Гидроэлектростанция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидроэлектростанция (ГЭС) -- электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонобразные виды рельефа.

Особенности. Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.

Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют медленно изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.

Сток реки является возобновляемым источником энергии.

Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.

Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.

Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).

Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.

Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой -- требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.

Водохранилища делают климат более умеренным.

Принцип работы. Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, илидеривацией -- естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

мощные -- вырабатывают от 25 МВт и выше;

средние -- до 25 МВт;

малые гидроэлектростанции -- до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

· высоконапорные -- более 60 м;

· средненапорные -- от 25 м;

· низконапорные -- от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных -- ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных -- поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож -- вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами -- стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

· русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

· приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

· деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние -- спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида -- безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище -- такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

· гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации, и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Рассмотрим энергетические характеристики на примере Саяно-Шушенской (ГЭС)

Саяно-Шушенская гидроэлектростанция имени П. С. Непорожнего -- крупнейшая по установленной мощностиэлектростанция России, шестая -- среди ныне действующих гидроэлектростанций в мире. Расположена на реке Енисей, на границе между Красноярским краем и Хакасией, у посёлка Черёмушки, возле Саяногорска. Является верхней ступенью Енисейского каскада ГЭС. Уникальная арочно-гравитационная плотина станции высотой 245 м -- самая высокая плотина России и одна из высочайших плотин мира. Название станции происходит от названий Саянских гор и расположенного неподалёку от станции села Шушенское, широко известного в СССР как место ссылки В. И. Ленина.

Строительство Саяно-Шушенской ГЭС, начатое в 1963 году, было официально завершено только в 2000 году. В ходе строительства и эксплуатации ГЭС имели место проблемы, связанные с разрушением водосбросных сооружений и образованием трещин в плотине, позднее успешно решённые.

17 августа 2009 года на станции произошла крупнейшая в истории отечественной гидроэнергетики авария, ставшая причиной гибели 75 человек. Восстановление станции должно быть завершено в 2014 году.

Эксплуатационный водосброс. Эксплуатационный водосброс предназначен для сброса избыточного притока воды в половодье и паводки, который не может быть пропущен через гидроагрегаты ГЭС либо аккумулирован в водохранилище. Проектная максимальная пропускная способность эксплуатационного водосброса составляет 13 600 мі/сек, фактическая при отметке водохранилища 540 м -- 13 090 мі/сек. Конструктивно эксплуатационный водосброс состоит из водоприёмников, водосбросных лотков, водобойного колодца и рисбермы. Водоприёмники 11 лотков водосброса размещены в водосбросной части плотины, их пролёты размерами 8,2Ч5,4 м перекрываются плоскими колёсными затворами, маневрирование которыми осуществляется при помощи двух козловых кранов грузоподъёмностью 500 т; также имеются аварийно-ремонтные затворы. Водосбросы состоят из трубчатой закрытой части, проходящей в теле плотины и частично на её низовой грани, и открытой части длиной около 150 м на низовой грани плотины. Водосбросные лотки имеют ширину 7,18 м (6,73 м на нижнем участке) и отделены друг от друга стенами высотой 7 м. На концевых участках стен водосбросных лотков расположена строительная эстакада с отметкой верха 343,5 м, использовавшаяся для размещения техники и подвоза бетона при строительстве водобойного колодца. После окончания строительства эстакаду было решено сохранить для использования в возможных ремонтных работах.

Здание ГЭС. В здании ГЭС размещено 10 гидроагрегатов, мощностью 640 МВт каждый, с радиально-осевыми турбинами РО-230/833-0-677, работающими при расчётном напоре 194 м (рабочий диапазон напоров -- от 175 до 220 м). Номинальная частота вращения гидротурбины -- 142,8 об/мин, максимальный расход воды через турбину -- 358 мі/с, КПД турбины в оптимальной зоне -- около 96 %, общая масса оборудования гидротурбины -- 1440 т. Рабочее колесо гидротурбины -- неразъёмной цельносварной конструкции изнержавеющей стали, имеет диаметр 6,77 м. Первые два гидроагрегата снабжались сменными рабочими колёсами РО-140/820а-605, работающими при напоре от 60 до 120 м; впоследствии сменные рабочие колёса были заменены на штатные. Отличительная особенность гидротурбин станции -- использование индивидуальных приводов лопаток направляющего аппарата. Наиболее эффективна работа гидротурбин на мощности, близкой к максимальной; в диапазоне мощностей от 190 до 410 МВт (при напоре 175 м) и от 275 до 585 МВт(при напоре 215 м) работа гидроагрегатов запрещена вследствие повышенных вибраций («запрещённая зона»). Работа с мощностью меньше, чем в «запрещённой зоне», возможна, но менее эффективна из-за снижения КПД турбин.

Расчет КПД Гидроэлектростанций Саяно-Шушенской,

Красноярская ГЭС, Братская ГЭС.

Данные:

Мощность генераторов берется из справочной литературы

гидроэлектростанция водный энергия

Размещено на Allbest.ru