Типы гидроэнергетических установок реферат

Обновлено: 02.07.2024

Гидроэнергетическая установка, предназначенная для перекачки воды с низких отметок на высокие и для перемещения воды в удаленные пункты, принято называть насосной станцией (НС). На НС устанавливаются насосные агрегаты, у которых на одном валу находится насос и электрический двигатель. НС является потребителем электрической энергии.

НС имеют большое распространение. Οʜᴎ применяются для коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, для водоснабжения ТЭС, в ирригационных системах для подачи воды на поля, расположенные на высоких отметках или в удаленных районах, на судоходных каналах, пересекающих высокие водоразделы, и т. д.

Крупнейшая насосная станция — Каховская с суммарной подачей воды 530 м 3 /с, расчетным напором 25 м и суммарной мощностью электродвигателей 168 МВт.

Насосные станции канала Иртыш — Караганда рассчитаны на подъем воды на 418 м и суммарную подачу 76 м 3 /с на расстояние 458 км. Их суммарная мощность 350 МВт.

В. ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

ГАЭС выполняет функции НС и ГЭС. В часы пониженных нагрузок энергосистемы, к примеру ночью, ГАЭС работает как НС, потребляет электрическую энергию и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний, расположенный на какой-либо возвышенности. Днем и, особенно, вечером, когда электропотребление в системе увеличивается, вода из верхнего бассейна пропускается через турбины в нижний бассейн; в это время ГАЭС работает как ГЭС — вырабатывает и отдает электрическую энергию в систему. Имеются ГАЭС не только с суточным, но и с недельным и даже с .сезонным аккумулированием энергии.

Вследствие потерь ГАЭС отдает в систему около 70—75 % электрической энергии, получаемой ею из системы. Тем не менее эти станции выгодны, так как они потребляют более дешевую, а иногда и ʼʼбросовуюʼʼ электроэнергию в ночные часы, в период малой нагрузки системы, а отдают более дорогую энергию в часы -пик нагрузки. Заполняя ночные провалы и снимая утренние и вечерние пики электрической нагрузки системы, ГАЭС существенно улучшают технические условия работы ТЭС, позволяют уменьшить их удельный расход топлива на 1 кВт-ч выработки электрической энергии и в конечном итоге дают экономию топлива в системе.

В СССР построена Киевская ГАЭС мощностью 225 МВт и строится Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт. Составлен проект крупнейшей гидроаккумулирующей электростанции Холейпи (США) мощностью 2500 МВт.

Г. ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Морские приливные электростанции (ПЭС) используют приливные колебания уровня моря, которые обычно происходят два раза в сутки. В некоторых пунктах обжитых морских побережий приливные колебания достигают 8—10 м. Наибольшая величина прилива 19,6 м наблюдается в заливе Фаиди (Канада).

Во Франции: построена ПЭС Раис мощностью 240 МВт. В СССР около Мурманска построена оригинальная опытная Кислогубская ПЭС небольшой мощности.

Типы гидроэнергетических установок. - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Типы гидроэнергетических установок." 2017, 2018.

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. [читать подробнее].

Типы гидроэнергетических установок и схемы использования водной энергии ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Типы гидроэнергетических установок

Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) является предприятием, на котором происходит преобразование механической 1 энергии водного потока в электрическую или, наоборот, электрическая энергия превращается в механическую энергию воды.

ГЭУ представляет собой совокупность гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования.

На ГЭУ различают верхний и нижний бьефы. Водное пространство перед подпорными сооружениями, например перед плотиной, имеет более высокую отметку уровня и называется верхним бьефом (ВБ). Водное пространство за плотиной, за зданием станции и т. д. имеет низкие отметки уровней и называется нижним бьефом (НБ).

Отметка уровня воды обозначается V или V с соответствующим числом, которое показывает высоту над уровнем моря (абсолютная отметка) или над какой-либо другой плоскостью сравнения (условная отметка).

На ПЭС бьефы имеют попеременное значение. Во время прилива море является верхним бьефом, опорожненный бассейн — нижним бьефом. В период отлива отметки уровня в бассейне более высокие (ВБ), а в море более низкие (НБ).

На ГЭС гидравлическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Для ГЭС необходимы расход Q, м 3 /с и сосредоточенный перепад уровней Н₀ (рис. 2−1), т. е. напор, м.

электрический станция топливный водный.

Основные сооружения ГЭС, расположенной на равнинной реке-плоти на, перегораживающая реку и создающая подъем уровня воды, т. е. сосредоточенный перепад уровней, п здание станции, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы электрического тока и другое механическое и электрическое оборудование. При необходимости строятся судоходные шлюзы, водозаборные сооружения для орошения, водоснабжения, рыбопропускные сооружения и др. На ГЭС вода под действием силы тяжести движется из верхнего бьефа в нижний и вращает рабочее колесо турбины, на одном валу с которым находится ротор генератора электрического тока. Иногда при сравнительно небольшой мощности генератора применяютпромежуточнуюпередачу (редуктор или мультипликатор)-для увеличения частоты вращения и уменьшения массы генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия воды превращается в механическую энергию вращения рабочего колеса турбины вместе с ротором генератора, где происходит преобразование механической энергии в электрическую. Среди крупных ГЭУ всех видов наиболее распространенными и наиболее мощными являются ГЭС. В 1978 г. крупнейшей гидроэлектростанцией мира была Красноярская ГЭС (на р. Енисей), мощностью 6 млн. кВт. Вводимая в эксплуатацию с 1978 г. Саяно-Шу-шенская ГЭС (на р. Енисей) при полном развитии будет иметь мощность более 7 млн. кВт (6, "https://referat.bookap.info").

Б. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ Гидроэнергетическая установка, предназначенная для перекачки воды с низких отметок на высокие и для перемещения воды в удаленные пункты, называется насосной станцией (НС). На НС устанавливаются насосные агрегаты, у которых на одном валу находится насос и электрический двигатель. НС является потребителем электрической энергии.

НС имеют большое распространение. Они применяются для коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, для водоснабжения ТЭС, в ирригационных системах для подачи воды на поля, расположенные на высоких отметках или в удаленных районах, на судоходных каналах, пересекающих высокие водоразделы, и т. д.

В. ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ГАЭС выполняет функции НС и ГЭС. В часы пониженных нагрузок энергосистемы, например ночью, ГАЭС работает как НС, потребляет электрическую энергию и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний, расположенный на какой-либо возвышенности. Днем и, особенно, вечером, когда электропотребление в системе увеличивается, вода из верхнего бассейна пропускается через турбины в нижний бассейн; в это время ГАЭС работает как ГЭС — вырабатывает и отдает электрическую энергию в систему. Имеются ГАЭС не только с суточным, но и с недельным и даже с. сезонным аккумулированием энергии.

Г. ПРИЛИВНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Морские приливные электростанции (ПЭС) используют приливные колебания уровня моря, которые обычно происходят два раза в сутки. В некоторых пунктах обжитых морских побережий приливные колебания достигают 8−10 м. Наибольшая величина прилива 19,6 м наблюдается в заливе Фаиди (Канада).

Без сомнения, энергообеспечение – одна из наиболее актуальных проблем человечества. Мировые запасы нефти и газа стремительно уменьшаются и недалёк тот день, когда они будут полностью исчерпаны. Это понимают все, и поэтому с каждым годом всё большее число специалистов изучает возможности их равноценной замены. Сегодня существует несколько направлений альтернативной энергетики: использование солнечной энергии и энергии ветра, биоэнергетика, геотермальная энергетика.

Каждое их этих направлений отличается определёнными достоинствами и недостатками. И поэтому необходимо определиться: какой альтернативный источник энергии лучше всего подходит для удовлетворения нужд человечества и в то же время наносит минимальный ущерб природе.

В данной работе мы поговорим о потенциале гидроэнергетики, рассмотрим её сильные и слабые стороны, затронем экологические аспекты эксплуатации гидроэлектростанций.

