Аккумулирующие электрические станции реферат

Обновлено: 02.07.2024

Гидроаккумулирующие электростанции получили широкое распространение в мире: по состоянию на 2005 г. их общее количество достигло 460; в настоящее время строится около 40 новых ГАЭС во многих странах мира.
Актуальность развития генерирующих мощностей гидроаккумулирующего типа обусловлена дефицитом маневренных регулирующих мощностей.

Содержание

Введение 3
Глава 1 Определение, принцип работы, классификация, основное
оборудование и технологические схемы ГАЭС 4
1.1 Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) 4
1.2 Принцип работы 5
1.3 Классификация ГАЭС 7
1.4 Технологические схемы 9
1.5 Гидросиловое оборудование 11
1.6 Компоновочные решения 13
Глава 2 Системное значение ГАЭС 15
2.1 Энергетическая безопасность страны и роль ГАЭС в
повышении живучести энергосистем 15
2.2 Целесообразное расположение ГАЭС и их использование 17
2.3 Влияние ГАЭС на окружающую среду 21
Заключение 24
Список использованных источников 26

Работа состоит из 1 файл

ГАЭС.doc

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Институт управления бизнес-процессами и экономики СФУ

Гидроаккумулирующие электростанции

Глава 1 Определение, принцип работы, классификация, основное

оборудование и технологические схемы ГАЭС 4

1.1 Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) 4

1.2 Принцип работы 5

1.3 Классификация ГАЭС 7

1.4 Технологические схемы 9

1.5 Гидросиловое оборудование 11

1.6 Компоновочные решения 13

Глава 2 Системное значение ГАЭС 15

2.1 Энергетическая безопасность страны и роль ГАЭС в

повышении живучести энергосистем 15

2.2 Целесообразное расположение ГАЭС и их использование 17

2.3 Влияние ГАЭС на окружающую среду 21

Список использованных источников 26

Вопросы использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) актуальны для всех стран мира в силу различных обстоятельств. Для промышленно развитых стран мира, зависящих от импорта топливно-энергетических ресурсов это, прежде всего, энергетическая безопасность. Для промышленно развитых стран, богатых энергоресурсами, - это экологическая безопасность. Для развивающихся стран — это наиболее быстрый путь к улучшению социально-бытовых условий жизни населения.

К ВИЭ относятся: энергия солнца, ветра, рек и водотоков, мирских приливов и волн, тепловая энергия земли (геотермальная) и гидросферы (тепло воздуха и вод океанов, морей и крупных водоемов), а также энергия биомассы. Меня из этого перечня интересует, в первую очередь, гидроэнергетика. Это прежде всего потенциал энергии рек и водотоков, который в мире оценивается величиной в 8100 млрд. кВт-ч.

В настоящее время разработана (и частично уже реализуется) программа развития гидроэнергетических мощностей на период до 2020 г., предусматривающая ввод генерирующих мощностей.

Особое место в числе различных видов гидроэнергетики занимают ГАЭС. Благодаря специфической технологии ГАЭС дают уникальную возможность двойного регулирования мощности - в генераторном и нагрузочном режимах. Это позволяет использовать ГАЭС при решении широкого диапазона режимных задач, связанных с потребностями в регулировании:

Актуальность развития генерирующих мощностей гидроаккумулирующего типа обусловлена дефицитом маневренных регулирующих мощностей.

Гидравлическое аккумулирование электрической энергии осуществляется гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС), сооружение которых способствует комплексному решению ряда энергетических, топливно-энергетических и водохозяйственных проблем.

Планомерно увеличивающиеся масштабы промышленного и сельскохозяйственного производства обуславливают значительные приросты электропотребления. Удовлетворения этого прироста электропотребления энергетическими мощностями невозможно без концентрации мощностей на электростанциях и отдельных агрегатах.

Концентрация мощностей агрегатов и электростанций обеспечивает более быстрый ввод мощностей в энергосистемах, повышение экономичности электростанций, уменьшение потребности в трудовых ресурсах при строительстве и эксплуатации, снижение металлоемкости.

Наряду с положительными сторонами насыщение энергетических систем тепловыми и атомными электростанциями огромной мощности усугубляет трудности с покрытием минимальных нагрузок. Ограниченный диапазон регулирования мощности крупноблочных агрегатов и невозможность частых пусков и остановок без резкого снижения надежности и экономичности работы энергосилового оборудования тепловых и атомных электростанций затрудняет покрытие неравномерной части графиков электрической нагрузки. Неравномерность режима электропотребления наблюдается не только в течение суток ( внутрисуточная неравномерность), но и по дням недели (внутринедельная неравномерность), и сезонам года (внутригодовая неравномерность).

В этих условиях неразрывность процесса производства и потребления электроэнергии требует от энергосистем значительного маневрирования мощностями электростанций и агрегатов. Однако современное оборудование ТЭС и АЭС не приспособлено к резкопеременному режиму работы. Тратяться огромные средства на различного рода усовершенствования, реконструкцию отдельных узлов агрегатов и на устранения неполадок. При решении указанной проблемы гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) занимают особое место, так как они одновременно являются высокоманевренным источником пиковой мощности и потребителем регулятором. В отличии от гидроэлектростанций обычного типа пиковая энергоотдача ГАЭС не зависит от водности года.

1.2 Принцип работы

а — вертикальный разрез; б — план; 1 — верхний аккумулирующий бассейн; 2 — водоприёмник; 3 — напорный водовод; 4 — здание электростанции; 5 — нижнее питающее водохранилище; 6 — плотина с водосбросом; 7 — нормальный подпорный уровень воды; 8 — уровень сработки.

Рисунок 1 – Гидроаккумулирующая электростанция

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) перераспределяют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, во времени в соответствии с требованиями потребителей. Принцип действия гидроаккумулирующей станции основан на ее работе в двух режимах: насосном и турбинном. В насосном режиме вода из нижнего водохранилища (бассейна) ГАЭС (рис. 2.I) перекачивается в вышерасположенный верхний бассейн. Во время работы в насосном режиме (обычно в ночные часы, когда нагрузка в энергосистеме снижается) ГАЭС потребляет электрическую энергию, вырабатываемую тепловыми электростанциями энергосистемы. В турбинном режиме ГАЭС использует запасенную в верхнем бассейне воду, агрегаты станции при этом вырабатывают электроэнергию, которая подается потребителю в часы пиков нагрузки.

Гидротехнические сооружения ГАЭС состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода . Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода , могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса , или двухмашинными — обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина .

Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоём, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной. Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами . Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколькими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную манёвренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа её работы, близок двукратной установленной мощности , что является одним из основных её достоинств.

Колебания нагрузок агрегатов ТЭС и АЭС вызывают повышение удельных затрат топлива, ускорение износа и сокращение сроков амортизации их оборудования, увеличение издержек и затрат времени на ремонт. За счет работы ГАЭС в турбинном режиме также обеспечивается покрытие пиков графика, а в часы минимальных нагрузок ГАЭС работают в насосном режиме и потребляют энергию ТЭС или АЭС, повышают их загрузку и тем самым дополнительно уменьшают колебания нагрузки. Это улучшает условия эксплуатации ТЭС и АЭС и снижает суммарные затраты топлива в энергосистеме. Исключительной особенностью ГАЭС, которой не обладает никакой другой тип электростанций, является именно повышение нагрузок ТЭС и АЭС в часы минимумов ("провалов") нагрузок. ГАЭС могут быть использованы также в полупиковой части графика суточных нагрузок, если верхняя, самая острая часть пика графика обеспечивается за счет работы каких-либо других электростанций. В самой верхней части графика использование мощности ГАЭС в течение отдельных суток имеет место примерно в течение 1,5-3 ч, в полупиковой части графика 5-8 ч (соответственно употребляется термин: трехчасовая зона, пяти-, восьмичасовая зона и т. д.).

Способность ГАЭС покрывать пики нагрузки и повышать спрос на электроэнергию в ночные часы суток делает их действенным средством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частности, крупных паротурбинных энергоблоков.

Общий КПД ГАЭС в оптимальных расчётных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение КПД с учётом потерь в электрической сети не превышает 0,66.

ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т.к. сооружение протяжённых линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.

Классификация гидроаккумулирующих электростанций

Гидроаккумулирующие электростанции можно классифицировать по следующим признакам.
По схеме аккумулирования:

ГАЭС простого аккумулирования, иногда их называют чистыми ГАЭС (рис. 2.1 I). Характерным признаком ГАЭС такого типа является отсутствие притока воды в верхний бассейн;
ГАЭС смешанного типа, или ГЭС-ГАЭС, при этой схеме имеется приток воды в верхний бассейн, который, срабатываясь в турбинном режиме, дает дополнительную выработку энергии (рис. 2.1 II);
ГАЭС в схеме переброски стока (рис. 2.1 III), или ГАЭС с неполной высотой подкачки в бассейн или канал на водоразделе. Характерным для этой схемы является раздельное расположение насосной и гидроэлектрической станций, в связи с чем схему иногда называют раздельной.

По длительности цикла аккумулирования, т. е. по периоду сработки и наполнения бассейна различают ГАЭС :

суточного,
недельного,
сезонного аккумулирования.

В ГАЭС суточного регулирования наполнение и сработка бассейна происходят в течении суток.

Продолжительность использования ГАЭС в суточном режиме (продолжительность периода зарядки и разрядки) определяется технико-экономическим расчетом.

В некоторых случаях на суточный цикл может накладываться недельный цикла аккумулирования, что требует обычно значительного увеличения емкости бассейнов.

Производство электроэнергии на электрических станциях и ее потребление различными приемниками представляют собой процессы, взаимосвязанные таким образом, что в силу физических закономерностей мощность потребления электроэнергии в какой-либо момент времени должна быть равна генерируемой мощности.

При идеальном равномерном потреблении электроэнергии должна происходить равномерная работа определенного числа электростанций. В действительности работа большинства отдельных электроприемников неравномерна и суммарное потребление электроэнергии также неравномерно. Можно привести множество примеров неравномерности работы установок и приборов, потребляющих электроэнергию. Завод, работающий в одну или две смены, неравномерно потребляет электрическую энергию в течение суток. Улицы и квартиры освещают только в определенные часы суток. В утренние и вечерние часы коммунальная нагрузка наибольшая.

График нагрузки некоторого района или города, представляющий собой изменение во времени суммарной мощности всех потребителей, имеет провалы и максимумы. Это означает, что в одни часы суток требуется большая суммарная мощность генераторов, а в другие часы часть генераторов или электростанций должна быть отключена или работать с уменьшенной нагрузкой. Это приводит к недоиспользованию оборудования и удорожанию энергосистем. Так, снижение числа часов использования установленной мощности крупных ТЭС с 6000 до 4000 ч в год приводит к возрастанию себестоимости вырабатываемой электроэнергии на 30-35 %.

Рисунок 1.33 - Гидроаккумулирующая электростанция (схема)

Энергетики по возможности принимают меры по выравниванию графика суммарной нагрузки потребителей. Так, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой период времени она потребляется. В целом возможности выравнивания потребления электроэнергии невелики. Следовательно, электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций.

