Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям! Как работает гэс

Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям!

ДЛЯ ГЭС НУЖЕН НАПОР

«Люди давно научились использовать энергию движущейся воды. Если до половины погрузить в реку колесо с лопастями на ободе, то оно начнет вращаться, потому что вода будет увлекать за собой нижние лопасти колеса. Примерно так работали (и кое-где работают до сих пор) водяные мельницы. Водяное колесо в них насажено на вал жернова. Вращает вода колесо — вращается и жернов, мелет зерно.

Но вот сто с лишним лет назад появился более совершенный водяной двигатель — гидравлическая турбина (сокращенно — гидротурбина). Появились генераторы, превращающие механическую работу в электрическую энергию. И к концу XIX в. началось сооружение гидроэлектрических станций — ГЭС.

Прямо в русле реки, даже с быстрым течением, ставить большие турбины нельзя: у реки не хватает силы проворачивать тяжелую турбину. Другое дело на водопадах: там вода стремительно летит вниз, у нее большой напор.

Но водопадов не так много, да и не очень удобно ставить возле них турбины. Поэтому придуманы искусственные водяные «ступеньки» — плотины.

Напор создается разностью уровней воды. Поэтому говорят, что водяное колесо вращается под напором в столько-то метров.

Если перегородить реку прочной плотиной, а в теле плотины оставить только небольшое отверстие, то вся вода, что есть в реке, должна будет протекать через это отверстие. Значит, перед плотиной река поднимется и разольется, а за плотиной останется на прежнем уровне. Появится разница уровней, возникнет напор воды.

Поставим у отверстия плотины гидротурбину — и она начнет вращаться, используя напор воды. Соединим турбину с генератором— его ротор тоже придет в движение, в обмотке статора появится ток.

Заметьте: напор перед плотиной сохраняется круглый год, потому что вода запасается в водохранилище, искусственном море, и стекает равномерно, хотя зимой и летом река несет меньше воды, а осенью и весной — больше.

Впрочем, есть и гидроэлектростанции без плотин. Например, на горных реках плотины получаются очень высокими и дорогими. В этих случаях воду из реки подводят к электростанциям каналом или тоннелем, называемыми деривационными. В конце деривационного отвода строят здание ГЭС и соединяют трубами канал и гидроэлектростанцию. Теперь часть воды идет по своему руслу, а часть совершает такой маршрут: канал — трубы — турбины ГЭС — русло. Конечно, все это самотеком, потому что канал начинается гораздо выше ГЭС, а впадает обратно в реку ниже».

ЛЮБОЙ ГИДРОУЗЕЛ - СЛОЖНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

«Принцип работы любой ГЭС прост. Но устройство ее, конечно, не простое. Современная ГЭС — сложное предприятие, насыщенное разнообразными автоматами. Недаром здание машинного зала, плотину, шлюзы, трансформаторные станции, рыбоподъемники называют общим словом гидроузел.

Плотину строят из грунта или бетона. Очень часто грунт и бетон работают рука об руку: там, где надо просто удержать воду, можно применить землю, а для водосливов, турбинных камер и вообще «активных» участков плотины нужен железобетон. В теле плотины на заранее рассчитанной высоте делают окна для пропуска воды во время паводка, иначе вода прорвала бы плотину. В остальное время окна закрыты стальными щитами.

Иногда, если нет надобности строить плотину очень высокой, ее делают ниже уровня максимального подъема воды во время паводка. И тогда каждую весну излишняя вода просто-напросто переливается через водосливный участок гребня плотины.

В подводной части плотины проложены трубы для подвода воды к турбинам. Они прикрыты решетками, улавливающими камни, поленья, ветки. В трубах устроены затворы.

Нажим кнопки — и путь воде закрыт. Это нужно при остановках турбины.

Поток воды под напором входит в трубу и отсюда в спиральную камеру, напоминающую улитку. Двигаясь внутри камеры все ближе и ближе к центру, водяная масса закручивается. А в центре камеры — колесо турбины. Но вода не сразу попадает на колесо, потому что оно обнесено «забором» — крепкими стальными лопатками, направляющими воду (направляющим аппаратом). Каждая лопатка может поворачиваться на своей оси. Повернутся лопатки так, что плотно сомкнутся одна с другой,— и вода в турбину не пройдет. Приоткроются чуть-чуть — воды пойдет немного. А станут по движению воды — она почти беспрепятственно будет проникать в турбину. Это, как говорят энергетики, режим полной нагрузки».