Глава1 Гидроэлектростанция. Устройство и принцип работы.

Человек всегда жил возле водоёмов и не мог не обращать внимание на огромный потенциал воды как источника энергии. Поэтому история гидроэнергетики ведёт своё начало ещё с древних времён. Уже тогда люди научились с помощью воды производить помол зерна или дутьё воздуха при выплавке металла.

Постепенно механизмы совершенствовались, и водяные колёса становились всё более эффективными. В конце девятнадцатого века наступил современный этап в развитии гидроэнергетики.

Но полномасштабное использование водных ресурсов началось только в двадцатом столетии, а точнее – в тридцатых годах, когда вода начала использоваться человеком для получения электричества. Именно в это время в мире начинается строительство крупных гидроэлектростанций.

Гидроэлектростанция представляет собой комплекс различных сооружений и оборудования, использование которых позволяет преобразовывать энергию воды в электроэнергию. Гидротехнические сооружения обеспечивают необходимую концентрацию потока воды, а дальнейшие процессы производятся при помощи соответствующего оборудования.

Гидроэлектростанции возводятся на реках, сооружая плотины и водохранилища. Большое значение для эффективности работы станции имеет выбор места. Необходимо наличие двух факторов: гарантированная обеспеченность водой в течение всего года и как можно больший уклон реки. Гидроэлектростанции разделяются на плотинные (необходимый уровень реки обеспечивается за счёт строительства плотины) и деривационные (производится отвод воды из речного русла к месту с большой разностью уровней).

Работа гидроэлектростанций основана на использовании кинетической энергии падающей воды. Для преобразования этой энергии применяются турбина и генератор. Сначала эти устройства вырабатывают механическую энергию, а затем уже электроэнергию. Турбины и генераторы могут устанавливаться непосредственно в дамбе или возле неё. В некоторых случаях используется трубопровод, посредством которого вода, находящаяся под давлением, подводится ниже уровня дамбы или к водозаборному узлу ГЭС.

Индикаторами мощности гидроэлектростанций являются две переменные: расход воды, который измеряется в кубических метрах и гидростатический напор. Последний показатель представляет собой разность высот между начальной и конечной точкой падения воды. Проект станции может основываться на каком-то одном из этих показателей или на обоих.

Современные технологии производства гидроэлектроэнергии позволяют получать довольно высокий КПД. Иногда он в два раза превышает аналогичные показатели обычных теплоэлектростанций. Во многом такая эффективность обеспечивается особенностями оборудования гидроэлектростанций. Оно очень надёжно, да и пользоваться им просто.

Кроме того, всё используемое оборудование обладает ещё одним важным преимуществом. Это длительный срок службы, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства. И действительно часто менять оборудование не нужно, поломки случаются крайне редко.

Минимальный срок службы электростанций – около пятидесяти лет. А на просторах бывшего Советского Союза успешно функционируют станции, построенные в двадцатых или тридцатых годах прошлого века. Управление гидроэлектростанциями осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев там работает небольшой персонал.

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

русловые и приплотинные 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.
плотинные 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.

Глава 2 . Достоинства и недостатки гидроэнергетики

Основные преимущества гидроэнергетики очевидны. Разумеется, главным преимуществом гидроресурсов является их возобновляемость: запас воды практически неисчерпаем. При этом гидроресурсы значительно опережают в развитии остальные виды возобновляемых источников энергии и способны обеспечивать энергией большие города и целые регионы.

Кроме того, пользоваться этим источником энергии можно достаточно просто, что подтверждается длительной историей гидроэнергетики. Например, генераторы гидроэлектростанций можно включать или выключать в зависимости от энергопотребления. Себестоимость строительства гидроэлектростанций является довольно низкой.эксплуатация гидроэлектростанций не приводит к загрязнению природы вредными веществами

Гидроэнергетические объекты оказывают существенное влияние на окружающую природную среду. Это влияние является локальным. Однако сооружение каскадов крупных водохранилищ, намечая переброска части стока рек Сибири в Среднюю Азию и другие крупные водохозяйственные мероприятия могут изменить природные условия в региональном масштабе. При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации.

