 |
Лекция 11. Гидроэнергетические установки. Схемы использования водной энергии и типы гидростанций. Плотинные схемы создания напора бывают приплотинные и русловые, представлены на рисунках 10. 1 и 10. 2. Плотина перегораживает русло реки, в результате чего
|
|
|
|
Лекция 11
ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
Преобразование гидроэнергии в электрическую энергию стало возможным
в конце XIX века благодаря открытиям в области физики и техническому про-грессу. Крупные ГЭС начали появляться на рубеже XIX и XX веков. Физиче-ские принципы преобразования энергии падающей воды в электрическую энергию довольно просты, однако техническое осуществление такого проекта оказалось в действительности довольно сложным. Строительство плотины требует проведения предварительных работ по изменению русла реки рытьем котлована, и только после этого начинается строительство самой плотины. Она строится из железобетона и представляет собой монолитное сооружение. Вода под напором, создаваемым плотиной, направляется в водовод, который заканчивается турбиной. Турбина вращает вал, соединённый с ротором генератора. Количество вырабатываемой электроэнергии на ГЭС зависит от потенциальной энергии воды, запасённой в водохранилище, и КПД её преобразования в электроэнергию. Мощность ГЭС зависит как от количества воды, так и от перепада между водной поверхностью водохранилища и уровнем установки гидроагрегата:
| P = ρ gQH, | (10. 1) |
где ρ - удельный вес воды, г/см3; g - ускорение свободного падения, равное 9, 81м/с; Q - расход воды через турбину, м3; H - напор воды, м.
Разница между верхним и нижним бьефом водохранилища называется напором. Вода, поступающая на турбину под высоким напором, имеет большую потенциальную энергию, чем при малом напоре, и поэтому на высоконапорной ГЭС требуется меньший расход воды для получения одинаковой мощности. Чем выше напор, тем меньше габариты турбины, а это, в свою очередь, удешевляет стоимость всего сооружения. Но высокий напор не всегда удаётся создать, поскольку мощность ГЭС и количество вырабатываемой ею электроэнергии в основном зависят от топографических условий в районе размещения водохранилища и тела плотины. К числу высоконапорных ГЭС можно отнести: Вахшскую, Красноярскую, Братскую, Саяно-Шушенскую, ГЭС Гувер в США (штат Аризона) и Асуанский комплекс в Египте. ГЭС Волжского каскада, Новосибирская и Бонневильская на реке Колумбии относятся к категории низконапорных ГЭС. Гидроэнергетический потенциал всех рек мира оценивается в 2857 ГВт, однако маловероятно, что этот потенциал когда-либо будет полностью освоен.
|
|
|
Схемы использования водной энергии и типы гидростанций
В зависимости от того, каким способом создается (концентрируется) напор, различают следующие схемы гидроустановок:
1. Плотинную, при которой весь напор создается плотиной;
2. Деривационную, при которой напор создается деривационными (от-водными) сооружениями;
3. Смешанную плотинно-деривационную, при которой напор создается как плотиной, так и деривационными сооружениями.
Плотинные схемы создания напора бывают приплотинные и русловые, представлены на рисунках 10. 1 и 10. 2. Плотина перегораживает русло реки, в результате чего уровень воды перед плотиной поднимается, образуя водохранилище той или иной емкости.
Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом (ВБ), а водное пространство за плотиной называется нижним бьефом (НБ).
Разность отметок уровней воды верхнего и нижнего бьефов называется статическим напором (Н СТ).
Здание станции располагается или за плотиной (рисунок 10. 1), или рядом
с плотиной (рисунок 10. 2). Поверхность воды в верхнем бьефе перед плотиной образует кривую подпора, длина которой зависит от уклона реки. По этой при-чине используемый напор Н СТ несколько меньше располагаемого напора Н уч, на величину потери напора h кр на участке кривой подпора, т. е.:
|
|
|
Н СТ = Н уч - h кр.
Деривационную схему создания напора применяют на горных реках, име-ющих значительные уклоны.
Рисунок 10. 1. Поперечный разрез русловой гидроэлектростанции: 1 – затвор водосброса; 2 – паз ремонтного затвора; 3 – основной затвор турбинного водовода; 4 – генератор; 5 – трансформатор; 6 – аварийный затвор; 7 – турбина; ГВБ – горизонт верхнего бьефа; ГНБ - горизонт нижнего бьефа
Рисунок 10. 2 - Поперечный разрез приплотинной гидроэлектростанции:
1 – провода на ОРУ; 2 – плоский затвор; 3 – машинный зал; 4 – генератор; 5 – спиральная камера; 6 – отсасывающая труба; 7 – турбина радиально-осевого типа; 8 – турбинный водовод; 9 – глубинный водоприемник; 10 – решетка; 11 – подъемный механизм щитов
При сравнительно прямолинейном русле реки вода отводится из нее от-крытым каналом, идущим по склону долины (рисунок 10. 3. ); причем отводному каналу придается уклон значительно меньший, чем уклон реки. Благодаря это-му уровень воды в конце канала оказывается на более высокой отметке, чем уровень воды в реке. Таким образом возможно сосредоточить напор воды, ко-торый используют для работы турбин гидростанции. Водовод, по которому во-да отводится из реки, называется деривацией. В качестве деривации может быть использован открытый канал, туннель, трубопровод и т. д.
Гидростанции, в которых напор создается деривацией, называются дери-вационными.
В ее состав входят следующие гидротехнические сооружения (рисунок 10. 3): плотина 2, обеспечивающая поступление воды в деривацию; открытый деривационный канал 3, проходящий по склону берега реки; напорный бассейн 4, представляющий собой расширенный концевой участок канала и обеспечи-вающий соединение канала с напорными трубопроводами гидростанции; напорные трубопроводы 5, по которым вода из напорного бассейна подводится
к турбинам станции; здание станции 6, в котором размещается гидромеханиче-ское и электрическое оборудование станции; отводящий канал 7, по которому отработавшая вода от турбин сбрасывается обратно в реку.
|
|
|
Рисунок 10. 3. Общий вид деривационной гидростанции: 1 - река; 2 – плотина; 3 – открытый деривационный канал; 4 - напорный бассейн; 5 – трубо-
провод; 6 – здание станции; 7 – отводящий канал
|
|
|
