Гидравлические электрические станции

Гидроэнергия относится к числу возобновляемых источников, которые традиционно используются уже многие годы. Неиссякаемая энергия рек является следствием круговорота воды в природе, совершаемого за счёт энергии солнца. Запасы этой энергии на планете определяются общим годовым стоком рек, который оценивается в 40 000 куб. км.

Самая полноводная река мира Амазонка каждый год несёт в Атлантический океан более 7000 куб. км воды, объём которой можно представить в виде куба с ребром в 18 км. Крупнейшая река России Енисей характеризуется стоком, равным примерно 620 куб. км в год.

Годом рождения современной гидроэнергетики можно считать 1891 год, когда русский инженер М.О. Доливо-Добровольский в Германии построил первую ГЭС мощностью 1000 кВт с трёхфазным генератором, который вращала небольшая водяная турбина.

Это строительство было приурочено к открытию электротехнической выставки во Франкфурте-на-Майне. Вырабатываемая электроэнергия передавалась от ГЭС на территорию выставки по невероятно протяжённой по тем временам линии передач длиной 175 км.

Принципиальная схема устройства современной ГЭС проста и понятна (рисунок 5.1).

Важнейшим элементом ГЭС является плотина, выше которой по течению реки образуется водохранилище с большим запасом воды. Уровень воды в водохранилище называют горизонтом верхнего бьефа (ГВБ), уровень воды в реке ниже плотины – горизонтом нижнего бьефа (ГНБ). Разность этих горизонтов называют напором, измеряемым в метрах,

Н=ГВБ – ГНБ.

В теле плотины устроены каналы для подвода падающей воды к гидравлическим турбинам, которые вращают ротора синхронных генераторов.

Рисунок 5.1. Принципиальная схема ГЭС:

1–плотина; 2–водохранилище; 3–гидротурбина; 4–водоподводящий канал; 5–гидрогенератор; 6–трансформатор; 7–здание ГЭС; 8–защитная решетка.

 

Мощность в МВт, вырабатываемая гидроагрегатами, определяется по формуле

,

где Q – расход воды в м3/с;

H – напор в м;

– КПД в %.

Водохранилище позволяет менять мощность, вырабатываемую ГЭС, независимо от притока воды, поступающего с верховьев реки, срабатывая или накапливая воду в водохранилище.

По оценкам наибольшие запасы гидроэнергии размещаются в КНР, России, Бразилии, США, Заире и Индии. Однако далеко не везде эти запасы эффективно используются. В Швеции и Норвегии, например, гидроресурсы использованы почти на 80 %, в Японии на 65, а в России примерно на 10 %.

Установленная мощность всех ГЭС на планете составляет примерно 1000 ГВт, а их доля в годовой выработке электроэнергии около 20 %. Крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья» пущена в Китае на реке Янцзы в 2012 г. и имеет мощность 22,5 ГВт. В Южной Америке самая мощная ГЭС Итайпу имеет мощность 14 ГВт.

В 2015 году в Республике Конго (Заир) начнется реализация проекта возведения крупнейшей в мире электростанции на реке Конго. Итоговая мощность этой ГЭС составит 40 ГВт и ее хватит для удовлетворения потребностей в электроэнергии почти половины Африки. Стоимость проекта «Инга-3» составит 8,5 млрд. долларов США.

В России первые ГЭС появились в дореволюционное время. Суммарная мощность их составляла 16 тыс. кВт, а самая крупная ГЭС имела мощность 1350 кВт. Примечательно, что проект Днепрогэса был представлен инженером Г.Графтио еще в 1905 г. и, хотя состоял из 3-х гидросооружений с оптимальной зоной затопления, был отвергнут. Лишь в 1927 г., уже переработанный проект, был принят к строительству и пущен в 1932 г.

В 1926 году в Советской России состоялся торжественный пуск первой построенной по плану ГОЭЛРО Волховской ГЭС мощностью 66 МВт при напоре 13,5 м.

В 1949-1950 гг. принимается решение о строительстве мощных ГЭС на Волге, Каме и Днепре. Схема каскада ГЭС на Волге и Каме показан на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2. Схема Волжско-Камского каскада ГЭС

Гидростанции: 1–Иваньковская; 2–Угличская; 3–Рыбинская; 4–Горьковская; 5–Чебоксарская; 6–Волжская им. Ленина; 7–Саратовская; 8–Волжская им.ХХП съезда; 9–Верхнекамская; 10–Камская; 11–Воткинская; 12–Нижнекамская.

 

Успехи в методах проектирования гидросооружений, освоение новых строительных материалов и передовых методов строительства дали возможность создавать высотные плотины. На реке Вахш в Таджикистане построена грандиозная плотина Нурекской ГЭС высотой в 320 м, более чем на 300 м поднимаются плотины Рогунской и Ингурской ГЭС.

Сегодня крупнейшие ГЭС России находятся на реках Сибири. Самая мощная из них Саяно-Шушенская ГЭС на Енисее имеет 10 агрегатов по 640 МВт. Расчётный напор ее – 245 м, бетонная плотина имеет объём 59,1 млн. м3, равный объёму куба с ребром около 400 м. Расчётный объём водохранилища этой ГЭС равен 31,3 млрд. м3.

Самое большое водохранилище объёмом 170 млрд. м3 имеет Братская ГЭС на Ангаре, общая мощность которой 4500 МВт при напоре 106 м.

В 2014 г. были пущены первые 3 блока по 333 МВт на Богучанской ГЭС на Ангаре. с проектной мощностью 3000 МВт.

Большие водохранилища оказывают негативное влияние на климат регионов, повышая влажность воздуха, что в холодное время года вызывает простудные заболевания и другие болезни. Огромные массы воды оказывают давление на земную кору, что может спровоцировать тектонические изменения и повысить вероятность возникновения землетрясений. Плотины ГЭС затрудняют или делают невозможным сквозное судоходство по рекам, нарушают веками сложившиеся пути для нереста ценных пород рыб. Сооружение ГЭС требует больших капиталовложений и длительных сроков строительства.

Однако практически бесплатный первичный энергоресурс – вода и поэтому низкая себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на ГЭС, делают их привлекательными и являются причиной строительства новых ГЭС, в том числе и небольшой мощности.

Малые ГЭС мощностью менее 2 МВт не требуют больших водохранилищ и плотин, могут строиться на небольших реках и при современном уровне автоматизации способны работать без обслуживающего персонала. Малые ГЭС не оказывают вредного влияния на окружающую среду. В Швеции, например, где гидроресурсы освоены почти полностью, работает более 1000 ГЭС, из них только 14 имеют мощность более 250 МВт.

В России в 50-е годы прошлого века эксплуатировалось более 6500 малых ГЭС общей мощностью около 330 МВт. С сооружением мощных ГЭС интерес к малым пропал и к 1995 г. в рабочем состоянии сохранилось не более 400 штук. Одна из них мощностью 2,5 МВт до сих пор работает в Москве на канале, спрямляющем русло реки Москва. Экономический потенциал малых рек России оценивается примерно в 360 млрд. кВт·ч.

Гидроэлектростанции имеют ещё одно преимущество – они позволяют аккумулировать энергию. Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) ночью перекачиванием воды из нижнего бассейна (рисунок 5.3) в верхний, и преобразует потенциальную энергию запасённой воды в электрическую в часы пиковых нагрузок энергосистемы.

Рисунок 5.3. Схема гидроаккумулирующей электростанции

Гидроагрегаты ГАЭС при этом должны быть обратимыми – т.е. способными работать в режиме насоса и генератора. Коэффициент полезного действия ГАЭС, определяемый отношением вырабатываемой энергии при использовании запасенной воды к затрачиваемой в насосном режиме, составляет около 70-75 %. Сооружение ГАЭС позволяет выравнивать суточный график энергосистемы и за счёт снижения пиковой нагрузки, для покрытия которой используются самые неэкономичные электростанции, экономить топливо.

Сегодня ГАЭС работают в 35 странах, общее число их более 300, а установленная мощность превышает 100 ГВт. В России действует только одна Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт. Выбор места сооружения ГАЭС во многом определяется рельефом местности и крутизной берегов реки. Самый большой перепад высот, равный 1260 м, между верхним искусственным бассейном и руслом реки имеет одна из ГАЭС Италии. ГАЭС при строительстве требуют гораздо меньше бетона и в несколько раз дешевле аналогичных по мощности ГЭС.






Дата добавления: 2016-11-29; просмотров: 2108; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.014 сек.