электрических нагрузок в энергосистеме в выходные дни при недельном регулировании уменьшаются мощность и выработка электроэнергии ГЭС, а неиспользованный сток аккумулируется в водохранилище и используется в рабочие дни недели, обеспечивая повышение энергоотдачи ГЭС.

При сезонном и многолетнем регулировании водохранилища в маловодный период ГЭС обеспечивает покрытие пиковой части суточного графика нагрузок за счет естественного притока воды в водохранилище в течение суток и сработки полезного объема, ранее накопленного водохранилищем.

В условиях комплексного использования водохранилища учет требований других водопользователей в определенной мере может влиять на режим работы ГЭС. При наличии ограничений, например связанных с обеспечением постоянного гарантированного минимального попуска в нижний бьеф, ГЭС будет также частично работать в базовой части графика нагрузки с мощностью, определяемой этим попуском (см. рис.2.13).

Таблица 2.9 Мощность ГЭС и их доля в выработке электроэнергии всех электростанций в энергосистемах ряда стран (на уровне 2008 г.)

 

Страны с преобладанием мощностей ТЭС и АЭС

Страна

Мощность ГЭС, млн. кВт

Доля выработки ГЭС

в общей выработке, %

США

78,2

6,0

Китай

171,0

16,4

Италия

20,0

14,3

Россия

49,7

19,0

Турция

13,6

25,4

Украина

4,7

6,0

Финляндия

3,1

22,8

Франция

25,4

12,4

Япония

22,0

4,9

 

В паводковый период для максимального энергетического использования воды и уменьшения ее холостых сбросов обычно все агрегаты ГЭС работают с полной мощностью непрерывно, вырабатывая максимально возможное количество электроэнергии без ведения суточного регулирования, покрывая базисную часть графика нагрузок энергосистемы. Это позволяет получить в целом экономию топлива, хотя в данный период часть ТЭС вынуждены работать в неравномерном режиме, в том числе в пиковой части графика нагрузок.

На ГЭС с водохранилищем, имеющим значительную полезную емкость, целесообразно размещать аварийный резерв системы с длительным временем работы. На ГЭС также размещают нагрузочный резерв системы для поддержания частоты в энергосистемах. Например, в ОЭС Украины ГЭС Днепровского каскада, Днестровская ГЭС являются аварийным резервом, однако комплексное использование их водохранилищ накладывает определенные ограничения на режимы работы ГЭС в качестве резерва ОЭС. Поэтому их использование в аварийных ситуациях может причинить убытки другим отраслям, в первую очередь рыбному хозяйству.

Большинство ГЭС также работают в режиме синхронного компенсатора для выработки реактивной мощности.

Работа объединенных энергосистем с большим удельным весом ГЭС зависит от регулирования стока водохранилищами, а также от регулирования энергоотдачи при совместной работе в энергосистеме каскадов ГЭС вследствие естественной асинхронности стока рек. Так, благодаря асинхронности стока рек Ангары и Енисея и различным регулирующим возможностям водохранилищ каскадов ГЭС на этих реках получается дополнительно около 500 МВт в Объединенной энергосистеме Сибири (Россия), в которой удельный вес ГЭС около 50%.

ГЭС являются важным системообразующим фактором. Создание крупных каскадов ГЭС и высоковольтных линий электропередачи для выдачи их мощности во многих случаях становились основой образования объединенных энергосистем.

Работа ГЭС характеризуется высокой надежностью, вероятность аварийных ситуаций на ГЭС значительно ниже, чем на ТЭС, у которых аварийные ситуации связаны с использованием в технологическом цикле чрезвычайно высоких температур и давлений, большими запасами топлива и др.

Работа ГАЭС в энергосистемах. Ввод в действие мощных ТЭС и АЭС для покрытия базисной части графика нагрузки энергосистем, тенденция к разуплотнению графиков нагрузки и росту пиковой части привели к широкому строительству ГАЭС во второй половине ХХ в. (рис.2.14). Только ГАЭС благодаря присущей им многофункциональности, участвуя в регулировании мощности, способны обеспечить повышение нагрузок ТЭС и АЭС в провальной части суточного графика нагрузок, т.е. искусственно увеличить базисную часть графика нагрузок и уменьшить его неравномерность, выполняя функцию потребителя-регулятора; покрытие пиковой или полупиковой части графика нагрузок, служить быстродействующим аварийным и нагрузочным резервом системы. Феномен ГАЭС заключается в том, что ее регулирующая мощность в энергосистеме соответствует сумме установленных мощностей в турбинном и насосном режимах, составляющей диапазон мощностей станции, т. е. ГАЭС может осуществлять двойное регулирование.

Режим работы ГАЭС при наличии замкнутой системы циркуляции воды между верхним и нижним водоемами практически не зависит от стока реки.

ГАЭС выполняют функции регулирования в энергосистеме в самом широком значении с максимальным использованием их преимуществ быстродействия и высокой готовности к пуску. Поэтому они эксплуатируются в различных режимах с многократными пусками и остановками в течение суток, выполняя роль маневренной мощности при входе и выходе из пиков, компенсатора реактивной мощности, средства заполнения ночных провалов, аварийного и частотного резерва. Так, с учетом современных требований для обеспечения стабильной работы энергосистемы расчетное количество пусков на ГАЭС Blenheim Cilboa мощностью 1,04 млн. кВт (США) составляет 6000 в год. В реальных условиях эксплуатации в наиболее напряженные периоды, например на Загорской ГАЭС (Россия) мощностью 1,2 млн. кВт, число пусков в сутки доходило до 30 без учета пусков в режиме синхронного компенсатора.

Рис. 2.15. Характерные суточные графики работы Загорской ГАЭС

Рис. 2.14. Рост мощности ГАЭС в мире

Использование ГАЭС в качестве аварийного и частотного резерва энергосистемы становится одной из ее важнейших функций. В случае аварии в энергосистеме с крупными генерирующими источниками, линиями электропередач быстрое включение ГАЭС в турбинный режим или переключение ГАЭС из насосного режима в турбинный компенсируют мощности, потерянные энергосистемой, и позволяют исключить аварийное отключение потребителей. Именно ГАЭС вместе с ГЭС в значительной мере в тяжелых аварийных ситуациях позволяют не допустить «развала» энергосистемы.

На ряде ГАЭС в верхних водоемах дополнительно резервируется аварийный запас воды, рассчитанный на работу в течение 1,5–3 ч.

При работе ГАЭС в режиме недельного регулирования в выходные дни, когда нагрузка уменьшается, и ТЭС и АЭС вынужденно снижают мощность, за счет работы ГАЭС в насосном режиме разгрузка ТЭС и АЭС может быть уменьшена. Дополнительный объем воды, закаченный ГАЭС в верхний водоем в выходные дни, используется в рабочие дни для покрытия пиковой части графика нагрузок.

Использование Загорской ГАЭС в выходные дни позволяет повысить уровень недельного регулирования на ГЭС ВолжскоКамского каскада, обеспечивая увеличение их выработки в рабочие дни.

Характер режимов работы ГАЭС меняется в течение года, исходя из изменения суточных графиков нагрузок энергосистемы в разные сезоны года. В качестве примера на рис. 2.15 приведены графики работы Загорской ГАЭС.

Именно высокая экономическая эффективность, повышение надежности работы энергосистем при использовании ГАЭС, в том числе обеспечение нормативных требований к качеству электроэнергии (частоте, напряжению), недопущение аварийного отключения потребителей, послужили основой для их широкого строительства.

В последнее десятилетие во многих странах (США, Канаде, странах Западной Европы и др.) произошла либерализация рынка электроэнергии. При этом возрастает роль ГАЭС в обеспечении устойчивости работы энергосистем за счет резервирования мощности, регулирования частоты, напряжения.

