Глава V
ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
Работа, совершаемая массой воды при ее падении, равна произведению веса этой воды на высоту ее падения. Следовательно, энергия реки будет тем больше, чем больше ее уклон и сток.
Гидроэлектростанция использует лишь энергию данного участка реки. Для полного использования энергии реки строят каскад электростанций, т. е. несколько электростанций, расположенных одна за другой на различных участках реки. Таким каскадом, например, является волжский каскад гидроэлектростанций, в который входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Горьковская, Куйбышевская и Волгоградская гидроэлектростанции. Этот каскад дополнится Чебоксарской, Саратовской и Нижне-Волжской гидроэлектростанциями.
Мощность гидроэлектростанции пропорциональна напору и расходу воды, протекающей через все турбины станции. Одна и та же мощность может быть получена при большом напоре и малом расходе воды или при малом напоре, но большом расходе воды.
Напор и расход воды определяются характером реки. Горные реки, имея, как правило, небольшой сток воды, обладают значительным уклоном русла, что обеспечивает большой напор. У равнинных рек уклон русла незначительный, давление воды относительно невелико, но сток воды очень большой.
Все сооружения, возводимые при строительстве гидроэлектростанции, принято называть гидроузлом. Гидроузел на равнинной реке состоит из ряда сооружений, главными среди которых являются: водонапорная плотина, состоящая из водосливной части для сброса лишней воды на нижний бьеф и глухой части; шлюзы для пропуска судов.
Основные агрегаты гидроэлектростанций, преобразующие энергию движущейся воды в электрическую, состоят из гидравлических турбин и соединенных с ними синхронных генераторов.
Агрегаты гидроэлектростанций могут быть с вертикальным и горизонтальным расположением вала. Производственный процесс гидроэлектростанций довольно прост. Задержанная плотиной вода поступает по водоподводящему каналу или трубам в спиральную камеру и из нее в ротор гидротурбины. Вода давит на лопасти ротора и поворачивает его, заставляя вместе с ним вращаться вал турбины. С валом ротора турбины соединен вал ротора генератора. Совершив механическую работу в гидротурбине, вода свободно вытекает через канал на нижний уровень реки.
§ 16. Деривационные гидроэлектростанции
Название «деривационные» связано с характерной особенностью этих гидроэлектростанций — отводом воды из русла реки в так называемые деривационные (обводные) водоводы. Такими водоводами могут быть открытые каналы, туннели или трубопроводы. Водоводы спрямляют излучину реки и имеют значительно меньший уклон, чем русло.
Вследствие разницы уклонов уже на некотором расстоянии от места отвода образуется разность уровней воды (в водоводе и русле реки), используемая для работы турбин гидроэлектростанции (рис. 18). Вода, прошедшая через турбины, сбрасывается в реку через отводной канал. Чтобы обеспечить поступление воды в деривационный водовод, в русле реки в месте отвода сооружают плотину. Деривационные каналы заканчиваются напорным бассейном, из которого вода по трубам поступает к турбинам гидроэлектростанции.
Рис. 18. Деривационная гидроэлектростанция
Деривационные трубопроводы в том месте, где к ним присоединены трубы, подводящие воду к турбинам, имеют уравнительный резервуар для сглаживания гидравлических ударов, возникающих при резких изменениях расхода воды.
Примерами мощных деривационных станций являются Храм ская, Фархадская и ряд других гидроэлектростанций в горных районах СССР.
§ 17. Плотинные гидроэлектростанции
На гидроэлектростанциях этого типа весь напор воды создается плотиной. Сооружаемая поперек русла реки плотина (рис. 19) поднимает уровень воды и образует верхний бьеф. По другую сторону плотины уровень остается в естественном состоянии и образует нижний бьеф. Разность уровней реки между верхним и нижним бьефами образует напор, создаваемый плотиной и используемый турбинами.
Плотинные гидроэлектростанции подразделяют на русловые и приплотинные.
Рис. 19. Создание напора плотинной гидроэлектростанции
Русловые гидроэлектростанции являются частью плотины и непосредственно на свое здание принимают полный напор воды.
Рис. 20. Общий вид плотинной гидроэлектростанции
Приплотинные гидроэлектростанции (рис. 20) хотя и расположены поперек реки, по защищены от напора воды глухой частью бетонной плотины. Воду к турбинам у приплотинных гидроэлектростанций подводят трубопроводы, проходящие либо под плотиной, либо по туннелям.
Форма и высота плотин в значительной мере зависят от топографических и геологических условий их расположения.
Рис. 21. Поперечный разрез по гидроагрегату встроенной гидроэлектростанции:
1 — мостовые краны машинного зала; 2 — гидрогенератор; 3 — повышающий трансформатор;
4 — шинопроводы от генератора к трансформатору; 5 — распределительное устройство; 6 — портальные краны обслуживания; 7 — выход на линию электропередачи; 8 — сороудерживающее сооружение
Плотины, построенные на широких равнинных реках с отлогими берегами и нескальным грунтом, имеют относительно небольшую высоту и распластанный профиль. Для рек с крутыми берегами и скальным грунтом более характерны высокие бетонные плотины, имеющие в плане форму арки, упирающейся своими устоями в берега.
Встроенные гидроэлектростанции (рис. 21) выполняют вместе с плотиной; агрегаты станции размещают внутри плотины.
Гидроэлектростанции имеют следующие преимущества перед тепловыми: высокий к. п. д. (до 77%), отсутствие расходов на добычу и доставку топлива, малочисленный состав обслуживающего персонала и др.
Тем не менее в нашей стране в настоящее время придают большее значение строительству тепловых электростанций. Объясняется это главным образом тем, что сооружение гидроэлектростанций требует больших материальных затрат и продолжается довольно долго.
Контрольные вопросы
- Почему мощность гидроэлектростанций зависит от напора и расхода воды?
- Что называется гидроузлом и из каких главных сооружений он состоит?
- В чем заключается производственный процесс гидроэлектростанции?
- Какие гидроэлектростанции называются деривационными и каковы особенности их гидротехнической части?
- Какие гидроэлектростанции называются плотинными, каковы их разновидности и на реках какого характера их сооружают?
- Чем объясняется весьма высокий к. п. д. гидроэлектростанций?
