Hidraulikus erőművek. Hogyan működik egy nagy teljesítményű vízerőmű
A vízierőmű komplex hidraulikus építmények és berendezések együttese. Célja, hogy a víz áramlásának energiáját elektromos energiává alakítsa. A vízenergia az úgynevezett megújuló energiaforrások közé tartozik, vagyis gyakorlatilag kimeríthetetlen.
A legfontosabb hidraulikus építmény a gát. Megtartja a vizet a tartályban, létrehozza a szükséges víznyomást. A hidraulikus turbina a vízerőmű fő motorja. Segítségével a nyomás alatt mozgó víz energiája mechanikai forgási energiává alakul, ami aztán (egy elektromos generátornak köszönhetően) elektromos energiává alakul. Az erőmű turbinacsarnokában hidraulikus turbina, hidrogenerátor, automata felügyeleti és vezérlőberendezések - konzolok találhatók. A lépcsős transzformátorok az épületen belül és a nyílt területeken egyaránt elhelyezhetők. A kapcsolóberendezéseket leggyakrabban a szabadban, az erőmű épülete mellett helyezik el.
A nagy vízerőforrásokkal (a világ 11112%-a) rendelkező Szovjetunióban kiterjedt vízerőművek építése indult meg. A vízerőművek beépített teljesítménye szerint. Csak a háború utáni 30 évben, 1950-től az állomásokat kis - 1980-ig 5 MW-ig, közepes - 5-ről 25-re és nagy - vízerőművekre osztották fel több mint 10-szeresére. . 25 MW felett. Hazánkban 20 vízerőmű működik, amelyek beépített teljesítménye meghaladja az 500 MW-ot. Közülük a legnagyobbak a krasznojarszki (6000 MW) és a Sayano-Shushenskaya (6400 MW) erõmûvek.
Egy vízi erőmű építése elképzelhetetlen számos probléma átfogó megoldása nélkül. Nemcsak az energia, hanem a vízi közlekedés, a vízellátás, az öntözés és a halászat igényeit is ki kell elégíteni. A legjobb az egészben, hogy ezekre a feladatokra a kaszkád elve válaszol, amikor nem egy, hanem több vízierőmű épül a folyón, a folyó mentén. Ez lehetővé teszi, hogy a folyón egymás után több, különböző szintjein elhelyezkedő tározó jöjjön létre, ami azt jelenti, hogy a folyó áramlását, annak energiaforrásait jobban kihasználják és az egyes vízi erőművek kapacitását manőverezzük. Számos folyón vízierőművek zuhatagát építettek. Volzsszkij mellett a kaszkádokat a Kámán, a Dnyeperen, a Chirchik-en, a Hrazdánon, az Irtisz-n, a Rioni-n, a Szvir-on építették. A legerősebb Angara-Jenisej kaszkád a világ legnagyobb vízierőműveivel - Bratsk, Krasnoyarsk, Sayano-Shushenskaya és Boguchansk, összesen körülbelül 17 GW kapacitással és 76 milliárd kWh éves villamosenergia-termeléssel.
Számos olyan erőmű létezik, amelyek a vízáramlás energiáját használják fel. A vízerőművek mellett szivattyús tározós erőművek (PSPP) és árapály-erőművek (TPP) is épülnek. Első pillantásra szinte észre sem veszi a különbséget a hagyományos vízerőmű és a víztároló erőmű között. Ugyanaz az épület, ahol a fő elektromos berendezés található, ugyanazok a vezetékek. A villamosenergia-termelés módjában nincs alapvető különbség. Milyen jellemzői vannak a PSPP-nek?
A vízerőműtől eltérően a szivattyús tározóhoz két (és nem egy) tározóra van szükség, amelyek kapacitása több tízmillió köbméter. Az egyik szintje több tíz méterrel magasabb legyen, mint a másik. Mindkét tározót csővezetékek kötik össze. Az alsó tározón egy PSP épület épül. Ebben az úgynevezett megfordítható hidraulikus egységek - hidraulikus turbinák és elektromos generátorok - ugyanazon a tengelyen vannak elhelyezve. Áramfejlesztőként és elektromos vízszivattyúként is működhetnek. Amikor az energiafogyasztás csökken, például éjszaka, a hidraulikus turbinák szivattyúként működnek, és vizet pumpálnak az alsó tartályból a felsőbe. Ebben az esetben a generátorok villanymotorként működnek, hő- és atomerőművektől kapnak elektromos energiát. A villamosenergia-fogyasztás növekedésével a vízerőmű fordított forgásra kapcsol. A felső tartályból az alsóba hulló víz hidraulikus turbinákat forgat, generátorok termelnek elektromos energiát. Így a szivattyús tározós erőmű éjszaka mintegy felhalmozza a más erőművek által termelt villamos energiát, és azt nappal visszaadja. Ezért a PSPP általában a terhelés "csúcsainak" lefedésére szolgál, ahogy az energetikusok mondják, vagyis energiát ad, amikor arra különösen szükség van. A világon több mint 160 szivattyús tárolós erőmű működik. Hazánkban Kijev közelében épült az első szivattyús tárolós erőmű. Alacsony fejjel, mindössze 73 m, teljes kapacitása 225 MW.
Egy nagyobb, 1,2 GW teljesítményű, 100 m-es emelőmagasságú szivattyús tárolós erőművet helyeztek üzembe a moszkvai régióban.
Általában a szivattyús tárolós erőműveket folyókra építik. De, mint kiderült, ilyen erőműveket lehet építeni a tengerek és óceánok partjain. Csak ott más nevet kaptak - árapály-erőművek (TPS).
Naponta kétszer ugyanabban az időben emelkedik és süllyed az óceán szintje. A Hold és a Nap gravitációs ereje vonzza a víztömegeket. A parttól távol a vízszint-ingadozások nem haladják meg az 1 métert, de a part közelében elérhetik a 13 métert, mint például az Okhotsk-tengeren lévő Penzhinskaya-öbölben.
Ha egy öblöt vagy folyó torkolatát gáttal zárják el, akkor egy ilyen mesterséges tározóban a legnagyobb vízemelkedés pillanatában több száz millió köbméter víz zárható le. Amikor a tengerben apály következik be, a tározó és a tenger vízszintje között olyan különbség keletkezik, amely elegendő a TPP épületeiben elhelyezett hidraulikus turbinák forgásához. Ha csak egy tározó van, akkor a TPP megszakításokkal 4-5 órán keresztül folyamatosan, 1-2 órán keresztül, naponta négyszer tud villamos energiát termelni (ennyi alkalommal változik a tározó vízszintje magas ill. apály).
Az egyenetlen áramtermelés kiküszöbölésére az erőmű tározóját gáttal 2-3 kisebbre osztják. Az egyikben az apály szintjét tartják fenn, a másikban - a dagályszintet, a harmadik tartalékként szolgál.
A hőerőműben vízierőműveket telepítenek, amelyek képesek nagy hatásfokkal működni mind generátor üzemmódban (villamosenergia előállítására), mind szivattyúzási üzemmódban (vízszivattyúzás alacsony vízállású tározóból magas vízszintű tározóba). Szivattyús üzemmódban a PES akkor működik, ha többlet elektromosság jelenik meg az elektromos rendszerben. Ebben az esetben az egységek fel- vagy kiszivattyúzzák a vizet egyik tartályból a másikba.
1968-ban a Barents-tenger partján, Kislaya Gubában megépült hazánk első kísérleti ipari hőerőműve. Az erőmű épületében 2 db 400 kW teljesítményű hidraulikus blokk található.
Az első hőerőmű üzemeltetésében szerzett tíz éves tapasztalat lehetővé tette a Mezenskaya hőerőmű tervezésének megkezdését a Fehér-tengeren, a Penzsinszkaja és a Tugurszkaja az Ohotszki-tengeren.
Érdekes probléma az óceánok apály- és áramlási erejének felhasználása, még maguk az óceán hullámai is. Még csak most kezdik megoldani. Sokat kell tanulni, kitalálni, tervezni.
A nagy energiaóriások építése - legyen szó vízierőműről, szivattyús tározós erőműről vagy hőerőműről - minden alkalommal vizsga az építőknek. Itt ötvöződik a legmagasabb képzettségű és különféle szakterületű munkások munkája - a betonmunkák mestereitől az összeszerelők-mászókig.
- Előző: HIDROELEVÁTOR
- Következő: PAJZS
Oroszországban időtlen idők óta vízerőműveket építenek a folyókra. A fennmaradt ókori krónikákból ismeretes, hogy az orosz nép már a XIII. ügyesen megépített vízhajtású berendezések forgó malomkövek számára.
A XIV-XV században. már elterjedtek a vízimalmok. Az akkori kézírásos dokumentumok említik őket. A folyók természetes energiáját a 16. és 17. században kezdték még szélesebb körben felhasználni. Moszkva közelében a folyón. Neglinnayának 1519-ben már három vízimalma és egy zúzója volt, a gabonát mozsárban tisztították. De ezek a vízikerekes berendezések alacsony teljesítményűek voltak.
1524-ben, ahogy a Pszkov Krónika mondja, a novgorodiak "bizonyos ravasz" mester, Nerezhi Pskovitin vezetése alatt mertek egy gátat és egy erős hidraulikus erőművet létrehozni a mély és mély Volhovban. Ez a vízerőmű, amelyet a világon először építettek egy nagy folyón, egy ideig sikeresen működött.
És 400 évvel később, ugyanazon a magas vízű Volhovon, a szovjet emberek betonból építettek egy erős vízerőművet, és azzá lettek. 1926 decembere óta hibátlanul látja el energiával a gyárakat, városokat és falvakat. Ez volt a kezdete az erős vízerőművek építésének hazánk folyóin.
A folyók eredendően nagyon változatosak. Például a turbulens, mennydörgő Terek a kazbeki felhő alatti gleccserekből származik. Egyáltalán nem úgy néz ki, mint a széles Volga, amely simán, sietve hordja vizét az alacsony partokon.
Egyértelmű, hogy nem kell ugyanúgy energiát kapni a Terek hegyről és a lapos Volgáról. A vízerőműveknek ezen a két folyón teljesen eltérőnek kell lenniük. Tehát a meredeken zuhanó és sebes hegyi patakokon a vizet egy elterelő csatorna vezeti el (lásd a "" cikket). A csövek a csatorna végétől a lejtőn vannak lefektetve. Rajtuk keresztül a víz nyomás alatt áramlik az erőmű épületébe. A völgy mélyén, a folyó partján áll. Ha a szurdok lejtőin a sziklák meredekek és megközelíthetetlenek, a vizet egy földalatti elterelő alagút vezeti el. A szelíd síkságokon nyugodtan átfolyó mély folyókon a nyomást egy gát hozza létre. Az ilyen típusú vízierőműveket a hegyi folyókon származékosnak, a lapos folyókon lévő közönségeseket gátaknak nevezik.
Hogyan van elrendezve egy nagy teljesítményű gát vízerőmű, amely hasonló például a legnagyobb Volzsszkaja vízierőműhöz?
A síkvidéki vízi erőmű fő építményei a gát és a vízerőmű épülete. A vízállás a gát előtt magasabb, mint a folyó folyásirányában. Ezt a szintmagasság-különbséget nevezzük a vízerőmű fejének. A magasabb szintről az alacsonyabb szintre folyamatosan áramló víz sok hasznos munkát végezhet.
Vízerőmű (HP) szakasza: 1 - szeméthálózat; 2 - daru a redőny emeléséhez és leengedéséhez; 3 - gát; 4 - a vízerőmű épülete; 5 - hajólift; 6 -elektromos generátor; 7 - hidraulikus turbina; 8 - szívócső; 9 - transzformátor; 10 - vízellátás; 11 - a gát teste; 12 - megfigyelő galériák.
A vízerőmű gátja előtt általában tározót alakítanak ki. Tavasszal olvadékvízzel töltik fel, és a tél beálltáig megtartja. Télen vagy nyári aszályban pedig a víztározó minden nap vizet ad a folyónak az év ezen időszakában szűkös természetes áramlásához. Ez fenntartja az erőmű kapacitását, amelynek egész évben egyenletesnek kell lennie.
A sík folyón lévő 4 hidraulikus egység szerkezete általában beton- és földgátakból áll. Egy betongátra van szükség a felesleges tavaszi árvizek átvezetéséhez. A gát többi részét általában földből és homokból építik.
A vízerőmű épületében találhatók a fő gépek - turbinák és generátorok, amelyek elektromos energiát termelnek. A vízturbinát és a hozzá kapcsolódó elektromos generátort a vízerőmű gépegységének nevezzük.
A vízturbina vagy vízturbina egy vízi erőmű fő motorja. Az 50-70 m-nél nem magasabb víznyomású vízerőműveknél forgólapátos hidraulikus turbinákat használnak. Kerekük úgy néz ki, mint egy gőzhajó propeller. Az ilyen turbinák jövedelmezőbbek, mint mások, mert gyorsabbak. Ez pedig csökkenti magának a vízturbinának és az általa forgatható elektromos generátornak a súlyát és költségét (további részletekért lásd a "" cikket). A turbina vízellátása előtt gyakori fémrács van elrendezve. Megtartja a folyóba hullott faágakat, tőzegdarabokat, faforgácsot és egyéb tárgyakat. Ezután a víz belép a csőbe, amely spirál alakú és úgy néz ki, mint egy hatalmas csiga héja. A közepén egy turbinakerék forog. Ezt a csövet spirálkamrának nevezik, és közvetlenül a turbina vízellátására szolgál.
A Kaplan turbina első része (a víz áramlási pályája mentén számolva) a vezetőlapát. A tengelyük körül forgó pengékből áll, amelyeket a víz könnyen áramvonalasít. A turbina külső oldalán, a kerület mentén helyezkednek el. A vezetőlapát lapátjainak elfordításával lehetőség nyílik a turbina vízbevezetésének csökkentésére, növelésére, teljesítményének változtatására. Ez a turbina állandó fordulatszámát bármilyen terhelés mellett fenntartja.
A vezetőlapátból a víz a járókerékhez áramlik. Valójában a vízáramlás energiáját használja fel. A járókerék egy tengelyre szerelt karmantyúból áll, amelyre simán ívelt fémlapátok vannak rögzítve. A tengelyük körül foroghatnak a vezetőlapátok helyzetének változásaival teljes összhangban. Az ilyen típusú turbinák 4-8 lapáttal rendelkeznek, attól függően, hogy mekkora víznyomáson működnek. A hidraulikus turbina járókerekének átmérője a teljesítménytől és a víznyomástól függ, és elérheti a 9-et vagy többet.
A járókerékből a víz a szívócsőbe áramlik. Ez a hidraulikus egység harmadik fontos része. Rajta keresztül a turbina szennyvize a gát alatti folyóba folyik. A szívócső csökkentett víznyomást hoz létre a járókerék alatt, ami jelentősen megnöveli a turbina teljesítményét. Ilyen csővel a turbinát az alsó vízszint fölé lehet helyezni.
A hidroturbina a vízáramlás összenergiájának nagy részét - kb. 0,9-ét - hasznos munkává alakítja át. Ezért szokás azt mondani, hogy a vízturbina hatásfoka nagyon magas - körülbelül 90%. A forgó járókerék lapátokkal ellátott hidraulikus turbina hasznos hatásfoka nemcsak teljes, hanem részterhelésnél is magas.
A turbinák automatikus szabályozókkal vannak felszerelve. Folyékony ásványolajjal dolgoznak nagy nyomás alatt. Maga a szabályozó emberi beavatkozás nélkül nyitja és zárja a vezetőlapátot, és a járókerék lapátjait is forgatja, azaz növeli vagy csökkenti a turbina teljesítményét.
Az erőmű turbinája egy elektromos gép - hidrogenerátor - forgását hajtja meg. A vízturbina által forgatható elektromos generátor felépítésében és nagy méretében jelentősen eltér a gőzerőművekbe telepített generátoroktól. Tengelye általában függőlegesen helyezkedik el. A hidrogenerátor egyik része egy rögzített ágy - egy állórész. Ez egy henger, belül üreges, vékony acéllemezek összenyomott kötegeiből. Az állórész belsejében speciális hornyokban vagy hornyokban egy elektromos tekercs van megerősítve jól szigetelt rézvezetőkből.
Az állórész belsejében egy tengelyre szerelt dob forog - egy forgórész. Erős elektromágnesek pólusai vannak rögzítve rajta. Tudod, hogy ha egy vasrudat szigetelt huzalba tekersz, és állandó elektromos áramot vezetsz át rajta, akkor a rúd elektromágnessé válik. Így mágneseződnek a rotor pólusai.
A hidrogenerátor tengelyéről egy kis segédgenerátort - a gerjesztőt - hajtanak meg. Állandó elektromos áramot hoz létre, hogy a rotor pólusain mágnesességet gerjesztsen. Az elektromágnes pólusai gyorsan mozognak az állórész tekercsének fordulatai körül. A tekercsben váltakozó elektromos áram keletkezik. Amikor elektromos áram halad át a tekercseken, hő keletkezik, és felforrósodnak. Ezért a hűtőlevegő folyamatosan áramlik át a generátoron.
A vízerőmű egységeinek működését egy speciális vezérlőpanel vezérli. A vezérlőeszközök és számos eszköz a konzol tábláira - paneleire vannak felszerelve. Mérik az elektromos áram erősségét, feszültségét és egyéb fontos mennyiségeket. A vezérlőpult, mint egy tükör, tükrözi a vízi erőmű teljes élettartamát. Innen történik az összes gép és berendezés felügyelete és vezérlése. A vezérlőpanel olyan, mint a vízi erőmű agya, "idegrendszerének" központja, jeleket fogad és pontos parancsokat küld minden egységnek.
A hidroelektromos berendezések egyre inkább automatizáltak. Néhány állomás ember nélkül működik, a turbinacsarnok ajtaja zárva van.
A hidrogenerátor által generált elektromos áram feszültsége az elektromos vezeték feszültségéhez képest alacsony - 6-16 ezer volt. Lehetetlen ilyen feszültséggel áramot nagy távolságra továbbítani. Ehhez meg kell növelni a feszültséget, például 200 ezer voltra, és különösen nagy átviteli távolságok esetén - akár 500, sőt akár 800 ezer voltra. A feszültséget transzformátorral növeljük.
Általában nyílt területen, a generátor közelében helyezik el. Minden alkatrész álló helyzetben van a transzformátorban. Erősen préselt és csavarozott vékony acéllemezekből készült nehéz magból áll. A magon két szigeteléssel borított rézvezető tekercs található. Egy tekercsen keresztül, kis számú vastag vezeték menetével a generátor váltakozó árama, a generátor által generált alacsony feszültség áthalad. Ennek az áramnak a hatására a vasmag mágnesezve van, és nagyfeszültségű váltakozó elektromos áramot gerjeszt a második tekercsben, egy vékony huzal nagyszámú menetével.
A kapott nagyfeszültség nagysága annyiszor nagyobb, mint a primer, alacsony feszültségé, ahány vékony tekercs menetszáma nagyobb, mint egy vastagabb tekercsé.
Annak érdekében, hogy a második tekercsben lévő nagyfeszültségű áram ne tudjon áttörni a szigetelésén, és ezáltal rövidzárlatot hozzon létre (és a jó hűtés érdekében is), a transzformátor teljes magja a tekercsekkel együtt egy vastartályba kerül. A tartály folyékony ásványolajjal van feltöltve, amely nem vezetőképes. A tekercsek végeit a porcelán perselyeken keresztül szabadítják ki a tartályból. A transzformátorok gyakran háromfázisúak: három primer és három szekunder tekercsük van. A nagy számú fordulattal rendelkező vékony tekercs három vége egy elektromos vezeték három vezetékéhez van csatlakoztatva, amelyek távoli területek fogyasztóihoz vezetnek.
A villamos energia fogyasztási helyein a nagyfeszültségű váltóáramot ismét kisfeszültségű árammá kell alakítani, amely meghajtja a világító villanylámpákat, villanymotorokat stb. A villamos energia fordított átalakítását szintén transzformátorok végzik. Készülékük hasonló a fent leírtakhoz.
Ezeket a transzformátorokat leléptető transzformátoroknak nevezzük.
Ily módon a Volga vízi állomás olcsó energiáját nagyon nagy távolságra - 900 km-re - 400 ezer voltos feszültséggel továbbítják a moszkvai régióba.
A vízerőművek vagy vízerőművek a folyóvíz potenciális energiáját használják fel, és manapság elterjedt eszközei a megújuló forrásokból történő villamosenergia-termelésnek.
Vízerőművek biztosítják a világ villamosenergia-termelésének több mint 16%-át (99%-át Norvégiában, 58%-át Kanadában, 55%-át Svájcban, 45%-át Svédországban, 7%-át az Egyesült Államokban, 6%-át Ausztráliában) a több mint 1060 GW-ból. a beépített kapacitásból. A kapacitás fele öt országban található: Kínában (212 GW), Brazíliában (82,2 GW), USA-ban (79 GW), Kanadában (76,4 GW) és Oroszországban (46 GW). E négy viszonylag bőséges országon (Norvégia, Kanada, Svájc és Svédország) kívül a vízenergiát általában csúcsterhelésen alkalmazzák, mert egy vízerőmű könnyen leállítható és beindítható. Ez azt is jelenti, hogy ideális kiegészítője a rácsrendszernek, és Dániában használják a leghatékonyabban.
A vízerőművek a lehulló víz energiáját használják fel elektromos áram előállítására. A turbina a lehulló H2O kinetikus erejét mechanikai erővé alakítja át. A generátor ezután a turbinából származó mechanikai energiát elektromos energiává alakítja.
Vízenergia a világon
A vízenergia nagy területeket használ, és a fejlett országokban nem ez a fő lehetőség a jövőre nézve, mivel ezekben az országokban a vízenergia-fejlesztési potenciállal rendelkező nagy helyszínek többsége már ki van használva, vagy egyéb okokból, például környezetvédelmi megfontolások miatt nem elérhető. A vízenergia várhatóan 2030-ig főként Kínában és Latin-Amerikában fog növekedni. Kína az elmúlt években 26 milliárd dollár értékben állított üzembe vízerőműveket, amelyek 22,5 GW-ot termelnek. A vízenergia szerepet játszott Kínában, több mint 1,2 millió embert kényszerített ki a gátakról.
A hidraulikus rendszerek fő előnye, hogy képesek kezelni a szezonális (és napi) nagy csúcsterheléseket is. A gyakorlatban a tárolt vízenergia felhasználását esetenként nehezítik az öntözési követelmények, amelyek a csúcsterhelésekkel ellentétes fázisban fordulhatnak elő.
A hidraulikus rendszerek folyóba indítása általában sokkal olcsóbb, mint a gátak, és potenciálisan szélesebb körű alkalmazásai is lehetnek. A 10 MW alatti kis vízerőművek a világ potenciáljának mintegy 10%-át képviselik, és többségük a folyóból üzemel.
Háromféle vízerőmű létezik: vízerőművek, szivattyútelepek, szivattyús tározós erőművek.
A vízierőmű működési elve
A vízerőmű működési elve az, amikor a vízenergiát hidraulikus turbinákon keresztül mechanikai energiává alakítják. A generátor ezt a mechanikai energiát a vízből elektromos árammá alakítja át.
A generátor Faraday elvein alapul: amikor egy mágnes elhalad egy vezető mellett, elektromosság keletkezik. A generátorban az elektromágnesek egyenáram működtetésével jönnek létre. Pólusmezőket hoznak létre, és a rotor kerülete mentén helyezkednek el. A forgórész egy tengelyhez van rögzítve, amely rögzített sebességgel forgatja a turbinákat. Amikor a forgórész forog, pólusváltást okoz az állórészbe szerelt vezetőben. Ez viszont Faraday törvénye szerint villamos energiát termel a generátor kapcsain.
Vízerőmű összetétele
A vízerőművek mérete a "mikro vízerőművektől" számos otthont táplál, az óriási gátakig, amelyek emberek millióit látják el árammal.
A legtöbb hagyományos vízerőműnek négy fő összetevője van:
A vízenergia felhasználása a 20. század közepén érte el csúcspontját, de az elképzelés, hogy H2O-t használjanak elektromos áram előállítására, több ezer éves múltra tekint vissza. Több mint 2000 évvel ezelőtt a görögök vízikerékkel őrölték lisztté a búzát. Ezek az ősi kerekek olyanok, mint a mai turbinák, amelyeken átfolyik a víz.
A vízerőművek a világ legnagyobb megújuló energiaforrásai.
Vízierőmű (HPP)- szerkezetek és berendezések együttese, amelyen keresztül a vízáramlás energiája elektromos energiává alakul. A vízerőműveket általában gátakkal és tározókkal ellátott folyókra építik. A vízerőművek hatékony villamosenergia-termeléséhez két fő tényezőre van szükség: egész évben garantált vízellátásra és esetleg nagy folyólejtőkre. A hidroelektromos építkezést a kanyonszerű domborzati típusok kedvelik.
A sík folyón fekvő vízerőmű-komplexum szerkezete magában foglalja: gátat, erőműépületet, kiömlő utakat, hajójáratokat (zsilipeket), halátjáró építményeket stb.
Működés elve. A vízerőmű működési elve meglehetősen egyszerű (E.1. ábra). A hidraulikus műtárgyak lánca biztosítja a szükséges víznyomást, az erőgépek pedig a nyomás alatt mozgó víz energiáját a turbina mozgásának mechanikai energiájává alakítják, ami meghajtja az áramot termelő generátorokat.
E.1 ábra - Vízierőmű vázlata
A vízerőmű teljesítményét az áramlási sebesség és a víznyomás határozza meg. A vízerőműveknél a víznyomást rendszerint gát építésével vagy származtatással - természetes vízáramlással - alakítják ki. Egyes esetekben a szükséges víznyomás eléréséhez a gátat és a származékot együtt használják. A gát előtti vízteret felvíznek, a gát alatti vízteret pedig farvíznek nevezzük. Az upstream (UHB) és a downstream (UHL) szintkülönbsége határozza meg a H magasságot. A felvízi víztározó egy tározót képez, amelyben felhalmozódik a víz, amelyet szükség szerint elektromos áram előállítására használnak fel.
Minden erőmű közvetlenül a vízerőmű épületében található. A céltól függően megvan a maga sajátos felosztása. A gépházban olyan hidraulikus egységek találhatók, amelyek a víz áramának energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítják át. Ezenkívül mindenféle kiegészítő berendezés, vezérlő- és felügyeleti eszköz található a vízerőmű, transzformátor állomás, kapcsolóberendezések és még sok más működéséhez.
Vízerőmű besorolása ... A vízerőműveket a következők szerint osztják fel:
1) termelt teljesítmény:
nagy teljesítményű - 25 MW-tól vagy nagyobb teljesítményű;
közepes - 25 MW-ig;
kis vízerőművek - 5 MW-ig.
2) a víznyomás maximális kihasználása:
nagy nyomás - több mint 60 m;
közepes nyomású - 25 m-től;
alacsony nyomású - 3-25 m.
3) a természeti erőforrások felhasználásának elve, és ennek megfelelően a kapott vízkoncentráció:
Folyó- és gátas vízerőművek. Ezek a vízerőművek leggyakoribb típusai. A víznyomást bennük a folyót teljesen elzáró gát beépítésével hozzák létre, vagy a vízszintet a szükséges szintre emelik benne. Ugyanakkor elkerülhetetlen a folyó völgyének némi elöntése. Az ilyen vízerőműveket magasvizű síkvidéki folyókra, valamint hegyvidéki folyókra építik, olyan helyeken, ahol a meder keskenyebb és összenyomottabb.
Gát vízerőművek. Magasabb víznyomásra épülnek. Ebben az esetben a folyót teljesen elzárja a gát, és maga a vízerőmű épülete a gát mögött, annak alsó részén található. Ebben az esetben a vizet speciális nyomásalagutakon keresztül juttatják a turbinákba, és nem közvetlenül, mint a folyóvízi erőművekben.
Származékos vízerőművek. Ilyen erőműveket építenek azokon a helyeken, ahol a folyó lejtése nagy. Az ilyen típusú vízerőművekben a szükséges vízkoncentrációt származtatással hozzák létre. A víz a folyó medréből speciális vízelvezető rendszereken keresztül távozik. Utóbbiak kiegyenesítettek, lejtésük jóval kisebb, mint a folyó átlagos lejtése. Ennek eredményeként a víz közvetlenül a vízerőmű épületébe kerül. A származékos vízerőművek különböző típusúak lehetnek - szabad áramlású vagy nyomásvezérelt származtatásúak. Nyomáslevezetés esetén a vízvezetéket nagy hosszirányú lejtéssel fektetik le. Egy másik esetben a levezetés kezdetén a folyón egy magasabb gátat és egy tározót alakítanak ki - ezt a sémát vegyes levezetésnek is nevezik, mivel mindkét módszert alkalmazzák a szükséges vízkoncentráció létrehozására.
Szivattyús tárolós erőművek. Az ilyen szivattyús tározós erőművek képesek a megtermelt villamos energiát felhalmozni és csúcsterhelési időszakokban üzembe helyezni. Az ilyen erőművek működési elve a következő: bizonyos időszakokban (nem csúcsterhelésben) a szivattyús tározós erőművek külső energiaforrásról szivattyúként működnek, és speciálisan felszerelt felső medencékbe szivattyúzzák a vizet. Szükség esetén a víz bejut a nyomóvezetékbe, és meghajtja a turbinákat.
Turbina. A víznyomástól függően különböző típusú turbinákat használnak a vízerőművekben. Nagynyomású - kanál és radiális-axiális turbinákhoz fém spirálkamrával. Közepes nyomású vízerőművekben forgólapátos és radiális-axiális turbinákat, alacsony nyomáson forgólapátos turbinákat vasbeton kamrákban helyeznek el. Minden típusú turbina működési elve hasonló - a nyomás alatt lévő víz (víznyomás) belép a turbina lapátjaiba, amelyek forogni kezdenek. A mechanikai energia így egy hidrogenerátorba kerül, amely elektromosságot termel. A turbinák bizonyos műszaki jellemzőkben különböznek, valamint a kamrák - acél vagy vasbeton -, és különböző víznyomásra tervezték.
A hidraulikus egység által kifejlesztett teljesítmény arányos a H emelőmagassággal és a Q vízáramlással:
A turbinák és generátorok közvetlenül a gátba vagy annak közelében telepíthetők. Egyes esetekben csővezetéket alkalmaznak, amelyen keresztül nyomás alatti vizet juttatnak a gát szintje alá vagy a vízerőmű vízbefogadó egységébe.
Gát ... A gát olyan hidraulikus építmény, amely a vízfolyást vagy tározót elzárja a vízszint emelése érdekében. Arra is szolgál, hogy koncentrálja a nyomást a szerkezet helyén, és tározót hozzon létre.
A gátak a kialakítástól függően eltérőek lehetnek, és gravitációs, íves stb. csoportokra oszthatók. A gravitációs gátak kő- vagy betonkorlátoknak tűnnek. Az ilyen típusú szerkezetek súlyukkal akadályozzák a víz áramlását. Az ívesek különleges kialakításuknak köszönhetően teljesítik feladataikat. A gátak sikeres működése három paramétertől függ: az építmény függőleges elemeinek ellenállásától, tömegétől és a part menti támaszokon nyugvó íves szerkezet jellemzőitől. A gát építésénél figyelembe kell venni néhány külső tényező hatását. Ezek az úgynevezett nyíróerők, amelyek megjelenése a víz, a szél, a hullámok hatásának és a hőmérséklet-változásoknak köszönhető. Ha a fenti tényezőket az építtetők figyelmen kívül hagyják, az a gát tönkretételéhez vezethet. Ezért bizonyos számításokat végeznek a nyíróerők negatív hatásának megakadályozására.
Pazarlás ... A hulladékkeletkezés forrásai a vízi erőmű épületei, építményei, az állomás alegységeinek tevékenysége, valamint az ehhez kapcsolódó egyéb gazdasági tevékenységek biztosítását célzó tevékenységek. Az állomások területén általában vannak leányvállalatok, amelyek javítási és segédmunkákat végeznek.
A fő hulladék (4-5. veszélyességi osztály) a mechanikai és biológiai szennyvíztisztítás során keletkező hulladék (iszap), textil, építési és egyéb hulladék, eltérő papír- és kartonhulladék, üveg, aszfaltbeton vagy aszfaltbeton keverék, vasbeton, ill. építőtéglák és vasbeton termékek törése, fűrészpor és fadarabok, erőművek védőrácsaiból származó szemét, stb. Ezen osztályokba tartozó hulladékok kezelésének fő módja az, hogy azokat más szervezeteknek kell átadni ártalmatlanításra.
Az 1. és 2. veszélyességi osztályú hulladékokat (higanylámpák, higanytartalmú fénycsövek, amelyek lejárt és energiatakarékosakra cserélik) ártalmatlanításra szakosodott szervezeteknek adják át.
Vízerőmű
Vízierőmű (HPP)- a vízáramlás energiáját energiaforrásként hasznosító erőmű. A vízerőműveket általában gátakkal és tározókkal ellátott folyókra építik.
A vízerőművek hatékony villamosenergia-termeléséhez két fő tényező szükséges: egész évben garantált vízellátás és a folyó esetleg nagy lejtők, kanyonszerű domborzati típusok a hidraulikus beépítést részesítik előnyben.
Sajátosságok
Működés elve
A vízerőmű működési elve meglehetősen egyszerű. A hidraulikus szerkezetek lánca biztosítja a víz szükséges nyomását a hidraulikus turbina lapátjaiba, amely meghajtja az áramot termelő generátorokat.
A világ legnagyobb vízerőművei
| Név | Erő, GW |
Átlagos éves teljesítmény, milliárd kWh |
Tulajdonos | Földrajz |
|---|---|---|---|---|
| Három szurdok | 22,40 | 100,00 | R. Jangce, Sandouping, Kína | |
| Itaipu | 14,00 | 100,00 | Itaipu Binational | R. Parana, Foz do Iguacu, Brazília / Paraguay |
| Guri | 10,30 | 40,00 | R. Caroni, Venezuela | |
| Churchill vízesés | 5,43 | 35,00 | Newfoundland és Labrador Hydro | R. Churchill, Kanada |
| Tukurui | 8,30 | 21,00 | Eletrobrás | R. Tocantins, Brazília |
Oroszország vízierőművei
2009-ben Oroszországban 15 1000 MW feletti vízerőmű (üzemben, befejezés alatt vagy építés alatt), és több mint száz kisebb teljesítményű vízerőműve van.
Oroszország legnagyobb vízerőművei
| Név | Erő, GW |
Átlagos éves teljesítmény, milliárd kWh |
Tulajdonos | Földrajz |
|---|---|---|---|---|
| Sayano-Shushenskaya HPP | 2,56 (6,40) | 23,50 | JSC RusHydro | R. Jeniszej, Szajanogorszk |
| Krasznojarszk vízierőmű | 6,00 | 20,40 | JSC "Krasnoyarskaya HPP" | R. Jeniszej, Divnogorszk |
| Bratski vízerőmű | 4,52 | 22,60 | Irkutskenergo OJSC, RFBR | R. Angara, Bratsk |
| Uszt-Ilimszkaja HPP | 3,84 | 21,70 | Irkutskenergo OJSC, RFBR | R. Angara, Uszt-Ilimszk |
| Boguchanskaya HPP | 3,00 | 17,60 | JSC Boguchanskaya HPP, JSC RusHydro | R. Angara, Kodinsk |
| Volzsszkaja HPP | 2,58 | 12,30 | JSC RusHydro | R. Volga, Volzsszkij |
| Zhigulevskaya HPP | 2,32 | 10,50 | JSC RusHydro | R. Volga, Zsigulevszk |
| Bureyskaya HPP | 2,01 | 7,10 | JSC RusHydro | R. Bureya, poz. Talakan |
| Cseboksary HPP | 1,40 (0,8) | 3,31 (2,2) | JSC RusHydro | R. Volga, Novocseboksarszk |
| Szaratov vízerőmű | 1,36 | 5,7 | JSC RusHydro | R. Volga, Balakovo |
| Zeya vízierőmű | 1,33 | 4,91 | JSC RusHydro | R. Zeya, Zeya |
| Nyizsnekamszki vízerőmű | 1,25 (0,45) | 2,67 (1,8) | JSC "Generating Company", JSC "Tatenergo" | R. Kama, Naberezhnye Chelny |
| Zagorskaya PSP | 1,20 | 1,95 | JSC RusHydro | R. Kunya, poz. Bogorodskoe |
| Votkinszki vízerőmű | 1,02 | 2,60 | JSC RusHydro | R. Káma, Csajkovszkij |
| Chirkeyskaya HPP | 1,00 | 2,47 | JSC RusHydro | R. Sulak, o. Dubki |
Megjegyzések:
Egyéb vízierőművek Oroszországban
Az oroszországi vízépítés fejlődésének előtörténete
A szovjet időszakban az energiaipar fejlesztése az ország villamosítását célzó egyetlen nemzetgazdasági terv – a GOELRO – különleges szerepére összpontosult, amelyet 1920. december 22-én hagytak jóvá. Ezt a napot a Szovjetunióban szakmai ünnepnek nyilvánították - az Energiamérnökök Napjának. A terv vízenergiával foglalkozó fejezete a „Villamosítás és vízenergia” nevet kapta. Kiemelte, hogy a vízerőművek elsősorban integrált felhasználás esetén lehetnek gazdaságilag megtérülőek: áramtermelésre, hajózási feltételek javítására vagy meliorációra. Feltételezték, hogy az országban 10-15 éven belül 21 254 ezer lóerő (mintegy 15 millió kW) összteljesítményű vízerőműveket lehet építeni, beleértve Oroszország európai részét is - 7394 kapacitással. Turkesztán - 3020, Szibériában - 10 840 ezer LE A következő 10 évben egy 950 ezer kW teljesítményű vízerőmű megépítését tervezték, később azonban tíz vízerőmű építését tervezték, amelyek első ütemének összteljesítménye 535 ezer kW.
Bár ezt megelőzően, 1919-ben a Munkaügyi és Védelmi Tanács védelmi jelentőségű objektumnak ismerte el a Volhov és Svir vízierőművek építését. Ugyanebben az évben megkezdődtek a Volkhovskaya HPP építésének előkészületei, az első a GOELRO terve szerint épített vízerőművek közül.
Azonban még a Volkhovskaya HPP építésének megkezdése előtt Oroszország meglehetősen gazdag tapasztalattal rendelkezett az ipari vízépítés terén, főleg magáncégek és koncessziók révén. Az Oroszországban a 19. század utolsó évtizedében és a 20. század első 20 évében épített vízierőművekről szóló információk meglehetősen szórtak, ellentmondásosak és speciális történeti kutatást igényelnek.
Úgy tartják, hogy Oroszország első vízierőműve a Berezovskaya (Zyryanovskaya) vízerőmű volt, amelyet 1892-ben építettek Rudny Altájban a Berezovka folyón (a Bukhtarma folyó mellékfolyója). Ez egy 200 kW összteljesítményű négyturbina volt, és a Zyryanovsky-bányából származó bányavízelvezetést szolgálta volna.
A Nygrinskaya HPP, amely 1896-ban jelent meg Irkutszk tartományban a Nygri folyón (a Vacsi folyó mellékfolyója), szintén az első szerepét követeli. Az erőmű berendezése két közös vízszintes tengelyű turbinából állt, amelyek három, egyenként 100 kW teljesítményű dinamót forgattak. A primer feszültséget négy háromfázisú áramváltó alakította át 10 kV-ig, és két nagyfeszültségű vezetéken továbbította a szomszédos bányákba. Ezek voltak az első nagyfeszültségű távvezetékek Oroszországban. Az egyik vezetéket (9 km hosszú) a csíkokon keresztül a Negadanny-bányáig, a másikat (14 km) a Nygri-völgyön keresztül a Szuhoj Log-forrás torkolatáig vezették, ahol azokban az években az Ivanovszkij-bánya működött. A bányákban a feszültséget 220 V-ra alakították át. A Nygrinskaya HPP áramának köszönhetően a bányákban elektromos felvonókat szereltek fel. Ezenkívül villamosították a bányavasutat, amely a hulladékkő exportját szolgálta, és ez lett az első villamosított vasút Oroszországban.
Előnyök
- megújuló energia felhasználása.
- nagyon olcsó áram.
- a munkát nem kíséri káros kibocsátás a légkörbe.
- gyors (a CHP / TPP-hez viszonyítva) hozzáférés az üzemi teljesítmény kimeneti módhoz az állomás bekapcsolása után.
hátrányai
- termőföld elöntése
- építkezés csak ott történik, ahol nagy vízenergia-tartalékok állnak rendelkezésre
- a hegyvidéki folyókon veszélyesek a területek magas szeizmicitása miatt
- a tározókból 10-15 napig tartó csökkent és szabályozatlan vízkibocsátás (hiányukig), egyedi ártéri ökoszisztémák átstrukturálódásához vezet a teljes meder mentén, ennek következtében a folyók szennyeződése, a táplálékláncok csökkenése, számuk csökkenése halállomány, gerinctelen víziállatok felszámolása, a szúnyok (sübök) összetevőinek agresszivitásának növekedése a lárvaállapotok alultápláltsága miatt, számos költöző madárfaj fészkelőhelyének eltűnése, az ártéri talaj elégtelen nedvessége, negatív növényi szukcesszió (fitomassza kimerülése), valamint a tápanyagok óceánokba való beáramlásának csökkenése.
Súlyos balesetek és incidensek
Jegyzetek (szerkesztés)
Lásd még
| Vízerőmű a Wikiszótárban | |
| Vízerőmű a Wikimedia Commonsnál |
Linkek
- Oroszország legnagyobb vízierőműveinek térképe (GIF, 2003-as adatok)
| Iparágak | |
|---|---|
| Energetika | Atomerőmű (Atomerőmű) | szél (WPP) | Vízenergia (HP) | Termikus (TPP) | Geotermikus | Hidrogén | Napenergia | Hullám | Árapály (TES) |
| Üzemanyag | Gáz | Olaj | Tőzeg | Szén | Finomító | Gázfeldolgozás |
| Vaskohászat | Érc nyersanyagok kitermelése | Nemfémes nyersanyagok kitermelése | Vasfém gyártás | Csőgyártás | Elektromos vasötvözetek gyártása | Melléktermék koksz | Vasfémek másodlagos feldolgozása | Hardvergyártás |
| Színesfémkohászat | Gyártás: alumínium | timföld | fluorid sók | nikkel | réz | ólom | cink | ón | kobalt | surma | volfrám | molibdén | higany | titán | magnézium | másodlagos színesfémek | ritka fémek | Tűzálló és hőálló fémek keményötvözeteinek ipara | Ritka fémércek bányászata és dúsítása |
| Gépészet és fémmegmunkálás |
Nehéz | Vasút | Hajóépítés | Hajójavítás | Repülés | Repülőgép javítás | Rakéta | Traktor | Autóipar | Szerszámgépgyártás | Vegyi | Mezőgazdasági | Elektrotechnikai | Műszerek | Pontos | Fémmegmunkálás |
| Kémiai | Bányász vegyszer | Alapvető kémia | Fényezés | Háztartási vegyipar | Szódagyártás | Műtrágyagyártás | Vegyi szálak és cérnák gyártása | Műgyanta gyártás |
| Kémiai-gyógyszerészeti | |
| Petrolkémiai | Gumiabroncs | Gumi-azbeszt |
| Olajfinomítás | |
| Erdő (komplexumok) |
Erdő | Famegmunkálás (Fűrésztelep, Falemez, Bútor) | Cellulóz és papír | Fa vegyszer |
| Építőanyagok | Cement | Vasbeton és betonszerkezetek | Fali anyagok | Nem fém építőanyagok |
| Üveg | |
| Porcelán-Fajansz | |
| Könnyen | Textil | Varrás | Bőrgyár | Szőrme | Cipő |
| Textil | Pamut | Gyapjú | Ágynemű | Selyem | Szintetikus és mesterséges szövetek | Kender juta |
| Étel | Cukor | Pékség | Olaj és zsír | Vaj és sajt | Hal | Tejipari | Hús | Cukrászda | Alkohol | Makaróni | Sörfőzés és üdítőitalok | Borkészítés | Lisztmalom | Konzervgyár | Dohány | Só | Gyümölcs és zöldség |
| Energia termék és iparág szerinti szerkezet |
|||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektromosság: elektromosság |
| ||||||||||||||||||||||||||