Многолетняя эксплуатация ГАЭС показала их высокую надежность и эффективность работы в объединенных энергосистемах, основу которых составляют базисные мощности крупных ТЭС и АЭС. ГАЭС становятся неизменными спутниками таких электростанций, причем при их размещении в непосредственной близости обеспечивается повышение надежности и эффективности работы АЭС и ТЭС, также снижаются затраты в ЛЭП и потери электроэнергии. Размещение ГАЭС рядом с АЭС позволяет использовать ее как дополнительный резерв электроснабжения собственных нужд АЭС в аварийных ситуациях для повышения безопасности АЭС.

В ряде стран (Япония, Италия) мощность ГАЭС в энергосистемах составляет более 10 % установленной мощности всех электростанций.

Верхний водоем Киевской ГАЭС
 

Гидроэлектростанция: работа и виды | Зеленые возобновляемые источники энергии

Сегодня мы подошли к более подробному обсуждению еще одной возобновляемой энергии. Речь идет о гидроэнергетике. Но мы не о нем будем говорить, а о гидроэлектростанция где он формируется и осуществляется. Гидроэлектростанция имеет большое значение для производства возобновляемой энергии из резервуаров с водой. Кроме того, он имеет множество других преимуществ для населения.

В этой статье мы обсудим все преимущества и недостатки гидроэлектростанций и увидим, как они работают. Хотите узнать об этом больше? Продолжай читать.

Что такое гидроэлектростанция

Когда мы запускаем гидроэлектростанцию, мы надеемся, что сможем вырабатывать энергию из воды, хранящейся в резервуарах. Первое, что нужно сделать, это сгенерировать механическая энергия и преобразовать ее в электрическую энергию.

Система сбора воды изготовлена для создания неровностей, вызывающих накопление потенциальной энергии. Эта вода падает, чтобы получить энергию за счет разницы силы тяжести. Когда вода проходит через турбину, она создает вращательное движение, которое приводит в действие генератор переменного тока и преобразует механическую энергию в электрическую.

Преимущества гидроэлектростанции

Как видите, это приносит огромную пользу населению, и не только на энергетическом уровне. Давайте сгруппируем эти преимущества, чтобы проанализировать их один за другим:

  • Это возобновляемая энергия. Другими словами, он не заканчивается вовремя, как ископаемое топливо. Вода сама по себе не безгранична, но это правда, что природа постоянно приносит нам дождь. Таким образом мы можем восстанавливать и продолжать использовать его в качестве источника энергии.
  • Будучи полностью натуральным и возобновляемым, он не загрязняет окружающую среду. Это чистая энергия.
  • Как мы уже говорили ранее, это приносит нам пользу не только в виде энергии, но также в сочетании с другими действиями, такими как защита от наводнений, орошение, водоснабжение, строительство дорог, туризм или ландшафтный дизайн.
  • Несмотря на то, что вы думаете, низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание. После того, как плотина и вся водосборная система построены, обслуживание станет совсем несложным.
  • В отличие от других видов использования энергии, работы, проводимые для использования этого вида энергии, имеют долгий срок полезного использования.
  • Турбина используется для выработки энергии. Турбина довольно проста в использовании, очень безопасна и эффективна. Это означает, что производственные затраты ниже, и что его можно быстро запустить и остановить.
  • Едва требуется наблюдение со стороны рабочих, так как это простая для выполнения позиция.

Тот факт, что это возобновляемая и чистая энергия с низкими затратами, уже делает ее конкурентоспособной на рынках. Это правда, что у него есть некоторые недостатки, как мы увидим ниже, хотя полученные преимущества гораздо более актуальны.

Недостатки гидроэлектростанций

Неудивительно, что у этого типа мощности есть далеко не все преимущества. У него есть некоторые недостатки, когда дело доходит до выработки, и их также необходимо учитывать, если его нужно разместить для снабжения населения или, по крайней мере, для покрытия спроса на энергию.

Разберем недостатки этого вида энергии:

  • Как и ожидалось, гидроэлектростанция требуется большая площадь земли. Место, на котором он размещается, должно иметь природные характеристики, позволяющие правильно использовать энергию.
  • Стоимость строительства гидроэлектростанции обычно высока.Поскольку вам нужно подготовить землю, построить систему передачи электроэнергии, и во всем этом процессе теряется энергия, которую невозможно восстановить.
  • По сравнению с другими заводами или другими видами возобновляемой энергии, строительство завода занимает много времени.
  • В зависимости от режима выпадения осадков и потребностей населения производство энергии не всегда является постоянным.

Последнее происходит со многими видами возобновляемой энергии. Это одна из проблем, которую необходимо решать в секторе возобновляемых источников энергии. Как ветровая энергия требует ветра и солнечный После многих часов солнечного света гидравлической системе необходим обильный дождь для создания хороших водопадов.

Чтобы уменьшить этот недостаток, нужно очень хорошо знать, как выбрать место. Например, не то же самое, что разместить растение в районе с очень низким уровнем осадков и в целом сухим климатом, чем разместить его в районе с большим количеством дождя. Таким образом, производство энергии будет намного дешевле и обильнее.

Типы гидроэлектростанций

Существуют разные типы гидроэлектростанций в зависимости от того, как они работают.

Русловая гидроэлектростанция

Это тип установки, которая не накапливает большое количество воды в турбинах, а скорее воспользоваться имеющимся потоком в реке есть в то время. С течением времени года течение реки также меняется, что делает невозможным расход воды из-за переполнения плотины.

Гидроэлектростанция с резервным резервуаром

В отличие от предыдущего, у этого есть резервуар, в котором хранится запас воды. Резервуар позволяет более эффективно регулировать количество воды, поступающей в турбину. Преимущество, которое он предлагает по сравнению с предыдущим, заключается в том, что, всегда имея водохранилище в качестве резерва, он может производить электроэнергию круглый год.

Насосная гидроэлектростанция

В данном случае у нас есть два резервуара, расположенные на разных уровнях. В зависимости от спроса на электрическую энергию они увеличивают свое производство или нет. Они делают это как обычный обмен. Когда вода, которая хранится в верхнем резервуаре, падает, поверните турбину, и при необходимости вода откачивается из нижнего резервуара, чтобы снова можно было перезапустить цикл движения.

Этот тип центрального имеет преимущество в том, что его можно регулировать в соответствии со спросом на электроэнергию.

Надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о гидроэлектростанциях.


10 причин, почему крупные ГЭС опасны для экологии и общества: Статьи экологии ➕1, 06.04.2020

Богучанская ГЭС на реке Ангара в Красноярском крае

Фото: makhorov / prmira.ru

От 40 до 80 млн человек по всему миру были принудительно переселены для строительства 48 тыс. больших плотин, при котором прежние места жительства попадали в зону затопления. Целые города уходили под воду. Например, Корчева и Молога в Тверской области, старый Пучеж в Ивановской (новый Пучеж восстановлен «с нуля»).

Два миллиарда человек живут в странах с высоким уровнем нагрузки на водные ресурсы, в том числе из-за ГЭС. Это приводит к неравномерному распределению водных ресурсов: некоторые реки и ручьи осушают, огромные территории затапливают. Строительство крупных ГЭС нарушает установившийся баланс экосистем. Так, Иркутская ГЭС, сооруженная на Ангаре в 65 км от ее истока, спровоцировала повышение уровня воды озера Байкал в среднем на один метр. Это привело к разрушению берегов, оползням и обвалам. Под воду ушло 600 кв. км земель, было затоплено 127 населенных пунктов и переселено 17 тыс. человек.

К 2030 году из-за острой нехватки воды до 700 млн человек могут вынужденно покинуть свои жилища. Сегодня использование пресной воды значительно опережает возможности естественного восстановления ее запасов. Дефицит ценнейшего для жизни ресурса увеличивается из-за неудержимого роста потребления по всему миру.

