Стартовая >> Архив >> Генерация >> Гидроэлектрические станции

Гидравлическая энергия - Гидроэлектрические станции

Оглавление
Гидроэлектрические станции
Введение
Гидравлическая энергия
Водные ресурсы и водохозяйственные комплексы
Водохозяйственные и энергетические комплексы
Состав сооружений и компоновка
Гидроэлектростанции с приплотинными зданиями
Деривационные гидроэлектростанции
Головные узлы, сооружения станционных узлов деривационных гидроэлектростанций
Использование технико-экономических показателей при проектировании
Водохозяйственные и водноэнергетические расчеты
Многолетнее регулирование стока
Диспетчерское регулирование
Водноэнергетические расчеты на основе балансового метода
Работа гидроэлектростанций в энергосистеме
Гидроаккумулирующие электростанции
Схемы гидроаккумулирующих электростанций
Особенности компоновок ГАЭС
Приливные электрические станции
Нетрадиционные источники гидравлической энергии
Волновые энергетические установки
Состав оборудования зданий
Выбор агрегатов ГЭС
Гидрогенераторы
Системы и устройства гидрогенераторов
Схемы главных электрических соединений
Повышающие трансформаторы
Схемы питания собственных нужд
Элегазовые подстанции
Средства измерения
Механическое оборудование
Сороудерживающие стержневые решетки и их очистка
Подъемно-транспортное оборудование
Масляное хозяйство
Пневматическое хозяйство
Система осушения проточной агрегатов
Служебные помещения здания станции
Подъездные пути
Русловые здания
Русловые здания совмещенного типа
Русловые здания с горизонтальными агрегатами
Водоприемники русловых зданий станций
Особенности приплотинных зданий станций
Здания деривационных станций
Подземные здания гидроэлектростанций
Размещение главных повышающих трансформаторов
Конструкции обделок подземных зданий
Полуподземные здания станций
Русловые здания малых ГЭС
Приплотинные здания и здания деривационных малых ГЭС
Элементы конструкций зданий
Конструкции и размеры надагрегатной части зданий станций
Температурные и осадочные швы
Монтажная площадка
Специальные вопросы гидравлики зданий
Элементы отводящего русла
Здания гидроаккумулирующих электростанций
Здания ГАЭС с двухмашинными агрегатами
Специальные типы агрегатов и зданий ГАЭС
Здания приливных электростанций
Водоприемники гидроэлектростанций
Работа, типы и конструкции безнапорных водоприемников
Отстойники гидроэлектростанций
Типы отстойников гидроэлектростанций
Деривационные каналы
Деривационные туннели
Напорные деривационные   трубопроводы
Технико-экономические расчеты деривационных водоводов
Напорные бассейны ГЭС
Бассейны суточного регулирования ГЭС и верхние бассейны ГАЭС
Напорные станционные водоводы
Конструкции стальных трубопроводов
Опоры свободно лежащих стальных трубопроводов
Железобетонные и сталежелезобетонные трубопроводы
Туннельные станционные водоводы
Неустановившиеся режимы работы гидроэлектростанций
Строительство, монтаж оборудования
Пусковой комплекс
Эксплуатация гидроэлектростанций
Проектирование гидроэлектростанций
Порядок выполнения и утверждения проектов гидроэлектростанций
Список литературы

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Раздел I
И ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
ГЛАВА 1
ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ И СПОСОБЫ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ЭНЕРГИЯ И МОЩНОСТЬ ВОДОТОКА

Вода покрывает почти три четверти нашей планеты. Значительное количество воды испаряется и выпадает в виде осадков на поверхность Земли, в том числе и на отдельные участки суши, расположенные на различной высоте над уровнем океана. Спускаясь с более возвышенных участков на более низкие в виде больших и малых водотоков, эти постоянно возобновляемые природой массы воды теряют энергию, которая может быть эффективно использована. В естественном состоянии эта энергия расходуется на преодоление сил трения при взаимодействии потока с руслом, на перемещение наносов, на преодоление препятствий в руслах (пороги, перекаты и др.).
Рассмотрим участок естественного водотока между сечениями 1 — 1 и 2 — 2 (рис. 1.1, схема 1). В течение времени t, с, через поперечное сечение I—1 при среднем расходе воды Q, м3/с, проходит объем воды, равный м3. Считая, что между сечениями расход остается неизменным, энергию водотока, используемую на участке, Дж, можно определить как разность между Э1 и Э2 полной энергии потока в сечениях 1 — 1 и 2 — 2, подсчитанную с использованием уравнения Бернулли:


Рис. 1.1. Схемы естественных водотоков и водоемов
где W — объем стока воды, м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; р — плотность жидкости, кг/м3; каждый член выражения, заключенный в скобки, представляет собой удельную энергию массы протекающей жидкости, Дж/Н (или Н-м/Н=м, т. е. в единицах напора); z1 и z2 — геометрическая высота над уровнем моря или над произвольно выбранной плоскостью сравнения, м; ρ1 и р2 — давление, Па; v1 и v2 — средняя скорость, м/с; а — коэффициент кинетической энергии (Кориолиса).