Первый период сравнительно кратковременный - несколько лет. В это время в районе строительства нарушается естественный ландшафт. В связи с прокладкой дорог, постройкой промышленной базы и посёлка резко повышается уровень шума. Вода, используемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими примесями - частицами песка, глины и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного посёлка. Подъём уровня воды в верхнем бьефе начинается обычно в период строительства. В результате производного при этом наполнении водохранилища изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе.

В период эксплуатации происходит разносторонне влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду. Наиболее существенное влияние на природу оказывают водохранилища:

1. Затопление в верхнем бьефе . Создание водохранилищ ведёт за собой затопление территории .В зону затопления могут попасть сельскохозяйственные угодья, месторождения полезных ископаемых, промышленные и гражданские сооружения, памятники старины, дороги, лесные массивы, места постоянного обитания животных и растений и т. д. Наиболее заселены и освоены прирусловые участки реки и районы в устьях притоков. На склонах гор мало сельскохозяйственных угодий, обычно там отсутствуют промышленные объекты. Поэтому создание водохранилищ в горных условиях приносит значительно меньший ущерб, чем на равнинах.

2. Подтопление. Подтопление прилежащих к водохранилищу земель происходит вследствие подъёма уровня грунтовых вод. В зоне избыточного увлажнения подтопление влечёт за собой негативны последствия - переувлажнение корней растений и их отмирание. С изменением водно-воздушного режима почвы может произойти заболачивание и оглеение почв, что ухудшает качество почвы и снижает её продуктивность. В засушливых районах подтопление улучшает условия произрастания растений при соответствующих глубинах почвенных вод. В неблагоприятных условиях может происходить засоление почвы.

3. Переработка берегов . Вследствие подъёма и снижения уровня воды в водохранилище при регулировании стока и волновых явлений проходит переработка берегов водохранилища, Она заключается в размыве и обрушении крутых склонов, срезке мысов и кос. Размеры переработки берегов зависят от их геологического строения, режима уровней воды и глубины водохранилища, конфигурации берегов, господствующих ветров и т. п. Относительная стабилизация берегов происходит через 5-20 лет после наполнения водохранилища.

4. Качество воды . Вследствие снижения скорости течения и уменьшения перемещения воды по глубине существенно изменяются физико-химические характеристики воды по отношению к бытовым условиям реки до создания водохранилища. На качество в годы в водохранилище влияет заселённость зоны затопления, видовой и возрастной состав леса, подлеска и лесной подстилки, наличие притоков, режим и глубина сработки водохранилища и т. п. Качество воды ухудшают сточные воды промышленных, горнорудных и животноводческих комплексов, комунально-бытовые сточные воды и вынос удобрений с сельскохозяйственных угодий. Для южных районов неприятным следствием перенасыщения воды в водохранилищах органическими и биогенными веществами(в основном ионами азота и фосфора) является бурное развитие в тёплой воде сине-зелёны водорослей. При создании водохранилищ необходимо тщательно изучить Совместное влияние всех факторов с учётом перспектив строительства каскадов ГЭС и принимать меры для поддержания качества воды. Качество воды - характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность её для конкретных видов водопользования.. Должна производиться тщательная очистка сточных вод, поступающих в водохранилище. Использовать прилегающие земли в сельском хозяйстве надо, применяя передовые методы агротехники, ограничивающие вынос удобрений в водохранилище.

5. Влияние водохранилищ на микроклимат . Водохранилища повышают влажность воздуха, изменяют ветровой режим прибрежной зоны, а также температурный и ледяной режим водотока. Это приводит к изменению природных условий, а также жизни и хозяйственной деятельности населения, обитания животных, рыб. Степень влияния крупных водохранилищ на микроклимат различна для отдельных регионов страны. Интегральное влияние, оказываемое акваторией на развитие растительности, благоприятно в условиях степной и лесостепной зоны и неблагоприятно в лесной.

