Как работает гэс

Основы теории гидротурбин — Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж

Оглавление

Гидравлическое оборудование ГЭС и его монтаж

Введение

Основы теории гидротурбин

Явление кавитации в гидротурбинах

Модельные испытания и характеристики гидротурбин

Номенклатура гидротурбин

Выбор основных параметров гидротурбин

Конструкции гидротурбин

Рабочие колеса гидротурбин

Отсасывающие трубы гидротурбин

Конструктивные схемы современных гидротурбин

Конструкции основных узлов гидротурбин

Камера рабочего колеса

Направляющие аппараты реактивных гидротурбин

Сервомоторы направляющего аппарата

Рабочие колеса гидротурбин

Маслоприемники, валы гидротурбин

Подшипники гидротурбин

Вспомогательные механизмы гидротурбин

Вспомогательное оборудование гидроэлектростанций

Регулирование гидроагрегатов и автоматика

Котельные регуляторы

Регулирование гидротурбин

Электрогидравлический регулятор скорости

Автоматическое управление гидротурбинами

Параметры гидрогенераторов

Конструктивные схемы гидрогенераторов

Статоры генераторов

Роторы генераторов

Крестовины генераторов

Подпятники

Направляющие подшипники

Вспомогательные устройства генераторов

Организация и подготовка монтажных работ

Организация и технология монтажных работ

Проектирование монтажных работ

Монтажно-сборочные и производственные базы

Подготовка оборудования к монтажу

Монтажные средства

Техника безопасности и промсанитария

Организация труда

Учет монтажных работ и техническая отчетность

Специальные подъемно-транспортные работы

Слесарно-подгоночные операции

Сборочные работы

Выверка и фиксация деталей и узлов

Требования к фундаментам и бетонированию

Производство монтажных работ в зимнее время

Технология монтажа вертикальных гидротурбин

Монтаж деталей проточной части высоконапорных радиально-осевых гидротурбин

Закладные детали поворотнолопастных гидротурбин — монтаж

Направляющий аппарат гидротурбины — монтаж

Рабочие колеса радиально-осевых гидротурбин — монтаж

Рабочие колеса поворотнолопастных гидротурбин — монтаж

Центровка ротора гидротурбины

Подшипники гидротурбин — монтаж

Монтаж системы регулирования

Монтаж вспомогательных механизмов гидротурбин

Особенности монтажа ковшовых гидротурбин

Организация сборки и монтажа вертикальных генераторов

Закладные части вертикального генератора — монтаж

Монтаж опорных конструкций вертикальных гидрогенераторов

Сборка и установка статора вертикальных гидрогенераторов

Сборка и установка ротора вертикального генератора

Монтаж подпятников вертикальных гидрогенераторов

Центровка ротора вертикального генератора

Соединение валов турбины и вертикального генератора

Центровка ротора вертикального гидроагрегата

Монтаж направляющих подшипников вертикальных гидрогенераторов

Монтаж системы возбуждения и воздушного охлаждения вертикальных гидрогенераторов

Технологический процесс монтажа горизонтального гидроагрегата

Монтаж закладных деталей гидротурбины горизонтального гидроагрегата

Установка корпусов подшипников, направляющего аппарата горизонтального гидроагрегата

Монтаж ротора гидротурбины горизонтального гидроагрегата

Монтаж горизонтальных гидрогенераторов

Центровка горизонтального гидроагрегата

Монтаж горизонтальных капсульных гидроагрегатов

Пуск, наладка и испытания смонтированных гидроагрегатов

Проверка гидроагрегата при заполненных водоподводящем и водоотводящем трактах

Пробный пуск гидроагрегата

Испытания гидроагрегата под нагрузкой

Вибрация гидроагрегата

Натурные энергетические испытания гидроагрегатов

Страница 3 из 83

ГЛАВА ПЕРВАЯ
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГИДРОТУРБИН

1. МОЩНОСТЬ ВОДОТОКА И ГИДРОТУРБИНЫ

Мощность водотока зависит от расхода потока (количества протекающей воды в единицу времени) и напора, созданного на гидроэлектростанции, и равна:

(1-1)
где γ— удельный вес воды, 1000 кг/м3·,
Q — расход воды, м3/сек·,
Ну — напор установки, м.
Мощность гидротурбины будет меньше мощности водотока, так как часть энергии его неизбежно теряется по пути движения потока и в процессе преобразования энергии воды в механическую энергию рабочих органов турбины.
Напор, который используется в турбине, называется рабочим напором. Он всегда меньше напора установки на величину потерь энергии по пути движения воды от верхнего бьефа до турбины и в отводящем канале за турбиной, т. е.
0-2)
где H — рабочий напор, м;
hтр — потери напора в подводящих сооружениях, м;
hк—потери напора в отводящих сооружениях (каналах), м. Рабочий напор определяется разностью удельных энергий потока во входном сечении турбины и на выходе в нижнем бьефе (рис. 1-4):
(1-3)
где υ1 и υ2 — средние скорости течения потока в рассматриваемых сечениях, м/сек,
Р1 и р2 — средние давления, кГ/см2;
z1 и z2 — геометрическая высота сечения над плоскостью сравнения, м;
α1 и α2 — коэффициенты Кориолиса, учитывающие неравномерность распределения скоростей в сечениях; g — ускорение силы тяжести, м/сек2.
Таким образом, рабочий напор есть то количество удельной энергии, которое физически возможно использовать в турбине.
Мощность гидротурбины, замеренная на ее валу, равна:

(1-4)

где ητ — коэффициент полезного действия (к. п. д.), учитывающий потери мощности в турбине.
Мощность гидроагрегата, замеренная на шинах генератора, равна:
(1-5)
где ηг — к. п. д., учитывающий механические и электрические потери мощности в генераторе.

Рис. 1-4. Схема определения рабочего напора гидротурбинной установки.
В современных крупных гидротурбинах величина к. п. д. достигает 90—94%, а к. п. д. генератора колеблется в пределах 95—98%. Таким образом, максимальный к. п. д. крупного гидроагрегата может достигать 86—92%.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТУРБИН

Гидравлическая турбина является двигателем, в котором кинетическая и потенциальная энергия потока превращается в механическую энергию турбины. Механическая энергия турбины затем преобразуется с помощью генератора в электрическую энергию, которая через линии электропередачи подается к потребителю.
Современные гидротурбины обладают высокой степенью использования энергии потока, относительно большими скоростями вращения, возможностью сосредоточения значительной мощности в одном агрегате.
Энергия единицы веса жидкости, выражаемая уравнением закона сохранения энергии гидромеханики Д. Бернулли,
(1-6)
состоит из кинетической энергии υ2/2g и двух видов потенциальной: энергии давления p/γ и энергии положения z.
В зависимости от того, какие виды энергии преобразуются на рабочем колесе турбины, последние делятся на два класса: активные и реактивные турбины.
В активных (свободноструйных) гидротурбинах рабочее колесо вращается под воздействием свободной струи, обладающей кинетической энергией и имеющей одинаковые давления при входе на рабочее колесо и на выходе из него.

По конструктивным особенностям активные турбины делятся на ковшовые, наклонноструйные и двукратные. Практическое значение из них имеют только ковшовые турбины (рис. 1-5,а), применяемые в крупных гидроагрегатах для напоров от 300 до 1 700 м и в малых — при напорах 40—250 м.

Рис. 1-5. Рабочие колеса турбин различных типов.
а — ковшовой; б —осевой (поворотнолопастной); в — радиально-осевой.
В реактивных (напорноструйных) гидротурбинах рабочее колесо вращается в сплошном потоке, обладающем как кинетической, так и потенциальной энергией и имеющем при входе на рабочее колесо большее давление, чем на выходе из него.
Турбины этого класса являются наиболее распространенными и применяются для напоров от 1,5 до 500 м.
По конструктивным особенностям реактивные турбины разделяются на осевые (рис. 1-5,б) и радиально-осевые (рис. 1-5,в)
В осевых турбинах движение потока в зоне рабочего колеса в основном параллельно оси турбины, а в радиально-осевых поток постепенно меняет направление с радиального на осевое. Осевые турбины применяются двух конструктивных типов: пропеллерные— с неподвижно закрепленными лопастями рабочего колеса и поворотнолопастные, лопасти которых могут поворачиваться и а некоторый
угол вокруг своей оси. Наиболее распространены поворотнолопастные и радиально-осевые турбины.
Гидротурбина состоит из следующих основных элементов: подводящей камеры, направляющего аппарата, рабочего колеса, камеры рабочего колеса, отсасывающей трубы, вала, подшипников (см. рис. 1-1, 1-2).
В реактивных турбинах подводящая камера обычно имеет форму спирали, что обеспечивает наиболее равномерный по всей окружности подвод воды к направляющему аппарату. В активных турбинах вода подводится струей, и поэтому подводящая камера ковшовой турбины представляет собой трубопровод, а в случае нескольких струй — коллектор.
Направляющий аппарат турбины предназначен для обеспечения необходимого направления потока на входе в рабочее колесо и регулирования расхода турбины. В реактивных турбинах направляющий аппарат состоит из системы направляющих лопаток, поворачивающихся вокруг своих осей. Направляющий аппарат ковшовой турбины—сопло— представляет собой сужающийся насадок с перемещающейся внутри него в осевом направлении грушевидной иглой. При перемещении иглы изменяется проходное сечение сопла и таким путем регулируется расход воды.
Рабочее колесо является основным рабочим органом турбины, в котором энергия потока преобразуется в механическую энергию турбины. В поворотнолопастных турбинах при изменениях режимов работы поворот лопастей обеспечивает безударное обтекание их потоком, что дает возможность сохранять при этом максимально возможный к. п. д. турбины. У рабочего колеса радиально-осевой турбины лопасти неподвижны. Лопасти рабочего колеса ковшовой турбины (ковши) также закреплены неподвижно на наружном ободе рабочего колеса.
Отсасывающая труба является диффузором, обеспечивающим снижение скоростей на выходе из турбины и возможность использования энергии воды, выходящей из рабочего колеса. В большинстве случаев отсасывающую трубу из условий компоновки выполняют изогнутой. В ковшовых турбинах на выходе из рабочего колеса давление равно атмосферному, отсасывающая труба у этих турбин отсутствует.

7. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ГИДРОТУРБИНЫ

Величина потерь энергии в турбине зависит как от диаметра рабочего колеса, так и от напора, причем с увеличением диаметра рабочего колеса составляющие потерь энергии в турбине (гидравлические, объемные и механические) относительно уменьшаются, а следовательно, к. п. д. натурной турбины в сравнении с к. п. д. модельной турбины должен увеличиваться.
Теоретическое определение к. п. д. турбины затруднительно из-за недостаточной изученности законов изменения потерь в турбине. Поэтому практически к. п. д. натурной турбины определяется пересчетом с экспериментально полученного к. п. д. модельной турбины по эмпирическим формулам.
Наиболее распространенными из них являются:
а) для турбин, работающих при Н<150 м,
(1-17)
где η — к. п. д. турбины;
ηм — к. п. д. модели;
D1 — диаметр рабочего колеса турбины;
D1м— диаметр рабочего колеса модели;
б) для турбин, работающих при Н>150 м,
(1-18)
Однако приведенные формулы пересчета дают наименьшие погрешности при оптимальном расчетном режиме работы турбины. При нагрузках, не соответствующих оптимальному режиму, эти формулы дают некоторое преувеличение к. п. д.
При определении к. п. д. натурных ковшовых турбин поправку на изменение диаметра рабочего колеса и напора можно не вводить, если модель испытывалась с диаметром струи более 55 мм. В таких случаях к. п. д. натурной турбины можно принимать по модельным испытаниям без пересчета, т. е. считать η=ηм·

Принцип действия

Схема плотины гидроэлектростанции

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и, как следствие, концентрации реки в определённом месте, или деривацией — естественным потоком воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается всё энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет своё определённое деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию. Есть ещё всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля работы ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

Особенности

  • Стоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.
  • Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от первой до максимальной мощности и позволяют плавно изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.
  • Гидроагрегат очень быстро набирает мощность после подачи воды (от нуля до полной мощности — от 30 секунд до 2 минут), что позволяет использовать ГЭС в маневренном режиме.
  • Сток реки является возобновляемым источником энергии.
  • Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.
  • Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловые станции.
  • Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, посёлки).
  • Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
  • Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.
  • Водохранилища делают климат более умеренным.

Классификация

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

  • мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше;
  • средние — до 25 МВт;
  • малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также ещё по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды:

  • высоконапорные — более 60 м;
  • средненапорные — от 25 м;
  • низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах.

Принцип работы всех видов турбин схож — поток воды поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передаётся на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

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

  • плотинные ГЭС. Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создаётся 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.
  • приплотинные 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 ГЭС. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимый напор воды в ГЭС такого типа создаётся 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 создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище — такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимого напора воды.
  • гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определённые 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 судоподъёмники, способствующие навигации по водоёму, 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.

Преимущества и недостатки

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 22 февраля 2012 года.

Преимущества

  • использование возобновляемой энергии;
  • очень дешёвая электроэнергия;
  • работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;
  • быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки

  • затопление пахотных земель;
  • строительство ведётся только там, где есть большие запасы энергии воды;
  • горные реки опасны из-за высокой сейсмичности районов;
  • экологические проблемы: сокращённые и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по 10-15 дней (вплоть до их отсутствия), приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса (мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелётных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии (обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.

История

Гидроэнергия использовалась с древних времён, для молки муки и других нужд. При этом приводом служил колёсный механизм, вращаемый потоком воды. В середине 1770-х годов французский инженер Бернар Форест де Bélidor в опубликованной им работе Architecture Hydraulique, привёл описание гидромашин с вертикальной и горизонтальной осью вращения. К концу 19-го века появились электрические генераторы, которые могли работать в сочетании с гидроприводом. Растущий спрос на электроэнергию вследствие Промышленной революции дал толчок в их развитии. В 1878 году заработала «первая в мире ГЭС», разработанная английским изобретателем Уильямом Джорджем Армстронгом в Нортумберленде, Англия. Она представляла собой агрегат, предназначенный для питания одной единственной дуговой лампы в его картинной галерее. Старая электростанция № 1 Schoelkopf возле Ниагарского водопада в США начала производить электричество в 1881 году. Первая гидроэлектростанция Эдисона для целей освещения, Vulcan Street начала работать 30 сентября 1882 года, в г. Аплтон, штат Висконсин, США, и выдавала мощность около 12,5 киловатт. К 1886 году в США и Канаде было уже 45 гидроэлектростанций. К 1889 году только в США их было 200.

Но когда встал вопрос промышленного использования электричества, то оказалось, что под постоянный ток требуется слишком толстая медная проводка. Поэтому при оборудовании одной из шахт (Gold King Mine, см. например, статью про разлив стоков на шахте) в Колорадо отдали предпочтение проекту компании Вестингауза, основанному на патентах Николы Теслы. То есть, система переменного тока двух фаз. Поныне ГЭС Эймса в Колорадо считается первым коммерчески значимым и успешным промышленным использованием электрического тока. До этого момента все применение сводилось преимущественно к бытовым и городским нуждам освещения домов и улиц постоянным током. А ГЭС в Эймсе вошла в «Перечень значимых объектов и событий IEEE». Сам Тесла писал в автобиографии, что в проекте участвовать отказался, поскольку считал, что частота переменного тока должна составить 60 Гц, а не 133, как это было задумано инженерами компании Вестингауза. Мнение Теслы было учтено при оборудовании ГЭС на Ниагарском водопаде двумя годами позже, частота 60 Гц поныне является стандартной на территории США. Переменный ток, таким образом, стал де-факто стандартом для построения ГЭС. Что явилось важной вехой в ходе «войны токов». Использовались как две фазы (под двигатели Николы Теслы), так и три фазы (под проекты Доливо-Добровольского) с трансформаторами на соответствующее число фаз. Ныне именно три фазы используются повсеместно. Хотя доказательств каких-либо преимуществ такого технического решения в литературе не приводится.

В начале 20-го века коммерческими компаниями строится много небольших ГЭС в горах недалеко от городских районов. К 1920 году до 40 % электроэнергии, производимой в Соединённых Штатах вырабатывалось на ГЭС. В 1925 году в Гренобле (Франция) состоялась Международная выставка гидроэнергетики и туризма, которую посетили более одного миллиона человек. Одной из вех в освоении гидроэнергетики как США, так и в мире в целом стало строительство в 1930-х Плотины Гувера.

В России

Наиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Берёзовская (Зыряновская) ГЭС (ныне территория Республики Казахстан), построенная в Рудном Алтае на реке Берёзовке (приток р. Бухтармы) в 1892 году. Она была четырёхтурбинной, общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника.

На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году. Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трёхфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски. Это были первые в России высоковольтные ЛЭП. Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) — вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъёмники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой.

Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями. Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие XIX века и первые 20 лет XX столетия, достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований.

Первая очередь строительства ГЭС:

Район Название Мощность,
тыс. кВт
Северный Волховская 30
Нижнесвирская 110
Верхнесвирская 140
Южный Александровская 200
Уральский Чусовая 25
Кавказский Кубанская 40
Краснодарская 20
Терская 40
Сибирь Алтайская 40
Туркестан Туркестанская 40

В советский период развития энергетики упор делался на особую роль единого народнохозяйственного плана электрификации страны — ГОЭЛРО, который был утверждён 22 декабря 1920 года. Этот день был объявлен в СССР профессиональным праздником — Днём энергетика. Глава плана, посвящённая гидроэнергетике, называлась «Электрификация и водная энергия». В ней указывалось, что гидроэлектростанции могут быть экономически выгодными, главным образом, в случае комплексного использования: для выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства или мелиорации. Предполагалось, что в течение 10-15 лет в стране можно соорудить ГЭС общей мощностью 21 254 тыс. лошадиных сил (около 15 млн кВт), в том числе в европейской части России — мощностью 7394, в Туркестане — 3020, в Сибири — 10 840 тыс. л.с. На ближайшие 10 лет намечалось сооружение ГЭС мощностью 950 тыс. кВт, однако в последующем было запланировано сооружение десяти ГЭС общей рабочей мощностью первых очередей 535 тыс. кВт.

Хотя уже за год до этого, в 1919 году, Совет Рабочей и Крестьянской Обороны признал строительства Волховской и Свирской гидростанций объектами, имеющими оборонное значение. В том же году началась подготовка к возведению Волховской ГЭС, первой из гидроэлектростанций, возведённых по плану ГОЭЛРО.

Гидроэлектростанции в мире

Этот раздел не завершён. Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Крупнейшие ГЭС

Основная статья: Крупнейшие ГЭС в мире

Наименование Мощность,
ГВт
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч
Собственник География
Три ущелья 22,50 98,00 р. Янцзы, г. Сандоупин, Китай
Итайпу 14,00 92,00 Итайпу-Бинасионал р. Парана, г. Фос-ду-Игуасу, Бразилия/Парагвай
Силоду 13,90 64,80 р. Янцзы, Китай
Гури 10,30 40,00 р. Карони, Венесуэла
Черчилл-Фолс 5,43 35,00 Newfoundland and Labrador Hydro р. Черчилл, Канада
Тукуруи 8,30 21,00 Eletrobrás р. Токантинс, Бразилия

Крупнейшие гидроэлектростанции России

По состоянию на 2017 год в России имеется 15 действующих гидроэлектростанций свыше 1000 МВт, и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.

Наименование Мощность,
ГВт
Среднегодовая
выработка, млрд кВт·ч
Собственник География
Саяно-Шушенская ГЭС 6,40 23,50 РусГидро р. Енисей, г. Саяногорск
Красноярская ГЭС 6,00 20,40 ЕвроСибЭнерго р. Енисей, г. Дивногорск
Братская ГЭС 4,52 22,60 ЕвроСибЭнерго р. Ангара, г. Братск
Усть-Илимская ГЭС 3,84 21,70 ЕвроСибЭнерго р. Ангара, г. Усть-Илимск
Богучанская ГЭС 3,00 17,60 РусГидро, Русский алюминий р. Ангара, г. Кодинск
Волжская ГЭС 2,66 11,63 РусГидро р. Волга, г. Волгоград и г. Волжский (плотина ГЭС находится между городами)
Жигулёвская ГЭС 2,46 10,34 РусГидро р. Волга, г. Жигулёвск
Бурейская ГЭС 2,01 7,10 РусГидро р. Бурея, пос. Талакан
Чебоксарская ГЭС 1,40 (0,8) 3,50 (2,2) РусГидро р. Волга, г. Новочебоксарск
Саратовская ГЭС 1,40 5,7 РусГидро р. Волга, г. Балаково
Зейская ГЭС 1,33 4,91 РусГидро р. Зея, г. Зея
Нижнекамская ГЭС 1,25 (0,45) 2,67 (1,8) Татэнерго р. Кама, г. Набережные Челны
Загорская ГАЭС 1,20 1,95 РусГидро р. Кунья, пос. Богородское
Воткинская ГЭС 1,04 2,28 РусГидро р. Кама, г. Чайковский
Чиркейская ГЭС 1,00 1,74 РусГидро р. Сулак, п. Дубки

Примечания:

  1. 1 2 3 4 Мощность и выработка при проектном уровне водохранилища; в настоящее время фактическая мощность и выработка значительно ниже, указаны в скобках.

Другие гидроэлектростанции России Основная статья: Список гидроэлектростанций России

Крупнейшие аварии и происшествия

  • Крупнейшей аварией за всю историю ГЭС является прорыв плотины китайского водохранилища Баньцяо на реке Жухэ в провинции Хэнань в результате тайфуна Нина 1975 года. Число погибших более 170 тыс. человек, пострадало 11 млн.
  • 17 мая 1943 года — операция британских войск Chastise по подрыву плотин на реках Мёне (водохранилище Мёнезее) и Эдер (водохранилище Эдерзее), повлёкшие за собой гибель 1268 человек, в том числе около 700 советских военнопленных.
  • 9 октября 1963 года — одна из крупнейших гидротехнических аварий на плотине Вайонт в северной Италии, погибло более двух тысяч человек.
  • В ночь на 11 февраля 2005 года в провинции Белуджистан на юго-западе Пакистана из-за мощных ливней произошёл прорыв 150-метровой плотины ГЭС у города Пасни. В результате было затоплено несколько деревень, более 135 человек погибли.
  • 5 октября 2007 года на реке Чу во вьетнамской провинции Тханьхоа после резкого подъёма уровня воды прорвало плотину строящейся ГЭС Кыадат. В зоне затопления оказалось около 5 тыс. домов, 35 человек погибли.
  • 17 августа 2009 года — авария на Саяно-Шушенской ГЭС (самой мощной в России). В результате аварии погибло 75 человек, оборудованию и помещениям станции был нанесён серьёзный ущерб.

Примечания

  1. Интервью профессора Дмитрия Селютина // «ВЕСТИ», 22.08.2009
  2. Гидроэлектрическая станция (ГЭС)
  3. Ames Hydroelectric Generating Plant (англ.) // Wikipedia. — 2018-10-16.
  4. 2015 Gold King Mine waste water spill (англ.) // Wikipedia. — 2019-04-10.
  5. Ames, Colorado (англ.) // Wikipedia. — 2018-01-14.
  6. List of IEEE milestones (англ.) // Wikipedia. — 2019-03-10.
  7. Westinghouse Electric (рус.) // Википедия. — 2019-04-13.
  8. Берёзовская ГЭС
  9. Электроэнергетика Иркутской области. Газета «Наука в Сибири» № 3-4 (2139—2140) 23 января 1998 г.
  10. По материалам Комиссии ГОЭЛРО
  11. «Электроэнергетика. Строители России. XX век.» М.: Мастер, 2003. С.193. ISBN 5-9207-0002-5
  12. ГЭС как оружие // infox.ru
Бесплатная техническая библиотека Как скачивать файлы с сайта? Добавить в закладки, оставить отзыв
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатная библиотека / Схемы радиоэлектронных и электротехнических устройств

Принцип работы мини-гидроэлектростанции

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

Комментарии к статье

Принцип работы микро ГЭС заключается в том, что ее гидротехнические сооружения обеспечивают необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генератор, вырабатывающий электроэнергию. Этот напор воды образуется деривацией — естественным стоком воды (если это деривационный тип микро ГЭС) или плотиной (если это плотинный тип).

Технические параметры микро ГЭС зависят от гидротехнических условий:

  • от расхода воды — объема воды в литрах (или в метрах кубических), проходящей через турбину за 1 секунду;
  • от напора — расстояния от верхней и до нижней точки падения воды на турбину (рис. 4). В зависимости от характеристик напора разделяют высоконапорные, средненапорные и низконапорные микро ГЭС.

Рис. 4. Величина напора

Также устройство микро ГЭС зависит от схемы ее расположения. На рисунке 5 изображена напорная микро ГЭС деривационного типа. Принцип ее работы заключается в том, что вода отводиться по деривационному каналу с небольшим уклоном и за счет длины канала достигается необходимый напор воды. Дальше, вода по напорному трубопроводу подается на гидроагрегат, расположенный внизу, после чего, использованная вода возвращается обратно в реку.

Рис. 5. Напорная микро ГЭС с деривационным каналом

Ниже на рисунке 6 показана микро ГЭС без деривационного канала. Ее отличие от ГЭС с деривационным каналом, заключается в том, что необходимый напор достигается за счет естественных природных условий — большого уклона русла реки. Вода непосредственно из водозаборного сооружения через напорный бассейн подается в трубопровод.

Рис. 6. Напорная микро ГЭС без деривационного канала

В некоторых случаях, микро ГЭС сооружают путем строительства плотины на пути речки или ручья (рис. 7). Это позволяет решить две задачи:

  1. достижение необходимого напора за счет подъема воды на необходимую высоту;
  2. регулирование расхода и режима воды (то, что в вышеуказанных примерах решается за счет напорного бассейна).

Вода, накопленная в этом небольшом водохранилище, дальше работает по тому же принципу — вода по напорному трубопроводу подается на гидроагрегат.

Рис. 7. Микро ГЭС с плотиной

Также возможно сооружение небольшой микро ГЭС на ирригационном канале (рис. 8). Необходимым условием является высокая скорость потока (быстроток). Само оборудование занимает часть канала, турбина полностью погружена в воду и пропускает часть потока через себя, остальная часть воды проходит по обводному каналу микро ГЭС.

Рис. 8. Микро ГЭС на ирригационном канале

При условии малого напора (начиная с 1,5 метра), но достаточного расхода воды, возможна установка низконапорной ГЭС с вертикальным валом, мощностью до 1-3 кВт, как показано на рисунке 9. Эта конструкция с использованием низконапорной гидротурбины типа Каплана, с вертикальным валом и синхронным генератором. Такие микро ГЭС состоят из следующих гидротехнических сооружений:

  • водозабора;
  • затвора-регулятора;
  • деривационного канала;
  • лотка;
  • отсасывающей трубы;
  • водосброса.

Рис. 9. Низконапорная микро ГЭС с отсасывающей трубой

Рис. 9-1 Микро ГЭС мощностью 1000 Вт на реке Чон-Кызыл-Суу (Джеты-Огузский район)

Говоря о расположениях гидротурбин (вертикальное или горизонтальное), необходимо знать, что это зависит от параметров потока (напора и расхода воды) и типа турбины. Обобщенно можно сказать, что:

  • горизонтальное расположение гидротурбины ведет к увеличению размера микро ГЭС в целом (за счет длинны вала турбины и системы передачи энергии вращения, увеличения размеров машинного зала и т.д.), но в целом — это упрощает строительство микро ГЭС (рис. 10).
  • вертикальное расположение гидротурбины позволяет добиться лучшей осевой балансировки агрегата и существенного уменьшить размеры самой микро ГЭС, но при этом, эта схема более требовательна к установке гидротурбины (точная балансировка оси вращения) и к опорному фундаменту агрегата (строгое горизонтальное положение рабочего пола и его прочностные характеристики, позволяющие выдерживать вес гидроагрегата), а также значительное осевое давление на конструкцию (рис. 11).

Рис. 10. Схема микро ГЭС с горизонтальным расположением гидроагрегата

Рис. 10-1. Микро ГЭС мощностью 5 кВт около села Чон-Сары-Ой на реке Орто-Кой-Суу

Рис. 11 Схема гидроагрегата с вертикальным расположением в селе Балбай, Тюпского района

Авторы: Картанбаев Б.А., Жумадилов К.А., Зазульский А.А.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Рекомендуем скачать в нашей Бесплатной технической библиотеке:

сборники Новый Радиоежегодник

журналы Электрик (годовые архивы)

книга Подстанции промышленных предприятий. Венецианов Е.А., Живов М.С., 1969

книга Простой коротковолновый диапазонный приемник. Енютин В.В., 1948

статья Волшебная грифельная доска

статья Раздавите гадину!

справочник Зарубежные микросхемы и транзисторы. Серия F

>Мини ГЭС

Мини ГЭС – это малая гидроэлектростанция, которая вырабатывает не большое количество электрической энергии.

Классификация устройств

Малыми считаются гидроэлектростанции вырабатывающие мощность до 5,0 МВт.
Существующие малые гидроэлектростанции классифицируются по:

1. Принципу действия

  • Использование «водяного колеса» – в этом случае приемное колесо помещается в водную среду параллельно поверхности воды, при этом погружается лишь частично. Водные массы осуществляя давление на лопасти колеса, приводят его во вращательное движение, которое передается на вращательное движение генератора.
  • Гирляндная конструкция – в данной варианте устройства с противоположных берегов прокладывается трос, на который жестко крепятся роторы. Массы воды поступательно перемещаясь вращают роторы. Вращательное движение роторов передается на трос, который, в свою очередь, вращаясь передает свое вращательное движение на вращательное движение генератора. Генератор устанавливается на берегу.
  • С ротором Дарье – основой работы устройств данного типа является разность давлений на лопастях ротора. Разность давлений создается путем обтекания водой сложных поверхностей ротора.
  • С пропеллером – принцип действия аналогичен работе ветрового генератора, с разницей в том, что в случае мини ГЭС лопасти помещены в водную среду.

2. Возможности применения

  • Промышленное использование (180 кВт и выше) — используются для электроснабжения предприятий или реализации потребителям.
  • Коммерческое использование (до 180 кВт) — используют для электроснабжения мало энергоемких предприятий и группы домов.
  • Бытовое использование (до 15 кВт) — используются для электроснабжения индивидуальных домов и малых объектов.

3. По конструкции турбины

  • Осевые – в агрегатах этой конструкции вода движется вдоль оси турбины и попадет на лопасти, которые приходят во вращение.
  • Радиально-осевые – в этой конструкции вода изначально движется радиально по отношению оси турбины, а затем в соответствии с осью ее вращения.
  • Ковшовые — вода поступает на поверхность ковша (лопатки) через сопла, благодаря которым скорость воды увеличивается, она ударяется о лопатку турбины, турбина вращается, в работу вступает следующая лопатка и процесс продолжается
  • Поворотно-лопастные — лопасти поворачиваются вокруг своей оси одновременно с вращением турбины.

4. По условиям монтажа

  • Высоконапорные, при перепаде более 60 метров;
  • Средненапорные, с перепадом от 25 до 60 метров;
  • Низконапорные, с перепадом до 25 метров.

Производители установок и оборудования

Производством оборудования для мини ГЭС занимается ограниченное количество предприятий как в нашей стране, так и за рубежом. Объясняется это ограниченностью применения малых гидроэлектростанций обусловленную малым наличием необходимых водных объектов, а также тенденциями развития энергетики в разных странах.

Из зарубежных фирм успешно работающих в этой области бизнеса это

  • «CINK Hydro-Energy» Республика Чехия – выполняет весь комплекс работ от проектирования и поставки оборудования, до монтажа и запуска установок в работу.
  • «Micro hydro power» Китай – производит и реализует комплекты оборудования для небольших установок бытового применения.
  • Инженерно-техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан. Компания производит и реализует гидрогенераторы для малых ГЭС.

В России на этом рынке работают

  • ООО «АЭнерджи» г. Москва. Компания занимается поддержкой развития альтернативных источников энергии. В области малой гидроэнергетики компания предлагает весь спектр услуг от проектирования до сервисного обслуживания сданных установок.
  • Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» г. Санкт-Петербург. Фирма занимается проектированием и разработкой оборудования для мини ГЭС, изготовлением и монтажом своей продукции. В линейке выпускаемой продукции имеется:
    • Мини ГЭС с пропеллерным рабочим колесом мощность от 5,0 до 100 кВт;
    • Мини ГЭС с диагональным рабочим колесом, мощностью 20,0 кВт;
    • Мини ГЭС с ковшовым рабочим колесом мощностью до 180 кВт;
    • Гидроагрегаты для малых ГЭС.
  • Компания «НПО Инверсия» г. Екатеринбург. Фирма производит оборудование и комплекты мини ГЭС мощностью до 10 кВт.

Мини ГЭС своими руками

Для того чтобы изготовить своими руками необходима смекалка, умение работать руками и водный объект, да кое-что по мелочам, как то автомобильный генератор, колесо от любого средства передвижения и передаточный механизм (шкивы, шестерни, зубчатая передача).

В начале необходимо изготовить водяное колесо. Для этого берется колесо от велосипеда, мотоцикла или автомобиля. По диаметру колеса крепятся лопасти, для это можно использовать любой материал, лишь бы он был прочным и не гнулся – железо, фанера, твердый пластик, эбонит и т.д. Крепить лучше всего болтовым соединением, чтобы была возможность заменить поврежденные в процесс работы лопасти. Лопасти располагаются на равном расстоянии друг от друга.

Изготавливается каркас, на котором закрепляется колесо. В местах крепления к каркасу необходимо предусмотреть установку подшипников в которые вставляется ось вращения колеса. На один конец оси монтируется большой шкив или большая по размеру звездочка. На ось генератора насаживается малый шкив или меньшая звездочка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *