Υδραυλικοί σταθμοί. Πώς λειτουργεί ένας ισχυρός υδροηλεκτρικός σταθμός
Ένας υδροηλεκτρικός σταθμός είναι ένα σύμπλεγμα σύνθετων υδραυλικών κατασκευών και εξοπλισμού. Σκοπός του είναι να μετατρέπει την ενέργεια της ροής του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια. Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι μια από τις λεγόμενες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή είναι πρακτικά ανεξάντλητη.
Η πιο σημαντική υδραυλική κατασκευή είναι το φράγμα. Συγκρατεί νερό στη δεξαμενή, δημιουργεί την απαραίτητη πίεση νερού. Ο υδραυλικός στρόβιλος είναι ο κύριος κινητήρας στον υδροηλεκτρικό σταθμό. Με τη βοήθειά του, η ενέργεια του νερού που κινείται υπό πίεση μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια περιστροφής, η οποία στη συνέχεια (χάρη σε μια ηλεκτρική γεννήτρια) μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Υδραυλική τουρμπίνα, υδρογεννήτρια, συσκευές αυτόματης παρακολούθησης και ελέγχου - κονσόλες βρίσκονται στην αίθουσα στροβίλου του εργοστασίου. Οι μετασχηματιστές ανόδου μπορούν να τοποθετηθούν τόσο μέσα στο κτίριο όσο και σε ανοιχτούς χώρους. Οι διακόπτες εγκαθίστανται συχνότερα σε εξωτερικούς χώρους δίπλα στο κτίριο του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής.
Στη Σοβιετική Ένωση, η οποία διαθέτει μεγάλους υδροηλεκτρικούς πόρους (11112% του κόσμου), έχει ξεκινήσει εκτεταμένη κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών. Σύμφωνα με την εγκατεστημένη ισχύ της υδροηλεκτρικής ενέργειας. Μόνο στα 30 μεταπολεμικά χρόνια, από το 1950, οι σταθμοί χωρίστηκαν σε μικρούς - μέχρι το 1980, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έως 5 MW, μεσαίου - από 5 έως 25 και μεγάλους - υδροηλεκτρικούς σταθμούς αυξήθηκαν πάνω από 10 φορές. πάνω από 25 MW. Στη χώρα μας λειτουργούν 20 υδροηλεκτρικοί σταθμοί, καθένας από τους οποίους έχει εγκατεστημένη ισχύ άνω των 500 MW. Οι μεγαλύτεροι από αυτούς είναι οι ηλεκτρικοί σταθμοί Krasnoyarsk (6.000 MW) και Sayano-Shushenskaya (6.400 MW).
Η κατασκευή υδροηλεκτρικού σταθμού είναι αδιανόητη χωρίς ολοκληρωμένη λύση σε πολλά προβλήματα. Είναι απαραίτητο να ικανοποιηθούν οι ανάγκες όχι μόνο της ενέργειας, αλλά και των υδάτινων μεταφορών, της ύδρευσης, της άρδευσης και της αλιείας. Το καλύτερο από όλα, αυτά τα καθήκοντα απαντώνται από την αρχή του καταρράκτη, όταν όχι ένας, αλλά ένας αριθμός υδροηλεκτρικών σταθμών είναι χτισμένοι στον ποταμό, που βρίσκεται κατά μήκος του ποταμού. Αυτό καθιστά δυνατή τη δημιουργία πολλών ταμιευτήρων που βρίσκονται διαδοχικά σε διαφορετικά επίπεδα στον ποταμό, πράγμα που σημαίνει ότι χρησιμοποιείται πληρέστερα η ροή του ποταμού, οι ενεργειακοί πόροι του και ελιγμός της χωρητικότητας μεμονωμένων υδροηλεκτρικών σταθμών. Καταρράκτες υδροηλεκτρικών σταθμών έχουν κατασκευαστεί σε πολλά ποτάμια. Εκτός από το Volzhsky, οι καταρράκτες χτίστηκαν στο Kama, τον Δνείπερο, το Chirchik, το Hrazdan, το Irtysh, το Rioni, το Svir. Ο ισχυρότερος καταρράκτης Angara-Yenisei με τους μεγαλύτερους υδροηλεκτρικούς σταθμούς στον κόσμο - Bratsk, Krasnoyarsk, Sayano-Shushenskaya και Boguchansk με συνολική ισχύ περίπου 17 GW και ετήσια παραγωγή 76 δισεκατομμυρίων kWh ηλεκτρικής ενέργειας.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι σταθμών παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιούν την ενέργεια της ροής του νερού. Εκτός από τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, κατασκευάζονται επίσης σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης (PSPP) και παλιρροϊκοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής (TPP). Με την πρώτη ματιά, δεν παρατηρείτε σχεδόν τη διαφορά μεταξύ ενός συμβατικού υδροηλεκτρικού σταθμού και ενός σταθμού υδροηλεκτρικής αποθήκευσης. Το ίδιο κτίριο όπου βρίσκεται ο κύριος εξοπλισμός ηλεκτρικής ενέργειας, οι ίδιες γραμμές ηλεκτροδότησης. Δεν υπάρχει θεμελιώδης διαφορά στη μέθοδο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του PSPP;
Σε αντίθεση με έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, ένας σταθμός αντλίας αποθήκευσης απαιτεί δύο δεξαμενές (και όχι μία) χωρητικότητας πολλών δεκάδων εκατομμυρίων κυβικών μέτρων. Το επίπεδο του ενός πρέπει να είναι αρκετές δεκάδες μέτρα υψηλότερο από το άλλο. Και οι δύο δεξαμενές συνδέονται με αγωγούς. Ένα κτίριο PSP βρίσκεται υπό κατασκευή στην κάτω δεξαμενή. Σε αυτό, στον ίδιο άξονα τοποθετούνται οι λεγόμενες αναστρέψιμες υδραυλικές μονάδες - υδραυλικοί στρόβιλοι και ηλεκτρικές γεννήτριες. Μπορούν να λειτουργήσουν τόσο ως γεννήτριες ενέργειας όσο και ως ηλεκτρικές αντλίες νερού. Όταν η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται, για παράδειγμα τη νύχτα, οι υδραυλικοί στρόβιλοι λειτουργούν ως αντλίες, αντλώντας νερό από την κάτω δεξαμενή στην επάνω. Στην περίπτωση αυτή, οι γεννήτριες λειτουργούν ως ηλεκτροκινητήρες, λαμβάνοντας ηλεκτρική ενέργεια από θερμικούς και πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Όταν η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας αυξάνεται, ο υδροηλεκτρικός σταθμός μεταβαίνει σε αντίστροφη περιστροφή. Το νερό που πέφτει από την επάνω δεξαμενή στην κάτω περιστρέφει τους υδραυλικούς στρόβιλους, οι γεννήτριες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Έτσι, ο αντλούμενος αποθηκευτικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής τη νύχτα, όπως λέγαμε, συσσωρεύει ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από άλλους σταθμούς παραγωγής ενέργειας και την επιστρέφει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ως εκ τούτου, το PSPP συνήθως χρησιμεύει, όπως λένε οι ηλεκτρολόγοι, για την κάλυψη των «κορυφών» του φορτίου, δηλαδή παρέχει ενέργεια όταν χρειάζεται ιδιαίτερα. Περισσότερες από 160 μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης λειτουργούν σε όλο τον κόσμο. Στη χώρα μας, η πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης κατασκευάστηκε κοντά στο Κίεβο. Έχει χαμηλή κεφαλή, μόλις 73 m, και συνολική ισχύ 225 MW.
Ένα μεγαλύτερο εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης στην περιοχή της Μόσχας με ισχύ 1,2 GW και κεφαλή 100 m τέθηκε σε λειτουργία.
Συνήθως οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία κτίζονται σε ποτάμια. Όμως, όπως αποδείχθηκε, τέτοιοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να κατασκευαστούν στις ακτές των θαλασσών και των ωκεανών. Μόνο εκεί έλαβαν διαφορετικό όνομα - παλιρροϊκοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής (TPS).
Δύο φορές την ημέρα την ίδια στιγμή, η στάθμη των ωκεανών ανεβαίνει και πέφτει. Είναι οι βαρυτικές δυνάμεις της Σελήνης και του Ήλιου που προσελκύουν μάζες νερού. Μακριά από την ακτή, οι διακυμάνσεις της στάθμης του νερού δεν υπερβαίνουν το 1 m, αλλά κοντά στην ακτή μπορούν να φτάσουν τα 13 m, όπως, για παράδειγμα, στον κόλπο Penzhinskaya στη Θάλασσα του Okhotsk.
Εάν ένας κόλπος ή ένα στόμιο ποταμού μπλοκαριστεί με ένα φράγμα, τότε τη στιγμή της μεγαλύτερης αύξησης του νερού σε μια τέτοια τεχνητή δεξαμενή, εκατοντάδες εκατομμύρια κυβικά μέτρα νερού μπορούν να κλειδωθούν. Όταν εμφανίζεται άμπωτη στη θάλασσα, δημιουργείται διαφορά μεταξύ της στάθμης του νερού στη δεξαμενή και στη θάλασσα, επαρκής για την περιστροφή των υδραυλικών στροβίλων που είναι εγκατεστημένοι στα κτίρια του TPP. Εάν υπάρχει μόνο μία δεξαμενή, ο TPP μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια συνεχώς για 4-5 ώρες με διακοπές, αντίστοιχα, για 1-2 ώρες τέσσερις φορές την ημέρα (αυτό είναι πόσες φορές αλλάζει η στάθμη του νερού στη δεξαμενή σε υψηλή και χαμηλή παλίρροιες).
Για την εξάλειψη της ανομοιόμορφης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, η δεξαμενή του εργοστασίου χωρίζεται από ένα φράγμα σε 2-3 μικρότερα. Σε ένα, το επίπεδο χαμηλής παλίρροιας διατηρείται, στο άλλο - το επίπεδο υψηλής παλίρροιας, το τρίτο χρησιμεύει ως αποθεματικό.
Στον TPP εγκαθίστανται υδροηλεκτρικές μονάδες, οι οποίες μπορούν να λειτουργούν με υψηλή απόδοση τόσο σε λειτουργία γεννήτριας (για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας) όσο και σε λειτουργία άντλησης (άντληση νερού από ταμιευτήρα με χαμηλή στάθμη νερού σε δεξαμενή με υψηλή στάθμη). Στη λειτουργία άντλησης, το PES λειτουργεί όταν εμφανίζεται περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας στο σύστημα ισχύος. Σε αυτή την περίπτωση, οι μονάδες αντλούν ή αντλούν νερό από τη μια δεξαμενή στην άλλη.
Το 1968, στην ακτή της Θάλασσας του Μπάρεντς στην Kislaya Guba, κατασκευάστηκε ο πρώτος πιλοτικός βιομηχανικός TPP στη χώρα μας. Στο κτίριο του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής υπάρχουν 2 υδραυλικές μονάδες ισχύος 400 kW.
Η δεκαετής εμπειρία στη λειτουργία του πρώτου TPP κατέστησε δυνατή την έναρξη της σύνταξης του TPP Mezenskaya στη Λευκή Θάλασσα, Penzhinskaya και Tugurskaya στη Θάλασσα του Okhotsk.
Η χρήση των μεγάλων δυνάμεων της άμπωτης και της ροής των ωκεανών, ακόμη και των ίδιων των κυμάτων του ωκεανού, είναι ένα ενδιαφέρον πρόβλημα. Μόλις αρχίζουν να το λύνουν. Υπάρχουν πολλά να μάθετε, να επινοήσετε, να σχεδιάσετε.
Η κατασκευή μεγάλων ενεργειακών κολοσσών - είτε πρόκειται για υδροηλεκτρικό σταθμό, είτε για ένα εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης ή για ένα TPP - είναι μια εξέταση για τους κατασκευαστές κάθε φορά. Εδώ συνδυάζεται η εργασία των εργατών των υψηλότερων προσόντων και των διαφόρων ειδικοτήτων - από πλοιάρχους σκυροδέματος μέχρι συναρμολογητές-ορειβάτες.
- Προηγούμενο: ΥΔΡΟΑΝΕΛΚΥΣΤΗΡΑ
- Επόμενο: ΑΣΠΙΔΑ
Στη Ρωσία, οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής νερού έχουν κατασκευαστεί σε ποτάμια από αμνημονεύτων χρόνων. Από τα σωζόμενα αρχαία χρονικά είναι γνωστό ότι ο ρωσικός λαός ήδη από τον XIII αιώνα. επιδέξια κατασκευασμένες υδροκίνητες εγκαταστάσεις για περιστρεφόμενες μυλόπετρες.
Στους XIV-XV αιώνες. οι νερόμυλοι ήταν ήδη ευρέως διαδεδομένοι. Αναφέρονται σε χειρόγραφα έγγραφα της εποχής εκείνης. Η φυσική ενέργεια των ποταμών άρχισε να χρησιμοποιείται ακόμη ευρύτερα τον 16ο και 17ο αιώνα. Κοντά στη Μόσχα στον ποταμό. Η Neglinnaya το 1519 είχε ήδη τρεις νερόμυλους και έναν συντριβή, καθαρίζοντας σιτηρά σε κονιάματα. Όμως όλες αυτές οι εγκαταστάσεις με υδροτροχούς ήταν χαμηλής ισχύος.
Το 1524, όπως λέει το Χρονικό του Pskov, οι Novgorodians, υπό την ηγεσία του "κάποιου πονηρού" πλοιάρχου Nerezhi Pskovitin, τόλμησαν να δημιουργήσουν ένα φράγμα και έναν ισχυρό υδραυλικό σταθμό στο βαθύ και βαθύ Volkhov. Αυτό το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο, που χτίστηκε για πρώτη φορά στον κόσμο σε ένα μεγάλο ποτάμι, λειτούργησε με επιτυχία για κάποιο χρονικό διάστημα.
Και 400 χρόνια αργότερα, στον ίδιο υψηλών υδάτων Volkhov, οι Σοβιετικοί λαοί έχτισαν έναν ισχυρό υδροηλεκτρικό σταθμό από σκυρόδεμα και έγιναν. Από τον Δεκέμβριο του 1926, προμηθεύει χωρίς αποτυχία ενέργεια σε εργοστάσια, πόλεις και χωριά. Αυτή ήταν η αρχή της κατασκευής ισχυρών υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων στα ποτάμια της χώρας μας.
Τα ποτάμια είναι εγγενώς πολύ διαφορετικά. Για παράδειγμα, το ταραχώδες, βροντερό Terek πηγάζει από τους παγετώνες του Καζμπέκ που βρίσκονται υπό σύννεφα. Δεν μοιάζει καθόλου με τον φαρδύ Βόλγα, που κουβαλά ομαλά, αβίαστα τα νερά του στις χαμηλές όχθες.
Είναι σαφές ότι δεν είναι απαραίτητο να λαμβάνετε ενέργεια από το βουνό Terek και από τον επίπεδο Βόλγα με τον ίδιο τρόπο. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί σε αυτούς τους δύο ποταμούς θα πρέπει να είναι εντελώς διαφορετικοί ως προς το σχεδιασμό. Έτσι, σε ορεινά ρέματα που πέφτουν απότομα και γρήγορα, το νερό εκτρέπεται από ένα κανάλι εκτροπής (βλ. άρθρο ""). Οι σωλήνες τοποθετούνται στην πλαγιά από το τέλος του καναλιού. Μέσω αυτών, το νερό ρέει υπό πίεση στο κτίριο του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Στέκεται στα βάθη της κοιλάδας στις όχθες του ποταμού. Εάν τα βράχια στις πλαγιές του φαραγγιού είναι απότομα και απρόσιτα, το νερό εκτρέπεται από υπόγεια σήραγγα εκτροπής. Σε βαθιά ποτάμια που ρέουν ήρεμα πάνω από ήπιες πεδιάδες, η πίεση δημιουργείται από ένα φράγμα. Οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις αυτού του τύπου σε ορεινά ποτάμια ονομάζονται παράγωγες και οι συνηθισμένες σε επίπεδους ποταμούς ονομάζονται φράγματα.
Πώς είναι οργανωμένος ένας ισχυρός υδροηλεκτρικός σταθμός φράγματος, παρόμοιος, για παράδειγμα, με τον μεγαλύτερο υδροηλεκτρικό σταθμό Volzhskaya;
Οι κύριες κατασκευές του υδροηλεκτρικού σταθμού στον κάμπο ποταμό είναι το φράγμα και το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού. Η στάθμη του νερού μπροστά από το φράγμα είναι υψηλότερη από την κατάντη του ποταμού. Αυτή η διαφορά στα ύψη των επιπέδων ονομάζεται κεφαλή του υδροηλεκτρικού σταθμού. Το νερό που ρέει συνεχώς από ένα υψηλότερο επίπεδο σε ένα χαμηλότερο επίπεδο μπορεί να κάνει πολύ χρήσιμο έργο.
Τμήμα υδροηλεκτρικού σταθμού (ΗΡ): 1 - δίκτυο απορριμμάτων. 2 - γερανός για την ανύψωση και το κατέβασμα του κλείστρου. 3 - φράγμα; 4 - το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού. 5 - ανελκυστήρας πλοίου. 6 -ηλεκτρική γεννήτρια. 7 - υδραυλικός στρόβιλος. 8 - σωλήνας αναρρόφησης. 9 - μετασχηματιστής? 10 - παροχή νερού? 11 - το σώμα του φράγματος. 12 - γκαλερί παρατήρησης.
Μια δεξαμενή σχηματίζεται συνήθως μπροστά από ένα υδροηλεκτρικό φράγμα. Την άνοιξη αναπληρώνεται με λιωμένο νερό και το διατηρεί μέχρι την έναρξη του χειμώνα. Και τη χειμερινή ή καλοκαιρινή ξηρασία, η δεξαμενή προσθέτει νερό καθημερινά στη σπάνια φυσική ροή του ποταμού αυτές τις εποχές του χρόνου. Αυτό διατηρεί τη δυναμικότητα του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής, η οποία θα πρέπει να είναι αρκετά ομοιόμορφη καθ' όλη τη διάρκεια του έτους.
Η δομή της υδραυλικής μονάδας 4 σε ένα απλό ποτάμι περιλαμβάνει συνήθως φράγματα από σκυρόδεμα και χώμα. Ένα φράγμα από σκυρόδεμα είναι απαραίτητο για την απόρριψη της περίσσειας πλημμυρικών υδάτων από τις πηγές. Το υπόλοιπο φράγμα συνήθως χτίζεται από χώμα και άμμο.
Το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού στεγάζει τα κύρια μηχανήματα - τουρμπίνες και γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια. Ένας υδροστρόβιλος και μια ηλεκτρική γεννήτρια συνδεδεμένη σε αυτόν ονομάζονται μονάδα μηχανής ενός υδροηλεκτρικού σταθμού.
Ένας υδροστρόβιλος, ή υδροστρόβιλος, είναι ο κύριος κινητήρας ενός υδροηλεκτρικού σταθμού. Σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς με χαμηλή πίεση νερού, όχι μεγαλύτερη από 50-70 m, χρησιμοποιούνται υδραυλικοί στρόβιλοι με περιστροφικές λεπίδες. Ο τροχός τους μοιάζει με έλικα ατμόπλοιου. Τέτοιες τουρμπίνες είναι πιο κερδοφόρες από άλλες γιατί είναι πιο γρήγορες. Και αυτό μειώνει το βάρος και το κόστος τόσο του ίδιου του υδροστροβίλου όσο και της ηλεκτρικής γεννήτριας που περιστρέφει (για περισσότερες λεπτομέρειες βλ. άρθρο ""). Μπροστά από την παροχή νερού στον στρόβιλο, είναι τοποθετημένη μια συχνή μεταλλική σχάρα. Συγκρατεί κλαδιά δέντρων, κομμάτια τύρφης, ροκανίδια και άλλα αντικείμενα που έχουν πέσει στο ποτάμι. Στη συνέχεια το νερό μπαίνει στον σωλήνα, ο οποίος έχει σχήμα σπειροειδούς σχήματος και μοιάζει με το κέλυφος ενός τεράστιου σαλιγκαριού. Ένας τροχός στροβίλου περιστρέφεται στο κέντρο του. Αυτός ο σωλήνας ονομάζεται σπειροειδής θάλαμος και χρησιμοποιείται για την παροχή νερού απευθείας στον στρόβιλο.
Το πρώτο μέρος του στροβίλου Kaplan (μετρώντας κατά μήκος της διαδρομής της ροής του νερού) είναι το πτερύγιο οδήγησης. Αποτελείται από λεπίδες που περιστρέφονται γύρω από τους άξονές τους και εξορθολογίζονται εύκολα από το νερό. Βρίσκονται γύρω από την περιφέρεια στο εξωτερικό της τουρμπίνας. Περιστρέφοντας τα πτερύγια του οδηγού πτερυγίου, είναι δυνατό να μειωθεί ή να αυξηθεί η είσοδος νερού στον στρόβιλο, για να αλλάξει η ισχύς του. Αυτό διατηρεί μια σταθερή ταχύτητα του στροβίλου σε οποιοδήποτε φορτίο.
Από το πτερύγιο οδήγησης, το νερό ρέει προς την πτερωτή. Στην πραγματικότητα, χρησιμοποιεί την ενέργεια της ροής του νερού. Η πτερωτή αποτελείται από ένα χιτώνιο τοποθετημένο σε έναν άξονα, στον οποίο στερεώνονται ομαλά καμπύλες μεταλλικές λεπίδες. Μπορούν να περιστρέφονται γύρω από τους άξονές τους σε πλήρη συμμόρφωση με τις αλλαγές στη θέση των πτερυγίων οδήγησης. Οι τουρμπίνες αυτού του σχεδιασμού έχουν από 4 έως 8 πτερύγια, ανάλογα με το ύψος της πίεσης του νερού στο οποίο λειτουργούν. Η διάμετρος της πτερωτής ενός υδραυλικού στροβίλου εξαρτάται από την ισχύ και την πίεση του νερού και μπορεί να φτάσει το 9 ή περισσότερο.
Από την πτερωτή, το νερό ρέει στον σωλήνα αναρρόφησης. Αυτό είναι το τρίτο σημαντικό μέρος της υδραυλικής μονάδας. Μέσω αυτού, τα λύματα από τον στρόβιλο ρέουν στον ποταμό κάτω από το φράγμα. Ο σωλήνας αναρρόφησης δημιουργεί μειωμένη πίεση νερού κάτω από την πτερωτή, η οποία αυξάνει σημαντικά την ισχύ του στροβίλου. Με έναν τέτοιο σωλήνα, ο στρόβιλος μπορεί να τοποθετηθεί πάνω από την κάτω στάθμη του νερού.
Ο υδροστρόβιλος μετατρέπει σε χρήσιμο έργο το μεγαλύτερο μέρος - περίπου 0,9 - της συνολικής ενέργειας της ροής του νερού. Επομένως, συνηθίζεται να λέμε ότι η απόδοση ενός υδροστροβίλου είναι πολύ υψηλή - περίπου 90%. Η χρήσιμη απόδοση ενός υδραυλικού στροβίλου με περιστροφικά πτερύγια πτερυγίων είναι υψηλή όχι μόνο σε πλήρες, αλλά και σε μερικό φορτίο.
Οι τουρμπίνες είναι εξοπλισμένες με αυτόματους ρυθμιστές. Λειτουργούν με υγρό ορυκτέλαιο υπό υψηλή πίεση. Ο ίδιος ο ρυθμιστής, χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση, ανοίγει και κλείνει το πτερύγιο οδήγησης και επίσης περιστρέφει τα πτερύγια της πτερωτής, δηλαδή αυξάνει ή μειώνει την ισχύ του στροβίλου.
Ο στρόβιλος του σταθμού παραγωγής ενέργειας οδηγεί την περιστροφή μιας ηλεκτρικής μηχανής - μιας υδρογεννήτριας. Μια ηλεκτρική γεννήτρια που περιστρέφεται από έναν υδροστρόβιλο είναι σημαντικά διαφορετική στο σχεδιασμό και το μεγάλο μέγεθος από τις γεννήτριες που είναι εγκατεστημένες σε σταθμούς παραγωγής ατμού. Ο άξονας του βρίσκεται συνήθως κατακόρυφα. Ένα από τα μέρη της υδρογεννήτριας είναι μια σταθερή κλίνη - ένας στάτορας. Είναι ένας κύλινδρος, κοίλος εσωτερικά, κατασκευασμένος από συμπιεσμένες δέσμες λεπτών χαλύβδινων φύλλων. Στο εσωτερικό του στάτορα, σε ειδικές αυλακώσεις, ή αυλακώσεις, ενισχύεται μια ηλεκτρική περιέλιξη από καλά μονωμένους χάλκινους αγωγούς.