 

 (1.2)
Для водотоков с чистой пресной водой р= =1000 кг/м3 и при g=9,81 м/с2 формула мощности (1.4) приводится к удобному для практического использования виду (в кВт):
(1.5)
где Q — расход в конце рассматриваемого участка реки.
Обычно падение уровня водотока Нуч более или менее равномерно распределено по его длине (рис. 1.1, схема 1). Лишь в немногих местах земного шара имеются значительные перепады уровней, сосредоточенные на небольшом участке русла, водопады (рис. 1.1, схема 2). Огромная энергия, выделяющаяся на таких водопадах, с давних времен привлекала внимание человека, стремившегося использовать ее для облегчения трудовых процессов. В некоторых случаях можно использовать разность между уровнями воды в руслах двух смежных водотоков. Аналогичные условия создаются, если водоток образует в плане петлю и сечения 1 и 2 оказываются близко расположенными (рис. 1.1, схема III), Разность уровней горных озер и русл рек, текущих на сравнительно небольшом от них удалении (рис. 1.1, схема IV), может быть использована для получения энергии путем сработки многолетних запасов воды такого озера и понижения его первоначального уровня на Δh. Потоки с высокими скоростями течения, волновые движения в крупных водоемах, приливно-отливные колебания открытых морей и океанов также могут быть использованы для получения энергии.

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ СОЗДАНИЯ НАПОРА

Наиболее эффективное использование энергии водотока возможно при концентрации перепадов уровней воды на относительно коротком участке. При наличии естественного водопада решение этой задачи упрощается, однако подобные условия встречаются очень редко. Для использования падений уровня рек, распределенных по значительной длине водотока, прибегают к искусственному сосредоточению перепада, что может быть осуществлено различными способами.
Плотинная схема создания напора (рис. 1.2, схема 1) предусматривает подпор уровня водотока путем сооружения плотины. Образующееся при этом водохранилище может использоваться в качестве регулирующей емкости, позволяющей периодически накапливать запасы воды и более полно использовать энергию водотока.
Деривационная схема (рис. 1.2, схема II) позволяет получить сосредоточенный перепад путем отвода воды из естественного русла по искусственному водоводу, имеющему меньший продольный уклон. Благодаря этому уровень воды в конце водовода оказывается выше уровня воды в реке; эта разность уровней и является напором гидроэлектростанции. В зависимости от типа искусственных водоводов (деривации) различают гидроэлектростанции с безнапорной и с напорной деривацией. При безнапорной деривации отвод воды из реки осуществляется безнапорными водоводами, например открытым каналом (рис. 1.3). Для забора воды в деривационный канал в русле реки возводится невысокая плотина, создающая водохранилище. Вода в канал поступает через водоприемник. Плотина, водоприемник, а в ряде случаев и другие сооружения (водосброс, отстойник и др.) образуют так называемый головной узел деривационной гидроэлектростанции. Деривационный канал заканчивается напорными бассейном, из которого вода по трубопроводам подается к турбинам в здание станции. Прошедшая через турбины вода отводится обратно в русло реки по отводящему каналу. Напорный бассейн, трубопроводы, здание станции и другие сооружения, примыкающие к ним образуют станционный узел, который в зависимости от длины деривации может находиться на значительном удалении от головного узла. Типичной гидроэлектростанцией с безнапорной деривацией является Гюмушская ГЭС на р. Раздан в Армении.
На рис. 1.4 показана ГЭС с напорной деривацией в виде напорного туннеля. Иногда в качестве деривации используются напорные трубопроводы. В ряде случаев для защиты деривационных напорных водоводов от перегрузок избыточным внутренним давлением может потребоваться строительство специального сооружения — уравнительного резервуара.

 


Рве. 1.2. Принципиальные схемы создания напора

Создание или увеличение сосредоточенного перепада уровней воды можно осуществить также посредством отводящего деривационного водовода, продольный уклон которого меньше уклона естественного русла. В этом случае здание ГЭС располагается в глубокой выемке или под землей в удалении от нижнего сечения используемого участка водотока.
Сооружение деривационных гидроэлектростанций оказывается целесообразным в горных условиях при больших уклонах реки и относительно малых расходах воды; тогда при небольшой протяженности и малой площади сечения деривационного водовода можно получить большой напор (до 1000 м и более) и соответственно большую мощность.
Комбинированная схема (рис. 1.2, схема 3) предусматривает создание напора посредством использования как плотины, так и деривационных сооружений.
В отдельных случаях возможно создание напора при частичной межбассейновой переброске стока рек, строительстве водохозяйственных систем.

