Гидроэлектрические станции

метки: Нурекская, Деривация, Мощность, Строительство, Напор, Сибирь, Часть, Равнинный

Электроэнергия – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты.

Почему же электрификация так важна для раз­вития экономики?

Научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повы­шения производительности труда первостепенное значение имеет механизация и автоматизация про­изводственных процессов, замена человеческого тру­да (особенно тяжелого или монотонного) машин­ным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудова­ние, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электри­ческих моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от до­лей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огром­ных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы тради­ционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива — урана и тория, из которого можно получать в реакторах — размножителях плутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

Данный реферат является кратким, обзором современного состояния энергоресурсов человечества. В работе рассмотрены традиционные источники электрической энергии. Цель работы – прежде всего ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике, проанализовать наиболее выгодные в нынешнее время способы получения электроэнергии.

К традиционным источникам, рассмотренным в моем реферате в пер­вую очередь относятся: тепловая, атомная и энергия пока воды.

Российская энергетика сегодня — это 600 тепловых, 100 гидравлических, 9 атомных электростанций, общая мощность которых по состоянию на октябрь 1999 ^го года составляет 210 млн квт. В 1998 году они выработали около 1 триллиона кВт/ч электроэнергии и 790 млн. Гкал тепла. Есть, конечно, несколько электростанций использующих в качестве первичного источника солнечную, ветровую, гидротермальную, приливную энергию, но доля производимой ими энергии очень мала по сравнению с тепловыми, атомными и гидравлическими станциями.

Основные и нетрадиционные способы получения электроэнергии

... стоящем доме становится экономически выгодна. На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия топлива сначала в механическую, ... Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем ... реферат является кратким, обзором современного состояния энергоресурсов человечества. В работе рассмотрены традиционные источники электрической энергии. ...

гид­ротехнических сооружений,

деривацией

По установленной мощности (в .Мвт) различают ГЭС мощные (св. 250), сред­ние (до 25) и малые (до 5).

Мощность ГЭС зависит от напора На (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды , используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата . По ряду причин (вследствие, например сезонных изменений уровня воды в во­доёмах, непостоянства нагрузки энерго­системы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регули­ровании мощности ГЭС. Различают го­дичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По максимально используемому напо­ру ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко пре­вышают 100 м , в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью дерива­ции — до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует ти­пам применяемого энергетического оборудова­ния: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турби­ны с металлическими спиральными камера­ми; на средненапорных — поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спираль­ными камерами, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железо­бетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет при­близительный, условный характер.

По схеме использования водных ре­сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч­но подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и без­напорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе­регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопле­ния уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высо­ту плотины. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и во­досбросные сооружения (рис. 4).

Состав гидротехнических сооружений зависит от вы­соты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолже­нием плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной сто­роны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой — нижний бьеф. Под­водящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями заклады­ваются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

гидроузла

Экология» : «Сточные воды и их очистка

... общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких ... многих странах мира. Это и хорошо, и плохо. Половодья промывают русла рек, питают грунтовые воды, создают благоприятные условия для нереста рыб. Но одновременно колебания речного стока ...

меру, гидротурбину, отсасывающую тру­бу, а по спец. водоводам между сосед­ними турбинными камерами произво­дится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30—40 м к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сель­ские ГЭС небольшой мощности. На круп­ных равнинных реках основное русло пере­крывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная пло­тина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волж­ская ГЭС им. 22-го съезда КПСС— наиболее крупная среди станций русло­вого типа.

Братская ГЭС, Нурекской ГЭС

В деривационных ГЭС кон­центрация падения реки создаётся по­средством деривации; вода в начале ис­пользуемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, зна­чительно меньшим, чем ср. уклон реки на этом участке и со спрямлением изги­бов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвраща­ется в реку, либо подводится к след. де­ривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик. Деривац. схема концентрации напора в чистом виде (бесплотинный водозабор или с низкой водозаборной плотиной) на практике приводит к тому, что из реки забирается лишь небольшая часть её стока. В других случаях в начале деривации на реке соору­жается более высокая плотина и созда­ётся водохранилище; такая схема кон­центрации падения паз. смешанной, т. к. используются оба принципа создания на­пора. Иногда, в зависимости от местных условий, здание ГЭС выгоднее распола­гать на некотором расстоянии от конца используемого участка реки вверх по течению; деривация разделяется по от­ношению к зданию ГЭС на подводящую и отводящую. В ряде случаев с помощью деривации производится переброска сто­ка реки в соседнюю реку, имеющую бо­лее низкие отметки русла. Характер­ным примером является Ингурская ГЭС, где сток реки Ингури перебрасывается туннелем в соседнюю реку Эрисцкали (Кавказ).

Сооружения безнапорных де­ривационных ГЭС состоят из трёх основных групп: водозаборное соору­жение, водоприёмная плотина и собствен­но деривация (канал, лоток, безнапорный туннель).

Дополнит, сооружениями на ГЭС с безнапорной деривацией являются отстойники и бассейны суточного регули­рования, напорные бассейны, холостые водосбросы и турбинные водоводы. Крупнейшая ГЭС с безнапорной подводящей деривацией — ГЭС Роберт-Мозес (США) с мощностью 1950 Мвт, а с безнапорной отводящей деривацией — Ингурская ГЭС (СССР) мощностью 1300 Мвт.

На ГЭС с напорной дерива­цией водовод (туннель, металлическая, деревянная или железобетонная труба) прокладывается с несколько большим про­дольным уклоном, чем при безнапорной деривации. Применение напорной подводящей деривации обу­словливается изменяемостью горизон­та воды в верхнем бьефе, из-за чего в процессе эксплуатации изменяется и внутренний напор деривации. В состав соору­жений ГЭС этого типа входят: плотина, водозаборный узел, деривация с напор­ным водоводом, станционный узел ГЭС с уравнительным резервуаром и турбин­ными водоводами, отводящая деривация в виде канала или туннеля (при подзем­ной ГЭС).

Производственная мощность предприятия и факторы, ее определяющие

... цехов и предприятий. В составе таких организационных построений средства труда выступают вещественными носителями их производственной мощности. В наиболее общем виде мощность каждой производственной единицы ... годовой фонд времени его работы при установленном режиме, уровень сопряженности парка, размер производственных площадей и т.п. От производственной мощности зависит степень удовлетворения ...

Крупнейшая ГЭС с напорной подводящей деривацией — Нечако-Кемано (Канада) проектной мощностью 1792 Мвт.

ГЭС с напор ной отводящей деривацией применяется в усло­виях значит, изменений уровня воды в реке в месте выхода отводящей дерива­ции или по экономическим соображениям, В этом случае необходимо сооружение уравнительного резервуара (в начале отводя­щей деривации) для выравнивания не­установившегося потока воды в реке. Наиболее мощная ГЭС (350 Мвт) этого типа — ГЭС Харспронгет (Швеция),

гидроаккумулирующие электростанции

ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнер­гия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным ха­рактером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют про­валы мощности приливных электростан­ций в течение суток или месяцев. В 1967 во Франции было завершено стро­ительство крупной ПЭС на реке Ране (24 агрегата общей мощностью 240 Мвт). В СССР в 1968 в Кислой Губе (Кольский п-ов) вступила в строй первая опытная ПЭС мощностью 0,4 Мвт, на которой ныне проводятся эксперименталь­ные работы для будущего строительства ПЭС.

конденсационными электростанциями

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ­кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже­нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установлен­ной мощности и продолжительные сроки строи­тельства, придавалось и придаётся боль­шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

Одни из первых гидроэлектрических уста­новок мощностью всего в несколько сотен Втбыли сооружены в 1876—81 в Штангассе и Лауфене (Германия) и в Грейсайде (Ан­глия).