6. Влияние водохранилищ на фауну . Многие животные из зоны затопления вынуждены мигрировать на территорию с более с высокими отметками. При этом видовой состав и численность животных значительно уменьшается. В ряде случаев водохранилища способствуют обогащению фауны новыми видами водоплавающих птиц и в особенности рыб: карасёвых, сазана, щуки и т. п. При ранней сработке водохранилища после весеннего половодья осушаются мелководья, что отрицательно влияет на нерест рыбы в верхнем бьефе. Глубокая зимняя сработка водохранилища в средней полосе страны может повлечь за собой замор рыбы на мелководных участках водохранилища.

Также на окружающую среду влияют гидротехнические сооружения. Возведение платин гидроузлов приводит к подъёму уровней воды в верхнем бьефе и образованию водохранилищ. Плотины, перегораживающие реки затрудняют проход рыб к местам естественных нерестилищ в верховьях рек. Но платины, здания ГЭС шлюзы каналы и т. п., удачно вписанные в рельеф местности и хорошо архитектурно оформленные, создают вместе с акваторией верхнего бьефа монументальные и живописные ансамбли.

Разрушения ГЭС при военных действиях приведёт к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой десятки метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС. Строительство ГЭС приводит к наведённой сейсмичности, в частности в США и Индии возникали землетрясения, разрушившие ГЭС.

Вне всяких сомнений, гидроэнергетика в перспективе должна не оказывать негативное воздействие на окружающую среду или свести его к минимуму. При этом необходимо добиться максимального использования гидроресурсов.

Это понимают многие специалисты и поэтому проблема сохранения природной среды при активном гидротехническом строительстве актуальна как никогда. В настоящее время особенно важен точный прогноз возможных последствий строительства гидротехнических объектов.

Он должен дать ответ на многие вопросы, касающиеся возможности смягчения и преодоления нежелательных экологических ситуаций, которые могут возникнуть при строительстве. Кроме того, необходима сравнительная оценка экологической эффективности будущих гидроузлов. Правда, до реализации таких планов ещё далеко.

Сегодня разработка методов определения экологического энергопотенциала не производится. А это означает, что развитие гидроэнергетики пока приостановлено, поскольку отсутствие экологических экспертиз может нарушить энергетическую безопасность, которая и без того находится под угрозой

Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:

гидроэлектростанции (ГЭС);
насосные станции (НС);
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 (рис. 17.I). 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 (рис. 17.3, рис. 17.I).

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 Единой энергетической системы России.

Большой интерес в мире и в России в настоящее время вызывает возможность создания малых ГЭС.

Малые ГЭС (мощностью до 30 МВт) могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (рекреация, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).

Насосная станция предназначена для перекачки воды с низких отметок на высокие и транспортировки воды в удаленные пункты.

На насосной станции устанавливаются насосные агрегаты, состоящие из насоса и двигателя. Насосная станция является потребителем электрической энергии.

Они используются для водоснабжения тепловых и атомных электростанций, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, в ирригационных системах, судоходных каналах, пересекающих водоразделы, и т.п.

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.

Приливные электростанции преобразуют механическую энергию приливно-отливных колебаний уровня воды в море в электрическую энергию. В некоторых морских заливах приливы достигают 10—12 м, а наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада) и достигают 19,6 м.

Технические ресурсы приливной энергии России оцениваются в 200—250 млрд кВт · ч в год и в основном сосредоточены у побережий Охотского, Берингова и Белого морей.

В России наиболее перспективным наплавным способом возведена опытная Кислогубская ПЭС вблизи г. Мурманска. Во Франции построена ПЭС Ранс мощностью 240 МВт.

Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) — промышленное предприятие комплексного назначения, связанное с работой таких отраслей народного хозяйства, как энергетика, сельское хозяйство, водоснабжение промышленности и населения, водный транспорт, рыбное хозяйство, лесосплав, рекреация и т. д.
ГЭУ предназначена для преобразования гидравлической энергии в электрическую и наоборот, а также для перераспределения речного стока во времени и пространстве для удовлетворения нужд народного хозяйства в электроэнергии и воде в нужном количестве и качестве.
В отличие от других видов современных электростанций ГЭУ не изменяет физическую сущность энергоносителя (воды) в процессе технологического цикла. Это обстоятельство имеет большое значение при комплексном использовании водных ресурсов.
В состав ГЭУ входят гидротехнические сооружения, основное и вспомогательное оборудование, которые позволяют осуществить промышленное использование гидроэнергопотенциала данного участка водотока, а также приливную или волновую энергию морей и океанов.
В зависимости от способа преобразования и использования гидравлической энергии различают следующие основные типы ГЭУ: гидроэлектростанции (ГЭС), насосные станции (НС), гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), приливные электростанции (ПЭС). ГЭУ входят в состав энергетических (ЭК) и энерготехнологических комплексов (ЭТК), включающих в себя ТЭС, АЭС и другие виды промышленных предприятий. Нетрадиционными типами ГЭУ являются волновые гидроэлектростанции (ВГЭС) и малые ГЭС (МГЭС). Несколько ГЭУ одного пли разных типов могут объединяться в каскад.
Каждый тип ГЭУ обладает определенными особенностями с точки зрения технологии использования и преобразования гидравлической энергии, а также роли и значения ГЭУ в составе энергетических и водохозяйственных систем.

ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Вода к агрегатам подводится по относительно длинным напорным водоводам, как по индивидуальным, так и по общим. Для русловой схемы характерны малые расстояния от верхнего бьефа до гидротурбинной установки. Подвод воды к агрегатам здесь осуществляется по индивидуальным водоводам. На ГЭС, как правило, устанавливаются сороудерживающие сооружения (СУС) для защиты агрегатов от крупных плавающих тел и мусора. Отвод воды от гидроагрегата осуществляется обычно с помощью отсасывающей трубы непосредственно в нижний бьеф. Иногда на ГЭС осуществляется холостой сброс воды в нижний бьеф через водослив, минуя гидроагрегаты.
На основании сказанного на рис. 1.1 дана некоторая обобщенная структурная модель технологического процесса прохождения воды через ГЭС от верхнего до нижнего бьефа.
Русловыми низконапорными ГЭС (напор до 20—30 м) являются все гидроэлектростанции Волжско-Камского и Днепровского каскадов (кроме Днепрогэс), Иркутская, Новосибирская ГЭС и др. Примеры приплотинных ГЭС — Братская, Усть-Илимская, Красноярская, Саяно-Шушенская, Рогунская, Чиркейская, Днепрогэс. Диапазон напоров на приплотинных ГЭС — от 35 до 300 м.
Плотинные схемы, как правило, имеют водохранилища, предназначенные для перераспределения бытового стока реки во времени. Значительно реже эти ГЭС работают по водотоку при НПУ = соп51. Основные виды турбин, устанавливаемых на русловых ГЭС, — горизонтальные и вертикальные агрегаты с пропеллерными, поворотно-лопастными и реже — радиально-осевыми турбинами; на приплотинных ГЭС устанавливаются обычно радиально-осевые и диагональные агрегаты.
Как правило, все плотинные ГЭС — комплексного назначения. Исключением являются некоторые ГЭС, предназначенные в основном для выработки электроэнергии (Вилюйская, Колымская).
Деривационная схема реализуется главным образом на реках с большими уклонами в горных и предгорных районах (рис. 1.2). Напор ГЭС создается за счет использования естественного перепада уровней водотока. Состав основных сооружений здесь значительно отличается от состава их в плотинной схеме. Плотина головного сооружения предназначена лишь для организации отбора воды через водозаборные сооружения в деривацию. Деривация может быть безнапорной (в виде каналов или лотков) или напорной (в виде трубопроводов), а также смешанного типа.
Открытая деривация бывает саморегулирующаяся и несаморегулирующаяся. В первом случае берега канала горизонтальны по всей его длине. Это позволяет регулировать режим расходов в канале вплоть до полной остановки ГЭС с помощью изменения открытия направляющего аппарата или площади сопла в ковшовой турбине. Саморегулирующаяся деривация требует значительных земляных работ и характеризуется малой длиной деривации. В противном случае принимается несаморегулирующаяся деривация с одинаковым уклоном канала и его берм. Регулирование мощности ГЭС здесь в основном осуществляется за счет маневрирования затворами на водозаборном сооружении головного узла. При значительной длине деривации и времени добегания от головного узла к ГЭС требуется создание сложной системы автоматического регулирования мощности. При быстром сбросе нагрузки на таких ГЭС возможны холостые сбросы воды через специальные сооружения в напорном бассейне ГЭС (см. рис. 1.2). Иногда в конце деривационного канала сооружают бассейн суточного регулирования (БСР).

Рис. 1.2. Деривационная схема концентрации напора:
а — план гидроузла; б — разрез по основным водопроводящим сооружениям; в — обобщенная схема ГЭС; 1 — головной гидроузел; 2 — водозаборные сооружения ГЭС; 3 — подводящая деривация (напорная и безнапорная); 4 — напорный бассейн; 5 — напорные водоводы; 6 — уравнительные резервуары; 7 — здание ГЭС; 8 — отводящая деривация; 9 — гидроагрегат

Вода от головного узла через деривацию, распределительное сооружение (иногда напорный бассейн) и турбинные водоводы подается к агрегатам ГЭС и сбрасывается в нижний бьеф в створе реки, удаленном от головного сооружения, в то время как в плотинной схеме забор воды в верхнем бьефе и сброс ее в нижний бьеф осуществляются практически в одном створе.
Гидравлическая схема напорных турбинных водоводов может быть блочной или неблочной. Деривация, как правило, бывает однониточной. Для защиты напорных водоводов от разрушения при гидравлическом ударе на них сооружаются уравнительные резервуары.

Ри-. 1.3. Плотинно-деривационная схема кднцен-ргции капора

Рис. 1.4. Схема ГЭС с переброской стока между двумя реками
Отвод воды от здания ГЭС может осуществляться или непосредственно в нижний бьеф, или с помощью отводящей деривации — безнапорной или напорной. В последнем случае также возможна установка уравнительных резервуаров.
Здание деривационных ГЭС может быть наземного, полупод- земного и подземного типов. В СССР деривационные ГЭС расположены в горных районах (Храмские, Ладжанурская, Гюмушская. Алма-Атинская и др.). За рубежом число деривационных ГЭС весьма значительно в Австрии, Швейцарии, Италии и других странах. Максимальный напор на этих ГЭС достигает 1500 м и более.
Деривационные ГЭС в основном предназначены для краткосрочного регулирования речного стока или для работы по водотоку. Эти ГЭС, как правило, одноцелевого энергетического назначения. Основные виды турбин деривационных ГЭС радиальноосевые и ковшовые. Отличительной особенностью режимов деривационных ГЭС является, как правило, незначительный диапазон колебаний уровней верхнего и нижнего бьефов.
Смешанные, или плотинно-деривационные схемы. Для этих схем доли напора, создаваемого за счет деривации и плотины головного узла Нпл, соизмеримы (рис. 1.3). Наличие плотины и значительного водохранилища позволяет осуществлять на этих ГЭС как краткосрочное, так и длительное регулирование стока. Характеристики и показатели плотинно-деривационных и деривационных ГЭС аналогичны. По смешанной схеме концентрации напора в СССР построены Ингурская, Земо-Авчальская, Намахванская, Степанаванская, Коксуйские ГЭС и др.
Прочие схемы использования напора. При переброске части стока рек, имеющих разные отметки на относительно небольшом расстоянии друг от друга, дополнительно напор может быть создан за счет сооружения плотины в головном узле (на реке А, рис. 1.4). Пример подобной ГЭС в СССР — Теребля-Рикская в Карпатах, где осуществлена переброска части стока р. Теребля в р. Рика по деривационной схеме. При этом с помощью плотины головного узла создано водохранилище сезонного регулирования стока. Напор ГЭС более 200 м, назначение — энергетическое. Примеры других ГЭС подобного рода — Ингурская, Ладжанурская, Белореченская, Сенгилеевская, Свистухинская.
Иногда возможна переброска стока и между бассейнами трех рек.
Другим примером реализации на ГЭС имеющегося перепада отметок водотоков являются гидроузлы, сооружаемые в водохозяйственных системах. В этих системах иногда оказывается целесообразным строительство ГЭС, которые одновременно с выработкой электроэнергии будут осуществлять гашение энергии потока в нижнем бьефе. Режим работы таких ГЭС полностью подчинен режиму водопотребления; как правило, они работают или круглый год, или только в определенный период (например, вегетационный период для систем ирригации). Наличие водохранилищ водохозяйственного назначения позволяет таким ГЭС вести как краткосрочное, так и длительное регулирование стока. Режим попусков в нижний бьеф обычно равномерен в течение суток-недели.
В водохозяйственных системах возможно сооружение как плотинных, так и деривационных ГЭС (каскады ГЭС в Узбекистане на канале Боз-Су, Кубань-Калаусском оросительном канале, Невинномысском канале и др.). Диапазон изменения напоров ГЭС, сооружаемых на водохозяйственных плотинах, может быть весьма большим (до 80 % его максимального значения).

1.1.3. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ

Насосные станции (НС) предназначены для подачи веды с низких отметок на более высокие и являются потребителями электроэнергии. В насосных станциях происходит процесс, обратный рассмотренному на ГЭС; здесь электрическая энергия преобразуется в гидравлическую.
Схемы концентрации напора насосной станции аналогичны схемам плотинных ГЭС. Они могут подавать воду в канал, реку или водохранилище. Их обобщенная технологическая схема во многом похожа на схему плотинных ГЭС с обратным направлением подачи воды — из НБ (нижнего бассейна) в верхний бьеф (верхний бассейн) (рис. 1.5).
Режим НС определяется требованиями потребителей воды — сельского хозяйства, промышленности, коммунально-бытовыми нуждами и др. Водохранилища в нижнем и верхнем бьефах насосной станции позволяют использовать их как потребителей-регуляторов нагрузки в системах.

Рис. 1.5. Технологические схемы работы насосных станций:
а —схема основных сооружений; б — план гидроузла; в — обобщенная схема ГЭС; 1 — подводящая деривация; 2 — здание НС; 3 — отводящая деривация; 4 — гидроагрегат; 5 — сороудерживающие сооружения

В зависимости от напоров на насосных станциях могут устанавливаться осевые, диагональные радиально-осевые (центробежные) насосы. При малых напорах и больших расходах устанавливаются горизонтальные агрегаты (см. рис. 1.5). Схема таких станций весьма проста и практически состоит только из здания данной станции. При средних и больших напорах строятся насосные станции с длинными напорными водоводами (см. рис. 1.5).
В зависимости от вида водозабора в НБ и водопотребителей в ВБ отметки НС могут быть либо постоянными (канал — канал), либо переменными (регулирующие водохранилища в НБ и ВБ).
В настоящее время в СССР уже построен или строится ряд крупных НС, работающих на больших каналах, таких как Иртыш — Караганда, Днепр — Донбасс и др. Мощность НС здесь достигает несколько сотен мегаватт. Особенно много НС в южной части СССР. Планируется введение крупных НС на трассах переброски стока по территории нашей страны.

Рис. I 6. Технологическая схема ГАЭС:
а — план гидроузла: б — разрез по основным водопроводящим сооружениям; в — обобщенная схема ГАЭС; 1 — сороудерживающие сооружения; 2 — здание ГАЭС: 3 — водопроводящие сооружения (водоводы); 4 — гидроагрегат

Читайте также: