Introducere

Oamenii au învățat cu mult timp în urmă să folosească energia apei pentru a roti rotoarele morilor, mașinilor-unelte și gatelor. Dar, treptat, ponderea hidroenergiei în cantitatea totală de energie utilizată de om a scăzut. Acest lucru se datorează capacității limitate de a transfera energia apei pe distanțe lungi. Odată cu apariția turbinei electrice acționate de apă, hidroenergia are o nouă perspectivă.

Unele dintre primele instalații hidroelectrice cu o capacitate de doar câteva sute de wați au fost construite în 1876-1881 în Stangasse și Laufen (Germania) și în Grayside (Anglia). Dezvoltarea hidrocentralelor și utilizarea lor industrială este strâns legată de problema transmiterii energiei electrice la distanță. Construirea unei linii de transport a energiei electrice (170 km) de la hidrocentrala Laufen până la Frankfurt pe Main (Germania) pentru alimentarea cu energie electrică Expoziția Internațională de Electrotehnică (1891) a deschis largi oportunități pentru dezvoltarea hidrocentralelor. În 1892, o centrală hidroelectrică construită pe o cascadă în Bulach (Elveția) a furnizat curent industrial, aproape simultan în 1893 au fost construite hidrocentrale la Gelschen (Suedia), pe râul Isar (Germania) și în California (SUA). În 1896, a intrat în funcțiune Centrala Hidroelectrică Niagara (SUA) de curent continuu; în 1898 a dat curent hidrocentralei Reinfeld (Germania), iar în 1901 au început să fie încărcate hidrogeneratoarele hidrocentralei Jonat (Franţa).

Informații convingătoare despre prima hidrocentrală din lume pot fi considerate informații despre prima hidrocentrală din Croația din orașul Sibenik (1885). Pentru iluminatul urban a fost utilizată o tensiune de curent alternativ de 230 kW.

Cel mai de încredere este că prima centrală hidroelectrică din Rusia a fost centrala hidroelectrică Berezovskaya (Zyryanovskaya), construită în Rudny Altai pe râul Berezovka (un afluent al râului Bukhtarma) în 1892. Era o turbină cu patru turbine cu o capacitate totală de 200 kW. Energia rezultată a iluminat instalațiile de producție, a asigurat funcționarea centralei telefonice și a alimentat pompele electrice pentru pomparea apei din puțurile miniere.

HC Nygrinskaya, care a apărut în provincia Irkutsk de pe râul Nygri (un afluent al râului Vacha) în 1896, pretinde, de asemenea, a fi primul. Echipamentul de putere al stației era format din două turbine cu un arbore orizontal comun, care roteau trei dinamo de 100 kW. Tensiunea primară a fost convertită de patru transformatoare de curent trifazate de până la 10 kV și transmisă prin două linii de înaltă tensiune către minele vecine Negadanny și Ivanovsky. La mine, tensiunea a fost transformată la 220 V. Datorită energiei electrice de la CHE Nygrinskaya, în mine au fost instalate ascensoare electrice. În plus, a fost electrificată calea ferată minieră, care a servit pentru exportul de rocă sterilă, care a devenit prima cale ferată electrificată din Rusia.

În 2012, hidroenergia asigură producția de până la 21% din toată energia electrică din lume, capacitatea de putere instalată a centralelor hidroelectrice (HPP) ajungând la 715 GW. Liderii în generarea de hidroenergie în termeni absoluti sunt: ​​China, Canada, Brazilia; și pe cap de locuitor - Norvegia, Islanda și Canada. Cele mai mari centrale hidroelectrice din lume sunt:

Trei Chei (China, râul Yangtze) - 22,4 GW,

Itaipu (Brazilia, râul Parana) - 14 GW,

Guri (Venezuela, râul Caroni) 10,3 GW,

Tucurui (Brazilia, râul Tocantins) - 8,3 GW,

Grand Coulee (SUA, râul Columbia) - 6,8 GW,

Sayano-Shushenskaya (Rusia, râul Yenisei) 6,4 GW,

Krasnoyarsk (Rusia, râul Yenisei) 6 GW,

Robert-Bourassa (Canada, râul La Grande) 5,6 GW,

Cascada Churchill (Canada, râul Churchill) - 5,4 GW,

Începând cu 2011, în Rusia există 15 centrale hidraulice în funcțiune, în construcție și înghețate, cu peste 1000 MW și peste o sută de hidrocentrale de capacitate mai mică.

În același timp, în ceea ce privește potențialul economic al resurselor hidroenergetice, Rusia ocupă locul al doilea în lume (aproximativ 852 miliarde kWh) după China, însă, în ceea ce privește gradul de dezvoltare a acestora - 20% - este inferioară aproape tuturor. țările dezvoltate și multe țări în curs de dezvoltare. Gradul de uzură al echipamentelor majorității hidrocentralelor rusești depășește 40%, iar pentru unele CHE această cifră ajunge la 70%, ceea ce este asociat cu o problemă sistemică pentru întreaga industrie hidroenergetică și subfinanțarea cronică a acesteia.

1. Principalele tipuri de HPP

Hidrocentrale la curgere și baraj

Baraj; 2 - obloane; 3 - nivelul maxim al apei de apă; 4 - nivelul minim al apei de apă; 5 - lift hidraulic; 6 - grătar de gunoi; 7 hidrogenerator; 8 - turbina hidraulica; 9 - nivelul minim al avalului; 10 - nivelul maxim de inundație

Barajele HPP

Construit cu presiune mai mare a apei. În acest caz, râul este blocat complet de baraj, iar clădirea hidrocentralei în sine se află în spatele barajului, în partea inferioară a acestuia. Apa, în acest caz, este furnizată turbinelor prin tuneluri speciale de presiune, și nu direct, ca în hidrocentralele la flux.