Развитие ГЭС и их промышленное исполь­зование тесно связано с проблемой пере­дачи электроэнергии на расстояние: как правило, места, наиболее удобные для сооружения ГЭС, удалены от основных потре­бителей электроэнергии. Протяжённость существовавших в то время линий электро­передач не превышала 5—10 км, самая длинная линия 57 км. Сооружение линии электропередачи (170 км) от Лауфенской ГЭС до Франкфурта-на-Майне (Герма­ния) для снабжения электроэнергией Международный электротехнический выставки (1891) открыла широкие возможности для развития ГЭС. В

1892 промышленный ток дала ГЭС, построенная на водопаде в Бюлахе (Швейцария), почти одновременно в 1893 были построены ГЭС в Гелыпене (Шве­ция), на реке Изар (Германия) и в Кали­форнии (США).

В 1896 вступила в строй Ниагарская ГЭС (США) постоянного то­ка; в 1898 дала ток ГЭС Рейпфельд (Гер­мания), а в 1901 стали под нагрузку гид­рогенераторы ГЭС Жонат (Франция).

В России существовали, но так и не бы­ли реализованы детально разработанные проекты ГЭС русских учёных Ф. А. Пироцкого, И. А. Тиме, Г. О. Графтио, И. Г. Александрова и др., предусмат­ривавших, в частности, использование порожистых участков рек Днепр, Вол­хов, Западная Двина, Вуокса и др. Так, напр., уже в 1892—95 русским инженером В. Ф. Добротворским были составлены проекты сооружения ГЭС мощностью 23,8 Мвт на реке Нарова и 36,8 Мвт на водопаде

Б. Иматра. Реализации этих проектов препятствовали как косность царской бюрократии, так и интересы частных капиталистических групп, связанных с топливной промышленностью. Первая промышленная ГЭС в России мощностью около 0,3 Мвт (300 квт) была построена в 1895—96 под руководством русских инженеров В.Н.Чиколсва и Р. Э. Классона для электро­снабжения Охтинского порохового завода в Петербурге. В 1909 закончилось строи­тельство крупнейшей в дореволюционной Рос­сии Гиндукушской ГЭС мощностью 1,35 Мвт (1350 квт) на р. Мургаб (Туркмения).

В период 1905—17 всту­пили в строй Саткинская, Алавердинская, Каракультукская, Тургусунская, Сестроредкая и др. ГЭС небольшой мощ­ности. Сооружались также частные фаб­рично-заводские гидроэлектрические установ­ки с использованием оборудования ино­странных фирм.

1-я мировая война 1914—18 и связан­ный с ней интенсивный рост промышленности некоторых западных стран повлекли за собой раз­витие действовавших и строительство новых энергопромышленных центров, в т. ч. на базе ГЭС. В результате мощность ГЭС во всём мире к 1920 достигла 17 тыс. Мвт, а мощ­ность отдельных ГЭС, напр. Масл-Шолс (США), Иль-Малинь (Канада), превысила 400 Мвт (400 тыс. квт).

Общая мощность ГЭС России к 1917 составляла всего около 16 Мвт: самой круп­ной была Гиндукушская ГЭС. Строи­тельство мощных ГЭС началось по су­ществу только после Великой Октябрьской социалистической революции. В восстановит. период (20-е гг.) в соответствии с планом ГОЭЛРО были построены первые круп­ные ГЭС — Волховская (ныне Волхов­ская ГЭС им. В. И. Ленина) и ЗемоАечальская ГЭС им. В. И. Ленина. В годы первых пятилеток (1929—40) всту­пили в строй ГЭС — Днепровская, Нижнесвирская, Рионская и др.

К началу Великой Отечеств, войны 1941—45 было введено в эксплуатацию 37 ГЭС общей мощностью более 1500 Мвт. Во время войны было приостановлено на­чатое строительство ряда ГЭС общей мощ­ностью около 1000 Мвт (1 млн. квт).

Значит, часть ГЭС общей мощностью около 1000 Мвт оказалась разрушенной или демонтированной. Началось соору­жение новых ГЭС малой и средней мощ­ности на Урале (Широковская, Верхотурская, Алапаевская, Белоярская и др. ), в Средней Азии (Аккавакские, Фархадская, Саларская, Нижнебуэсуйские и др.), на Северном Кавказе (Майкопская, Орджоникидзевская, Краснополянская), в Азербайджане (Мингечаурская ГЭС), в Грузии (Читахевская ГЭС) и в Армении (Гюмушская ГЭС).

К кон. 1945 в Совет­ском Союзе мощность всех ГЭС, вместе с восстановленными, достигла 1250 Мвт, а годовая выработка электроэнергии — 4,8 млрд. квт-ч. В начале 50-х гг. развернулось стро­ительство крупных гидроэлектростанций на р. Волге у города. Горького, Куйбышева и Волгограда, Каховской и Кременчугской ГЭС на Днепре, а также Цимлян­ской ГЭС на Дону. Волжские ГЭС им. В. И. Ленина и им. 22-го съезда КПСС стали первыми из числа наиболее мощ­ных ГЭС в СССР и в мире. -Во 2-й пол. 50-х гг. началось строительство Брат­ской ГЭС на реке Ангаре и Красноярской ГЭС на р. Енисее. С 1946 .по 1958 в СССР были построены и восстановлены 63 ГЭС общей мощностью 9600 Мвт. За семилетие 1959—65 было введено 11 400 Мвт новых гидравлических мощностей и суммарная мощность ГЭС достигла 22200 Мвт (табл. 1).

К 1970 в СССР продолжалось строительство 35 промышленных ГЭС (суммарной мощностью 32 000 Мвт), в т. ч. 11 ГЭС единичной мощностью свы­ше 1000 Мвт: Саяно-Шушенская, Крас­ноярская, Усть-Илимская, Нурекская, Ингурская, Саратовская, Токтогульская, Нижнекамская, Зейская, Чиркейская, Чебоксарская.

В 60-х гг. наметилась тенденция к сни­жению доли ГЭС в общем мировом производстве электроэнергии и всё большему использованию ГЭС для покрытия пико­вых нагрузок. К 1970 всеми ГЭС мира производилось около 1000 млрд. квт-ч электроэнергии в год, причём начиная с 1960 доля ГЭС в мировом производстве сни­жалась в среднем за год примерно на 0,7% . Особенно быстро снижается доля ГЭС в общем производстве электроэнергии в ранее традиционно считавшихся «гидроэнер­гетическими» странах (Швейцария, Ав­стрия, Финляндия, Япония, Канада, от­части Франция), т. к. их экономический гидроэнергетический потенциал практи­чески исчерпан.

Несмотря на снижение доли ГЭС в общей выработке, абсолютные значения производства электроэнергии и мощности ГЭС непрерывно растут вследствие строитель­ства новых крупных электростанций. В 1969 в мире насчитывалось свыше 50 дей­ствующих и строящихся ГЭС единичной мощностью 1000 Мвт и выше, причём 16 из них — в Советском Союзе.

Дальнейшее развитие гидроэнергетического строительства в СССР предусматривает сооружение каскадов ГЭС с комплексным использованием водных ре­сурсов в целях удовлетворения нужд сов­местно энергетики, водного транспорта, водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйства и пр. Примером могут служить Днепров­ский, Волжско -Камский, Ангаро- Енисейский, Севанский и др. каскады ГЭС.

Крупнейшим районом гидроэнерго строительства СССР до 50-х гг. 20 в. тради­ционно была Европейская часть территории Союза, на долю которой приходилось около 65% элек­троэнергии, вырабатываемой всеми ГЭС СССР. Для современного гидроэнерго строительства характерно: продолжение строитель­ства и совершенствование низко и средне-напорных ГЭС на реках Волге, Каме, Днепре, Даугаве и др., строительство крупных высоконапорных ГЭС в трудно­доступных р-нах Кавказа, Ср. Азии, Вост. Сибири и т. п., строительство сред­них и крупных деривационных ГЭС на горных реках с большими уклонами с использованием переброски стока в со­седние бассейны, но главное — строи­тельство мощных ГЭС на крупных реках Сибири и Д. Востока — Енисее, Ангаре, Лене и др. ГЭС, сооружаемые в богатых гидроэнерго ресурсами р-нах Сибири и Д. Востока, вместе с тепловыми электро­станциями, работающими на местном органическом топливе (природный газ, уголь, нефть), станут основной энергетической базой для снабжения дешёвой электроэнергией раз­вивающейся промышленности Сибири, Средней Азии и Европейской части СССР.

3.Гидроэлектростанции Украины

Название	Мощность на 0.01.98г., МВт	Кол-во гидротурбин, шт х МВт
Киевская ГАЭС	235.5	3 х 41.5
Киевская ГЭС	361.2	16 х 18.5, 4 х 16.3
Каневская ГЭС	444	24 х 18.5
Кременчугская ГЭС	625	12 х 52
Днепродзержинская ГЭС	352	8 х 44
Днепровская ГЭС	1538.2	6 х 113.1, 2 х 104.5, 9 х 72, 1 х 2.6
Каховская ГЭС	351	6 х 58.5
Днестровская ГЭС	702	6 х 117

4. Расчетная часть.

На существующих в настоящее время низконапорных ГЭС и приливных электростанциях (ПЭС) применяются осевые турбины, у которых напорный поток воды движется вдоль оси турбины. При этом нагрузка на лопасти турбины :

[Мн]

где S- площадь лопасти , g=9,81 , h- высота канала .

Для классической турбины P=2500- 3000 [Мн]

Это увеличивает срок службы агрегата и снижает амортизационные затраты

Расход воды при этом :

[м² /c]

в традиционных ГЭС этот показатель превышает 1000 м ² /c для одной турбины с одинаковым сечением канала .

Несколько десятилетий эксплуатации и исследований позволили довести конструкцию осевых турбин до высокой степени совершенства, но они дороги и их изготовление возможно лишь на специализированных турбостроительных заводах.

В 1984-86 гг. в Канаде и Японии были проведены исследования в напорном потоке поперечно-струйной (ортогональной) турбины — разновидности ротора Дарье с прямолинейными лопастями крыловидного профиля. Однако её КПД оказался менее 40 % и дальнейшие работы были прекращены.

В 1989-2000 гг. специалисты НИИЭС, найдя оптимальные геометрические очертания турбинной камеры и лопастной системы ортогональной турбины, повысили её КПД до 60-70 % (в зависимости от диаметра турбины) и доказали экономическую целесообразность её применения как на микро ГЭС и малых ГЭС с напорами от 1 до 6 м, так и на ПЭС с максимальными приливами до 13 м при возможности двухсторонней работы ортогональной турбины.

Основные преимущества ортогональной турбины по сравнению с осевой

снижение массы (и следовательно стоимости) агрегата до 50 % при одинаковой мощности

увеличение на 40 % расхода через гидроузел при холостом режиме работы турбины, что позволяет кардинально сократить размеры водосливной плотины

сокращение размера здания электростанции и упрощение конструкции отсасывающей трубы (лекальность только водной плоскости)

возможность массового изготовления лопастей турбины по непрерывной технологии и сборки турбин на обычных (не турбиностроительных) машиностроительных заводах большими сериями, что в принципе решает казалось бы неразрешимую проблему строительства крупных ПЭС, где проектируется установка нескольких сотен гидроагрегатов.

5.Список литературы.

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/nurekskaya-ges/

1. Шигловский А.К. Энергосбережение в Украине. –К. Либидь 1997г.

2. Мных Е.В. анализ эффективного использования топливноэнергетических ресурсов.

3. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. – 3-е изд., перераб. И доп. — М.: Энергоатомиздат,1985.-352 с.

4. Правила устройств электроустановок/Минэнерго СССР. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.

5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение». — 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. Шк., 1991. – 496 с.:ил

6. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 176 с.:ил

7. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем/В.Э. Воротницкий, Ю.С. Железко, В.Н. Казанценв и др.: Под ред. В.Н. Казанцева. М.: Энергоатомиздат, 1983