 |
Гидроэнергетические установки
|
|
|
|
Типы гидроэнергетических установок
Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) предназначена для преобразования механической энергии водного потока в электрическую энергию или, наоборот, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию воды.
Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:
- гидроэлектростанции (ГЭС);
- гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
- комбинированные электростанции ГЭС—ГАЭС;
- приливные электростанции (ПЭС).
Гидроэлектростанция — это предприятие, на котором гидравлическая энергия преобразуется в электрическую.
Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование. В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п.
Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.
|
|
|
Среди типов гидроэнергетических установок ГЭС являются наиболее крупными. В России построена на Енисее Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего мощностью 6,4 млн кВт.
Ведется проектирование Туруханской ГЭС мощностью до 20 млн кВт.
Все построенные ГЭС, особенно обладающие крупными водохранилищами, играют решающую роль в обеспечении надежности, устойчивости и живучести энергетической системы России.
Гидроаккумулирующая электростанция предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки, заполняет провалы нагрузки и снижает пики нагрузки в энергосистеме, позволяет работать агрегатам атомных и тепловых электростанций в наиболее экономичном и безопасном равномерном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме.
В России работает Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт.
ГЭС—ГАЭС вырабатывает электроэнергию в период пика нагрузки за счет притока воды в верхний бьеф и за счет перекаченной из нижнего бьефа в верхний в период провалов нагрузки в энергосистеме.
Реконструкция ГЭС в ГЭС—ГАЭС, как показывает зарубежный опыт, весьма эффективна в энергосистемах, где мала доля ГЭС и ГАЭС.
Гидроэнергоресурсы
Территория, с которой стекает вода в реку, называется водосборным бассейном данной реки. Линия проходящая по повышенным местам и отделяющая друг от друга соседние бассейны, называется водораздельной линией или водоразделителем.
|
|
|
К водосборному бассейну моря относятся водосборные бассейны всех рек, впадающих в данное море.
Количество воды, протекающей через поперечное сечение водотока в 1 с, называется расходом воды Q (м3/с или л/с).
Суммарный объем воды, прошедший через поперечное сечение водотока от какого-либо начального момента времени t0 до некоторого конечного tк, называется стоком W.
Среднегодовой сток всех рек мира составляет 32 тыс. км3. Ниже в таблице приведены данные о речном стоке отдельных стран мира.
Запасы поверхностного стока по территории России распределены неравномерно, что весьма неблагоприятно для народного хозяйства, в том числе и для энергетики. Более 80 % речного стока российских рек приходится на еще мало освоенные территории бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов.
| Данные о речном стоке отдельных стран мира | |||
| Страна | Площадь территории, млн км2 | Суммарный средний многолетний объем стока, км3/год | Удельная водность в среднем за год с 1 км2, л/с |
| Россия | 17,075 | 7,4 | |
| Бразилия | 8,51 | 11,9 | |
| США | 9,36 | 9,8 | |
| Китай | 9,90 | 8,3 | |
| Канада | 9,98 | 24,0 | |
| Норвегия | 0,32 | 35,8 | |
| Франция | 0,551 | 19,7 | |
| Югославия | 0,256 | 15,2 | |
| Польша | 0,312 | 5,9 |
Особенностью стока реки является его неравномерное распределение как по годам, так и в течение года.
Многолетняя неравномерность стока неблагоприятна для всех отраслей народного хозяйства и прежде всего для энергетики. Различают: многоводные, средневодные и маловодные годы. В маловодные годы обычно значительно снижается выработка энергии на гидроэлектростанциях.
Неравномерность стока в течение года неблагоприятна для энергетики. Для большинства рек России маловодный период наблюдается зимой, когда потребность в электроэнергии наибольшая.
Механическая энергия речного стока (или гидравлическая энергия) может быть преобразована в электрическую посредством гидротурбин и генераторов.
Гидроэнергетические ресурсы подразделяют на потенциальные (теоретические), технические и экономические.
Потенциальные гидроэнергетические ресурсы — это теоретические запасы. Они подсчитываются в предположении, что весь сток будет использован для выработки электроэнергии без потерь при преобразовании гидравлической энергии в электрическую, т.е. коэффициент полезного действия h = 1.
|
|
|
Мировые потенциальные гидроэнергетические ресурсы оцениваются в 35х103 млрд кВт · ч в год и 4000 ГВт среднегодовой мощности. Потенциальные ресурсы России составляют 2896 млрд кВт · ч при среднегодовой мощности 330 ГВт.
Технические гидроэнергетические ресурсы всегда меньше потенциальных, так как они учитывают потери:
- напоров — гидравлические в водоводах, бьефах, на неиспользуемых участках водотоков;
- расходов — испарение из водохранилищ, фильтрацию, холостые сбросы и т.п.;
- энергии в оборудовании.
Они характеризуют техническую возможность получения энергии на современном этапе.
Технические гидроэнергетические ресурсы России составляют 1670 млрд кВт · ч в год, в том числе по малым ГЭС — 382 млрд кВт · ч в год. Выработка электроэнергии на действующих ГЭС России в 2002 г. составила 170,4 млрд кВт · ч, в том числе на малых ГЭС — 2,2 млрд кВт · ч.
Экономические гидроэнергетические ресурсы — это часть технических ресурсов, которую по современным представлениям целесообразно использовать в обозримой перспективе. Они существенно зависят от прогресса в энергетике, удаленности ГЭС от места подключения к энергосистеме, обеспеченности рассматриваемого региона другими энергетическими ресурсами, их стоимостью, качеством и т.п. Экономические гидро энергетические ресурсы переменны во времени и зависят от многих изменяющихся факторов. В настоящее время в мире наблюдается тенденция роста оценки экономических гидроэнергетических ресурсов.
|
|
|