Анализ тенденций в потреблении электрической энергии показывает, что в дальнейшем неравномерность потребления будет увеличиваться по мере роста благосостояния населения и связанного с ним увеличения коммунально-бытовой нагрузки. Такое положение характерно не только для нашей страны. В большинстве стран Западной Европы неравномерность в потреблении электроэнергии такова, что в течение часа изменение нагрузки достигает 30 % от максимальной мощности и в перспективе также ожидается увеличение неравномерности. Кардинально изменить характер потребления электроэнергии очень трудно, так как он зависит от установившегося ритма жизни людей и ряда не зависящих от людей объективных обстоятельств. Например, нельзя изменить того факта, что электрическое освещение нужно в вечерние часы с наступлением темноты.

Большая часть электроэнергии (80 %) вырабатывается на ТЭС, для которых наиболее желателен равномерный график нагрузки. На агрегатах этих станций невыгодно проводить регулирование мощности.

Периодические включения и отключения ТЭС не позволяют решить задачу регулирования мощности из-за большой продолжительности этих процессов. На запуск тепловой станции в лучшем случае требуются часы. Кроме того, работа крупных ТЭС в резко переменном режиме нежелательна, так как приводит к повышенному расходу топлива, повышенному износу теплосилового оборудования и, следовательно, снижению его надежности. Следует учесть также, что ТЭС с высокими параметрами пара имеют некоторые минимальные технически возможные рабочие мощности, составляющие 50-70 % от номинальной мощности оборудования. Все это относится не только к ТЭС, но и к АЭС. Поэтому в настоящее время и в ближайшем будущем дефицит в маневренных мощностях (пик нагрузки) покрывается ГЭС, у которых набор полной мощности с нуля можно произвести за 1-2 мин.

Задачу снятия пиков решают гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), работающие следующим образом, рис. 1.34. В интервалы времени, когда электрическая нагрузка в объединенных системах минимальна, ГАЭС перекачивает воду из нижнего водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы, рис. 1.34, а. В режиме непродолжительных пиков - максимальных значений нагрузки - ГАЭС работает в генераторном режиме и расходует запасенную в верхнем водохранилище воду.

И европейской части СССР возможно сооружение до 200 ГАЭС. В энергосистемах, расположенных в центральной, северо-западной и южной частях, где имеется наибольший дефицит маневренной мощности, естественные перепады рельефа позволяют сооружать станции с небольшим напором (80-110 м).

Рисунок 1.34 - Схема работы гидроаккумулирующей станции:

а – схема станции: 1 – верхний бассейн; 2 – водовод; 3 – здание ГАЭС; 4 – нижний бассейн; б, в, г – компоновка агрегатов станции четырехмашинная, трехмашинная и двухмашинная

На первых ГАЭС для выработки электроэнергии использовали турбины Т и генераторы Г, а для перекачки воды в верхний бассейн - электрические двигатели Д и насосы Н, рис. 1.34, б. Такие станции называли четырехмашинными - по числу устанавливаемых машин. В силу независимости работы генератора и насоса иногда четырехмашинная схема оказывается экономически наиболее выгодной. Совмещение функций генератора и двигателя привело к трехмашинной компоновке ГАЭС, рис. 1.34, в.

ГАЭС стали особенно эффективными после появления обратимых гидротурбин, выполняющих функции и турбин, и насосов, рис. 1.34, г. Число машин при этом сведено к двум. Однако станции с двухмашинной компоновкой имеют более низкое значение КПД

Крупные действующие ГАЭС: в районе Москвы первая ГАЭС с обратимыми гидроагрегатами общей мощностью 200 МВт; Круахан (Великобритания) - 400 МВт, напор 440 м, введена в (1966 г.); Том-Сок (США) - 350 МВт, в двух агрегатах по 175 МВт, напор 253 м (1963 г.); Хоэнварте-11 (ГДР) - 320 МВт, напор 305 м (1965 г.); Вианден (Люксембург) - 900 МВт, напор 280 м (1964 г.).

Солнечные электростанции

Существует два основных направления в развитии солнечной энергетики: решение глобального вопроса снабжения энергией и создание солнечных преобразователей, рассчитанных на выполнение конкретных локальных задач. Эти преобразователи делятся на три группы: использующие фотоэффект, высокотемпературные и низкотемпературные.

Прямое преобразование энергии

Фотоэффект открыт Герцем в 1887 г. и детально исследован А. Г. Столетовым в 1888 г. Несмотря на то, что фотоэффект известен давно, природа его пока полностью не изучена. Практическое использование фотоэффекта для получения электроэнергии стало возможным в последнее время в связи с применением полупроводников.

При соприкосновении полупроводников, имеющих электронную (n-типа) и дырочную (р-типа) проводимости, на границе образуется контактная разность потенциалов вследствие диффузии электронов. Если полупроводник с дырочной проводимостью освещается, то его электроны, поглощая кванты света, переходят на полупроводник с электронной проводимостью. В замкнутой цепи при этом образуется электрический ток.

Рисунок 1.35 - Схема прямого преобразования электроэнергии

В настоящее время наиболее совершенны кремниевые фотоэлементы, на которые действуют как направленные, так и рассеянные солнечные лучи. Кремниевые фотоэлементы могут одинаково успешно работать зимой и летом.

Высокотемпературные преобразователи энергии. В преобразователях первого типа солнечные лучи концентрируются на небольшом участке, температура которого поднимается до 3000 °С. Такие установки уже существуют. Они используются, например, для плавки металлов (см. рис. 1.36.)