Baraj; 2 - conductă; 3 - amplasamentul echipamentelor electrice de înaltă tensiune; 4 - clădirea halei de turbine a CHE.

Centrale hidroelectrice derivate:

Centrale hidroelectrice derivate. Astfel de centrale electrice sunt construite în locuri în care panta râului este mare. Concentrația necesară de apă în acest tip de HPP este creată prin derivare. Apa este deviată din albia râului prin sisteme speciale de drenaj. Acestea din urmă sunt îndreptate, iar panta lor este mult mai mică decât panta medie a râului. Ca urmare, apa este furnizată direct în clădirea centralei electrice. HPP-urile derivate pot fi de diferite tipuri - fără presiune sau cu derivație de presiune. În cazul devierii presiunii, conducta este așezată cu o pantă longitudinală mare. Într-un alt caz, la începutul derivării, se creează un baraj mai înalt pe râu și se creează un rezervor - această schemă se mai numește și derivație mixtă, deoarece se folosesc ambele metode de creare a concentrației necesare de apă.

Schema unei hidrocentrale de deviere: 1 - baraj; 2 lift de apă; 3 - bazin; 4 - canal de derivare; 5 - bazin de reglare zilnică; 6 - bazin de presiune; 7 - conducta turbinei; 8 - aparatura de comutare; 9 - clădire CHE; 10 - deversor; 11 - căi de acces

Centrale cu hidrostocare:

Asemenea centrale de acumulare prin pompare sunt capabile să acumuleze energia electrică generată și să o pună în funcțiune în perioadele de sarcină de vârf. Principiul de funcționare a unor astfel de centrale electrice este următorul: în anumite perioade (nu de sarcină de vârf), unitățile de stocare cu pompare funcționează ca pompe din surse externe de energie și pompează apă în bazinele superioare special echipate. Când este nevoie, apa din ele intră în conducta de presiune și antrenează turbinele.

Centrale hidroenergetice (TPP):

Un tip special de centrală hidroelectrică care folosește energia mareelor, dar de fapt energia cinetică a rotației Pământului. Centralele mareomotrice folosesc diferența de niveluri ale apei (fluctuațiile nivelului apei în apropierea coastei pot ajunge la 12 metri), care se formează în timpul mareelor ​​înalte și joase. Pentru a face acest lucru, bazinul de coastă este separat de un baraj jos, care reține apa de maree la reflux. Apoi apa este eliberată și rotește turbinele hidraulice care pot funcționa atât în ​​modul generator, cât și în modul pompă (pentru pomparea apei în rezervor pentru funcționarea ulterioară în absența mareelor).

. Principiul de funcționare al centralei hidroelectrice. Principalele structuri și echipamente ale centralelor hidroelectrice

O centrală hidroelectrică este un complex de structuri și echipamente prin intermediul cărora energia fluxului de apă este transformată în energie electrică.

Centralele hidroelectrice sunt parte integrantă a unui complex hidroelectric - un complex de structuri hidraulice destinate utilizării resurse de apăîn interesul economiei naționale: obținerea de energie electrică, irigații, alimentare cu apă, îmbunătățirea condițiilor de navigație, protecția împotriva inundațiilor, piscicultură etc.

Puterea debitului hidraulic depinde de debit și presiune. Debitul apei din râu variază de-a lungul lungimii sale cu o modificare a secțiunii transversale a canalului și a pantei hidraulice. Pentru a concentra puterea și concentrarea presiunii râului în orice loc, sunt ridicate structuri hidraulice: un baraj, un canal de deviere.

Instalațiile deversorului ocolesc apa din amonte spre aval pentru a evita depășirea nivelului maxim de proiectare al apei în perioada de inundație, gheață de gunoi, nămol etc.

Dacă râul este navigabil, atunci ecluzele (ascensoarele pentru nave) cu canale de apropiere sunt adiacente barajului pentru trecerea navelor și plutelor prin complexul hidroelectric, transbordarea mărfurilor și transferul pasagerilor din transportul pe apă în transportul terestru etc.

Pentru a asigura selecția și furnizarea apei către consumatorii neenergetici, complexul hidroelectric include instalații de captare a apei și stații de pompare.

Instalațiile de pescuit sunt pasaje pentru pești și ascensoare pentru pești pentru trecerea speciilor de pești valoroase prin complexul hidroelectric către zonele permanente de depunere a icrelor, instalații de protecție a peștilor și instalații pentru creșterea artificială a peștilor. Uneori, peștii sunt trecuți prin ecluze în procesul de blocare a navelor.

Pentru a conecta obiectele complexului hidroelectric între ele, conectați-le cu o rețea de automobile de stat și căi ferate, precum si pentru trecerea acestor drumuri prin facilitatile complexului hidroelectric se construiesc facilitati de transport: poduri, drumuri etc.

Pentru a genera energie electrică și a o distribui consumatorilor, complexul hidroelectric include diverse facilități energetice. Acestea includ: prizele de apă și conductele care aduc apa din amonte spre turbine și deviat apa în aval; construirea de hidrocentrale cu hidroturbine, hidrogeneratoare și transformatoare; echipamente mecanice auxiliare și de ridicare și transport; Telecomandă; tablouri deschise concepute pentru a primi și distribui energie.

Principiul de funcționare al unei centrale hidroelectrice este următorul: barajul formează un rezervor, care asigură o presiune constantă a apei. Apa intră în priza de apă și, trecând prin conducta de presiune, rotește hidro turbina, care antrenează hidrogeneratorul. Tensiunea de ieșire a hidrogeneratoarelor este crescută de transformatoare pentru transportul către stațiile de distribuție și apoi către consumatori.

Presiunea este creată de concentrarea căderii râului în tronsonul utilizat de către un baraj, sau printr-o derivație, sau printr-un baraj și o derivație împreună. Derivația în inginerie hidraulică este un set de structuri care drenează apa dintr-un râu, rezervor sau alt corp de apă, o transportă la nodul stației unei centrale hidroelectrice, o stație de pompare și, de asemenea, drenează apa din acestea. Distingeți derivația fără presiune și presiunea. Deviația presiunii - o conductă, un tunel de presiune, este utilizată atunci când fluctuațiile nivelului apei la locul de admisie sau evacuare sunt semnificative. Cu fluctuații mici de nivel, pot fi utilizate atât derivația de presiune, cât și cea fără presiune. Tipul de derivație este selectat ținând cont conditii naturale zonă pe baza unui calcul tehnico-economic. Lungimea conductelor de deviere moderne atinge câteva zeci de kilometri, capacitatea de debit este mai mare de 2000 m 3 /sec. Echipamentul principal de putere este amplasat în clădirea CHE: în sala motoarelor centralei - unități hidraulice, echipamente auxiliare, dispozitive automate de control și monitorizare; în postul central de comandă, consola operator-dispecer sau operatorul automat al centralei hidroelectrice. Stația de transformare superioară este amplasată atât în ​​interiorul clădirii HPP, cât și în clădiri separate sau în spații deschise. Dispozitivele de distribuție sunt adesea amplasate într-o zonă deschisă. Clădirea poate fi împărțită în secțiuni cu una sau mai multe unități și echipamente auxiliare, separate de părțile adiacente ale clădirii. La clădirea centralei electrice sau în interiorul acesteia este creat un loc de asamblare pentru asamblarea și repararea diferitelor echipamente și pentru operațiuni auxiliare de întreținere. După puterea instalată se disting puternice (peste 250 MW), medii (până la 25 MW) și mici (până la 5 MW). Puterea CP depinde de înălțimea (diferența dintre nivelurile debitului de apă superior și inferior Q (m 3 / s)), utilizată în turbinele hidro, și de eficiența unității hidro.

În funcție de înălțimea maximă utilizată, HPP-urile sunt împărțite în presiune înaltă (mai mult de 60 m), presiune medie (de la 25 la 60 m) și presiune joasă (de la 3 la 25 m). Pe râurile plate, capete rare depășesc 100 m; în condiții de munte, prin intermediul unui baraj se pot crea capete de până la 300 m sau mai mult și până la 1.500 m cu ajutorul derivației.

Una dintre cele mai importante componente ale centralelor hidroelectrice sunt generatoarele hidroelectrice și hidroturbinele.

Hidroturbine.

Turbina hidraulică transformă energia apei care curge sub presiune în energie mecanică de rotație a arborelui.

Conform principiului de funcționare, hidroturbinele sunt împărțite în jet (jet de presiune) și activ (jet liber). Apa intră în rotor fie prin duze (în turbinele hidraulice active), fie printr-o paletă de ghidare (în turbinele hidraulice cu jet).

Cel mai comun tip de hidroturbină activă este turbină cu găleată. Turbinele Pelton sunt foarte diferite din punct de vedere structural de cele mai comune turbine cu jet (radial-axiale, cu pale rotative), în care rotorul se află în curentul de apă. În turbinele cu găleată, apa este furnizată prin duze tangenţial la un cerc care trece prin mijlocul găleţii. Apa, trecând prin duză, formează un jet care zboară cu viteză mare și lovind paleta turbinei, după care roata se întoarce, făcând treabă. După devierea unei lame, alta este înlocuită sub jet. Procesul de utilizare a energiei jetului are loc la presiunea atmosferică, iar producția de energie se realizează numai în detrimentul energiei cinetice a apei. Paletele turbinei sunt biconcave cu o lamă ascuțită în mijloc; sarcina lamei este de a împărți curentul de apă pentru a utiliza mai bine energia. Turbinele hidraulice Pelton sunt utilizate la înălțimi de peste 200 de metri (cel mai adesea 300-500 de metri sau mai mult), la debite de până la 100 m³/s. Puterea celor mai mari turbine cu cupe poate ajunge la 200-250 MW sau mai mult. La înălțimi de până la 700 de metri, turbinele cu cupe concurează cu cele radial-axiale, la înălțimi mari utilizarea lor nu are alternativă. De regulă, CHE cu turbine cu cupă sunt construite conform schemei de deviere, deoarece este problematică obținerea unor presiuni atât de semnificative folosind un baraj. Avantajele turbinelor cu cupe sunt posibilitatea de a folosi capete foarte mari, precum și debite reduse de apă. Dezavantajele turbinei sunt ineficiența la presiuni scăzute, incapacitatea de a o utiliza ca pompă și cerințele ridicate pentru calitatea apei furnizate.

Turbină radial-axială (turbina Francis) - turbină cu reacție. În rotorul turbinelor de acest tip, fluxul se deplasează mai întâi radial (de la periferie spre centru), apoi pe direcția axială (până la ieșire). Sunt folosite la înălțimi de până la 600 m. Putere de până la 640 MW.

