Структура гидроэлектростанции. Водозабор. Подводящие каналы. Электростанция

Любая гидроэлектростанция включает в себя несколько структур, которыми последовательно сверху вниз по течению являются соответственно: водозабор, подводящий канал, напорный трубопровод, электростанция, отводящий канал или водосброс, и вспомогательные структуры, такие как рыбоходы и система подвода компенсирующих вод. См. рисунок II.4.19.

Рисунок II.4.19. Схема гидроэлектростанции

Водозабор. Водозабор (см. рисунки II.4.20 и II.4.21) необходим для отвода воды из русла и направления ее на турбины. Водозабор располагается по возможности ближе ко дну и часто встроен в плотину.

Рисунок II.4.20. Пример водозабора в дамбе

Рисунок II.4.21. Пример частично заглубленного напорного трубопровода

Необходимо отметить следующие принципиальные правила:
- водозабор должен располагаться в реке таким образом, чтобы плавающие объекты не могли заблокировать его;

- водозабор должен быть снабжен защитной сеткой для предотвращения попадания предметов и рыбы в турбины и дальнейшего их перемещения в электростанцию. Во втором случае расстояние между прутьями решетки должно обосновываться местными требованиями и не должно превышать нескольких сантиметров;

- площадь поверхности решеток должна быть такой, чтобы вода проходила через нее без значительных потерь напора.

При необходимости, следует установить систему для удаления плавающих объектов, часто накапливающихся выше водозабора.

Подводящие каналы. Подводящий канал направляет поток к гидроэлектростанции, которая зачастую располагается далеко от водозабора с целью получения максимально возможной выгоды от использования разницы высот между уровнем водозабора и уровнем отводящего канала. Каналы могут представлять собой либо открытые, либо закрытые сооружения, или туннели с трубопроводами с открытой или закрытой поверхностью потока.

Сток по открытым каналам возможен только в том случае, если подводящий канал идет от верхней части плотины; начальная часть подводящего канала в значительной мере зависит от рельефа местности. В целом уклон открытых каналов не велик и скорость движения вода не превышает 2 м.с^-1.

Открытые каналы часто заканчиваются напорным трубопроводом или турбинным водоводом (см. рисунок II.4.21), который направляет воду из канала или туннеля вниз на турбины под большим уклоном. Все эти структурные сооружения снабжены затворами, чтобы отделить водный поток и изолировать их от реки для инспектирования и технического обслуживания. Дополнительные устройства, такие как уравнительные резервуары или напорные трубы, устанавливаются для выравнивания случайных чрезмерных повышений давления.

Напорные трубопроводы часто изготавливаются из металла, но также могут быть выполнены из железобетона, противоударного бетона или, как раньше, из досок, собранных в виде канала.

Электростанция. Электростанция — это здание или подземное помещение, в котором установлено генерирующее оборудование: турбины и генераторы переменного тока. Оно должно удовлетворять размерам генерирующих устройств и в большинстве случаев здесь должны размещаться помещения для технического обслуживания и ремонта.

Обычно электрическое оборудование, такое как трансформаторы напряжения и клеммы электрических кабелей, питающих систему, также размещаются в помещении электростанции. План типовой электростанции представлен на рисунке II.4.22.

Рисунок II.4.22. План стандартного здания гидроэлектростанции

Отводящий канал или водосброс. Отводящие каналы необходимы для возврата вод в реку после прохождения через турбину. Та их часть, которая связывает электростанцию с рекой, зависит, прежде всего, от типа турбины и, следовательно, величины падения напора. Водосбросы очень часто снабжены воротами для изоляции их от реки в случае крайней необходимости. Если на реке построен каскад гидроэлектростанций, водосбросной канал одной из них может непосредственно являться водозабором расположенной ниже по течению гидроэлектростанции.

Вспомогательные сооружения. На гидроэлектростанциях часто возникает необходимость строительства сооружений, которые непосредственно не требуются для производства электричества, но нужны для регулирования водного режима и соответствия указаниям. Примеры включают следующее:

- рыбоходы (см. рисунок II.4.23) — для обеспечения миграции рыб в обход плотин без угрозы гибели на турбинах;

Рисунок II.4.23. Пример рыбохода из прудков и сливных порогов, позволяющий рыбе обходить дамбу и достигать более высокого уровня воды через ряд низконапорных плотин

- компенсирующие водные системы — для возврата части расхода воды непосредственно к основанию плотины. Это предотвращает течение реки между водозабором и оголовком водосбросного канала — короткозамкнутый участок — от осушения и сохраняет жизнь водным организмам реки, а также делает возможным иное использование вод в пределах короткозамкнутого участка.

На этом участке необходимо поддержание постоянного потока в русле на уровне, установленном государственными регламентами или потребностями других водопользователей.

Особо оговоренные условия. Все чаще на небольших и средних гидроэлектростанциях все эти сооружения помещают в пределах плотины гидроэлектростанции. Достоинство такого подхода заключается в уменьшении длины подводящих каналов и сокращении короткозамкнутого участка до нуля.

Такие устройства могут пропускать постоянный расход воды в реке при одновременном непрерывном производстве электричества. Однако это не представляется возможным без строительства дамбы и такой морфометрии русла, которая обеспечивает достижение требуемого падения напора в выбранном месте.