Рисунок 1.36 - Высокотемпературный гелиостат

Самая многочисленная часть солнечных преобразователей работает при гораздо меньших температурах – порядка 100–200 °С. С их помощью подогревают воду, обессоливают ее, поднимают из колодцев. В солнечных кухнях готовят пищу. Сконцентрированным солнечным теплом сушат овощи, фрукты и даже замораживают продукты. Энергию солнца можно аккумулировать днем для обогрева в ночное время домов и теплиц.

Солнечные установки практически не требуют эксплуатационных расходов, не нуждаются в ремонте и требуют затрат лишь на их сооружение и поддержание в чистоте. Работать они могут бесконечно.

Фирма Loose Industries на солнечно-газовой электростанции в Калифорнии использует систему параболо-цилиндрических длинных отражателей в виде желоба. В его фокусе проходит труба с теплоносителем – дифенилом, нагреваемым до 350 °С. Желоб поворачивается для слежения за солнцем только вокруг одной оси (а не двух, как плоские гелиостаты). Это позволило упростить систему слежения за солнцем. Солнечная энергия может непосредственно преобразовываться в механическую. Для этого используется двигатель Стирлинга. Если в фокусе параболического зеркала диаметром 1,5 м установить динамический преобразователь, работающий по циклу Стирлинга, получаемой мощности (1 кВт) достаточно, чтобы поднимать с глубины 20 метров 2 м³ воды в час.

Низкотемпературные преобразователи

Водонагреватель предназначен для снабжения горячей водой в основном индивидуальных хозяйств. Устройство состоит из короба со змеевиком, бака холодной воды, бака-аккумулятора и труб. Короб стационарно устанавливается под углом 30-50 °С с ориентацией на южную сторону. Холодная, более тяжелая, вода постоянно поступает в нижнюю часть короба, там она нагревается и вытесненная холодной водой поступает в бак-аккумулятор. Она может быть использована для отопления, душа либо других бытовых нужд. Дневная производительность на широте 50° примерно равна 2 кВт/ч с квадратного метра. Температура воды в баке-аккумуляторе достигает 60–70 °С, КПД установки – 40 %.

Рисунок 1.37 - Солнечный водонагреватель

Тепловые концентраторы. Каждый, кто хоть раз бывал в теплицах, знает, как резко отличаются условия в ней и за её пределами. Температура в теплице выше. Солнечные лучи почти беспрепятственно проходят сквозь прозрачное покрытие и нагревают почву, растения, стены, конструкцию крыши. В обратном направлении тепло рассеивается мало из-за повышенной концентрации углекислого газа. По сходному принципу работают и тепловые концентраторы. Это – деревянные, металлические или пластиковые короба, с одной стороны закрытые одинарным или двойным стеклом. Внутрь короба для максимального поглощения солнечных лучей вставляют волнистый металлический лист, окрашенный в черный цвет. В коробе нагревается воздух или вода, которые периодически или постоянно отбираются оттуда с помощью вентилятора или насоса.

Ветровая электростанция

Ветроэнергетика – это наиболее быстро растущий сейчас сектор энергетической промышленности в мире (24 % в год). Во многих странах возникла новая отрасль – ветроэнергетическое машиностроение. По-видимому, и в ближайшей перспективе ветроэнергетика сохранит свои передовые позиции. Мировыми лидерами по применению энергии ветра являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. В Европе ветрогенераторы стали привычным элементом пейзажа. Например, в Дании 13 % электроэнергии уже сейчас вырабатывается с помощью возобновляемых источников. Половина ветровых турбин изготавливается именно в этой стране, отсюда их развозят по всему свету.

В России к началу ХХ века вращалось около 2500 тысяч ветряков общей мощностью миллион киловатт. В 1931 г. вблизи Ялты была построена крупнейшая по тем временам ветроэнергетическая установка мощностью 100 кВт, а позднее разработан проект агрегата на 5000 кВт. Но реализовать его не удалось, так как Институт ветроэнергетики, занимавшийся этой проблемой, был закрыт.

Рисунок 1.37 - Разрез ветровой электростанции

Существенным недостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но это можно скомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полной автономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя их мощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенератор может дополнять существующие. И, наконец, от ветродвигателя можно непосредственно получать механическую энергию.

Принцип действия всех ветродвигателей один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу генератора, вырабатывающему электроэнергию, водяному насосу (рис. 1.38). Чем больше диаметр ветроколеса, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает агрегат.

Принципиальная простота дает здесь исключительный простор для конструкторского творчества.

Основные разновидности ветроагрегатов изображены на рисунке 1.38:

1) ветродвигатели с вертикальной осью вращения (карусельные: лопастные 1 и ортогональные 6);

2) ветродвигатели 2–5 с горизонтальной осью вращения (крыльчатые).

Типы крыльчатых ветродвигателей отличаются только количеством лопастей.

Распространение крыльчатых ветроагрегатов объясняется величиной скорости их вращения. Они могут непосредственно соединяться с генератором электрического тока без повышающего редуктора. Скорость вращения крыльчатых ветродвигателей обратно пропорциональна количеству крыльев, поэтому агрегаты с количеством лопастей больше трех практически не используются.

Рисунок 1.38 - Типы ветродвигателей

Отбор мощности начинается при скорости ветра около 5 м/с, а номинальная мощность достигается при скорости 14–16 м/с. Предварительные расчеты ветроустановок предусматривают их использование в диапазоне от 50 до 20 000 кВт. В реалистичной установке мощностью 2000 кВт диаметр кольца, по которому движутся крылья, составит около 80 метров.

У мощного ветродвигателя большие размеры. Однако можно обойтись и малыми – взять числом, а не размером. Снабдив каждый электрогенератор отдельным преобразователем, можно просуммировать выходную мощность, вырабатываемую генераторами. В этом случае повышается надежность и живучесть ветроустановки.

Реально работающие ветроагрегаты обнаружили ряд отрицательных явлений. Например, распространение ветрогенераторов может затруднять прием телепередач и создавать мощные звуковые колебания.

Лопасти крыльчатой ветряной турбины выполнены из стеклопластика, который не отражает и не поглощает радиоволны. Помехи создает стальной каркас лопастей и имеющиеся на них металлические полоски, предназначенные для отвода ударов молний. Они отражают и рассеивают ультракоротковолновый сигнал.

Во время работы ветряка (Бун, США 2 МВт) в окнах дребезжали стекла и звенела посуда на полках. Было установлено, что шестидесятиметровый винт при определенной скорости вращения издает инфразвук. Он не ощущается человеческим ухом, но вызывает низкочастотные колебания предметов и небезопасен для человека. После доработки лопастей от инфразвуковых колебаний удалось избавиться.

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д.
На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.

Содержание

Введение…………………………………………………………………………. 2
1 Гидроаккумулирующие электрические станции и принципы работы……. 4
2 Установки, аккумулирующие энергию……………………………………… 6
3 Потенциал аккумулирующих станций в Республики Беларусь…………. 7
Заключение……………………………………………………………………… 11
Список использованных источников………………………………………….. 12

Работа содержит 1 файл

Реферат1.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

АККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

Студент ФФБД, (подпись, дата) А.И. Аксенова

Проверила, С.В. Некраха

Старший преподаватель (подпись, дата)

Введение………………………………………………………… ……………….	2
1 Гидроаккумулирующие электрические станции и принципы работы…….	4
2 Установки, аккумулирующие энергию………………………………………	6
3 Потенциал аккумулирующих станций в Республики Беларусь………….	7
Заключение…………………………………………………… …………………	11
Список использованных источников…………………………………………..	12

На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.

С развитием возможностей и техники стали появляться электростанции. Электрическая станция - это совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

При идеальном равномерном потреблении электроэнергии должна происходить равномерная работа определенного числа электростанций. В действительности работа большинства отдельных электроприемников неравномерна и суммарное потребление электроэнергии также неравномерно. Можно привести множество примеров неравномерности работы установок и приборов, потребляющих электроэнергию. Завод, работающий в одну или две смены, неравномерно потребляет электрическую энергию в течение суток. В ночное время потребляемая им мощность близка к нулю. Улицы и квартиры освещают только в определенные часы суток. Работа электробытовых приборов, вентиляторов, пылесосов, электрических печей, нагревательных приборов, телевизоров, радиоприемников также неравномерна. В утренние и вечерние часы коммунальная нагрузка наибольшая.

Анализ тенденций в потреблении электрической энергии показывает, что в дальнейшем неравномерность потребления будет увеличиваться по мере роста благосостояния населения и связанного с ним увеличения коммунально-бытовой нагрузки, по мере повышения электровооруженности труда. Сокращение числа рабочих дней в неделе также способствует повышению неравномерности потребления электроэнергии. Такое положение характерно не только для нашей страны. В большинстве стран Западной Европы неравномерность в потреблении электроэнергии такова, что в течение часа изменение нагрузки достигает 30% от максимальной мощности и в перспективе также ожидается увеличение неравномерности.

Энергетики по возможности принимают меры по выравниванию графика суммарной нагрузки потребителей. Так, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой период времени она потребляется. Если электроэнергия потребляется в моменты максимумов нагрузки, то и стоимость ее устанавливается выше. Это повышает заинтересованность потребителей в таких перестройках работы, которые бы способствовали уменьшению электрической нагрузки в моменты максимумов потребления в энергосистеме. В целом возможности выравнивания потребления электроэнергии невелики. Следовательно, электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций.

1 Гидроаккумулирующие электрические станции и принципы работы

Из-за постоянных изменений мощностей нагрузки электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций. А это достигается в ГЭС. Регулирование мощности ГЭС производится следующим образом. В периоды времени, когда в системе имеются провалы нагрузки, ГЭС работают с незначительной мощностью и вода заполняет водохранилище. При этом запасается энергия. С наступлением пиков включаются агрегаты станции и вырабатывается энергия.

Накопление энергии в водохранилищах на равнинных реках приводит к затоплению обширных территорий, что во многих случаях крайне нежелательно. Небольшие реки малопригодны для регулирования мощности в системе, так как они не успевают заполнить водой водохранилище. Задачу снятия пиков решают гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), работающие следующим образом:

Гидроаккумулирующая электростанция (схема): а — вертикальный разрез; б — план: 1 — верхний аккумулирующий бассейн; 2 — водоприёмник; 3 — напорный водовод; 4 — здание электростанции; 5 — нижнее питающее водохранилище; 6 — плотина с водосбросом; 7 — нормальный подпорный уровень воды; 8 — уровень сработки.

На первых ГАЭС для выработки электроэнергии использовали турбины Т и генераторы Г, а для перекачки воды в верхний бассейн — электрические двигатели Д к насосы Н. Такие станции называли четырехмашинными — по числу устанавливаемых машин. В силу независимости работы генератора и насоса иногда четырехмашинная схема оказывается экономически наиболее выгодной. Совмещение функций генератора и двигателя привело к трехмашинной компоновке ГАЭС.