Кариба — одно из трех крупнейших водохранилищ Африки — заполнено лишь на 16%. Образующая его ГЭС поставляет большую часть электроэнергии Замбии и Зимбабве. Существует высокая вероятность того, что если водохранилище, созданное в 1950-е годы, заполнится снова, плотина обрушится. В случае аварии большинство из трех миллионов человек, живущих неподалеку от водохранилища, погибнет или лишится имущества и урожая. Катастрофа выведет из строя около 40% генерирующих мощностей в 12 странах, расположенных на юге Африки.

Крупные ГЭС — затратные, медленно строятся, зависимы от крупных источников спроса — производств и городов — и не могут решать задачи мобильного обеспечения электричеством бедных регионов и труднодоступных поселений.

Несмотря на десятки тысяч ГЭС по всему миру, почти миллиард человек не имеет доступа к электричеству. В России, по данным за 2013 год, его были лишены 1,5 млн домохозяйств. Без электроэнергии бедные регионы и малообеспеченные слои населения не получат доступа к качественному здравоохранению, образованию, рабочим местам. Объекты солнечной и ветряной генерации (а также малые ГЭС) могут находиться вблизи от предприятия или небольшого поселения. Они способны обеспечить электричеством удаленные сельские районы, особенно — в развивающихся странах.

При строительстве плотин и наполнении водохранилищ происходит разрушение среды обитания растений и животных, вызванное обезвоживанием или пересыханием притоков рек и ручьев. Происходит и разрушение русла, связанное с избыточной подачей воды в период регулирования стока. Гидроэлектростанции наносят огромный урон популяциям рыб.

Климатические катаклизмы разрушают противопаводковые дамбы. Самые разрушительные паводковые наводнения последнего времени в России: Крымск — 2012 год; бассейн реки Амур — 2013-й; Амурская область, Еврейская АО, Хабаровский край — 2019 год.

Гидроэлектростанции вносят вклад в изменения климата. Водохранилища задерживают органику, приносимую водными потоками. При ее разложении выделяются значительные объемы парниковых газов. Источниками выбросов также выступают затапливаемые растения и почва.

Себестоимость производства на ГЭС во много раз выше, так как в нее заложены издержки, связанные со строительством плотины и закупкой оборудования. С 2010 по 2018 годы себестоимость «водного» киловатта в мире в среднем выросла на 25%, в то время как «ветряного» — снизилась на 25%, а «солнечного» — на 76%.

По состоянию на июнь 2019 года, ГЭС угрожали 42 из 250 объектов Всемирного природного наследия.

Иркутская ГЭС и три планируемые плотины в Монголии угрожают экосистеме озера Байкал. Работа планируемой правительством Камчатского края Жупановской ГЭС может негативно повлиять на состояние природного парка «Вулканы Камчатки».

Реализация плотинных мегапроектов идет вразрез с выводами доклада Всемирной комиссии по плотинам. В документе подробно разбиралось «богатое наследие» построенных гидроэлектростанций: экологические катастрофы и масштабная коррупция. В докладе говорилось, что строительство больших плотин следует планировать лишь в случаях, когда отсутствуют альтернативные варианты решения важных социально-экономических задач.

71% возобновляемой электроэнергии во всем мире вырабатывается ГЭС. В развивающихся странах в процессе строительства сейчас находятся около 3700 крупных и средних гидроэлектростанций.

ГЭС вырабатывают около 17% всей электроэнергии России. Согласно справочнику «Возобновляемая энергия. Гидроэлектростанции России», в РФ работают 193 ГЭС. Из них 15 — с установленной мощностью свыше 1000 МВт. Крупными считаются 86 объектов — их мощность превышает 25 МВт. В ряде регионов — Магаданской области и большинстве республик Северного Кавказа — гидроэнергетика обеспечивает более 90% всей вырабатываемой электроэнергии. Почти половина всех ГЭС в России располагается на реках Сибири, в первую очередь — на Енисее и его крупнейшем притоке — Ангаре.

Мировыми лидерами по выработке гидроэнергии являются Китай, Канада и Бразилия. Сейчас наиболее активно строит ГЭС КНР. Для Китая гидроэнергия — основной потенциальный источник энергии. В стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира и крупнейшая на планете ГЭС «Три ущелья» на реке Янцзы, мощностью около 22,5 тыс. МВт. Кроме того, в КНР возводится каскад ГЭС совокупной мощностью более 97 тыс. МВт.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Дарья Бекетова

Сотрудничество как ключевой фактор повышения эффективности работы гидроэлектростанций Турции

Гидроэлектростанция Хасан Угурлу, расположенная в окруженном горами и утопающем в пышной растительности каньоне, вырезанном рекой Ешилирмак, является символом энергоэффективности в Турции. Окружающая зелень кажется сплошным ковром, целостность которого нарушается только несколькими уединенными селениями. Однако где-то на этом огромном пространстве, местами затемненном лениво раскинувшимися виноградниками, находится вход в здание ГЭС, которое на сегодняшний день является домом для одного из самых оживленных проектов Всемирного банка в стране.

На дворе начало августа и порядка 10 экспертов проводят тесты на энергоэффективность. Хасан Угурлу является одной из 18 гидроэлектростанций, на которых в рамках проекта «Энергоэффективность при генерации электроэнергии» проводятся механические и электрические тестирования, а также проверки эффективности работы турбин. Данный проект, финансируемый Европейским Союзом (ЕС) и управляемый Всемирным Банком, является вторым подобным проектом, реализуемым совместно с крупнейшей электроэнергетической компанией страны — Electricity Generation Company (EÜAŞ).

Основным движущим фактором проекта является осознание того, что гидроэнергетика будет и впредь играть ключевую роль в общем успехе экологизации всей страны. Даже небольшое повышение уровня энергосбережения приведет к огромной экономии средств для страны. Поэтому обеспечение успешного функционирования таких гидроэлектростанций, как Хасан Угурлу, является важнейшим условием устойчивого энергетического будущего Турции. Некоторым гидроэлектростанциям потребуется просто своевременное и качественное техобслуживание. Другим – обширная модернизация, усовершенствование или даже полная перестройка. В любом случае, наша работа начинается с понимания текущего состояния электростанций, и проект «Энергоэффективность при генерации электроэнергии» представляет собой первый шаг на этом долгом пути.

Строительство Хасан Угурлу началось в 1971 г. и полностью финансировалось Японией. Оценка оборудования на такой гидроэлектростанции, как Хасан Угурлу, документация которой составлена 50 лет назад и на другом языке, требует, так называемого, «обратного проектирования» — виртуальной разборки оборудования с целью выявления особенностей его конструкции и объяснения принципов его работы.

 

Это большая и трудоемкая работа. Гидроэлектростанция Хасана Угурлу врезана в горы, возвышающиеся вокруг реки, и опускается на 45 метров ниже уровня земли, что составляет несколько этажей. Как только запускаются турбины, расположенные под землей комнаты нагреваются, а звуки от генератора, турбины и ниспадающей воды становятся оглушительными. Тем не менее, команда проекта продолжает трудиться. Пока я и еще около 20 человек смотрим на различные мониторы, следя за показаниями работы турбин в реальном времени к нам неожиданно присоединяется группа студентов из Исследовательского центра по гидроэнергетике Университета TOBB, а это значит, что электроэнергетика в Турции получает дополнительный импульс для развития.

Основы для более экологичного будущего

В Университете экономики и технологии TOBB находится самый крупный в мире Центр по проектированию и испытанию моделей гидротурбин (мощностью 2 МВт), что является признанием ценности гидроэнергетики, которую она может играть в будущем страны. Около 20 студентов уже подкрепили свои дипломные работы практическим опытом и анализом полученных данных, а сегодняшняя группа приняла активное участие в нашей работе по оценке станции с помощью обратного проектирования.

Проект «Энергоэффективность при генерации электроэнергии» предоставляет непревзойденную возможность исследователям наблюдать за тем, как непосредственно реализуются их теоретические работы. В настоящее время центр ставит перед собой цель обеспечить 100-процентное производство компонентов для каждой гидроэлектростанции в Турции на внутреннем рынке, поэтому собранные здесь данные ценятся на вес золота. Однако, в более широком понимании, самым ценным достижением в этой работе является именно успешное сотрудничество. Проектная работа характеризуется постоянной координацией усилий представителей частного сектора, правительства и научных кругов. Продолжение проектной деятельности — путем составления базы данных, финализации технико-экономических обоснований и проведения тренингов для сотрудников EÜAŞ и ГЭС — также будет способствовать развитию сотрудничества между тремя крупнейшими игроками в гидроэнергетическом секторе.

«Мы не планируем осуществление масштабных инвестиций в строительство новых гидроэлектростанций в Турции, — отмечает Кутай Челебиоглу, координатор отдела по проектированию и испытаниям гидротурбин Центра. – Начинать с нуля всегда проще, но в Турции уже существует большое количество установленных мощностей».

Использование этих мощностей в будущем является одной из главных целей для Кутая и его партнеров по сотрудничеству. В ближайшие десятилетия это потребует реконструкции существующих гидроэлектростанций, а также решения множества других задач. Проект «Энергоэффективность при генерации электроэнергии» помогает заложить основу для этой работы, способствуя развитию одного из важнейших компонентов для достижения успеха в ближайшие годы – сотрудничества.

Администрация муниципального образования г. Бодайбо и района. К 60-летию Мамаканской ГЭС. Сердце золотого района!

21 декабря 2021 г.

К 60-летию Мамаканской ГЭС. Сердце золотого района!

Мамаканская ГЭС расположена в Бодайбинском районе на реке Мамакан, левом притоке Витима. Станция обеспечивает электроэнергией Бодайбинский и Мамско-Чуйский районы Иркутской области.

Это первая в нашей стране ГЭС, построенная в зоне вечной мерзлоты. Технологии, применявшиеся при возведении этой ГЭС, в дальнейшем были успешно использованы при строительстве более крупных гидроэлектростанций.

А начиналось все с разработки россыпей золота на реке Бодайбинка. Русло реки проходило по сплошному изобильному потоку золота, по ее берегам располагалось множество приисков. Без электричества обойтись было невозможно. Именно острая необходимость в новом мощном и независимом источнике энергии подтолкнула к решению построить такую внушительную и уникальную Мамаканскую ГЭС. Благодаря МГЭС появилась возможность строительства новых драг, шагающих экскаваторов, что в свою очередь способствовало значительному увеличению объема добычи золота.

Возведение станции стартовало осенью 1957 года. Это стало масштабным событием – за ходом работ на Всесоюзной ударной комсомольской стройке следила вся страна! Первый промышленный ток гидроэлектростанция дала уже 22 декабря 1961 года. Еще через неделю запустили вторую турбину. В октябре 1962 года заработал четвертый агрегат, и станция достигла проектной мощности – 86 тысяч киловатт. Госкомиссия приняла Мамаканскую ГЭС в постоянную эксплуатацию в 1966 году, когда завершились строительные и отделочные работы не только в самой электростанции, но и в посёлке.

А теперь – немного о МГЭС в цифрах. В здании станции установлено 4 поворотно-лопастных гидроагрегата мощностью по 21,5 МВт, работающих при расчётном напоре 45м. Плотина ГЭС с напорным фронтом 340 м образует небольшое Мамаканское водохранилище площадью 10,82 кв.км, полной и полезной ёмкостью 0,197 и 0,1 куб.км соответственно. Работа ГЭС не приостанавливается ни на секунду, 365 дней, 24 на 7.

С 2016 г. и по сей день на Мамаканской ГЭС идет ускоренная реконструкция. Сделано много: меняются основные технологические решения, внедряются современные типы оборудования и новейшие технологии. За период с 2016 по 2021 год реконструированы и заменены:

  • АСУТП гидроагрегатов,

  • релейные защиты генераторов и трансформаторов,

  • аккумуляторная батарея и щит постоянного тока,

  • системы возбуждения генераторов,

  • система воздухоснабжения,

  • компрессоры и насосное оборудование (откачки и осушения),

  • водоснабжение п. Мамакан,

  • центральный пункт управления ГЭС,

  • силовое оборудование ОРУ,

  • здание релейного щита,

  • система контроля доступа.

Помимо этого, приобрели и обновили 5 единиц автомобильной и водной техники для обеспечения производственных нужд, организовали складское хозяйство и место для спуска и стоянки водной техники на акватории водохранилища. Также разработаны и ждут реализации в 2022-2023 г. проекты реконструкции электрооборудования кранов машинного зала и гребня плотины. На 2023 г. запланирован ремонт автодороги по гребню плотины. Уже проведено комплексное многофакторное обследование оборудования и сооружений ГЭС.

Но впереди еще самый главный проект – замена гидроагрегатов. Событие запланировано на период с 2024 по 2029 гг. Благодаря замене гидроагрегатов увеличится на 20% установленная мощность станции и годовая выработка электроэнергии. В свою очередь это позволит обеспечить строительство месторождения Сухой Лог и увеличит надежность присоединения промышленных и бытовых нагрузок в районе.

Мамаканская ГЭС является социально ответственным предприятием и входит в топ-100 региона по стабильным производственным показателям и выплачиваемым налогам. Руководство четко придерживается правила: «Успешное предприятие делают успешные люди», именно поэтому большое внимание уделяется условиям работы сотрудников, расширению пакета социальных льгот и ежегодному повышению оплаты труда. За последние два года реализован не менее важный и ответственный проект – перевод станции на обслуживание вахтовым методом.

Команда единомышленников, которая движется к одной цели – так можно описать коллектив Мамаканской ГЭС. Случайных людей здесь не бывает, поэтому коллектив подобрался интересный. Здесь есть и старожилы – мудрые наставники, которые делятся опытом и хранят традиции Мамаканской ГЭС, и опытные профессионалы, прошедшие суровую гидроэнергетическую школу на других ГЭС страны и принесшие с собой огромный опыт и знания в отрасли. Поступает и «свежая кровь» – молодые, амбициозные и талантливые ребята, у которых «горят» глаза. С заботой о сотрудниках создан и обустроен жилой фонд, оборудован современный спортзал, организовано бесплатное посещение бассейна в городе Бодайбо. Не забывает предприятие и о своих заслуженных работниках и ветеранах и с благодарностью отмечает их заслуги корпоративными наградами и памятными подарками.

В свою очередь сотрудники гордятся, что причастны к работе стратегически важного для района, области и Компании предприятия. И их гордость полностью оправдана. Во-первых, историей Станции – сюда вложены титанические усилия строителей уникального сооружения в условиях вечной мерзлоты. А во-вторых, нельзя не отметить постоянный высокий темп выполнения задач, перспективу развития, собственную значимость и нужность для района.

Возможно, в этом и кроется многолетний секрет успеха предприятия: в богатой истории и коллективе – смеси неоценимого опыта и активной молодости. Только профессионалы, которые не боялись и не боятся вызова, могут обеспечить уверенность в будущем не только в рамках одного проекта, но и для всей страны.

Объяснение гидроэнергетики — Управление энергетической информации США (EIA)

Гидроэнергетика – это энергия движущейся воды

Люди издавна используют силу воды, текущей в ручьях и реках, для производства механической энергии. Гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и до 2019 года гидроэнергетика была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.

В 2020 году на гидроэнергетику приходилось около 7.3% от общего объема производства электроэнергии в масштабах коммунальных предприятий США 1 и 37% от общего объема производства электроэнергии из возобновляемых источников в масштабах коммунальных предприятий. Доля гидроэлектроэнергии в общем производстве электроэнергии в США со временем уменьшилась, в основном из-за увеличения производства электроэнергии из других источников.

Гидроэнергетика зависит от круговорота воды

  • Солнечная энергия нагревает воду на поверхности рек, озер и океанов, что приводит к испарению воды.
  • Водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде осадков — дождя и снега.
  • Осадки собираются в ручьях и реках, которые впадают в океаны и озера, где испаряются и снова начинают свой цикл.

Количество осадков, стекающих в реки и ручьи в географической области, определяет количество воды, доступной для производства гидроэлектроэнергии. Сезонные колебания количества осадков и долгосрочные изменения в характере осадков, такие как засухи, могут иметь большое влияние на доступность производства гидроэлектроэнергии.

Источник: адаптировано из проекта развития национального энергетического образования (общественное достояние)

Источник: Управление долины Теннесси (общественное достояние)

Производство гидроэлектроэнергии с движущейся водой

Поскольку источником гидроэлектроэнергии является вода, гидроэлектростанции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Объем водного потока и изменение высоты — или падения, часто называемого напором — от одной точки к другой определяют количество доступной энергии в движущейся воде.В целом, чем больше расход воды и чем выше напор, тем больше электроэнергии может произвести гидроэлектростанция.

На гидроэлектростанциях вода течет по трубе или водоводу , затем толкает и вращает лопасти в турбине, чтобы вращать генератор для производства электроэнергии.

Обычные гидроэлектростанции включают

  • Русловые системы , в которых сила течения реки оказывает давление на турбину.Сооружения могут иметь водослив в водотоке для отвода потока воды к гидротурбинам.
  • Системы хранения , где вода скапливается в резервуарах, созданных плотинами на ручьях и реках, и сбрасывается через гидротурбины по мере необходимости для выработки электроэнергии. Большинство гидроэнергетических объектов США имеют плотины и водохранилища.

Гидроаккумулирующие сооружения представляют собой тип гидроаккумулирующей системы, в которой вода перекачивается из источника воды в водохранилище на большей высоте и выпускается из верхнего водохранилища для питания гидротурбин, расположенных ниже верхнего водохранилища.Электроэнергия для перекачки может поставляться гидротурбинами или другими типами электростанций, включая электростанции, работающие на ископаемом топливе, или атомные электростанции. Обычно они перекачивают воду в хранилище, когда спрос на электроэнергию и затраты на ее выработку и/или когда оптовые цены на электроэнергию относительно низки, и выпускают накопленную воду для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса на электроэнергию, когда оптовые цены на электроэнергию относительно высоки. Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции обычно используют больше электроэнергии для перекачки воды в верхние водохранилища, чем они производят с накопленной водой.Таким образом, ГАЭС имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Управление энергетической информации США публикует выработку электроэнергии на гидроаккумулирующих электростанциях как отрицательную выработку.

История гидроэнергетики

Гидроэнергетика является одним из старейших источников энергии для производства механической и электрической энергии, и до 2019 года она была крупнейшим источником общего годового производства возобновляемой электроэнергии в США.Тысячи лет назад люди использовали гидроэнергию, чтобы вращать гребные колеса на реках для измельчения зерна. До того, как в Соединенных Штатах появились паровая энергия и электричество, зерновые и лесопилки работали напрямую от гидроэнергии. Первое промышленное использование гидроэнергетики для выработки электроэнергии в Соединенных Штатах было в 1880 году для питания 16 дуговых ламп на фабрике стульев Росомахи в Гранд-Рапидс, штат Мичиган. Первая в США гидроэлектростанция по продаже электроэнергии открылась на реке Фокс недалеко от Эпплтона, штат Висконсин, 30 сентября 1882 года.

В США работает около 1450 обычных и 40 гидроаккумулирующих гидроэлектростанций. Старейшим действующим гидроэнергетическим объектом США является электростанция Уайтинга в Уайтинге, штат Висконсин, которая начала работу в 1891 году и имеет общую генерирующую мощность около 4 мегаватт (МВт). Большая часть гидроэлектроэнергии в США производится на крупных плотинах на крупных реках, и большинство этих гидроэлектростанций были построены до середины 1970-х годов федеральными государственными учреждениями. Самый большой У.Гидроэнергетический объект Южной Америки и крупнейшая электростанция США по генерирующей мощности — это гидроплотина Гранд-Кули на реке Колумбия в Вашингтоне с общей генерирующей мощностью 6765 МВт.

1 Коммунальные электростанции имеют общую мощность производства электроэнергии не менее 1 мегаватта. Генерирующая мощность – это чистая летняя мощность.

Последнее обновление: 8 апреля 2021 г.

Гидроэлектроэнергетика: как это работает

•  Школа водных наук ГЛАВНАЯ  •  Темы использования воды  •

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию.

Авторы и права: Tennessee Valley Authority

Так как же мы получаем электричество из воды? На самом деле гидроэлектростанции и угольные электростанции производят электроэнергию аналогичным образом. В обоих случаях источник энергии используется для вращения пропеллерной части, называемой турбиной, которая затем вращает металлический вал в электрогенераторе, который является двигателем, производящим электричество. Угольная электростанция использует пар для вращения лопаток турбины; тогда как гидроэлектростанция использует падающую воду для вращения турбины.Результаты такие же.

Взгляните на эту схему (любезно предоставленную Управлением долины Теннесси) гидроэлектростанции, чтобы увидеть подробности:

Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высот (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций). Плотина хранит много воды позади себя в резервуаре . Внизу стены плотины находится водозабор. Под действием силы тяжести он падает через напор внутри плотины.В конце водовода находится турбинный движитель, который приводится в движение движущейся водой. Вал от турбины идет вверх к генератору, который вырабатывает энергию. Линии электропередач подключены к генератору, который несет электричество в ваш дом и мой. Вода проходит мимо гребного винта через отводной канал в реку мимо плотины. Кстати, не стоит играть в воде прямо под плотиной, когда вода спускается!

 

Турбина и генератор производят электричество

Схема гидроэлектрической турбины и генератора.

Кредит: Инженерный корпус армии США

Что касается того, как работает этот генератор, Инженерный корпус объясняет это следующим образом:
«Гидравлическая турбина преобразует энергию текущей воды в механическую энергию. Гидроэлектрический генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Работа генератора основана на принципах, открытых Фарадеем. Он обнаружил, что когда магнит движется мимо проводника, он вызывает протекание электричества. В большом генераторе электромагниты создаются путем пропускания постоянного тока через проволочные петли. наматываются на стопки пластин из магнитной стали.Они называются полюсами возбуждения и устанавливаются по периметру ротора. Ротор прикреплен к валу турбины и вращается с фиксированной скоростью. Когда ротор вращается, полюса поля (электромагниты) перемещаются мимо проводников, установленных в статоре. Это, в свою очередь, приводит к протеканию электричества и возникновению напряжения на выходных клеммах генератора.»

 

Насосное водохранилище: повторное использование воды для удовлетворения пикового спроса на электроэнергию

Спрос на электроэнергию не является «ровным» и постоянным.Спрос растет и падает в течение дня, а ночью потребность в электроэнергии в домах, на предприятиях и в других объектах снижается. Например, здесь, в Атланте, штат Джорджия, в 17:00 жаркого августовского выходного дня можно поспорить, что существует огромный спрос на электроэнергию для работы миллионов кондиционеров! Но через 12 часов, в 5:00 утра… не так уж и много. Гидроэлектростанции более эффективно обеспечивают пиковые потребности в электроэнергии в течение коротких периодов, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции, и один из способов сделать это — использовать «насосное хранилище», при котором одна и та же вода используется повторно более одного раза.

Насосная аккумулирующая система — это метод хранения воды в резерве для обеспечения потребности в энергии в пиковый период путем перекачки воды, которая уже прошла через турбины, в резервуар для хранения над электростанцией в то время, когда спрос потребителей на энергию низок, например, во время Середина ночи. Затем воде позволяют течь обратно через турбогенераторы в периоды, когда потребность высока и система подвергается большой нагрузке.

Насосное хранилище: повторное использование воды для удовлетворения пикового спроса на электроэнергию

Резервуар действует во многом как батарея, сохраняя энергию в виде воды, когда спрос низкий, и производя максимальную мощность в дневные и сезонные пиковые периоды.Преимущество гидроаккумулирующих установок состоит в том, что гидроэлектростанции могут быстро запускаться и быстро регулировать производительность. Они эффективно работают при использовании в течение одного часа или нескольких часов. Поскольку гидроаккумулирующие водохранилища относительно малы, затраты на строительство обычно ниже по сравнению с обычными гидроэлектростанциями.

 

Как работает гидроэнергетика? | Хорошая энергия

К сожалению, это нельзя разместить на каждой реке, так как плотины ГЭС требуют больших объемов воды при большом перепаде высот.Чем больше высота и чем больше воды проходит через турбину, тем больше мощность для выработки электроэнергии.

Существует четыре основных типа гидроэлектростанций:       
  1. Плотины  – наиболее распространенный тип гидроэлектростанций, использующий плотины для направления воды и привода турбин
  2. Насосное водохранилище  – этот метод требует перемещения воды между водохранилищами на разных высотах и обеспечивает «по требованию» электричество.
  3. Русло реки  – обычно используется для небольших выработок, когда вода, текущая вниз по течению, используется по мере ее прохождения.Этот метод основан на постоянной подаче воды, чтобы быть эффективным.
  4. Энергия приливов  – используя предсказуемое движение приливов, два раза в день можно создавать большое количество энергии. Резервуары здесь также могут использоваться для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса.
Сколько энергии может создать вода?

Это полностью зависит от размера генератора и количества потенциальной энергии, доступной на объекте. Гидроэлектростанция может быть абсолютно огромной — как дамба Гувера мощностью 2000 МВт — или всего 50 кВт, но чем больше генератор, тем дешевле его установка и эксплуатация.В 2011 году Великобритания произвела около 1,5% своей электроэнергии за счет гидроэлектростанций, и это число продолжает расти с каждым годом.

Каковы преимущества гидроэлектроэнергии?

Существует множество преимуществ использования гидроэнергии для производства электроэнергии — тот факт, что она возобновляема, является лишь одним из них!

Hydro может быть очень предсказуемой и стабильной формой электричества, которая хорошо сочетается с другими формами возобновляемой энергии для удовлетворения спроса. На самом деле это одна из самых гибких форм генерации, способная достичь максимальной мощности менее чем за 2 минуты и так же быстро останавливаемая.

Это означает, что гидроэлектростанция идеально подходит для удовлетворения любых пиковых потребностей и баланса выработки электроэнергии в течение дня. Использование гидроэлектростанций в сочетании с другими возобновляемыми источниками энергии, более зависящими от погодных условий, такими как ветровая и солнечная, идеально, поскольку их можно включить очень быстро, и они гораздо быстрее реагируют, чем газовые, угольные или атомные электростанции.

Гидрогенераторы также имеют долгий срок службы по сравнению с другими формами производства электроэнергии. Гидроэлектрогенератор может работать от 50 до 100 лет и требует очень мало труда с низкими затратами на техническое обслуживание, что имеет большой экономический смысл.

Влияет ли это на окружающую среду?

Да и нет. Воздействие, которое проект гидроэлектростанции окажет на окружающую среду, будет варьироваться в зависимости от масштаба и используемой технологии — например, вы можете ожидать гораздо меньшего воздействия от небольшой русловой гидросистемы, чем от той, которая требует затопления земли для создания новое водохранилище, которое окажет значительное влияние на экосистему как вверх, так и вниз по течению.

После того, как работа будет завершена, эти места предоставят возможность для процветания биоразнообразной экосистемы.Кроме того, как только вода проходит через турбины для выработки электроэнергии, она продолжает свой естественный водный цикл, незагрязненный и не затронутый процессом выработки электроэнергии.

Каковы недостатки гидроэлектроэнергии?

У гидроэлектростанций есть некоторые недостатки, наиболее очевидным из которых является то, что вам нужны очень специфические условия и элементы, чтобы вырабатывать электроэнергию с использованием этого типа системы.

Кроме того, первоначальные затраты на разработку и создание проекта могут быть очень высокими.Крупномасштабные гидроэнергетические проекты требуют значительных инвестиций для их строительства, и даже в этом случае могут потребоваться другие разрешения, которые могут замедлить или даже остановить развитие.

Как и любая форма генерации, вы также зависите от топлива для производства. В то время как некоторые методы, такие как приливная энергия, чрезвычайно предсказуемы, речная гидроэнергетика зависит от постоянного потока воды, который зависит от осадков.

Краткая история гидроэнергетики

От ее зарождения до современности

Некоторые из первых инноваций в использовании воды для производства энергии были придуманы в Китае во времена династии Хань между 202 г. до н.э. и 9 г. н.э.Отбойные молоты, приводимые в действие вертикально установленным водяным колесом, использовались для измельчения и шелушения зерна, дробления руды и в раннем производстве бумаги.

Наличие гидроэнергии уже давно тесно связано с ускорением экономического роста. Когда в 1771 году Ричард Аркрайт основал Cromford Mill в долине Деруэнт в Англии для производства хлопка и, таким образом, построил одну из первых в мире фабричных систем, источником энергии, который он использовал, была гидроэнергетика.

Изобретения в области турбинных технологий

Некоторые ключевые разработки в области гидроэнергетики произошли в первой половине девятнадцатого века.В 1827 году французский инженер Бенуа Фурнейрон разработал турбину, способную производить около 6 лошадиных сил — самую раннюю версию реактивной турбины Фурнейрона.

В 1849 году британо-американский инженер Джеймс Фрэнсис разработал первую современную водяную турбину — турбину Фрэнсиса, которая и сегодня остается самой широко используемой водяной турбиной в мире. В 1870-х годах американский изобретатель Лестер Аллан Пелтон разработал колесо Пелтона, импульсную водяную турбину, которую он запатентовал в 1880 году. лезвия.

Первые гидроэлектростанции

Первая в мире гидроэлектростанция использовалась для питания одной лампы в загородном доме Крэгсайд в Нортумберленде, Англия, в 1878 году. Четыре года спустя была построена первая электростанция, обслуживающая систему частных и коммерческих клиентов. была открыта в Висконсине, США, и в течение десятилетия в эксплуатации находились сотни гидроэлектростанций.

В Северной Америке гидроэлектростанции были построены в Гранд-Рапидсе, Мичиган (1880 г.), Оттаве, Онтарио (1881 г.), Долджвилле, Нью-Йорк (1881 г.) и Ниагарском водопаде, Нью-Йорк (1881 г.).Они использовались для снабжения мельниц и освещения некоторых местных зданий.

На рубеже веков технология распространилась по всему миру: в 1891 году в Германии была построена первая трехфазная гидроэлектростанция, а в 1895 году в Австралии была запущена первая государственная электростанция в Южном полушарии. Крупнейшая в мире гидроэлектростанция того времени, электростанция Эдварда Дина Адамса, была построена на Ниагарском водопаде.

К 1900 году сотни малых гидроэлектростанций работали по мере того, как новые технологии распространялись по всему миру.В Китае в 1905 г. на ручье Синдянь близ Тайбэя была построена ГЭС установленной мощностью 500 кВт.

Век быстрых перемен

Двадцатый век стал свидетелем быстрых инноваций и изменений в конструкции гидроэнергетических сооружений.

Политика, принятая президентом США Франклином Рузвельтом, включая «Новый курс» в 1930-х годах, способствовала строительству нескольких многоцелевых проектов, таких как плотины Гувера и Гранд-Кули, где к 1940 году на долю гидроэнергетики приходилось 40 процентов производства электроэнергии в стране. [1] [2]

С 1940-х по 1970-е годы, первоначально подстегиваемые Второй мировой войной, за которой последовал сильный послевоенный рост экономики и населения, государственные коммунальные предприятия построили значительные гидроэлектростанции по всей Западной Европе, а также СССР, Северной Америки и Японии. [3]

Недорогая гидроэнергетика рассматривалась как один из лучших способов удовлетворения растущего спроса на энергию и часто была связана с развитием энергоемких отраслей, таких как алюминиевые и сталелитейные заводы.

За последние десятилетия двадцатого века Бразилия и Китай стали мировыми лидерами в области гидроэнергетики. Плотина Итайпу, расположенная между Бразилией и Парагваем, была открыта в 1984 году с мощностью 12 600 МВт — с тех пор она была расширена и модернизирована до 14 000 МВт — и сегодня ее размеры затмевает только 22 500 МВт плотина «Три ущелья» в Китае.

В конце 1980-х годов десятилетний рост мощностей остановился, а в 1990-х начал снижаться. Это произошло из-за растущих финансовых ограничений и опасений по поводу экологических и социальных последствий развития гидроэнергетики, что остановило многие проекты по всему миру. [4]

Кредитование и другие формы поддержки со стороны международных финансовых организаций (МФУ), прежде всего Всемирного банка, прекратились в конце 1990-х годов, что особенно сказалось на строительстве гидроэлектростанций в развивающихся странах.

Повышенное внимание к устойчивости

Ближе к концу века, когда глобальное понимание воздействия на окружающую среду и социальную сферу возросло, начался процесс переоценки значения и роли гидроэнергетики в национальном развитии.В 2000 году Всемирная комиссия по плотинам (WCD) опубликовала знаменательный отчет, который поставил под сомнение существующую практику и инициировал изменение планирования и развития гидроэнергетики в сторону устойчивости и затронутых сообществ. [5] [6]

Международная гидроэнергетическая ассоциация (IHA), образованная под эгидой ЮНЕСКО в 1995 г., начала работу над Руководством IHA по устойчивому развитию в 2004 г., в котором учитывались также стратегические приоритеты WCD, а также как Политика безопасности Всемирного банка, Стандарты деятельности Международной финансовой корпорации и Принципы Экватора.Эти руководящие принципы привели к разработке Протокола оценки устойчивости гидроэнергетики (HSAP), многостороннего инструмента для оценки проектов на всех этапах их жизненного цикла.

Эти разработки привели к коренным изменениям в том, как наилучшим образом планировать, разрабатывать и эксплуатировать гидроэнергетические проекты, и привели к растущему пониманию роли технологий в борьбе с изменением климата, сокращении бедности и повышении благосостояния.

Новая эра гидроэнергетики

Вскоре после начала двадцать первого века развитие гидроэнергетики получило новый импульс, особенно в Азии и Южной Америке.

В период с 2000 по 2017 год во всем мире было добавлено около 500 ГВт установленной мощности гидроэлектростанций, что представляет собой увеличение на 65 процентов, при этом рост с 2010 года уже превышает показатели, зарегистрированные в первом десятилетии века.

Значительный рост установленной мощности и выработки гидроэлектроэнергии был обусловлен рядом часто взаимосвязанных факторов, в частности:

Спрос на энергию в странах с развивающейся экономикой

и устойчивый источник электроэнергии для поддержки быстрого экономического роста.С 2000 г. Китай более чем в четыре раза увеличил свою установленную мощность до 341 ГВт (2017 г.), что составляет более половины прироста гидроэнергетической мощности в мире.

Инвестиции и торговля Юг-Юг

Бум инвестиций и торговли Юг-Юг (между развивающимися странами) стал важным источником финансирования гидроэнергетики и передачи технологий. С 2004 по 2012 год объем торговли продукцией и оборудованием для гидроэнергетики в направлении Юг-Юг увеличился с менее чем 10 процентов от общего объема мировой торговли до почти 50 процентов.

Национальные банки развития и частные инвесторы из стран с развивающейся экономикой, таких как Китай, Бразилия и Таиланд, стали крупными источниками прямых иностранных инвестиций (ПИИ), которые в прошлом в основном предоставлялись международными агентствами развития и многосторонними банками развития.

В рамках стратегии правительства Китая «Выйти за пределы» и инициативы «Один пояс, один путь» китайские компании и банки в период с 2000 по 2016 год инвестировали почти 25 миллиардов долларов США в зарубежные проекты и в процессе стали мировыми лидерами в развитии гидроэнергетики.

Многосторонние соглашения и цели

В последнее десятилетие роль гидроэнергетики в достижении результатов развития, согласованных на международном уровне, получила более широкое признание, например, посредством Целей устойчивого развития и целей в области климата, включая Парижское соглашение, которые повлияли на цели национальной политики. Проекты малых гидроэлектростанций (менее 20 МВт), в частности, выиграли от Механизма чистого развития, который был введен в соответствии с Киотским протоколом, предшествующим Парижскому соглашению, для поощрения чистого и устойчивого развития.

Поддержка со стороны Всемирного банка и МФУ

Кредитование Всемирного банка на развитие гидроэнергетики увеличилось с нескольких миллионов долларов в 1999 году до почти 2 миллиардов долларов в 2014 году. инвестора» важному «организатору», который оказывает помощь в технических знаниях и привлекает других финансистов к столу переговоров. Хотя денежная стоимость кредита Всемирного банка составляет небольшую долю от общей суммы, ежегодно гидроэнергетика, наряду с другими МФУ, включая Азиатский банк развития, способствовала увеличению инвестиций и участия частного сектора.

Будущее

Ожидается, что гидроэнергетика, благодаря многочисленным услугам и преимуществам, останется крупнейшим в мире источником возобновляемой электроэнергии на долгие годы и обладает значительным неиспользованным гидроэнергетическим потенциалом; Ожидается, что большая часть будущего роста сектора будет приходиться на Африку и Азию.

В 2018 году IHA в своем ежегодном отчете о состоянии гидроэнергетики сообщила, что мировая установленная мощность гидроэнергетики выросла до 1267 ГВт, при этом в 2017 году было выработано рекордное количество 4185 ТВтч.

По данным Международного энергетического агентства, для выполнения основных связанных с энергетикой компонентов Целей в области устойчивого развития, включая обязательство по Парижскому соглашению о температуре ниже двух градусов по Цельсию, потребуется ввести в эксплуатацию дополнительно около 800 ГВт гидроэлектростанций. в течение следующих двух десятилетий.

Ознакомьтесь с отчетом о состоянии гидроэнергетики за 2021 год, чтобы узнать последние новости отрасли.

Гидроэнергетика | Национальное географическое общество

Энергия гидроэлектроэнергии, также называемая гидроэлектроэнергией или гидроэлектроэнергией, представляет собой форму энергии, которая использует силу движущейся воды, например воды, текущей по водопаду, для выработки электроэнергии.Люди использовали эту силу на протяжении тысячелетий. Более двух тысяч лет назад люди в Греции использовали проточную воду, чтобы вращать колесо своей мельницы, чтобы перемолоть пшеницу в муку.

Как работает гидроэнергетика?

Большинство гидроэлектростанций имеют резервуар с водой, задвижку или клапан для контроля того, сколько воды вытекает из резервуара, а также выпускное отверстие или место, куда вода попадает после того, как стекает вниз. Вода получает потенциальную энергию непосредственно перед тем, как переливается через плотину или стекает с холма.Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда вода течет вниз по склону. Вода может использоваться для вращения лопастей турбины для выработки электроэнергии, которая распределяется между потребителями электростанции.

Типы гидроэлектростанций

Существует три различных типа гидроэлектростанций, наиболее распространенными из которых являются водохранилища. В водохранилище плотина используется для контроля потока воды, хранящейся в бассейне или резервуаре.Когда требуется больше энергии, вода сбрасывается из плотины. Как только вода высвобождается, сила тяжести берет верх, и вода течет вниз через турбину. Когда лопасти турбины вращаются, они приводят в действие генератор.

Другим типом гидроэлектростанций являются деривационные сооружения. Этот тип завода уникален тем, что не использует плотину. Вместо этого он использует серию каналов для направления проточной речной воды к турбинам, питающим генераторы.