 

Деривационная ГЭС
Рис. 1.3. Деривационная ГЭС с безнапорной деривацией
На гидроэлектростанциях, осуществленных по любой из указанных выше схем, механическая энергия движущихся масс воды преобразуется в электрическую с помощью гидротурбин и гидрогенераторов, размещаемых вместе с многочисленным вспомогательным оборудованием в зданиях станций.
В гидроузлах, осуществленных по плотинной схеме создания напора, различают русловые и приплотинные здания станций.

Рис. 1.4. Деривационная ГЭС с напорной деривацией
Гидроэлектростанция с русловым зданием характеризуется тем, что ее здание входит в состав водоподпорных сооружений и воспринимает давление воды со стороны верхнего бьефа (рис. 1.5). Конструкция здания в этом случае должна удовлетворять всем требованиям устойчивости и прочности, предъявляемым к плотинам. Размеры здания, в частности его высота, определяются напором, поэтому гидроэлектрические станции с русловыми зданиями строятся при сравнительно небольших напорах — до 30 — 40 м. Классическим примером гидроэлектростанции с русловым зданием является Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС (см. рис. 3.2).
Гидроэлектростанция с приплотинным зданием характеризуется тем, что ее здание располагается за плотиной (рис. 1.6) и не воспринимает давление воды. На крупных современных гидроэлектростанциях такого типа напор доходит до 300 м. Примером гидроэлектростанции с приплотинным зданием является Красноярская ГЭС (см. рис. 3.7).
Энергия участка водотока используется гидроэлектростанциями не полностью. В плотинных и комбинированных схемах при образовании водохранилища часть падения теряется на подпорной кривой, в связи с чем напор гидроэлектростанции Н меньше падения используемого участка водотока Нуч (рис. 1.2, схемы 1 и 3). В деривационных станциях помимо потерь на кривой подпора имеются потери напора в деривационных водоводах (рис. 1.2, схема 2). Потери напора в сооружениях и оборудовании гидроэлектрической станции также уменьшают степень использования мощности рассматриваемого участка водотока.

Русловая ГЭС
Рис. 1.5. Русловая ГЭС

Приливные электростанции сооружаются на побережье морей и океанов со значительными приливно-отливными колебаниями уровня воды. Для этого обычно естественный залив отделяется от моря плотиной и зданием ПЭС. При приливе уровень моря будет выше уровня воды в отделенном от него заливе, а при отливе, наоборот, ниже, чем уровень воды в заливе (рис. 1.2, схема IV). Перепады этих уровней создают напор, который используется при работе гидротурбин ПЭС.
Гидроаккумулирующие электростанции перераспределяют во времени электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, в соответствии с требованиями потребителей. Принцип действия гидроаккумулирующей станции основан на возможности работы ее агрегатов .в двух режимах: насосном и турбинном. В насосном режиме вода из нижнего водохранилища (бассейна) ГАЭС (рис. 1.2, схема V) перекачивается в расположенный выше 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. Помимо обеспечения энергосистемы дефицитной пиковой мощностью ГАЭС улучшают (выравнивают) режим работы тепловых электростанций, что приводит к уменьшению расхода топлива на 1 кВт-ч вырабатываемой ими энергии.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Напоры гидроэлектрической станции. Разность отметок верхнего и нижнего бьефов (рис. 1.7, а, б) называется статическим напором Нст, м:


Разность удельных энергий потока в сечении 1 — 1 (рис. 1.7) верхнего бьефа до входа в энергетические водоводы и в сечении 2 — 2, расположенном в нижнем бьефе за отсасывающими трубами гидротурбин, называется напором брутто НбР, м:
(1.6)
Разность напора брутто и гидравлических потерь в подводящем и отводящем водоводах (по длине и местные) называется напором нетто, который используется турбинами:
(1.7)
Поскольку разность кинетических энергий обычно невелика, в большинстве случаев для практических расчетов напор, используемый турбинами ГЭС, принимается равным
(1.8)
При использовании на гидроэлектростанции активных гидротурбин с выпуском воды из сопла в атмосферу имеется еще дополнительная потеря напора (рис. 1.7,в), равная разности отметок оси струи и уровня нижнего бьефа. Напор турбин в этом случае определится выражением
(1.8а)



 
« Гидратный водно-химический режим на электростанциях с барабанными котлами   Главные электрические схемы электростанций »
электрические сети