ВОДА ВРАЩАЕТ ТУРБИНУ

«Но вот вода прошла сквозь направляющий аппарат. На ее пути — лопасти рабочего колеса турбины. Понятно, что вода заставит лопасти двигаться, отдаст им свою энергию. А этого нам только и надо. Вода вращает турбину!

Теперь воде нужно уйти. Куда? Опять в трубу, но только в другую — отсасывающую. Очень важно, чтобы вода шла по этой трубе спокойно, без вихрей и препятствий, тогда турбина будет хорошо использовать напор. Поэтому отсасывающие трубы делают гладкими и немного расширяющимися к нижнему концу. Из этого открытого конца вода вытекает в русло реки и уходит по течению.

Не всегда турбины находятся в теле плотины или поблизости от нее. Иногда воду под напором подают из водохранилища к турбинам по длинным трубам или тоннелям. Так, например, сделано на ГЭС при высотной Асуанской плотине на р. Ниле».

С ГЕНЕРАТОРА НА ТРАНСФОРМАТОР И ДАЛЬШЕ ПО ПРОВОДАМ

«Итак, рабочее колесо турбины вращается. С ним вращается и вал, связывающий рабочее колесо с ротором электрической машины — генератора переменного тока.

Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. вольт.

Но, оказывается, электроэнергию в таком виде невыгодно передавать на большие расстояния. Вот если повысить напряжение в 10 — 15 раз, тогда другое дело: сила тока упадет, и он, проходя по проводам, будет меньше нагревать их. Станет меньше потерь, не понадобятся толстые и тяжелые провода.

Напряжение повышают на электростанции простые приборы — трансформаторы. Это стержни-сердечники, собранные из тонких листов мягкой стали. На каждом — две обмотки: одна с небольшим числом витков толстой медной проволоки, вторая с немногочисленными витками более тонкого провода. Мы подаем напряжение, скажем, в 10 тыс. вольт на первичную обмотку, а со вторичной получаем сразу 100 или 200 тыс. вольт — во столько раз больше, во сколько больше витков на вторичной обмотке. Чтобы трансформаторы не сильно нагревались при работе, их погружают в баки с жидким маслом, хорошо отводящим тепло. Итак, чем выше напряжение (и, значит, меньше сила тока), тем выгоднее передавать энергию».

Источник: «Техника и производство». Том 5 (Детская энциклопедия 1965 г.в.) - Афанасенко Е.И., и др.

www.dv.kp.ru

Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям!

ДЛЯ ГЭС НУЖЕН НАПОР

ЛЮБОЙ ГИДРОУЗЕЛ - СЛОЖНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Нажим кнопки — и путь воде закрыт. Это нужно при остановках турбины.

ВОДА ВРАЩАЕТ ТУРБИНУ

С ГЕНЕРАТОРА НА ТРАНСФОРМАТОР И ДАЛЬШЕ ПО ПРОВОДАМ

Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. вольт.

Источник: «Техника и производство». Том 5 (Детская энциклопедия 1965 г.в.) - Афанасенко Е.И., и др.

www.tumen.kp.ru

Как работает гидроэлектростанция? Просто как дважды два

При этом этот ресурс возобновляемый. Развитием гидроэнергетики в стране в основном занимается компания «РусГидро» — ей принадлежат более 90 объектов возобновляемой энергетики. РусГидро управляет самой мощной в России Саяно-Шушенской ГЭС, девятью станциями Волжско-Камского каскада. Кроме того, у РусГидро несколько мощных ГЭС на Дальнем Востоке (Бурейская, Зейская, Колымская), а также несколько десятков гидростанций на Северном Кавказе и др.

Шаг 1. Создать напор.

Гидроэлектростанции (ГЭС) обычно строят там, где много воды и есть перепад высот. Мог бы подойти водопад, где вода стремительно летит вниз и создает большой напор. Но не везде, где нужны гидростанции, есть водопады. Поэтому люди придумали, как использовать более спокойную воду для выработки энергии. Они сами создают перепады уровней воды с помощью плотин.

Для этого реку перегораживают, то есть поперек реки возводят высокую стенку – плотину, которая подпирает воду. За счет нее вода с одной стороны (энергетики называют ее верхним бьефом) копится и поднимается, с другой (в нижнем бьефе) – сохраняется на низком уровне. Разницу между уровнями называют напором.

Уровень верхнего бьефа для каждой плотины разный и колеблется в течение года. К началу половодья гидроэнергетики опустошают водохранилища своих ГЭС, чтобы встретить «большую воду». В период половодья и паводков уровень воды повышается, чтобы к осени достигнуть максимально возможных значений. А зимой, когда естественный приток реки снижается, вода, накопленная в водохранилище, используется для различных нужд, в том числе и выработки электроэнергии. Иногда к ГЭС притекает слишком много воды, излишки которой надо сливать. Для этого на каждом гидроузле есть специальное сооружение, называемое водосбросом. Когда он открыт еще говорят, что на ГЭС холостые сбросы.

Шаг 2. Найти энергию.

Вода, находящаяся в верхнем бьефе, обладает потенциальной энергией, которую человечество научилось превращать в электрическую. Для этого нужно воду из верхнего бьефа по специальным водоводам подать к гидроагрегатам, которые, пропустив через себя воду, сделают всю работу за вас.

Гидроагрегат – это такое устройство, состоящее из турбины, генератора и вала их соединяющего. Чем больше напор, тем больше гидроагрегат может выработать энергии.

Шаг 3. Превратить потенциальную энергию в электрическую.

Гидротурбины располагаются в здании ГЭС. Они бывают разные по конструкции, но принцип действия у них похож. Вода, под напором, созданным плотиной давит на лопасти и раскручивает турбину. Вращение с помощью вала передается на гидрогенератор – устройство, которое вырабатывает электроэнергию.

А как же вода? А с ней ничего не случается! Раскрутив турбину, она целая и невредимая поступает в нижний бьеф.

Шаг 4. Преобразовать энергию.

С генератора по специальным токопроводам энергия поступает на трансформаторы для повышения напряжения и уменьшения силы тока. Это необходимо для уменьшения потерь при передаче электроэнергии. Оттуда энергия поступает на распределительное устройство, после чего передается по проводам в энергосистему . Все вместе это называется схемой выдачи мощности.

Шаг 5. Передать энергию.

В нашей стране существуют разные энергосистемы. Есть Единая энергосистема России (ЕЭС), которая объединяет 79 регионов. И энергия большинства ГЭС и других электростанций этих регионов поступает именно в ЕЭС. Но на Дальнем Востоке и Севере есть изолированные энергосистемы, где электростанция питает энрегосистему региона, не связанную с ЕЭС. Например, Колымская и Усть-Среднеканская ГЭС в Магаданской области обеспечивают до 95% потребностей региона в электроэнергии.

Внутри энергосистем энергия передается по линиям электропередач (ЛЭП), еще их называют высоковольтными линиями (ВЛ). Они позволяют передать электроэнергию на большие нрасстояния. Чем больше напряжение - тем дальше расстояние на которое может быть передана электроэнергия

Шаг 6. Подготовить энергию для конкретного потребителя.

По высоковольтным линиям течет ток очень высокого напряжения (до 500 киловольт), которое подходит не всем. Поэтому, прежде чем попасть в каждую квартиру, энергия вновь проходит преобразование на специальных подстанциях и трансформаторных пунктах, где напряжение преобразуется в относительно безопасные 380В и затем раздается по квартирам в виде однофазного напряжения 220 В.

www.nnov.kp.ru

Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям!

ДЛЯ ГЭС НУЖЕН НАПОР

ЛЮБОЙ ГИДРОУЗЕЛ - СЛОЖНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

Нажим кнопки — и путь воде закрыт. Это нужно при остановках турбины.

ВОДА ВРАЩАЕТ ТУРБИНУ

С ГЕНЕРАТОРА НА ТРАНСФОРМАТОР И ДАЛЬШЕ ПО ПРОВОДАМ

Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. вольт.

Источник: «Техника и производство». Том 5 (Детская энциклопедия 1965 г.в.) - Афанасенко Е.И., и др.