Μέσα στον στάτορα, ένα τύμπανο τοποθετημένο σε έναν άξονα περιστρέφεται - ένας ρότορας. Πάνω του είναι στερεωμένοι οι πόλοι των ισχυρών ηλεκτρομαγνητών. Γνωρίζετε ότι αν τυλίξετε μια σιδερένια ράβδο με μονωμένο σύρμα και περάσετε σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα μέσα της, τότε η ράβδος γίνεται ηλεκτρομαγνήτης. Έτσι μαγνητίζονται οι πόλοι του ρότορα.
Μια μικρή βοηθητική γεννήτρια - ο διεγέρτης - κινείται από τον άξονα της υδρογεννήτριας. Παράγει ένα σταθερό ηλεκτρικό ρεύμα για να διεγείρει τον μαγνητισμό στους πόλους του ρότορα. Οι πόλοι του ηλεκτρομαγνήτη κινούνται γρήγορα γύρω από τις στροφές της περιέλιξης του στάτορα. Ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται στην περιέλιξη. Όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από τις περιελίξεις, παράγεται θερμότητα και θερμαίνονται. Επομένως, ο αέρας ψύξης διέρχεται συνεχώς μέσω της γεννήτριας.
Η λειτουργία των μονάδων της υδροηλεκτρικής εγκατάστασης ελέγχεται από ειδικό πίνακα ελέγχου. Στις πλακέτες - πάνελ της κονσόλας τοποθετούνται συσκευές ελέγχου και πολυάριθμες συσκευές. Μετρούν την ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος, την τάση του και άλλα σημαντικά μεγέθη. Ο πίνακας ελέγχου, σαν καθρέφτης, αντανακλά όλη τη διάρκεια ζωής του υδροηλεκτρικού σταθμού. Από εδώ γίνεται η επίβλεψη και ο έλεγχος όλων των μηχανημάτων και συσκευών της. Ο πίνακας ελέγχου είναι σαν τον εγκέφαλο του υδροηλεκτρικού σταθμού, το κέντρο του «νευρικού του συστήματος», που λαμβάνει σήματα και στέλνει ακριβείς εντολές σε όλες τις μονάδες.
Οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις γίνονται όλο και πιο αυτοματοποιημένες. Μερικοί σταθμοί λειτουργούν χωρίς κόσμο, με τις πόρτες της αίθουσας του στροβίλου κλειδωμένες.
Η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος που παράγεται από την υδρογεννήτρια, σε σύγκριση με την τάση της γραμμής ισχύος, είναι χαμηλή - από 6 έως 16 χιλιάδες βολτ. Είναι αδύνατο να μεταδοθεί ρεύμα με τέτοια τάση σε μεγάλες αποστάσεις. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να αυξήσετε την τάση, για παράδειγμα, έως και 200 χιλιάδες βολτ, και με ιδιαίτερα μεγάλες αποστάσεις μετάδοσης - έως 500 και ακόμη και έως 800 χιλιάδες βολτ. Η τάση αυξάνεται χρησιμοποιώντας μετασχηματιστή.
Συνήθως τοποθετείται σε ανοιχτό χώρο κοντά στη γεννήτρια. Όλα τα μέρη είναι ακίνητα στον μετασχηματιστή. Αποτελείται από έναν βαρύ πυρήνα κατασκευασμένο από σφιχτά πιεσμένα και βιδωμένα λεπτά χαλύβδινα φύλλα. Στον πυρήνα υπάρχουν δύο περιελίξεις χάλκινων αγωγών καλυμμένων με μόνωση. Μέσα από μια περιέλιξη, με μικρό αριθμό στροφών παχύρευστων συρμάτων, περνά το εναλλασσόμενο ρεύμα της γεννήτριας, χαμηλής τάσης, που παράγεται από τη γεννήτρια. Κάτω από τη δράση αυτού του ρεύματος, ο πυρήνας του σιδήρου μαγνητίζεται και διεγείρει ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής τάσης στη δεύτερη περιέλιξη, με μεγάλο αριθμό στροφών ενός λεπτού σύρματος.
Το μέγεθος της υψηλής τάσης που λαμβάνεται είναι τόσες φορές μεγαλύτερο από την κύρια, χαμηλή τάση, καθώς ο αριθμός των στροφών μιας λεπτής περιέλιξης είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των στροφών ενός παχύτερου τυλίγματος.
Προκειμένου το ρεύμα υψηλής τάσης στη δεύτερη περιέλιξη να μην μπορεί να διαπεράσει τη μόνωση και έτσι να δημιουργήσει βραχυκύκλωμα (και επίσης για καλή ψύξη), ολόκληρος ο πυρήνας του μετασχηματιστή μαζί με τις περιελίξεις τοποθετείται σε μια σιδερένια δεξαμενή. Η δεξαμενή είναι γεμάτη με υγρό ορυκτέλαιο, το οποίο είναι μη αγώγιμο. Τα άκρα των περιελίξεων απελευθερώνονται από τη δεξαμενή προς τα έξω μέσω των δακτυλίων από πορσελάνη. Συχνά οι μετασχηματιστές κατασκευάζονται τριφασικοί: έχουν τρεις πρωτεύουσες και τρεις δευτερεύουσες περιελίξεις. Τρία άκρα από μια λεπτή περιέλιξη με μεγάλο αριθμό στροφών συνδέονται με τρία καλώδια μιας ηλεκτρικής γραμμής που οδηγεί σε καταναλωτές σε απομακρυσμένες περιοχές.
Στα μέρη όπου καταναλώνεται ηλεκτρική ενέργεια, το εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής τάσης πρέπει να μετατραπεί ξανά σε ρεύμα χαμηλής τάσης, το οποίο τροφοδοτεί ηλεκτρικούς λαμπτήρες φωτισμού, ηλεκτροκινητήρες κ.λπ. Αυτός ο αντίστροφος μετασχηματισμός ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται και από μετασχηματιστές. Η συσκευή τους είναι παρόμοια με αυτή που περιγράφεται παραπάνω.
Αυτοί οι μετασχηματιστές ονομάζονται μετασχηματιστές βηματισμού.
Με αυτόν τον τρόπο, η φθηνή ενέργεια του υδροηλεκτρικού σταθμού του Βόλγα μεταδίδεται στην περιοχή της Μόσχας σε πολύ μεγάλη απόσταση - 900 km με τάση 400 χιλιάδων βολτ.
Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί ή οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν τη δυναμική ενέργεια του νερού του ποταμού και αποτελούν σήμερα ένα κοινό μέσο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές.
Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί παρέχουν περισσότερο από το 16% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας (99% στη Νορβηγία, 58% στον Καναδά, 55% στην Ελβετία, 45% στη Σουηδία, 7% στις ΗΠΑ, 6% στην Αυστραλία) σε περισσότερα από 1.060 GW εγκατεστημένης ισχύος. Το ήμισυ αυτής της δυναμικότητας βρίσκεται σε πέντε χώρες: Κίνα (212 GW), Βραζιλία (82,2 GW), ΗΠΑ (79 GW), Καναδά (76,4 GW) και Ρωσία (46 GW). Εκτός από αυτές τις τέσσερις χώρες με σχετική αφθονία (Νορβηγία, Καναδάς, Ελβετία και Σουηδία), η υδροηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιείται συνήθως σε φορτίο αιχμής, επειδή ένας υδροηλεκτρικός σταθμός μπορεί εύκολα να κλείσει και να τεθεί σε λειτουργία. Αυτό σημαίνει επίσης ότι είναι το ιδανικό συμπλήρωμα του συστήματος πλέγματος και χρησιμοποιείται πιο αποτελεσματικά στη Δανία.
Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χρησιμοποιούν την ενέργεια του νερού που πέφτει για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο στρόβιλος μετατρέπει την κινητική δύναμη του H2O που πέφτει σε μηχανική δύναμη. Στη συνέχεια, η γεννήτρια μετατρέπει τη μηχανική ισχύ από τον στρόβιλο σε ηλεκτρική.
Η υδροηλεκτρική ενέργεια στον κόσμο
Η υδροηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιεί μεγάλες εκτάσεις και δεν είναι η κύρια επιλογή για το μέλλον στις ανεπτυγμένες χώρες, επειδή οι περισσότερες από τις μεγάλες τοποθεσίες σε αυτές τις χώρες με δυνατότητα ανάπτυξης υδροηλεκτρικής ενέργειας είτε έχουν ήδη εκμεταλλευτεί είτε δεν είναι διαθέσιμες για άλλους λόγους, όπως περιβαλλοντικούς λόγους. Η υδροηλεκτρική ενέργεια αναμένεται να αναπτυχθεί κυρίως στην Κίνα και τη Λατινική Αμερική έως το 2030. Η Κίνα έχει θέσει σε λειτουργία υδροηλεκτρικούς σταθμούς αξίας 26 δισεκατομμυρίων δολαρίων τα τελευταία χρόνια, που παράγουν 22,5 GW. Η υδροηλεκτρική ενέργεια έχει παίξει ρόλο στην Κίνα, εκτοπίζοντας πάνω από 1,2 εκατομμύρια ανθρώπους από τοποθεσίες φραγμάτων.
Το κύριο πλεονέκτημα των υδραυλικών συστημάτων είναι η ικανότητά τους να χειρίζονται εποχιακά (καθώς και καθημερινά) υψηλά φορτία αιχμής. Στην πράξη, η χρήση της αποθηκευμένης ενέργειας του νερού περιπλέκεται μερικές φορές από τις απαιτήσεις για άρδευση, η οποία μπορεί να συμβεί σε αντιφάση με τα φορτία αιχμής.
Η εκτόξευση υδραυλικών συστημάτων στο ποτάμι είναι συνήθως πολύ φθηνότερη από τα φράγματα και έχει δυνητικά ευρύτερες εφαρμογές. Μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί ισχύος κάτω των 10 MW αντιπροσωπεύουν περίπου το 10% του παγκόσμιου δυναμικού και οι περισσότεροι από αυτούς λειτουργούν από τον ποταμό.
Υπάρχουν τρεις τύποι υδροηλεκτρικών σταθμών: υδροηλεκτρικοί σταθμοί, αντλιοστάσια, αντλιοστάσια αποθήκευσης.
Η αρχή της λειτουργίας ενός υδροηλεκτρικού σταθμού
Η αρχή λειτουργίας ενός υδροηλεκτρικού σταθμού είναι όταν η ενέργεια του νερού μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια μέσω υδραυλικών στροβίλων. Η γεννήτρια μετατρέπει αυτή τη μηχανική ενέργεια από το νερό σε ηλεκτρική.
Η γεννήτρια βασίζεται στις αρχές του Faraday: όταν ένας μαγνήτης περνά δίπλα από έναν αγωγό, παράγεται ηλεκτρισμός. Στη γεννήτρια δημιουργούνται ηλεκτρομαγνήτες με συνεχές ρεύμα. Δημιουργούν πεδία πόλων και εγκαθίστανται γύρω από την περίμετρο του ρότορα. Ο ρότορας είναι προσαρτημένος σε έναν άξονα που περιστρέφει τους στρόβιλους με σταθερή ταχύτητα. Όταν ο ρότορας περιστρέφεται, προκαλείται αλλαγή πόλων στον αγωγό που είναι τοποθετημένος στον στάτορα. Αυτό με τη σειρά του, σύμφωνα με το νόμο του Faraday, παράγει ηλεκτρική ενέργεια στα τερματικά της γεννήτριας.
Σύνθεση υδροηλεκτρικού σταθμού
Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί κυμαίνονται σε μεγέθη από «μικρο υδροηλεκτρικούς σταθμούς» που τροφοδοτούν πολλά σπίτια έως γιγάντια φράγματα που παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια σε εκατομμύρια ανθρώπους.
Οι περισσότεροι συμβατικοί υδροηλεκτρικοί σταθμοί έχουν τέσσερα κύρια στοιχεία:
Η χρήση υδροηλεκτρικής ενέργειας κορυφώθηκε στα μέσα του 20ου αιώνα, αλλά η ιδέα της χρήσης H2O για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρονολογείται χιλιάδες χρόνια πίσω. Πριν από περισσότερα από 2.000 χρόνια, οι Έλληνες χρησιμοποίησαν έναν τροχό νερού για να αλέσουν το σιτάρι σε αλεύρι. Αυτοί οι αρχαίοι τροχοί είναι σαν στρόβιλοι σήμερα, μέσα από τους οποίους ρέει νερό.
Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι η μεγαλύτερη πηγή ανανεώσιμης ενέργειας στον κόσμο.
Υδροηλεκτρικός Σταθμός (HPP)- ένα σύμπλεγμα κατασκευών και εξοπλισμού μέσω του οποίου η ενέργεια της ροής του νερού μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χτίζονται συνήθως σε ποτάμια με φράγματα και δεξαμενές. Για την αποτελεσματική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς απαιτούνται δύο βασικοί παράγοντες: εγγυημένη διαθεσιμότητα νερού όλο το χρόνο και πιθανώς μεγάλες πλαγιές ποταμών. Η υδροηλεκτρική κατασκευή ευνοείται από ανάγλυφους τύπους φαραγγιών.
Η δομή του υδροηλεκτρικού συγκροτήματος σε επίπεδο ποτάμι περιλαμβάνει: φράγμα, κτίριο σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, υπερχειλιστές, διόδους πλοίων (φράγματα), κατασκευές ιχθυοπερασμάτων κ.λπ.
Αρχή λειτουργίας. Η αρχή λειτουργίας ενός υδροηλεκτρικού σταθμού είναι αρκετά απλή (Εικ. Ε.1). Η αλυσίδα των υδραυλικών κατασκευών παρέχει την απαραίτητη πίεση νερού και ο εξοπλισμός ισχύος μετατρέπει την ενέργεια του νερού που κινείται υπό την πίεση σε μηχανική ενέργεια της κίνησης του στροβίλου, η οποία οδηγεί τις γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Σχήμα Ε.1 - Σχέδιο υδροηλεκτρικού σταθμού
Η ισχύς ενός υδροηλεκτρικού σταθμού καθορίζεται από τον ρυθμό ροής και την πίεση του νερού. Στους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, κατά κανόνα, η πίεση του νερού σχηματίζεται μέσω της κατασκευής ενός φράγματος ή μέσω παραγωγής - μιας φυσικής ροής νερού. Σε ορισμένες περιπτώσεις, για να επιτευχθεί η απαιτούμενη πίεση νερού, τόσο το φράγμα όσο και η παράγωγη χρησιμοποιούνται μαζί. Ο υδάτινος χώρος μπροστά από το φράγμα ονομάζεται κεφαλικό νερό και κάτω από το φράγμα ονομάζεται ουραίο νερό. Η διαφορά στα επίπεδα του ανάντη (UHB) και του κατάντη (UHL) καθορίζει την κεφαλή H. Η δεξαμενή νερού ανάντη σχηματίζει μια δεξαμενή στην οποία συσσωρεύεται νερό, το οποίο χρησιμοποιείται όπως απαιτείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Όλος ο εξοπλισμός ενέργειας βρίσκεται ακριβώς στο κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού. Ανάλογα με τον σκοπό, έχει τη δική του συγκεκριμένη διαίρεση. Στο μηχανοστάσιο υπάρχουν υδραυλικές μονάδες που μετατρέπουν απευθείας την ενέργεια του ρεύματος του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχει επίσης κάθε είδους πρόσθετος εξοπλισμός, συσκευές ελέγχου και παρακολούθησης για τη λειτουργία του υδροηλεκτρικού σταθμού, ενός σταθμού μετασχηματισμού, του διακόπτη και πολλά άλλα.
Ταξινόμηση υδροηλεκτρικών σταθμών ... Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χωρίζονται ανάλογα με:
1) παραγόμενη ισχύς:
ισχυρό - παράγει από 25 MW και άνω.
μεσαίο - έως 25 MW.
μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί - έως 5 MW.
2) μέγιστη χρήση της πίεσης του νερού:
υψηλής πίεσης - πάνω από 60 m.
μέσης πίεσης - από 25 m.
χαμηλή πίεση - από 3 έως 25 m.
3) η αρχή της χρήσης των φυσικών πόρωνκαι, κατά συνέπεια, η προκύπτουσα συγκέντρωση νερού:
Υδροηλεκτρικοί σταθμοί ροής ποταμού και φράγματος. Αυτοί είναι οι πιο συνηθισμένοι τύποι υδροηλεκτρικών σταθμών. Η πίεση του νερού σε αυτά δημιουργείται με την εγκατάσταση ενός φράγματος που φράζει εντελώς τον ποταμό, ή ανεβάζει τη στάθμη του νερού σε αυτό στο απαιτούμενο επίπεδο. Ταυτόχρονα, ορισμένες πλημμύρες της κοιλάδας του ποταμού είναι αναπόφευκτες. Τέτοιοι υδροηλεκτρικοί σταθμοί κατασκευάζονται σε πεδινούς ποταμούς υψηλής στάθμης, καθώς και σε ορεινά ποτάμια, σε μέρη όπου η κοίτη του ποταμού είναι στενότερη και πιο συμπιεσμένη.
Υδροηλεκτρικοί σταθμοί φραγμάτων. Κατασκευάζονται σε υψηλότερες πιέσεις νερού. Σε αυτή την περίπτωση, ο ποταμός είναι εντελώς αποκλεισμένος από το φράγμα και το ίδιο το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού βρίσκεται πίσω από το φράγμα, στο κάτω μέρος του. Σε αυτή την περίπτωση, το νερό τροφοδοτείται στις τουρμπίνες μέσω ειδικών σηράγγων πίεσης και όχι απευθείας, όπως σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς ροής ποταμού.
Παράγωγα υδροηλεκτρικά εργοστάσια. Τέτοιοι σταθμοί παραγωγής ενέργειας κατασκευάζονται σε εκείνα τα μέρη όπου η κλίση του ποταμού είναι μεγάλη. Η απαιτούμενη συγκέντρωση νερού σε αυτόν τον τύπο υδροηλεκτρικού σταθμού δημιουργείται μέσω της παραγωγής. Το νερό απορρίπτεται από την κοίτη του ποταμού μέσω ειδικών συστημάτων αποστράγγισης. Τα τελευταία είναι ευθυγραμμισμένα και η κλίση τους είναι πολύ μικρότερη από τη μέση κλίση του ποταμού. Ως αποτέλεσμα, το νερό παρέχεται απευθείας στο κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού. Οι παράγωγοι υδροηλεκτρικοί σταθμοί μπορεί να είναι διαφορετικών τύπων - ελεύθερης ροής ή με παραγωγή υπό πίεση. Στην περίπτωση παραγωγής πίεσης, ο αγωγός νερού τοποθετείται με μεγάλη διαμήκη κλίση. Σε άλλη περίπτωση, στην αρχή της παραγωγής, δημιουργείται ένα υψηλότερο φράγμα στον ποταμό και δημιουργείται μια δεξαμενή - αυτό το σχήμα ονομάζεται επίσης μικτή παραγωγή, καθώς και οι δύο μέθοδοι χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία της απαιτούμενης συγκέντρωσης νερού.
Σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με αντλία αποθήκευσης. Τέτοιες μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης είναι ικανές να συσσωρεύουν την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια και να την θέσουν σε λειτουργία σε περιόδους φορτίων αιχμής. Η αρχή λειτουργίας τέτοιων σταθμών παραγωγής ενέργειας είναι η εξής: κατά τη διάρκεια ορισμένων περιόδων (όχι φορτίου αιχμής), οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με αντλία αποθήκευσης λειτουργούν ως αντλίες από εξωτερικές πηγές ενέργειας και αντλούν νερό σε ειδικά εξοπλισμένες άνω λεκάνες. Όταν παραστεί ανάγκη, το νερό από αυτά εισέρχεται στον αγωγό πίεσης και οδηγεί τους στρόβιλους.
Τουρμπίνα. Ανάλογα με την πίεση του νερού, χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι στροβίλων σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Για υψηλής πίεσης - bucket και ακτινωτές-αξονικές τουρμπίνες με μεταλλικούς σπειροειδείς θαλάμους. Σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς μέσης πίεσης, τοποθετούνται στρόβιλοι με περιστροφικό πτερύγιο και ακτινωτές-αξονικές, σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς χαμηλής πίεσης, τοποθετούνται στρόβιλοι περιστροφικών πτερυγίων σε θαλάμους οπλισμένου σκυροδέματος. Η αρχή λειτουργίας όλων των τύπων στροβίλων είναι παρόμοια - το νερό υπό πίεση (πίεση νερού) εισέρχεται στα πτερύγια του στροβίλου, τα οποία αρχίζουν να περιστρέφονται. Η μηχανική ενέργεια μεταφέρεται έτσι σε μια υδρογεννήτρια, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια. Οι τουρμπίνες διαφέρουν σε ορισμένα τεχνικά χαρακτηριστικά, καθώς και σε θαλάμους - χάλυβα ή οπλισμένο σκυρόδεμα, και έχουν σχεδιαστεί για διαφορετική πίεση νερού.
Η ισχύς που αναπτύσσεται από την υδραυλική μονάδα είναι ανάλογη της κεφαλής H και της ροής του νερού Q:
Οι τουρμπίνες και οι γεννήτριες μπορούν να εγκατασταθούν απευθείας μέσα ή κοντά στο φράγμα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, χρησιμοποιείται ένας αγωγός, μέσω του οποίου τροφοδοτείται νερό υπό πίεση κάτω από το επίπεδο του φράγματος ή στη μονάδα υδροληψίας του υδροηλεκτρικού σταθμού.
Φράγμα ... Το φράγμα είναι μια υδραυλική κατασκευή που φράζει ένα υδάτινο ρεύμα ή μια δεξαμενή για την ανύψωση της στάθμης του νερού. Χρησιμεύει επίσης για τη συγκέντρωση της πίεσης στη θέση της κατασκευής και τη δημιουργία μιας δεξαμενής.
Τα φράγματα μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με το σχέδιο και χωρίζονται σε βαρυτικά, τοξωτά κ.λπ. Τα φράγματα βαρύτητας μοιάζουν με πέτρινα ή τσιμεντένια φράγματα. Κατασκευές αυτού του τύπου εμποδίζουν τη ροή του νερού με το βάρος τους. Τα τοξωτά εκπληρώνουν τα καθήκοντά τους λόγω του ιδιαίτερου σχεδιασμού τους. Η επιτυχής λειτουργία των φραγμάτων εξαρτάται από τρεις παραμέτρους: την αντίσταση των κατακόρυφων στοιχείων της κατασκευής, τη μάζα και τα χαρακτηριστικά της αψιδωτής κατασκευής, η οποία στηρίζεται στα παράκτια κολοβώματα. Κατά την κατασκευή ενός φράγματος, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη η επίδραση ορισμένων εξωτερικών παραγόντων. Αυτές είναι οι λεγόμενες δυνάμεις διάτμησης, η εμφάνιση των οποίων οφείλεται στην κρούση του νερού, του ανέμου, των κρούσεων των κυμάτων και των μεταβολών της θερμοκρασίας. Η παραμέληση των παραπάνω παραγόντων από τους κατασκευαστές μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή του φράγματος. Ως εκ τούτου, γίνονται ορισμένοι υπολογισμοί για την αποτροπή της αρνητικής δράσης των δυνάμεων διάτμησης.
Απόβλητα ... Πηγές παραγωγής απορριμμάτων είναι τα κτίρια και οι κατασκευές του υδροηλεκτρικού σταθμού, οι δραστηριότητες των υποτμημάτων του σταθμού, καθώς και οι συναφείς δραστηριότητες που στοχεύουν στη διασφάλιση άλλων οικονομικών δραστηριοτήτων. Στην επικράτεια των σταθμών, κατά κανόνα, υπάρχουν θυγατρικές που εκτελούν επισκευές και βοηθητικές εργασίες.
Τα κύρια απόβλητα (4-5η τάξεις κινδύνου) είναι απόβλητα (λάσπη) που παράγονται κατά τη μηχανική και βιολογική επεξεργασία λυμάτων, υφάσματα, οικοδομικά και άλλα απόβλητα, ανόμοια απόβλητα χαρτιού και χαρτονιού, γυαλί, ασφαλτικό σκυρόδεμα ή μείγμα ασφαλτομπετόν, οπλισμένο σκυρόδεμα και θραύση οικοδομικών τούβλων και προϊόντων οπλισμένου σκυροδέματος, πριονίδια και ξυλουργεία, σκουπίδια από προστατευτικές σχάρες σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κ.λπ. Ο κύριος τρόπος χειρισμού των απορριμμάτων αυτών των κατηγοριών είναι η μεταφορά τους σε άλλους οργανισμούς για απόρριψη.
Τα απόβλητα της 1ης και 2ης κατηγορίας κινδύνου (λαμπτήρες υδραργύρου, λάμπες φθορισμού με υδράργυρο που έχουν λήξει και έχουν αντικατασταθεί με εξοικονόμηση ενέργειας) μεταφέρονται για διάθεση σε εξειδικευμένους οργανισμούς.
Υδροηλεκτρικό εργοστάσιο
Υδροηλεκτρικός Σταθμός (HPP)- μια μονάδα παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιεί την ενέργεια της ροής του νερού ως πηγή ενέργειας. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί χτίζονται συνήθως σε ποτάμια με φράγματα και δεξαμενές.
Για την αποτελεσματική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς, απαιτούνται δύο βασικοί παράγοντες: η εγγυημένη παροχή νερού όλο το χρόνο και πιθανώς οι μεγάλες πλαγιές του ποταμού, οι τύποι ανάγλυφου που μοιάζουν με φαράγγι ευνοούν την υδραυλική κατασκευή.
Ιδιαιτερότητες
Αρχή λειτουργίας
Η αρχή λειτουργίας ενός υδροηλεκτρικού σταθμού είναι αρκετά απλή. Η αλυσίδα των υδραυλικών κατασκευών παρέχει την απαραίτητη πίεση του νερού που εισέρχεται στα πτερύγια του υδραυλικού στροβίλου, η οποία οδηγεί τις γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια.
Οι μεγαλύτεροι υδροηλεκτρικοί σταθμοί στον κόσμο
| Ονομα | Εξουσία, GW |
Μέσος ετήσιος παραγωγή, δισεκατομμύρια kWh |
Ιδιοκτήτης | Γεωγραφία |
|---|---|---|---|---|
| Τρία Φαράγγια | 22,40 | 100,00 | R. Yangtze, Sandouping, Κίνα | |
| Itaipu | 14,00 | 100,00 | Itaipu Binational | R. Parana, Foz do Iguacu, Βραζιλία / Παραγουάη |
| Guri | 10,30 | 40,00 | R. Caroni, Βενεζουέλα | |
| Καταρράκτες Τσόρτσιλ | 5,43 | 35,00 | Newfoundland και Labrador Hydro | R. Τσόρτσιλ, Καναδάς |
| Τουκουρούι | 8,30 | 21,00 | Eletrobrás | R. Tocantins, Βραζιλία |
Υδροηλεκτρικοί σταθμοί της Ρωσίας
Από το 2009, η Ρωσία έχει 15 υδροηλεκτρικούς σταθμούς ισχύος άνω των 1000 MW (λειτουργούν, ολοκληρώνονται ή υπό κατασκευή) και περισσότερους από εκατό υδροηλεκτρικούς σταθμούς μικρότερης ισχύος.
Οι μεγαλύτεροι υδροηλεκτρικοί σταθμοί στη Ρωσία
| Ονομα | Εξουσία, GW |
Μέσος ετήσιος παραγωγή, δισεκατομμύρια kWh |
Ιδιοκτήτης | Γεωγραφία |
|---|---|---|---|---|
| HPP Sayano-Shushenskaya | 2,56 (6,40) | 23,50 | JSC RusHydro | R. Yenisei, Sayanogorsk |
| Υδροηλεκτρικός σταθμός Krasnoyarsk | 6,00 | 20,40 | JSC "Krasnoyarskaya HPP" | R. Yenisei, Divnogorsk |
| Υδροηλεκτρικός σταθμός Bratsk | 4,52 | 22,60 | Irkutskenergo OJSC, RFBR | R. Angara, Bratsk |
| HPP Ust-Ilimskaya | 3,84 | 21,70 | Irkutskenergo OJSC, RFBR | R. Angara, Ust-Ilimsk |
| Boguchanskaya HPP | 3,00 | 17,60 | JSC Boguchanskaya HPP, JSC RusHydro | R. Angara, Kodinsk |
| Volzhskaya HPP | 2,58 | 12,30 | JSC RusHydro | R. Βόλγα, Βόλζσκι |
| HPP Zhigulevskaya | 2,32 | 10,50 | JSC RusHydro | R. Βόλγα, Zhigulevsk |
| HPP Bureyskaya | 2,01 | 7,10 | JSC RusHydro | R. Bureya, θέση. Ταλακάν |
| Cheboksary HPP | 1,40 (0,8) | 3,31 (2,2) | JSC RusHydro | R. Βόλγα, Novocheboksarsk |
| υδροηλεκτρικός σταθμός Saratov | 1,36 | 5,7 | JSC RusHydro | R. Βόλγα, Μπαλάκοβο |
| υδροηλεκτρικός σταθμός Zeya | 1,33 | 4,91 | JSC RusHydro | R. Zeya, Zeya |
| Υδροηλεκτρικός σταθμός Nizhnekamsk | 1,25 (0,45) | 2,67 (1,8) | JSC "Generating Company", JSC "Tatenergo" | R. Κάμα, Ναμπερέζνιε Τσέλνι |
| Zagorskaya PSP | 1,20 | 1,95 | JSC RusHydro | R. Kunya, θέση. Bogorodskoe |
| Υδροηλεκτρικός σταθμός Votkinsk | 1,02 | 2,60 | JSC RusHydro | R. Κάμα, Τσαϊκόφσκι |
| Chirkeyskaya HPP | 1,00 | 2,47 | JSC RusHydro | R. Sulak, σ. Dubki |
Σημειώσεις:
Άλλοι υδροηλεκτρικοί σταθμοί στη Ρωσία
Προϊστορία της ανάπτυξης της υδραυλικής μηχανικής στη Ρωσία
Στη σοβιετική περίοδο, η ανάπτυξη της βιομηχανίας ηλεκτρικής ενέργειας επικεντρώθηκε στον ειδικό ρόλο ενός ενιαίου εθνικού οικονομικού σχεδίου για την ηλεκτροδότηση της χώρας - GOELRO, το οποίο εγκρίθηκε στις 22 Δεκεμβρίου 1920. Αυτή η ημέρα ανακηρύχθηκε στην ΕΣΣΔ ως επαγγελματική αργία - Ημέρα του Ηλεκτρομηχανικού. Το κεφάλαιο του σχεδίου για την υδροηλεκτρική ενέργεια ονομαζόταν «Ηλεκτρισμός και Υδροκίνηση». Επισήμανε ότι οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί μπορεί να είναι οικονομικά κερδοφόροι, κυρίως στην περίπτωση της ολοκληρωμένης χρήσης: για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, τη βελτίωση των συνθηκών ναυσιπλοΐας ή την αποκατάσταση γης. Θεωρήθηκε ότι μέσα σε 10-15 χρόνια στη χώρα είναι δυνατή η κατασκευή υδροηλεκτρικού σταθμού συνολικής ισχύος 21.254 χιλιάδων ίππων (περίπου 15 εκατομμύρια kW), συμπεριλαμβανομένου του ευρωπαϊκού τμήματος της Ρωσίας - με χωρητικότητα 7394, στο Τουρκεστάν - 3020, στη Σιβηρία - 10.840 χιλ. ίπποι Για τα επόμενα 10 χρόνια, σχεδιάστηκε να κατασκευαστεί ένας υδροηλεκτρικός σταθμός ισχύος 950 χιλιάδων kW, αλλά αργότερα σχεδιάστηκε να κατασκευαστούν δέκα υδροηλεκτρικοί σταθμοί συνολικής ικανότητας λειτουργίας των πρώτων σταδίων 535 χιλιάδων kW.
Αν και ένα χρόνο πριν από αυτό, το 1919, το Συμβούλιο Εργασίας και Άμυνας αναγνώρισε την κατασκευή των υδροηλεκτρικών σταθμών Volkhov και Svir ως αντικείμενα αμυντικής σημασίας. Την ίδια χρονιά ξεκίνησαν οι προετοιμασίες για την κατασκευή του Volkhovskaya HPP, του πρώτου από τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς που κατασκευάστηκαν σύμφωνα με το σχέδιο GOELRO.
Ωστόσο, ακόμη και πριν ξεκινήσει η κατασκευή του Volkhovskaya HPP, η Ρωσία είχε μια αρκετά πλούσια εμπειρία στη βιομηχανική υδροηλεκτρική κατασκευή, κυρίως από ιδιωτικές εταιρείες και παραχωρήσεις. Οι πληροφορίες για αυτούς τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς που κατασκευάστηκαν στη Ρωσία την τελευταία δεκαετία του 19ου αιώνα και τα πρώτα 20 χρόνια του 20ού αιώνα είναι μάλλον διάσπαρτες, αντιφατικές και απαιτούν ιδιαίτερη ιστορική έρευνα.
Πιστεύεται ότι ο πρώτος υδροηλεκτρικός σταθμός στη Ρωσία ήταν ο υδροηλεκτρικός σταθμός Berezovskaya (Zyryanovskaya), που χτίστηκε στο Rudny Altai στον ποταμό Berezovka (παραπόταμος του ποταμού Bukhtarma) το 1892. Ήταν ένας τετραστρόβιλος συνολικής ισχύος 200 kW και προοριζόταν να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια για την αποστράγγιση του ορυχείου από το ορυχείο Zyryanovsky.
Το ρόλο του πρώτου διεκδικεί και το Nygrinskaya HPP, που εμφανίστηκε στην επαρχία Irkutsk στον ποταμό Nygri (παραπόταμος του ποταμού Vachi) το 1896. Ο εξοπλισμός του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελούνταν από δύο τουρμπίνες με κοινό οριζόντιο άξονα που περιστρέφονταν τρεις δυναμό με ισχύ 100 kW έκαστος. Η κύρια τάση μετατράπηκε από τέσσερις τριφασικούς μετασχηματιστές ρεύματος έως 10 kV και μεταδόθηκε μέσω δύο γραμμών υψηλής τάσης σε γειτονικά ορυχεία. Αυτές ήταν οι πρώτες γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης στη Ρωσία. Η μία γραμμή (μήκους 9 χλμ.) περνούσε από τις λάκκους μέχρι το ορυχείο Negadanny, η άλλη (14 χλμ.) μέχρι την κοιλάδα Nygri μέχρι τις εκβολές της πηγής Sukhoi Log, όπου λειτουργούσε το ορυχείο Ivanovsky εκείνα τα χρόνια. Στα ορυχεία, η τάση μετατράπηκε σε 220 V. Χάρη στην ηλεκτρική ενέργεια από τον HPP Nygrinskaya, εγκαταστάθηκαν ηλεκτρικοί ανελκυστήρες στα ορυχεία. Επιπλέον, ηλεκτροδοτήθηκε ο σιδηρόδρομος του ορυχείου, ο οποίος χρησίμευε για την εξαγωγή απορριμμάτων βράχου, ο οποίος έγινε ο πρώτος ηλεκτροκίνητος σιδηρόδρομος στη Ρωσία.
Πλεονεκτήματα
- χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
- πολύ φθηνό ρεύμα.
- η εργασία δεν συνοδεύεται από επιβλαβείς εκπομπές στην ατμόσφαιρα.
- γρήγορη (σε σχέση με CHP / TPP) πρόσβαση στη λειτουργία εξόδου ισχύος μετά την ενεργοποίηση του σταθμού.
Ελαττώματα
- πλημμύρες καλλιεργήσιμης γης
- η κατασκευή πραγματοποιείται μόνο όπου υπάρχουν μεγάλα αποθέματα υδάτινης ενέργειας
- στα ορεινά ποτάμια είναι επικίνδυνα λόγω της υψηλής σεισμικότητας των περιοχών
- μειωμένες και ανεξέλεγκτες εκλύσεις νερού από ταμιευτήρες για 10-15 ημέρες (μέχρι την απουσία τους), οδηγούν στην αναδιάρθρωση μοναδικών οικοσυστημάτων πλημμυρικών πεδιάδων σε ολόκληρη την κοίτη του ποταμού, με αποτέλεσμα τη ρύπανση του ποταμού, τη μείωση των τροφικών αλυσίδων, τη μείωση του αριθμού ψαριών, εξάλειψη των ασπόνδυλων υδρόβιων ζώων, αύξηση της επιθετικότητας των συστατικών των σκνιών λόγω υποσιτισμού στα στάδια των προνυμφών, εξαφάνιση θέσεων φωλιάσματος για πολλά είδη αποδημητικών πτηνών, ανεπαρκής υγρασία στο έδαφος της πλημμυρικής πεδιάδας, αρνητικές φυτικές διαδοχές (εξάντληση φυτομάζας) και μείωση της ροής θρεπτικών ουσιών στους ωκεανούς.
Μεγάλα ατυχήματα και περιστατικά
Σημειώσεις (επεξεργασία)
δείτε επίσης
| Υδροηλεκτρικό εργοστάσιοστο Βικιλεξικό | |
| Υδροηλεκτρικό εργοστάσιοστο Wikimedia Commons |
Συνδέσεις
- Χάρτης των μεγαλύτερων υδροηλεκτρικών σταθμών στη Ρωσία (GIF, δεδομένα από το 2003)
| Βιομηχανίες | |
|---|---|
| Μηχανική ενέργεια | Ατομική (NPP) | Άνεμος (WPP) | Υδροηλεκτρική ενέργεια (HPP) | Θερμική (TPP) | Γεωθερμία | Υδρογόνο | Ηλιακή ενέργεια | Κύμα | Παλιρροιακό (TES) |
| Καύσιμα | Αέριο | Λάδι | Τύρφη | Άνθρακας | Διυλιστήριο | Επεξεργασία αερίου |
| Σιδηρουργία | Εξόρυξη πρώτων υλών μεταλλεύματος | Εξόρυξη μη μεταλλικών πρώτων υλών | Παραγωγή σιδηρούχων μετάλλων | Παραγωγή σωλήνων | Παραγωγή ηλεκτροσιδηρούχων κραμάτων | Υποπροϊόν οπτάνθρακα | Δευτερογενής επεξεργασία σιδηρούχων μετάλλων | Παραγωγή υλικού |
| Μη σιδηρούχα μεταλλουργία | Παραγωγή: αλουμίνιο | αλουμίνα | φθοριούχα άλατα | νικέλιο | χαλκός | μόλυβδος | ψευδάργυρος | κασσίτερος | κοβάλτιο | surma | βολφράμιο | μολυβδαίνιο | υδράργυρος | τιτάνιο | μαγνήσιο | δευτερογενή μη σιδηρούχα μέταλλα | σπάνια μέταλλα | Βιομηχανία σκληρών κραμάτων πυρίμαχων και ανθεκτικών στη θερμότητα μετάλλων | Εξόρυξη και εμπλουτισμός μεταλλευμάτων σπάνιων μετάλλων |
| Μηχανολόγων Μηχανικών και μεταλλουργικός |
Βαρύ | Σιδηρόδρομος | Ναυπηγική | Επισκευή πλοίων | Αεροπορία | Επισκευή αεροσκαφών | Πύραυλος | Τρακτέρ | Αυτοκίνητο | Κατασκευή εργαλειομηχανών | Χημικά | Αγροτικό | Ηλεκτροτεχνικά | Όργανα | Ακριβές | Μεταλλουργικός |
| Χημική ουσία | Χημείο ανθρακωρύχων | Βασική χημεία | Βαφή | Οικιακή Χημική Βιομηχανία | Παραγωγή σόδας | Παραγωγή λιπασμάτων | Κατασκευή χημικών ινών και νημάτων | Παραγωγή συνθετικής ρητίνης |
| Χημικό-φαρμακευτικό | |
| Πετροχημική | Ελαστικό | Καουτσούκ-αμίαντο |
| Διύλιση πετρελαίου | |
| Δάσος (σύμπλεγμα) |
Δάσος | Ξυλουργική (Πριονιστήριο, Ξυλοσανίδα, Έπιπλα) | Πολτός και χαρτί | Χημικό ξύλου |
| Οικοδομικά υλικά | Τσιμέντο | Κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα και σκυρόδεμα | Υλικά τοίχου | Μη μεταλλικά δομικά υλικά |
| Ποτήρι | |
| Πορσελάνη-Φαιάνς | |
| Ανετα | Ύφασμα | Ράψιμο | Βυρσοδεψείο | Γούνα | Παπούτσι |
| Υφασμα | Βαμβάκι | Μάλλινο | Λευκά είδη | Μετάξι | Συνθετικά και Τεχνητά Υφάσματα | Γιούτα κάνναβης |
| Τροφή | Ζάχαρη | Αρτοποιείο | Λάδι και λίπος | Βούτυρο και τυρί | Ψάρια | Γαλακτοκομικά | Κρέας | Ζαχαροπλαστεία | Αλκοόλ | Μακαρόνια | Ζυθοποιία & Αναψυκτικά | Οινοποίηση | Αλευρόμυλος | Κονσερβοποιία | Καπνός | Αλάτι | Φρούτα και λαχανικά |
| Ενέργεια δομή ανά προϊόν και κλάδο |
|||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ηλεκτρική ενέργεια: ηλεκτρική ενέργεια |
| ||||||||||||||||||||||||||