Principalul avantaj al turbinelor de acest tip este cea mai mare eficiență optimă dintre toate tipurile existente. Dezavantajul este o caracteristică de funcționare mai puțin plată decât cea a unei turbine Kaplan.

Turbina Kaplan- o turbină cu reacție, ale cărei pale se pot roti în același timp în jurul axei lor, datorită căreia puterea sa este reglată. De asemenea, puterea poate fi reglată cu ajutorul lamelor dispozitivului de ghidare. Paletele unei turbine hidraulice pot fi amplasate atât perpendicular pe axa acesteia, cât și în unghi. Fluxul de apă dintr-o turbină cu pale rotative se mișcă de-a lungul axei sale. Axa turbinei poate fi amplasată atât pe verticală, cât și pe orizontală. Cu o axă verticală, fluxul, înainte de a intra în camera de lucru a turbinei, este răsucit într-o cameră în spirală, apoi îndreptat cu un caren. Acest lucru este necesar pentru o alimentare uniformă cu apă a palelor turbinei și, prin urmare, pentru a reduce uzura acesteia. Este utilizat în principal în centralele hidroelectrice de medie presiune.

Turbină diagonală- turbina cu reacție utilizată la presiuni medii și mari. Turbina diagonală este o turbină cu pale rotative, ale cărei pale sunt situate la un unghi ascuțit (45-60°) față de axa de rotație a turbinei. Această aranjare a palelor vă permite să măriți numărul acestora (până la 10-12 bucăți) și să utilizați turbina la presiuni mai mari. Turbinele diagonale sunt folosite la înălțimi de la 30 la 200 de metri, concurând la înălțimi mici cu turbinele Kaplan clasice, iar la înălțimi mari cu turbinele radial-axiale. În comparație cu acestea din urmă, turbinele diagonale au o eficiență ceva mai mare, dar sunt structural mai complexe și mai predispuse la uzură.

hidrogenerator- o mașină electrică concepută pentru a genera energie electrică la o centrală hidroelectrică. În mod obișnuit, un hidrogenerator este o mașină electrică sincronă cu poli salienti, cu un design vertical, acționată de o hidro-turbină, deși există și hidrogeneratoare orizontale (inclusiv hidrogeneratoare cu capsulă).

Hidrogeneratoarele au o viteză relativ mică (până la 500 rpm) și un diametru destul de mare (până la 20 m), ceea ce determină în primul rând proiectarea verticală a majorității hidrogeneratoarelor, deoarece cu un design orizontal devine imposibil să se asigure rezistența mecanică necesară. și rigiditatea elementelor lor structurale.

Centralele cu acumulare prin pompare folosesc hidrogeneratoare reversibile (hidrogeneratoare-motoare), care pot atât genera energie electrică, cât și o pot consuma. Ele diferă de hidrogeneratoarele convenționale prin designul special al rulmentului axial, care permite rotorului să se rotească în ambele direcții.

Hidrogeneratoarele pentru hidrocentrale sunt special proiectate in functie de viteza si puterea hidroturbinelor pentru care sunt destinate. Hidrogeneratoarele pentru puterea unitară mare sunt instalate de obicei vertical pe rulmenți axiali cu rulmenți de ghidare corespunzători. Ele sunt de obicei trifazate și sunt proiectate pentru frecvența standard. Sistemul de racire cu aer este inchis, cu schimbatoare de caldura aer-apa.

3. Avantajele și dezavantajele HPP

Principalele avantaje ale hidroenergiei sunt evidente. Desigur, principalul avantaj al resurselor hidro este reînnoirea lor: furnizarea de apă este practic inepuizabilă. În același timp, resursele hidro sunt semnificativ înaintea altor tipuri de surse regenerabile de energie în dezvoltare și sunt capabile să furnizeze energie orașelor mari și regiuni întregi.

În plus, este destul de ușor să folosiți această sursă de energie, fapt dovedit de istoria îndelungată a hidroenergiei. De exemplu, generatoarele hidroelectrice pot fi pornite sau oprite în funcție de cerere.

În același timp, problema impactului hidroenergiei asupra mediu inconjurator. Pe de o parte, funcționarea hidrocentralelor nu duce la poluarea naturii cu substanțe nocive, spre deosebire de emisiile de CO 2 produse de centralele termice și eventualele accidente la centralele nucleare, care pot avea consecințe catastrofale la nivel mondial.

Dar, în același timp, formarea rezervoarelor necesită inundarea unor suprafețe mari, adesea fertile, iar acest lucru provoacă schimbări negative în natură. Barajele blochează adesea calea peștilor de a depune icre, perturbă curgerea naturală a râurilor, duc la dezvoltarea proceselor de stagnare, reduc capacitatea de „auto-purificare” și, prin urmare, schimbă dramatic calitatea apei.

Costul energiei produse la centralele hidroelectrice este mult mai mic decât la centralele nucleare și termice, iar acestea sunt capabile să ajungă rapid la modul de ieșire a puterii de funcționare după pornire, dar construcția lor este mai costisitoare.

Tehnologiile moderne de producere a energiei hidroelectrice vă permit să obțineți o eficiență destul de ridicată. Uneori este de două ori mai mare decât cea a centralelor termice convenționale. În multe privințe, această eficiență este asigurată de caracteristicile echipamentelor hidrocentralelor. Este foarte fiabil și ușor de utilizat.

În plus, toate echipamentele folosite au un alt avantaj important. Aceasta este o durată de viață lungă, care se explică prin absența căldurii în procesul de producție. Și deseori nu trebuie să schimbați echipamentul, defecțiunile apar extrem de rar. Durata de viață minimă a unei centrale hidroelectrice este de aproximativ cincizeci de ani. Și în întinderile celor dintâi Uniunea Sovietică stațiile construite în anii douăzeci sau treizeci ai secolului trecut funcționează cu succes. Hidrocentralele sunt administrate printr-un hub central și, ca urmare, în cele mai multe cazuri, sunt puțini oameni care lucrează acolo.

Concluzie

turbine hidroelectrice cost cost energie

Potențialul de hidroenergie poate fi determinat prin însumarea tuturor debitelor fluviale care există pe planetă. Calculele au arătat că potențialul mondial este egal cu cincizeci de miliarde de kilowați pe an. Dar această cifră foarte impresionantă este doar un sfert din cantitatea de precipitații care cad anual în întreaga lume.

Luând în considerare condițiile fiecărei regiuni specifice și starea râurilor lumii, potențialul real al resurselor de apă este de la două până la trei miliarde de kilowați. Aceste cifre corespund unei producții anuale de energie între 10.000 și 20.000 de miliarde de kilowați pe oră.

Pentru a înțelege potențialul hidroenergiei, exprimat prin aceste cifre, este necesar să se compare datele obținute cu indicatorii centralelor termice cu petrol. Pentru a genera această cantitate de energie electrică, stațiile de petrol ar avea nevoie de aproximativ patruzeci de milioane de barili de petrol în fiecare zi.

Fără îndoială, energia hidroenergetică în viitor nu ar trebui să aibă un impact negativ asupra mediului sau să-l reducă la minimum. În același timp, este necesar să se realizeze utilizarea maximă a resurselor hidro.

Acest lucru este înțeles de mulți specialiști și, prin urmare, problema conservării mediului natural în timpul construcției de inginerie hidraulică activă este mai relevantă ca niciodată. O prognoză precisă este deosebit de importantă în acest moment. consecințe posibile construcția de instalații hidrotehnice. Ar trebui să răspundă la multe întrebări referitoare la posibilitatea de atenuare și depășire a situațiilor de mediu nedorite care pot apărea în timpul construcției. În plus, este necesară o evaluare comparativă a eficienței de mediu a viitoarelor instalații hidroelectrice. Adevărat, implementarea unor astfel de planuri este încă departe, deoarece astăzi nu se realizează dezvoltarea metodelor de determinare a potențialului energetic de mediu.

Lista surselor

1. Neporozhny P.S., Obrezkov V.I.; „Introducere în specialitatea: energia hidroelectrică”. ed. Moscova, 1982

Drobnis V.F. „Hidraulice și mașini hidraulice”, ed. Moscova, 1987

O centrală electrică care transformă energia apei în energie electrică se numește centrală hidroelectrică.

Centralele hidroelectrice sunt împărțite în următoarele tipuri:

baraj, diversiune, depozitare, val, maree

Cel mai adesea în lume există centrale electrice de baraj.

Principalele elemente ale unei centrale electrice de baraj sunt:

1. Baraj
2. Rezervor
3. Supapă cu poartă
4. Conducta de presiune
5. Generator
6. Turbină
7. Linii electrice

Principiul de funcționare a unei astfel de centrale electrice este următorul: un baraj pe râu duce la apariția unui mic rezervor, deasupra nivelului sălii mașinilor. După deschiderea supapei, apa sub presiune mare intră în turbină, punând-o în mișcare. Turbina este conectată la un generator electric care generează energie electrică. Energia electrică este transmisă consumatorilor prin liniile electrice.

Fotografia prezintă CHE Sayano-Shushenskaya, situată pe râul Yenisei din Rusia

Puteți face cunoștință cu cele mai mari hidrocentrale de baraj.

Centrale electrice derivate sunt folosite în cazurile în care există o picătură mare în râu.

Principalele elemente ale unei centrale electrice derivate sunt:

1. Instalație de admisie a apei
2. Conducta de apă
3. Turbină
4. Generator
5. Baraj de primire
6. Linii electrice

Fotografia prezintă o diagramă a centralei hidroelectrice Ezminskaya

Principiul de funcționare al centralei electrice este următorul: o parte din debitul de apă al râului cu ajutorul instalațiilor de captare a apei intră în conducta de apă. Fluxul de apă antrenează o turbină și un generator electric.

Fotografia prezintă o centrală hidroelectrică pe râul Baksan din Kabardino-Balkaria

Există centrale hidroelectrice de tip mixt. În acest caz, un mic baraj este construit la locul de admisie a apei pentru a crea o presiune a apei în conductă.

centrale de stocare sunt folosite pentru stocarea energiei electrice prin transformarea acesteia în energie apei. Astfel de centrale electrice ajută sistemul de alimentare să reziste la sarcini de vârf. În plus, asigură alimentarea neîntreruptă a consumatorilor atunci când se utilizează turbine eoliene și panouri solare.

Principalele elemente ale unei centrale de stocare sunt:
1. Primul rezervor
2. Al doilea rezervor
3. Conducta de apă
4. Turbină
5. Generator
6. Linii electrice

Particularitatea unor astfel de centrale electrice este că unitățile lor hidraulice sunt proiectate să funcționeze în modurile generator și pompare.

Principiul de funcționare al centralei cu acumulare prin pompare este următorul: în timpul sarcinilor de vârf, apa este evacuată printr-o conductă de presiune din rezervorul superior în cel inferior. Conducerea unei turbine și a unui generator. În absența sarcinilor de vârf, udați în același mod pompat din rezervorul inferior în cel superior.

Fotografia prezintă rezervorul centralei electrice Taum Sok din Statele Unite

Centrale hidroelectrice cu valuri folosit pentru a genera energie electrică din valurile mării. Există multe modele de astfel de centrale electrice, dintre care principalul poate fi găsit.

Fotografia prezintă o centrală electrică de tip „Dragon”.

Principiul de funcționare al acestei centrale electrice este următorul: ca urmare a valurilor, apa pătrunde într-un rezervor situat deasupra nivelului mării. Sub influența gravitației, apa tinde să intre înapoi în ocean, în timp ce rotește turbina generatorului.

Hidrocentralele sau centralele hidroelectrice folosesc energia potențială a apei râului și sunt astăzi un mijloc comun de generare a energiei electrice din surse regenerabile.

Hidroenergia furnizează peste 16% din electricitatea mondială (99% în Norvegia, 58% în Canada, 55% în Elveția, 45% în Suedia, 7% în SUA, 6% în Australia) cu o capacitate instalată de peste 1.060 GW. . Jumătate din această capacitate este localizată în cinci țări: China (212 GW), Brazilia (82,2 GW), SUA (79 GW), Canada (76,4 GW) și Rusia (46 GW). În afară de aceste patru țări cu abundență relativă (Norvegia, Canada, Elveția și Suedia), potențialul hidro este utilizat de obicei la sarcina maximă, deoarece hidrocentrala poate fi oprită și pornită cu ușurință. Aceasta înseamnă, de asemenea, că este complementul perfect pentru sistemul în rețea și este utilizat cel mai eficient în Danemarca.

Centralele hidroelectrice folosesc energia apei în cădere pentru a genera electricitate. Turbina transformă forța cinetică a H2O în cădere în forță mecanică. Generatorul transformă apoi puterea mecanică de la turbină în electricitate.

Hidroenergie în lume

Hidroenergia folosește suprafețe mari și nu este principala opțiune pentru viitor în țările dezvoltate, deoarece majoritatea locurilor mari din aceste țări cu potențial de dezvoltare a hidroenergiei sunt fie deja în funcțiune, fie inaccesibile din alte motive, cum ar fi considerente de mediu. În principal în China și America Latină, energia hidroelectrică este de așteptat să crească până în 2030. China în anul trecut a pus în funcțiune centrale hidroelectrice de 26 de miliarde de dolari care produc 22,5 GW. Energia hidroenergetică din China a jucat un rol important, deplasând peste 1,2 milioane de oameni de pe amplasamentele de baraje.

Principalul avantaj al sistemelor hidraulice este capacitatea lor de a gestiona sarcini de vârf sezoniere (și zilnice). În practică, utilizarea energiei apei stocate este uneori complicată de cerințele de irigare care pot apărea defazate cu sarcinile de vârf.

Executarea sistemelor hidraulice dintr-un râu este de obicei mult mai ieftină decât îndiguirea și are aplicații potențial mai largi. Micile hidrocentrale sub 10 MW reprezintă aproximativ 10% din potențialul mondial și majoritatea funcționează din râu.

Există trei tipuri de instalații hidroenergetice: centrale hidroelectrice, stații de pompare, centrale cu acumulare prin pompare.

Principiul de funcționare a unei centrale hidroelectrice

Principiul de funcționare al unei centrale hidroelectrice este atunci când energia apei este transformată în energie mecanică prin turbine hidraulice. Generatorul transformă această energie mecanică a apei în electricitate.

Funcționarea generatorului se bazează pe principiile lui Faraday: atunci când un magnet trece pe lângă un conductor, se generează electricitate. În generator, electromagneții sunt creați de curent curent continuu. Acestea creează câmpuri polare și sunt instalate în jurul perimetrului rotorului. Rotorul este atașat la un arbore care rotește turbinele la o viteză fixă. Când rotorul se rotește, provoacă o schimbare a polilor conductorului montat în stator. Aceasta, la rândul său, conform legii lui Faraday, generează energie electrică la bornele generatorului.

Compoziția hidrocentralei

Energia hidroelectrică variază în mărime de la „microhidro” care alimentează câteva case până la baraje uriașe care furnizează energie electrică pentru milioane de oameni.

Majoritatea centralelor hidroelectrice convenționale includ patru componente principale:

Utilizarea hidroenergiei a atins apogeul la mijlocul secolului al XX-lea, dar ideea de a folosi H2O pentru a genera electricitate datează de mii de ani. Cu mai bine de 2.000 de ani în urmă, grecii foloseau o roată hidrică pentru a măcina grâul în făină. Aceste roți străvechi sunt ca turbinele de astăzi, prin care curge apa.

Hidrocentralele sunt cea mai mare sursă de energie regenerabilă din lume.

Din cele mai vechi timpuri, oamenii au folosit forța motrice a apei. Ei măcinau făină în mori cu apă, pluteau trunchiuri grele de copaci în aval și, în general, foloseau hidroenergie pentru a rezolva o mare varietate de sarcini, inclusiv cele industriale.

Primele HPP

La sfârșitul secolului al XIX-lea, odată cu începutul electrificării orașelor, centralele hidroelectrice au început să câștige foarte puternic popularitate în lume. În 1878, în Anglia a apărut prima centrală hidroelectrică din lume, care a alimentat apoi o singură lampă cu arc în galeria de artă a inventatorului William Armstrong... Și până în 1889, doar în Statele Unite existau deja 200 de centrale hidroelectrice.

Unul dintre cei mai importanți pași în dezvoltarea hidroenergiei a fost construcția barajului Hoover în Statele Unite în anii 1930. În ceea ce privește Rusia, deja în 1892, în Rudny Altai, pe râul Berezovka, a fost construită prima centrală hidroelectrică cu patru turbine, cu o capacitate de 200 kW, concepută pentru a furniza energie electrică la drenajul minei minei Zyryanovsky. Deci, odată cu dezvoltarea energiei electrice de către omenire, centralele hidroelectrice au marcat cursul rapid al progresului industrial.

Astăzi, centralele hidroelectrice moderne sunt structuri uriașe cu gigawați de capacitate instalată. Cu toate acestea, principiul de funcționare a oricărei centrale hidroelectrice rămâne în general destul de simplu și aproape complet același peste tot. Presiunea apei direcționată către paletele hidroturbinei o face să se rotească, iar hidroturbina, la rândul ei, fiind conectată la generator, rotește generatorul. Generatorul generează energie electrică, care și.

În sala mașinilor hidrocentralei sunt instalate unități hidraulice care transformă energia debitului de apă în energie electrică, iar direct în clădirea hidrocentralei se află toate dispozitivele de distribuție necesare, precum și control și monitorizare. dispozitive pentru exploatarea hidrocentralei.

Puterea unei centrale hidroelectrice depinde de cantitatea și presiunea apei care trece prin turbine. Presiunea directă se obține datorită mișcării direcționate a fluxului de apă. Aceasta poate fi apa acumulată în apropierea barajului, atunci când se construiește un baraj într-un anumit loc de pe râu sau presiunea este obținută datorită derivării debitului - acesta este atunci când apa este deviată din canal printr-un tunel sau canal special. . Deci, centralele hidroelectrice sunt baraj, derivații și derivații de baraj.

Cele mai comune hidrocentrale de baraj au la bază un baraj care blochează albia râului. În spatele barajului, apa urcă, se acumulează, creând un fel de coloană de apă care asigură presiune și presiune. Cu cât barajul este mai mare, cu atât presiunea este mai puternică. Cel mai înalt baraj din lume, la 305 de metri, este barajul Jinping de 3,6 GW de pe râul Yalong, în vestul Sichuan, sud-vestul Chinei.

Există două tipuri de centrale hidroelectrice. Dacă râul are o scădere ușoară, dar este relativ mare în apă, atunci cu ajutorul unui baraj care blochează râul se creează o diferență suficientă a nivelului apei.

Deasupra barajului se formează un rezervor, care asigură funcționarea uniformă a stației pe tot parcursul anului. In apropierea tarmului de sub baraj, in imediata apropiere a acestuia, este instalata o turbina de apa, conectata la un generator electric (statie de baraj). Dacă râul este navigabil, atunci se face o ecluză pe malul opus pentru trecerea navelor.

Dacă râul nu este foarte mare în apă, dar are o cădere mare și un debit rapid (de exemplu, râuri de munte), atunci o parte din apă este deviată printr-un canal special, care are o pantă mult mai mică decât râul. Acest canal are uneori o lungime de câțiva kilometri. Uneori, condițiile de teren obligă canalul să fie înlocuit cu un tunel (pentru stații puternice). Acest lucru creează o diferență semnificativă de nivel între ieșirea canalului și cursul inferior al râului.

La capatul canalului, apa intra intr-o conducta cu panta abrupta, la capatul inferior al careia se afla o turbina hidraulica cu un generator. Datorită diferenței semnificative de nivel, apa capătă o energie cinetică mare suficientă pentru a alimenta stația (stații de derivație).

Astfel de stații pot avea o capacitate mare și aparțin categoriei centralelor raionale (vezi -). La cele mai mici statii, turbina este uneori inlocuita cu o roata de apa mai putin eficienta, mai ieftina.

Tipuri de centrale hidroelectrice și dispozitivele acestora

Pe lângă baraj, hidrocentrala include o clădire și o instalație de distribuție. Echipamentele principale ale CHE se află în clădire, aici sunt instalate turbine și generatoare. Pe lângă baraj și clădire, o centrală hidroelectrică poate avea ecluze, deversor, pasaje pentru pești și ascensoare pentru nave.

Fiecare HPP este o structură unică, astfel încât principala trăsătură distinctivă a HPP de alte tipuri de centrale electrice industriale este individualitatea lor. Apropo, cel mai mare rezervor din lume este situat în Ghana, acesta este rezervorul Akosombo de pe râul Volta. Ocupă 8.500 de kilometri pătrați, ceea ce reprezintă 3,6% din întreaga țară.

Dacă există o pantă semnificativă de-a lungul albiei râului, atunci se construiește o centrală hidroelectrică de deviere. Nu este nevoie să construiți un rezervor mare de baraj, în schimb apa este direcționată doar prin canale de apă sau tuneluri special construite direct către clădirea centralei electrice.

Uneori sunt amenajate mici bazine de reglare zilnică la CHE de deviere, care permit controlul presiunii, și astfel influențează cantitatea de energie electrică generată, în funcție de sarcina rețelei electrice.

Centralele cu hidrostocare (PSPP) sunt un tip special de centrale hidroelectrice. Aici, stația în sine este proiectată pentru a netezi fluctuațiile zilnice și sarcinile de vârf și, prin urmare, pentru a crește fiabilitatea rețelei electrice.

O astfel de stație este capabilă să funcționeze atât în ​​modul generator, cât și în modul acumulativ, atunci când pompele pompează apă în amonte din aval. Un bazin, în acest context, este o instalație de tip bazin care face parte dintr-un rezervor și este adiacent unei centrale hidroelectrice. În amonte este în amonte, în aval este în aval.

Un exemplu de centrală cu acumulare prin pompare este lacul de acumulare Taum Sauk din Missouri, construit la 80 de kilometri de Mississippi, cu o capacitate de 5,55 miliarde de litri, permițând sistemului de alimentare să ofere o capacitate de vârf de 440 MW.

La prima vedere, o centrală hidroelectrică este un lucru destul de simplu - curge apa, un generator se învârte, se generează electricitate. De fapt, o centrală hidroelectrică modernă este un sistem cu echipamente foarte complexe și mii de senzori, controlați de computere.

Astăzi voi vorbi despre ceea ce puțini oameni obișnuiți știu despre centralele hidroelectrice.

Acum mă aflu pe șantierul CHE Ust-Srednekanskaya, care se află la 400 de kilometri de Magadan. Vă voi povesti mai multe despre hidrocentrală și construcție, dar astăzi vă voi spune câteva fapte interesante.

1. HPP - poate singura instalație de inginerie majoră care începe să funcționeze cu mult înainte de finalizarea construcției. La hidrocentrala Ust-Srednekanskaya, barajul nu a fost încă ridicat pe deplin, sala de turbine nu a fost complet construită, iar primele două dintre cele patru unități hidroelectrice produc deja energie electrică.

2. În timpul construcției centralei hidroelectrice, în hidrocentralele sale funcționează rotoare temporare, proiectate pentru presiune scăzută a apei. Când barajul este finalizat, capul apei va crește, iar roțile temporare vor fi înlocuite cu roți permanente cu cap înalt, cu o formă diferită a lamei.

3. În ciuda faptului că construcția hidrocentralelor este foarte costisitoare, multe hidrocentrale dau roade chiar înainte de a fi finalizate. Apropo, CHE Ust-Srednekanskaya vinde energie electrică la 1,10 ruble per kWh.

4. Înainte de a ajunge la turbina HPP, apa este învârtită cu ajutorul unui melc uriaș de oțel - o cameră în spirală. Acum, la CHE Ust-Srednekanskaya, instalarea camerei spiralate a celei de-a treia unități de putere tocmai se termină și am reușit să o văd și să o fotografiez. Când unitatea de alimentare este finalizată, melcul uriaș va fi în grosimea betonului.

Pentru a înțelege dimensiunile structurii, acordați atenție lucrătorilor implicați în instalarea camerei volute.

5. Rotorul unității hidraulice se rotește întotdeauna cu aceeași viteză, oferind o frecvență stabilă de 50 herți. Pentru mine a fost întotdeauna un mister cum se menține o viteză de rotație stabilă. S-a dovedit doar prin schimbarea fluxului de apă. Paletele controlate de computer sunt în permanență în mișcare, scăzând și crescând debitul de apă. Sarcina sistemului este de a obține o viteză de rotație precisă, indiferent de efortul cu care se rotește arborele generatorului (și depinde de puterea generată).

6. Tensiunea de ieșire a generatorului este reglată prin modificarea tensiunii de excitare. Aceasta este o tensiune constantă care este aplicată electromagnetului rotorului. În acest caz, tensiunea care este generată de înfășurarea statorului depinde de putere camp magnetic. În fotografie, un rotor de mai multe tone se rotește deasupra capului meu.

7. Generatorul hidroelectric generează o tensiune de 15,75 kV. Generatoare cu o putere nominală de 142,5 MW (142.500.000 W) sunt instalate la CHE Ust-Srednekanskaya, iar curentul din firele care deviază electricitatea generată de la generator poate ajunge la 6150 A. Prin urmare, aceste fire, sau mai degrabă anvelope, au un secțiune transversală uriașă și sunt închise în astfel de țevi .

Orice comutare la astfel de curenți se transformă într-o mare problemă. Așa arată un comutator simplu. Desigur, la un curent de șase mii de amperi și o tensiune de cincisprezece mii de volți, devine destul de dificil.

8. Transformatoarele superioare stau de obicei pe stradă în spatele sălii de mașini a centralei hidroelectrice (pentru transmiterea către consumatori, tensiunea primită de la generatoare este cel mai adesea crescută la 220 kV).

9. Nu numai electricitatea la o frecvență de 50 Hz este transmisă prin firele liniilor electrice, ci și semnale de informații la o frecvență înaltă. Cu ajutorul lor, de exemplu, este posibil să se determine locația unui accident pe o linie electrică cu mare precizie. La centralele electrice și substații sunt instalate filtre speciale de semnal de înaltă frecvență. Cu siguranță ați văzut astfel de lucruri, dar cu greu ați știut pentru ce sunt.

10. Toate comutările la tensiuni înalte au loc în SF6 (fluorura de sulf, care are o conductivitate electrică foarte scăzută), astfel încât firele arată ca niște conducte, iar electricitatea seamănă mai mult cu instalațiile sanitare. :)

p.s. Mulțumesc angajaților CHE Ust-Srednekanskaya Ilya Gorbunov și Vyacheslav Sladkevich (el este în fotografie) pentru răspunsurile detaliate la numeroasele mele întrebări, precum și RusHydro pentru oportunitatea de a vedea cu ochii mei construcția și funcționarea unui astfel de o structură grandioasă.

2016, Alexey Nadezhin

Subiectul principal al blogului meu este tehnologia în viața umană. Scriu recenzii, împărtășesc experiențe, vorbesc despre tot felul de lucruri interesante. De asemenea, fac reportaje din locuri interesante și vorbesc despre evenimente interesante.
Adaugă-mă la lista ta de prieteni