Третий тип установок называется гидроаккумулирующими.Этот завод собирает энергию, полученную от солнечной, ветровой и ядерной энергии, и сохраняет ее для будущего использования. Завод накапливает энергию, перекачивая воду вверх из бассейна на более низкой высоте в резервуар, расположенный на более высокой высоте. Когда есть высокий спрос на электроэнергию, вода, находящаяся в верхнем бассейне, высвобождается. Когда эта вода стекает обратно в нижний резервуар, она вращает турбину, вырабатывая больше электроэнергии.

Насколько широко в мире используется гидроэлектроэнергия?

Гидроэлектроэнергия является наиболее часто используемым возобновляемым источником электроэнергии.Китай является крупнейшим производителем гидроэлектроэнергии. Другие ведущие производители гидроэлектроэнергии в мире включают США, Бразилию, Канаду, Индию и Россию. Приблизительно 71 процент всей возобновляемой электроэнергии, вырабатываемой на Земле, приходится на гидроэнергетику.

Какая самая большая гидроэлектростанция в мире?

Плотина «Три ущелья» в Китае, сдерживающая реку Янцзы, является крупнейшей гидроэлектростанцией в мире с точки зрения производства электроэнергии.Плотина имеет длину 2335 метров (7660 футов) и высоту 185 метров (607 футов) и имеет достаточно генераторов для производства 22 500 мегаватт электроэнергии.

 

Как работает гидроэлектростанция? Краткая история и базовая механика

Современная гидроэлектростанция — это удивительное изобретение, основанное на тысячелетней человеческой изобретательности. В этой статье, первой из серии из трех частей, исследуется история этой технологии и основная механика работы гидроэлектростанции.

Люди уже давно используют энергию воды для работы механизмов. По сей день гидроэнергетика остается важным источником электроэнергии во всем мире. Для обеспечения безопасности и эффективности современные гидроэлектростанции полагаются на множество измерительных приборов для контроля уровня, расхода, давления и температуры во всех процессах.

На протяжении тысячелетий вода была основным источником энергии для работы систем помола зерна, орошения полей и обработки древесины.В конце 1800-х годов люди начали использовать гидроэнергию для производства электроэнергии. Первая коммерческая гидроэлектростанция в США была построена на Ниагарском водопаде в 1879 году. Постоянные улучшения сделали гидроэлектростанции более безопасными и эффективными, чем когда-либо.

Плотина «Три ущелья» на реке Янцзы в центрально-восточном Китае — крупнейшая в мире электростанция.

Сегодня гидроэнергетика является основным и надежным источником электроэнергии. Более того, он чистый и возобновляемый. Поскольку они не зависят от погодных условий (за исключением засухи), гидроэлектростанции могут обеспечивать более надежную работу, чем солнечные или ветряные электростанции.Кроме того, возможность управления потоком позволяет каждому заводу адаптировать свою продукцию в соответствии с требованиями рынка. Неудивительно, что 9 из 10 крупнейших энергетических объектов в мире работают на воде. (Касивадзаки-Карива в Японии, шестая по величине, является атомной электростанцией.)

 

Как работает гидроэлектростанция

схема плотины гидроэлектростанции

Современная гидроэлектростанция состоит из водохранилища, плотины, водоводы, турбины и генераторы.Резервуар хранит «топливо» и позволяет операторам контролировать количество воды, подаваемой на турбины. Он также служит декантером: большая часть грязи и мусора в воде оседает на его дне и вдали от области забора.

Вода из водохранилища подается на турбины через водозаборник (затворы плотин) и водовод . Система фильтрации на входе дополнительно очищает воду, чтобы в ней не было взвешенных твердых частиц, которые могут повредить лопасти турбины. Гидравлические системы — регулятор, тормоза, управление воротами и т. д. — работают вместе, чтобы открывать и закрывать отверстия, которые позволяют воде течь вниз по течению от резервуара.

Водяное колесо прошлого превратилось в современную  турбину . Три основных типа различаются в основном формой и конфигурацией лопастей: турбина Фрэнсиса, турбина Каплана и турбина Пелтона, названные в честь их изобретателей. Независимо от конструкции турбина преобразует кинетическую энергию движущейся или падающей воды в механическую энергию.Турбина через вал соединена с ротором генератора , который преобразует механическую энергию в электричество. Для наибольшей эффективности турбины изготавливаются индивидуально для каждой гидроэлектростанции.

В то время как концепции гидроэнергетики просты и прямолинейны, операции совсем не такие. Каждая современная гидроэлектростанция опирается на множество сложных систем, которые отслеживают, контролируют и улучшают условия для обеспечения надлежащей работы. Подшипники и системы смазки сводят к минимуму трение и износ движущихся частей.Фильтры улавливают твердые частицы, которые могут стереть лопасти турбины. Мощные гидравлические системы открывают и закрывают затворы водовода. Системы охлаждения держат температуру под контролем, чтобы предотвратить перегрев и возгорание трансформаторов, кабелей, распределительных устройств и других электрических и механических механизмов.

Не пропустите следующую статью: Как контролировать и обслуживать гидроэлектростанцию ​​для достижения оптимальной эффективности.

Гидроэлектростанции – обзор

6.11.1.5 Компании-производители

Крупными электроэнергетическими компаниями, имеющими гидроэлектростанции в Испании, являются Iberdrola, Endesa, Gas Natural SDG, Acciona, E.ON España и HC Energía. Последние два концентрируют свою гидроэнергетическую деятельность в основном в северной части полуострова, в то время как другие распределяют свои мощности на большей территории страны. К этим крупным компаниям необходимо добавить большое количество других малых предприятий, в том числе имеющих мини-электростанции мощностью менее 50 и 10 МВт и подпадающих под действие системы специального производства электроэнергии.Администрация также является владельцем большого количества схем строительства подошвы плотин, большинство из которых относится к плотинам, предназначенным для регулирования орошения или комплексного регулирования рек.

Iberdrola является результатом слияния Iberdrola и Hidroeléctrica Española в 1991 году и владеет 9187 МВт. Iberduero берет свое начало в Hidroeléctrica Ibérica, основанной в 1901 году, и в Сальтос-дель-Дуэро, основанной в 1918 году с целью использования огромного гидроэнергетического потенциала системы Дуэро. Они были объединены в 1944 году, вскоре к ним присоединился Сальтос-дель-Силь, созданный для эксплуатации великого гидроузла реки Сил и ее притоков.Hidroeléctrica Española была основана в 1907 году, и ее происхождение также связано с некоторыми схемами и концессиями Hidroeléctrica Ibérica. Основное гидроэнергетическое развитие Hidroeléctica Española происходило в бассейнах Хукар и Тахо.

Endesa с текущей установленной гидроэлектростанцией 4511 МВт была создана на государственное финансирование в 1944 году с целью помочь частному сектору в развитии гидроэнергетики. В 1983 году была создана группа Endesa с приобретением некоторых электроэнергетических компаний, таких как Enher или Gesa, среди прочего, у Национального института промышленности.В 1990-х годах она приобрела Electra del Viesgo, историческую Sevillana de Electricidad, Hidroeléctrica de Cataluña и Fuerzas Eléctricas de Cataluña.

Unión Fenosa возникла в результате слияния Unión Eléctrica и Fuerzas Eléctricas del Noroeste (FENOSA) в 1982 году. Первая возникла в 1889 году с созданием Compañía General Madrileña de Electricidad, которая после нескольких объединений стала Unión Eléctrica Madrileña в 1912 году. Второй был создан в 1943 году для эксплуатации нескольких гидроэлектростанций в Галисии, на северо-востоке Испании.Недавно Unión Fenosa объединилась с Gas Natural, поскольку Gas Natural SDG имеет гидроэлектростанцию ​​мощностью 1860 МВт.

Acciona приобрела Energía Hidroeléctrica de Navarra и активы Endesa, в том числе Saltos del Nansa, для создания гидроэлектростанции мощностью 857 МВт.

Присутствие Э.ОН. является более новым, так как он восходит к 2007 году через свою дочернюю компанию по возобновляемым источникам энергии и к 2008 году как рыночная единица и как E.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.