ГАЭС стали особенно эффективными после появления обратимых гидротурбин, выполняющих функции и турбин, и насосов. Число машин при этом сведено к двум. Однако станции с двухмашинной компоновкой имеют более низкое значение КПД из-за необходимости создавать в насосном режиме примерно в1,3—1,4 раза больший напор на преодоление трения в водоводах. В генераторном режиме напор из-за трения в водоводах меньше. Для того чтобы агрегат одинаково эффективно работал как в генераторном, так и в насосном режимах, можно в насосном режиме увеличить его частоту вращения. Применение разных частот вращения в обратимых генераторах привело к усложнению и удорожанию их конструкции. КПД агрегата можно повысить также, устанавливая в насосном режиме более крутой угол наклона лопастей турбины. При реверсивной работе агрегатов возникает ряд технических и эксплуатационных трудностей, например, связанных с охлаждением. Предназначенные для охлаждения вентиляторы успешно работают только в одном направлении вращения.

Перспективы применения ГАЭС во многом зависят от КПД, под которым применительно к этим станциям понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме. Первые ГАЭС в начале XX в. имели КПД не выше 40%, у современных ГАЭС КПД составляет 70—75%. К преимуществам ГАЭС кроме относительно высокого значения КПД относится также и низкая стоимость строительных работ. В отличие от обычных ГЭС здесь нет необходимости перекрывать реки, возводить высокие плотины с длинными туннелями и т. п.

Ориентировочно на 1 кВт установленной мощности на крупных речных ГЭС требуется 10 м 3 бетона, а на крупных ГАЭС — всего лишь несколько десятых кубометров бетона.

Преимущества ГАЭС позволяют широко применять их для аккумулирования энергии.

2 Установки, аккумулирующие энергию

Существуют два вида установок, аккумулирующих энергию:

Механические установки, аккумулирующие энергию:

В пиковые часы потребления электроэнергии наряду с ГАЭС можно использовать супермаховики.

Супермаховик — это маховик, который можно разгонять до огромной скорости, не боясь его разрыва. Он состоит из концентрических колец, навитых из кварцевого волокна и насаженных друг на друга с небольшими зазорами, заполненными эластичным веществом типа резины для предохранения обода от расслоения. Супермаховик соединен с валом генератора и помещен в герметичный корпус, в котором поддерживается вакуум. Устройство работает как генератор, когда возрастает потребление энергии в системе, и как электродвигатель, когда энергию целесообразно аккумулировать. По некоторым расчетам, затраты на 1 кВт установленной мощности супермаховика меньше, чем при гидроаккумулировании. Разработан проект супермаховика массой 1,96 МН и диаметром 5 м, в котором предусматривается накопление энергии до 20 МВтч. Рабочая частота вращения супермаховика—3500 мин .

Гидравлическое аккумулирование электрической энергии гидроаккумулирующими электростанциями. Предпосылки применения гидроаккумулирования энергии и развития этого вида гидроэнергетики. Обозначение признаков классификации гидроаккумулирующих электростанций.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	17.01.2020
Размер файла	75,5 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Гидроаккумулирующие электрические станции

Наряду с положительными сторонами насыщение энергетических систем тепловыми и атомными электростанциями огромной мощности усугубляет трудности с покрытием минимальных нагрузок. Ограниченный диапазон регулирования мощности крупноблочных агрегатов и невозможность частых пусков и остановок без резкого снижения надежности и экономичности работы энергосилового оборудования, тепловых и атомных электростанций затрудняет покрытие неравномерной части графиков электрической нагрузки. Неравномерность режима электропотребления наблюдается не только в течение суток (внутри суточная неравномерность), но и по дням недели (внутри недельная неравномерность), и сезонам года (внутригодовая неравномерность).

В этих условиях неразрывность процесса производства и потребления электроэнергии требует от энергосистем значительного маневрирования мощностями электростанций и агрегатов. Однако современное оборудование ТЭС и АЭС не приспособлено к резко переменному режиму работы. Тратиться огромные средства на различного рода усовершенствования, реконструкцию отдельных узлов агрегатов и на устранения неполадок. При решении указанной проблемы гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) занимают особое место, так как они одновременно являются высокоманевренным источником пиковой мощности и потребителем регулятором. В отличии от гидроэлектростанций обычного типа пиковая энергоподача ГАЭС не зависит от водности года.

Основным назначением гидроаккумулирования является повышение надежности, маневренности и экономичности работы энергосистем, что достигается совместным решением задач по прохождению ночного провала суточных графиков нагрузки, покрытию их пиковой части, улучшению режима теплового оборудования ТЭС и созданию условий для увеличения мощности базовых электростанций.

Практически во всем мире в современных энергообъединениях почти исключительное распространение получило гидроаккумулирование - благодаря соизмеримости мощности и количества перераспределяемой энергии ГАЭС с потребностями энергосистем.

Проблема покрытия пиковых нагрузок и прохождения периодов сниженного электропотребления в последние десятилетия во всем мире становится все более актуальной в связи с разуплотнением графиков нагрузок современных энергосистем, увеличением количества маломаневренных турбоагрегатов повышенной мощности ТЭС и АЭС, а также значительной степенью освоения экономически выгодных для использования гидроресурсов.

Одним из возможных и наиболее эффективных способов решения этой проблемы является строительство и использование мощных ГАЭС, которые характеризуются уникальным сочетанием функций пиковой станции и потребителя-регулятора, способного в период ночного провала суточного графика нагрузок обеспечить потребление избыточной электрической мощности теплофикационного оборудования ТЭС и АЭС. Кроме того, на эти станции часто возлагают функции регулирования частоты и напряжения в энергообъединении.

Работа ГАЭС, как и других аккумуляторов энергии, заключается в смене двух режимов: накопления энергии (заряда) и ее выдачи потребителям (разряда).

Заряд ГАЭС осуществляется путем подъема воды гидромашинами с электрическим приводом из нижнего водохранилища в верхнее (верхний аккумулирующий бассейн). Заряд производится, как правило, во время ночных провалов электропотребления, когда в энергосистеме в связи с проблемами регулирования или необходимостью выполнения теплового графика нагрузки образуется излишняя генерирующая мощность. При разряде, осуществляемом в часы максимума нагрузки или в аварийной ситуации в энергосистеме, потенциальная энергия поднятой воды преобразуется в электрическую. При этом вода, срабатываемая из верхнего бассейна в нижний, пропускается через турбины или обратимые гидромашины в турбинном режиме, работающие совместно с реверсивными электромашинами, которые генерируют электрический ток, как и на обычных ГЭС. Таким образом, ГАЭС при заряде работают как насосные станции, а при разряде - как гидроэлектростанции.

Основными предпосылками применения гидроаккумулирования энергии и развития этого вида гидроэнергетики являются:

потребность в маневренной мощности для покрытия пиков нагрузки и компенсации ее кратковременных изменений;

уплотнение суточного графика нагрузки с использованием дешевой ночной электроэнергии;

увеличение мощности и оптимизация работы базовых электростанций;

экономия топлива в энергосистеме в сравнении с другими вариантами пиковой мощности;

обеспечение быстрого оперативного и аварийного резерва;

участие в регулировании режимных параметров с целью обеспечения нормативного качества электроэнергии.

Функциональные возможности ГАЭС могут быть разделены на две группы:

стандартный набор системных услуг - независимо от места расположения;

специфические услуги, зависящие от конкретного расположения ГАЭС.

Стандартные функциональные возможности ГАЭС в различных режимах представлены ниже.

регулирование баланса мощности (нагрузки и генерации);

регулирование напряжения в активных режимах (генераторном и насосном);

компенсация реактивной мощности (режим СК);

оперативное резервирование мощности (нагрузки и генерации).

аварийное (быстрое) резервирование мощности (нагрузки и генерации);

форсировка реактивной мощности (для повышения предела устойчивости).

оперативное резервирование мощности (нагрузки и генерации);

обеспечение разворота ТЭС при их полном погашении и отсутствии других источников генерации.

Классификация гидроаккумулирующих электростанций

гидроаккумулирующий электростанция энергия электрический

Гидроаккумулирующие электростанции в отличие от обычных ГЭС представляют собой комплекс сооружений и оборудования, предназначенный не только для генерирования электроэнергии, но и для ее аккумулирования. Поэтому, во многом сохраняя конструктивное и компоновочное сходство с обычными ГЭС, ГАЭС имеют и свои особенности. Независимо от индивидуальных особенностей каждой ГАЭС, все они имеют в том или ином конструктивном виде основной набор компоновочных элементов: верхний аккумулирующий и нижний бассейны, здание ГАЭС, водоприемник (один или два), напорные водоводы.

Широкий диапазон напоров и разнообразие применяемых схем ГАЭС обусловливают большое количество возможных компоновочных решений, которые в первую очередь зависят от рельефа местности и геологических условий.

Классификация ГАЭС может быть выполнена по ряду признаков:

по совмещению ГАЭС с обычными ГЭС - совмещенные и несовмещенные;

по схеме концентрации напора - приплотинные и деривационные;

по величине действующего напора - низконапорные (40-60 м), средненапорные (120-150 м) и высоконапорные (свыше 200 м);

по компоновке элементов гидроузла - с наземными, подземными или полуподземными машинными зданиями;

по конструкции напорных водоводов - с открытым или подземным расположением;

по конструкции верхнего и нижнего бассейнов - с искусственно сооружаемыми или естественными бассейнами (в том числе могут быть использованы бассейны ГЭС, ТЭС или АЭС);

по наличию естественной приточности - с приточностью в верхний бассейн, с приточностью в нижний бассейн;

по типу (компоновке) основного гидроэнергетического оборудования - с двухмашинными, трехмашинными или четырехмашинными гидроагрегатами;

по длительности цикла насосного аккумулирования - с суточным, недельным и сезонным (годичным) циклом работы.

По первому признаку ГАЭС различаются в зависимости от их совмещения с обычными ГЭС. Если источником электроэнергии, вырабатываемой ГАЭС при разряде, является только аккумулированная электроэнергия, получаемая ими от энергосистемы во время заряда, то такие станции являются несовмещенными с ГЭС. Естественная приточность воды в верхний аккумулирующий бассейн таких станций практически отсутствует, а полезные (оборотные) объемы верхнего и нижнего бассейнов одинаковы.

Совмещенное гидроаккумулирование по напору осуществляется в схемах с переработкой стока, когда высота насосного подъема воды на водораздел меньше напора, подводимого к гидротурбинам. При этом насосное и турбинное оборудование расположено в разных местах и на разных станциях: насосной и гидроэлектрической.

Совмещенное гидроаккумулирование по расходу применяется на станциях, использующих естественный сток рек и озер, который служит для дополнительной выработки электроэнергии наряду с выработкой при разряде ГАЭС. Аккумулирующей емкостью верхнего бьефа является водохранилище, которое также регулирует сток, а емкость нижнего бьефа-резервуара создается подпором нижележащей ступени ГЭС или специально созданной низконапорной плотины. Такие станции называются сокращенно ГЭС-ГАЭС. По такой схеме создается Зеленчукская ГЭС-ГАЭС, имеющая два обратимых гидроагрегата ГАЭС и два обычных гидроагрегата ГЭС по 70 МВт каждый. Верхнее водохранилище Зеленчукской ГЭС-ГАЭС искусственное с приточностью за счет отбора части стока рек Большой Зеленчук и Малый Зеленчук. Перебрасываемый в р. Кубань сток будет использоваться на нижележащих Кубанских ГЭС, расположенных на Большом Ставропольском канале, и на проектируемых Красногорских ГЭС на р. Кубань. Предполагалось, что Верхне-Красногор-ская ГЭС в своем верхнем бьефе создаст подпор для нижнего бьефа Зеленчукской ГЭС-ГАЭС и таким образом образует нижнее водохранилище ГАЭС. Однако при рабочем проектировании по техническим и организационным соображениям было принято решение о создании самостоятельного нижнего бассейна этой станции.

В районах, бедных гидроресурсами, получили преимущественное распространение ГАЭС несовмещенного гидроаккумулирования. Такие станции строятся при наличии соответствующих естественных условий: возможности концентрации наибольшего напора с расположением верхнего и нижнего бассейнов на наименьшем расстоянии один от другого. Для верхних бассейнов могут использоваться как существующие водоемы - озера и водохранилища, так и специально создаваемые искусственные бассейны. В качестве нижних, помимо рек и озер, может использоваться акватория морских заливов.

Наибольшее распространение в практике зарубежного строительства ГАЭС получили высоконапорные деривационные схемы с подземными компоновками основных элементов гидроузлов. Для равнинных ГАЭС России, Прибалтики и Украины с напором около 100 м более характерны деривационные схемы с открытым расположением напорных трубопроводов. Во всех деривационных схемах ГАЭС применяется напорная деривация. В соответствии с этой схемой созданы Загорская ГАЭС в России, Круонисская в Литве, Ташлыкская на Украине и др.

Величина напора на проектируемых ГАЭС, особенно ГАЭС наземного и полуподземного типа, зависит от топографических условий в районе площадки, выбранной для строительства. При выборе площадок при равенстве вариантов по прочим условиям выбирают вариант с большим напором.

Теоретическая мощность водотока (без учета потерь стока и водной энергии при ее преобразовании в электрическую в турбинном режиме) определяется следующим образом:

= 9,81QH, где N - мощность водотока, кВт;- расход воды, м3/с;- напор, м.

Силой, осуществляющей работу водяного потока, является вес воды. Работа потока определяется напором (Н) водотока, т.е. разностью уровней воды в начале и конце рассматриваемого участка, и величиной расхода (Q) протекающей воды.

Из приведенной формулы видно, что при увеличении напора при неизменной мощности пропорционально уменьшается необходимый расход воды. Это означает, что чем больше напор, тем меньше расход воды, меньше диаметр напорных трубопроводов, меньше габариты рабочего колеса насосотурбины и, следовательно, меньше габариты машинного здания и стоимость всего сооружения.

Стремление к увеличению напора ГАЭС не совмещённого гидроаккумулирования и минимизации воздействия на природную среду привело к разработке схем шахтного типа с подземным расположением не только машинного зала, но и нижнего бассейна, создаваемого в скальных породах на глубине 500 и более метров. При этом в качестве нижнего бассейна могут использоваться отработанные рудничные выработки, карстовые полости или специально сооружаемые системы галерей. В качестве верхнего резервуара может использоваться существующий водоем, который является одновременно прудом-охладителем ТЭС или АЭС, а также естественный водоем в виде речной акватории или морского залива.

Использование компоновки гидроузла ГАЭС с подземным нижним водохранилищем отличается высокой экономичностью и возможностью применения во многих равнинных регионах, не имеющих естественных перепадов высот. Предварительные проектные проработки показывают, что применением подземных компоновок с высоким напором можно добиться уменьшения удельной стоимости ГАЭС на 25-30 % по сравнению с наземными или полуподземными компоновками.

Машинные здания полуподземного (заглубленного) типа применяются в случае заглубления напорных трубопроводов относительно земной поверхности и при необходимости обеспечения превышения уровня воды в нижнем бьефе над рабочим колесом насосотурбины для ослабления кавитационных процессов.

Подобные документы

Производство электрической и тепловой энергии. Гидравлические электрические станции. Использование альтернативных источников энергии. Распределение электрических нагрузок между электростанциями. Передача и потребление электрической и тепловой энергии.

учебное пособие [2,2 M], добавлен 19.04.2012

Пути и методики непосредственного использования световой энергии Солнца в промышленности и технике. Использование северного холода как источника энергии, его потенциал и возможности. Аккумулирование энергии и повышение коэффициента полезного действия.

реферат [18,0 K], добавлен 20.09.2009

Понятие, виды, принцип работы гидроэлектрических станций. Предыстория развития гидростроения в России. Физические принципы процесса преобразования энергии падающей воды в электроэнергию. Основные преимущества гидроэнергетики. Аварии и происшествия на ГЭС.

курсовая работа [592,5 K], добавлен 12.02.2016

Ветроэлектростанции, их характеристики. Разновидности геотермальных электростанций, их применения в децентрализованных системах электроснабжения. Основные способы преобразования энергии биотопливa в электроэнергию. Классификация солнечных электростанций.

реферат [202,6 K], добавлен 10.06.2014

Требования по технике безопасности. Трехфазная цепь при соединении потребителей по схемам "звезда" и "треугольник". Однофазного счетчика электрической энергии. Опыт холостого хода трансформатора, короткого замыкания. Работа люминесцентной лампы.

Читайте также: