Принцип действия ГЭС. Основные сооружения и оборудование гидроэлектростанций. Устройство гэсУстройство и принцип работы гидроэлектростанции — КиберПедияДать краткое описание общего устройства и принципа работы русловой ГЭС плотинного или приплотинного типа. Объяснить роль отдельных элементов ГЭС (турбины, спиральной камеры, отсасывающей трубы, направляющего аппарата и генератора) при преобразовании механической энергии воды в электрическую. Привести зависимости для определения энергетических показателей ГЭС и объяснить назначение в них расчетных параметров (напора, расхода воды и установленной мощности).
Практическая работа № 2 Установление типа и основных параметров турбины По заданной мощности всей ГЭС (N,тыс. КВт ) и числу турбин (m) определить мощность на валу одной турбины (NТ, тыс. КВт). В зависимости от установленной мощности и заданной величины расчетного напора (Н, м) по сводному графику областей применения поворотно-лопастных и радиально-осевых турбин установить тип турбины. Определить приближенные значения диаметра рабочего колеса (Д1, м) частоты вращения (n, об/мин.) и высоты отсасывания (Нs, м). Окончательные значения диаметра рабочего колеса выбирают из ряда унифицированных значений согласно номенклатуре. Если заданным значениям мощности и расчетного напора на сводном графике соответствуют два типа турбин, то в этом случае необходимо выполнить технико-экономическое сравнение. Объяснить физический смысл отдельных параметров и их влияние на энергетические показатели турбины.
СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА И ПОРЯДОК ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ 1. По типу турбины выбрать тип турбинной камеры и установить предварительные размеры ее входного сечения. 2. Произвести гидромеханический расчет турбинной камеры и вычертить в установленном масштабе продольный разрез входного сечения камеры и очертание в плане спирального канала. 3. Выбрать тип отсасывающей трубы, ее колена и определить их основные размеры. Продольный разрез и план отсасывающей трубы вычерчивается в таком же масштабе, как и турбинная камера. 4. Выбрать конструкцию и установить основные размеры здания ГЭС, предусмотрев, если это целесообразно, водосбросные отверстия в здании станции. Вычертить схему ГЭС и разрез по оси агрегата. 5. Выбрать тип и определить основные размеры затвора отсасывающей трубы. Составить схему конструкции затвора и выполнить расчет его основных элементов. Определить тяговое усилие для подъема затвора. 6. Распределить максимальный расчетный расход воды в реке по водопропускным сооружениям (ГЭС, плотина и судоходный шлюз). Расположить сооружения на плане реки. Построить разрезы по напорной линии и по оси судоходной трассы. Дать обоснование предлагаемой компоновки с указанием последовательности производства работ, при которой обеспечивается пропуск строительных расходов и непрерывность судоходства при сооружении гидроузла.
Оформление практических работ и курсового проекта В состав практических работ входит пояснительная записка, которая должна содержать основные сведения по изучаемым вопросам, необходимые расчеты, схемы и эскизы. Курсовой проект представляется в виде пояснительной записки и одного листа чертежей. Материал записки должен соответствовать содержанию проекта и последовательности выполнения задания. Лист чертежей должен содержать схемы устройства здания ГЭС и ее основных элементов (разрезы и планы здания, турбинной камеры, отсасывающей трубы) в масштабе 1:200 – 1:500, а также чертежи затвора отсасывающей трубы. Пояснительная записка и чертежи выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД. ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Гидроэлектрическая станция (ГЭС) – гидротехническое сооружение, предназначенное для преобразования механической энергии потока воды в электрическую. ГЭС представляют собой комплекс сооружений, создающих подпор, подводящих к турбинам и отводящих от них воду, и здания, необходимого для размещения гидроагрегатов, механического и электрического оборудования. Гидроэлектростанции используют механическую энергию водотоков и являются высокоэффективными источниками электроэнергии. В конструктивном отношении они имеют самое разнообразное устройство, определяемое величиной используемого напора, типом турбины, топографическими, гидрологическими, экологическими и другими условиями. Наиболее широкое применение получили русловые ГЭС (плотинные и приплотинные) и станции деривационного типа (напорные и безнапорные). Основным элементом ГЭС является турбина, позволяющая преобразовать энергию водного потока в механическую энергию вращения рабочего колеса, которое приводит во вращение ротор генератора электрического тока. Подача воды к турбине плотинной ГЭС (рис. 1) осуществляется по водоводу 2, называемому спиральной камерой, охватывающему по окружности рабочее колесо турбины 1, а отвод воды в нижний бьеф – по изогнутому водоводу – отсасывающей трубе 11. Спиральная камера со стороны верхнего бьефа закрывается быстропадающими затворами 6, перед которыми располагаются сороудерживающие решетки с механизмами их очистки. Для ремонта и осмотра турбины спиральная камера со стороны верхнего бьефа и отсасывающая труба со стороны нижнего бьефа закрывается ремонтными затворами 7. Маневрирование затворами осуществляется при помощи специальных механизмов. В машинном зале 9 для перемещения турбины и частей генераторов предусмотрены мостовые краны, передвигающиеся по путям на колоннах. Оборудование ГЭС и мастерские располагаются в соответствующих помещениях здания. Трансформаторные подстанции, передающие электрический ток в линию высокого напряжения, обычно размещают со стороны нижнего бьефа. Со стороны верхнего бьефа устроен мост 8 для проезда автомобильного и железнодорожного транспорта Здание гидроэлектростанции проверяется на прочность и устойчивость, а подземный контур на фильтрационное воздействие грунтовых вод. Для увеличения пути фильтрационного потока со стороны верхнего бьефа устраивают железобетонный анкерный понур или предусматривают забивку шпунта 12. Для предотвращения размыва дна реки перед зданием ГЭС и в нижнем бьефе предусматривается крепление бетонными плитами.
Рис. 1. Общее устройство гидроэлектростанции: 1 – турбина; 2 – спиральная камера; 3 – генератор; 4 – вал турбины; 5 – возбудитель; 6 – паз рабочего затвора ГЭС; 7 – паз ремонтного затвора; 8 – мост; 9 – машинный зал; 10 – паз ремонтного затвора отсасывающей трубы; 11 – отсасывающая труба; 12 – шпунт
По длине здание ГЭС разделяется на отдельные блоки, в которых устроено определенное число агрегатов. При разбивке на блоки по соображениям простоты схемы электрических соединений чаще всего принимают четное число агрегатов. Наименьшее число агрегатов по условию обеспечения непрерывности работы ГЭС обычно принимается равным двум: предусматривается возможность ремонта одного из агрегатов. Подвод воды к приплотинным и деривационным ГЭС осуществляется по напорным водоводам, устроенным в теле плотины или непосредственно на местности к каждому агрегату. Станции этих типов работают преимущественно при больших напорах, они используют значительную часть потенциальной энергии потока и отличаются от плотинных станций более высокими энергетическими показателями.
cyberpedia.su Принцип работы гидроэлектростанций (ГЭС)Гидроэлектрические станции для выработки электрической энергии используют энергию падающей воды. Речная вода из-за разности уровней непрерывным потоком перемещается от истока к устью. Если построить такое сооружение как плотина, которая перекроет движение воды реки, то уровень воды перед плотиной будет намного больше чем после нее.
Разность между верхним и нижним уровнем (бьефом) называют напором, или еще могут называть высотой падения. Принцип работы гидроэлектростанции довольно прост – на уровне нижнего бьефа устанавливают турбину и направляют на ее лопатки поток воды с верхнего бьефа. Под действием силы падающего водяного потока турбина начнет вращаться, приводя в движение ротор электрического генератора, с которым связана механически. Мощность гидроэлектростанций напрямую зависит от величины напора, а также от количества воды, которая пройдет через все турбины гидроэлектрической станции. Коэффициент полезного действия (КПД) гидроэлектрических станций значительно выше тепловых и составляет порядка 85%. По характеру воздвигнутых сооружений гидроэлектростанции разделяют на:
Крупные гидроэлектростанции не работают изолировано от других электрических станций. Наиболее часто применяют работу гидроэлектростанций параллельно с тепловыми, тем самым создавая оптимальный режим потребления топлива ТЭС и гидроэнергии ГЭС. Это процесс заключатся в следующем – зимой, когда уровень воды в реках идет на спад и, соответственно, ГЭС не могут работать на полную мощность, тогда часть нагрузки ГЭС берет на себя ТЭС, а летом, когда уровень воды в реках увеличивается, ГЭС начинают работать на полную мощность, а ТЭС снижает выработок электрической энергии, снижая тем самым потребления органического топлива. Таким образом происходит экономия средств на твердом топливе, что снижает стоимость электрической энергии. Гидроэлектростанции имеют ряд преимуществ над тепловыми электростанциями, а именно:
Главным недостатком ГЭС является их длительное сооружения и очень высокая стоимость.
elenergi.ru Устройство и принцип работы гидроэлектростанцииПоиск ЛекцийФедеральное государственное бюджетное образовательное Учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота Имени адмирала С.О. МАКАРОВА»
Кафедра Гидротехнических сооружений, конструкций и гидравлики
Дисциплина "ГТС общего назначения"
Практическая работа № 1
Устройство и принцип работы гидроэлектростанции Выполнил: ст. гр. В-5-4 Бобров Д.В,
Проверил: Гапеев А.М.
Санкт-Петербург 2017 г. Гидроэлектрическая станция (ГЭС) – гидротехническое сооружение, предназначенное для преобразования механической энергии потока воды в электрическую. ГЭС представляют собой комплекс сооружений, создающих подпор, подводящих к турбинам и отводящих от них воду, и здания, необходимого для размещения гидроагрегатов, механического и электрического оборудования. Гидроэлектростанции используют механическую энергию водотоков и являются высокоэффективными источниками электроэнергии. В конструктивном отношении они имеют самое разнообразное устройство, определяемое величиной используемого напора, типом турбины, топографическими, гидрологическими, экологическими и другими условиями. Наиболее широкое применение получили русловые ГЭС (плотинные и приплотинные) и станции деривационного типа (напорные и безнапорные). Основным элементом ГЭС является турбина, позволяющая преобразовать энергию водного потока в механическую энергию вращения рабочего колеса, которое приводит во вращение ротор генератора электрического тока. Подача воды к турбине плотинной ГЭС (рис. 1) осуществляется по водоводу 2, называемому спиральной камерой, охватывающему по окружности рабочее колесо турбины 1, а отвод воды в нижний бьеф – по изогнутому водоводу – отсасывающей трубе 11. Спиральная камера со стороны верхнего бьефа закрывается быстропадающими затворами 6, перед которыми располагаются сороудерживающие решетки с механизмами их очистки. Для ремонта и осмотра турбины спиральная камера со стороны верхнего бьефа и отсасывающая труба со стороны нижнего бьефа закрывается ремонтными затворами 7. Маневрирование затворами осуществляется при помощи специальных механизмов. В машинном зале 9 для перемещения турбины и частей генераторов предусмотрены мостовые краны, передвигающиеся по путям на колоннах. Оборудование ГЭС и мастерские располагаются в соответствующих помещениях здания. Трансформаторные подстанции, передающие электрический ток в линию высокого напряжения, обычно размещают со стороны нижнего бьефа. Со стороны верхнего бьефа устроен мост 8 для проезда автомобильного и железнодорожного транспорта Здание гидроэлектростанции проверяется на прочность и устойчивость, а подземный контур на фильтрационное воздействие грунтовых вод. Для увеличения пути фильтрационного потока со стороны верхнего бьефа устраивают железобетонный анкерный понур или предусматривают забивку шпунта 12. Для предотвращения размыва дна реки перед зданием ГЭС и в нижнем бьефе предусматривается крепление бетонными плитами. Рис. 1. Общее устройство гидроэлектростанции: 1 – турбина; 2 – спиральная камера; 3 – генератор; 4 – вал турбины; 5 – возбудитель; 6 – паз рабочего затвора ГЭС; 7 – паз ремонтного затвора; 8 – мост; 9 – машинный зал; 10 – паз ремонтного затвора отсасывающей трубы; 11 – отсасывающая труба; 12 – шпунт В ГЭС приплотинного типа здание располагается в нижнем бьефе за плотиной и не воспринимает давление воды. На крупных гидроэлектростанциях такого типа напор может достигать 500 м и более. В них чаще всего устанавливаются радиально-осевые турбины (рис. 2). При напорах от 45 до 75 м возможна также установка высоконапорных поворотно-лопастных турбин. В этом случае могут быть использованы бетонные турбинные камеры с металлической облицовкой. В зданиях ГЭС приплотинного типа подвод воды к турбине осуществляется по напорному водоводу, как правило, круглого сечения. Давление верхнего бьефа на здание в этом случае сравнительно невелико и оно учитывается только в расчетах отдельных конструкций здания. Для обеспечения равномерного подвода воды к турбине водовод перед турбинной камерой имеет горизонтальный участок длиной (4 ÷ 6)Д1. Гидроэлектростанции приплотинного типа, как уже отмечалось, возводятся при больших напорах и поэтому имеют высокие энергетические показатели. На рис. 2 приведен вариант проекта здания Саяно-Шушенской ГЭС с агрегатами мощностью по 640 МВт (напор в среднем 200 м). Рис. 2. Здание ГЭС приплотинного типа (Вариант конструкции здания Саяно-Шушенской ГЭС): 1 – рабочий затвор; 2 – паз ремонтного затвора; 3 – сороудерживающая решетка; 4 – турбинный водовод; 5 – трансформаторная подстанция; 6 – здание ГЭС; 7 – бетонная плотина; 8 – скважины цементации; 9 – скважины вертикального дренажа
Подвод воды к приплотинным и деривационным ГЭС осуществляется по напорным водоводам, устроенным в теле плотины или непосредственно на местности к каждому агрегату. Станции этих типов работают преимущественно при больших напорах, они используют значительную часть потенциальной энергии потока и отличаются от плотинных станций более высокими энергетическими показателями. Турбина Турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. В зависимости от вида гидравлической энергии, преобразуемой рабочим колесом турбины, они разделяются на два класса: реактивного и активного действия. Турбины, преобразующие гидравлическую энергию в механическую в основном за счет потенциальной энергии потока воды, относятся к классу реактивных турбин, а турбины, преобразующие гидравлическую энергию в механическую за счет кинетической энергии потока воды, относятся к классу активных турбин. Реактивные турбины нашли самое широкое распространение при наиболее часто встречающихся напорах на ГЭС от 3 до 700 м. По принципу протекания воды по рабочему колесу их разделяют на осевые, диагональные и радиально-осевые. Если поток поступает на лопасти рабочего колеса и протекает в направлении, параллельном оси вращения турбины (рис. 2, а, г), то такие турбины называют осевыми. Турбины, у которых меридианные составляющие скорости наклонены относительно оси турбины, являются диагональными (рис. 2, в), а турбины, лопасти рабочего колеса которых расположены в зоне поворота меридианных скоростей из радиального направления в осевое – радиально-осевыми (рис. 2, б). Рис. 2. Схемы гидротурбин: а – осевая вертикальная; б – радиально-осевая вертикальная; в – диагональная вертикальная; г –капсульно-горизонтальная; д – ковшовая горизонтальная
Спиральная камера Спиральная камера обеспечивает равномерное поступление воды по всему периметру направляющего аппарата, т. е. осесимметричный режим работы всех направляющих лопаток; сечение спиральной камеры равномерно сужается по ходу потока. На ГЭС с напором, превышающим 50—60м, применяются стальные. Спиральная камера круглого сечения, охватывающие статор почти полностью. На ГЭС с меньшим напором спиральная камера изготовляются из железобетона, уголохвата составляет около 225 , сечение имеет вид тавра. Спиральная камера в отличие от других турбинных камер(например, открытых) позволяют вынести значительную часть механизмов гидротурбины в сухое помещение, что улучшает условия эксплуатации турбины. Отсасывающие трубы Отсасывающие трубы определяют габариты подводной части здания ГЭС и оказывают существенное влияние на энергетические показатели и условия надежной работы гидроагрегата. Они обеспечивают: · преобразование значительной части кинетической энергии потока в энергию давления, особенно в турбинах повышенной быстроходности; · полное использование перепадов уровней между верхним и нижним бьефами ГЭС; · благоприятные условия отвода воды от гидромашины в нижний бьеф. В настоящее время используются два основных типа отсасывающих труб: прямоосные конические и изогнутые.
Направляющий аппарат Направляющий аппарат является одним из главных узлов, определяющих компоновку всей турбины. Подает воду на лопасти рабочего колеса(РК) под некоторым углом. Окружная скорость на лопасти всегда поддерживается неизменной, так как неизменной должна оставаться частота вращения ротора генератора. Это необходимо для поддержания постоянной частоты переменного электрического тока в сети.
Генератор Гидрогенератор - электрическая машина, предназначенная для выработки электроэнергии на гидроэлектростанции. Гидрогенераторы имеют сравнительно малую частоту вращения (до 500 об/мин) и достаточно большой диаметр (до 20 м). Гидрогенераторы состоят из следующих основных частей: статор, ротор, верхняя крестовина, нижняя крестовина, подпятник (упорный подшипник, который воспринимает вертикальную нагрузку от вращающихся частей гидрогенератора и гидротурбины), направляющие подшипники. Гидрогенераторы для ГЭС специально проектируются соответственно частоте вращения и мощностью гидротурбин, для которых они предназначаются. Гидрогенераторы на большую единичную мощность обычно устанавливают вертикально на подпятниках с соответствующими направляющими подшипниками. Они, как правило, трехфазные и рассчитаны на стандартную частоту. Система воздушного охлаждения - замкнутая, с теплообменниками воздух - вода.
poisk-ru.ru подробности работы гидроэлектростанций с фото примерами и обьяснениями.Общий принцип работы гидроэлектростанции известен, наверное, всем. Вода, переходя из верхнего бьефа в нижний, вращает колесо турбины. От турбины приводится в движение генератор, который собственно и производит электричество. Но все самое интересное – в подробностях. Кстати, для того чтобы получить 1 квт-ч электрической энергии, требуется спуск 14 тонн воды с высоты 27 м. В отличие, например, от тепловых станций, устроенных совершенно однотипно, каждая гидроэлектростанция устроена со своими особенностями. То есть, не существует некоей однотипной ГЭС. Они отличаются по расходу и напору воды, обьему водохранилища, по географическим критериям местности: климат, грунт, рельеф, близость моря. Вот машинный за, вполне обычный, разве что окна искусственные (с подсветкой): зал находится на глубине 76 м внутри скалы. Это машинный зал первой в СССР подземной гидроэлектростанции, к ней с поверхности земли подведены четыре водовода, имеющие диаметр 6 м. Для извлечения из зала оборудования при необходимости его замены или ремонта в скале вырублена шахта: Сбросные сооружения и затворы Не всегда и не вся вода может использоваться для выработки энергии: часть ее сбрасывается мимо ГЭС. Это бывает необходимо при паводке весной (если отсутствует водохранилище многолетнего регулирования), при ремонте агрегатов, при необходимости холостого сброса воды для пропуска мальков рыб по течению и по другим причинам. На Беломорской ГЭС холостой водосброс – это три затвора. alternativenergy.ru Гидроэлектростанции (ГЭС). Принципиальная технологическая схема гидроэлектростанции (ГЭС)Что такое гидроэлектростанция?Гидроэлектростанции являются весьма эффективными источниками энергии. Они используют возобновимые ресурсы - механическую энергию падающей воды. Необходимый для этого подпор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала. Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС), гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и приливными электростанциями (ПЭС). Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды. Гидростроительство в условиях равнин сложнее из-за преобладания мягких оснований под плотинами и необходимости иметь крупные водохранилища для регуляции стока. Сооружение ГЭС на равнинах вызывает затопление прилегающих территорий, что приносит значительный материальный ущерб. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.  Напор ГЭС создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Основное энергетическое оборудование гидроэлектростанции размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления - пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС. По установленной мощности (в Мвт) различают ГЭС мощные (свыше 250), средние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора Нб (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды Q (м3/сек), используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата hг. По ряду причин (вследствие, например, сезонных изменений уровня воды в водоёмах, непостоянства нагрузки энергосистемы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т.п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС. По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м) гидроэлектростанции. На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации - до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных - поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые и приплотинные ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах. В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и водосбросные сооружения. Состав гидротехнических сооружений зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой — нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями закладываются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа. В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для ирригации и водоснабжения. В русловых гидроэлектростанциях иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях полезно используемая вода последовательно проходит входное сечение с мусорозадерживающими решётками, спиральную камеру, гидротурбину, отсасывающую трубу, а по специальным водоводам между соседними турбинными камерами производится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м; к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сельские (гидроэлектростанции)ГЭС небольшой мощности. На крупных равнинных реках основное русло перекрывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная плотина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волжская ГЭС им. 22-го съезда КПСС - наиболее крупная среди станций руслового типа. Самые мощные ГЭС сооружены на Волге, Каме, Ангаре, Енисее, Оби и Иртыше. Каскад гидроэлектростанций представляет собой группу ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока с целью полного последовательного использования его энергии. Установки в каскаде обычно связаны общностью режима, при котором водохранилища верхних ступеней регулирующе влияют на водохранилища нижних ступеней. На основе ГЭС восточных районов формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких производствах. В Сибири сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы. Одним из примеров этого может служить Ангаро-Енисейский каскад, в состав которого входят самые крупные гидроэлектростанции страны: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Братская (4,6 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт). Строится Богучановская ГЭС (4 млн. кВт). Общая мощность каскада в настоящее время - более 20 млн. кВт. При сооружении ГЭС обычно преследуют цель: выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства по реке и орошения земель. ГЭС обычно имеют водохранилища, позволяющие запасать воду и регулировать ее расход и, следовательно, рабочую мощность станции так, чтобы обеспечить наиболее выгодный режим для энергосистемы в целом. Процесс регулирования заключается в следующем. В период времени, когда нагрузка энергосистемы мала (или естественный приток воды в реке велик), гидроэлектростанция расходует воду в количестве, меньшем естественного притока. При этом вода накапливается в водохранилище, а рабочая мощность станции относительно мала. В другой период времени, когда нагрузка системы велика (или приток воды мал), гидроэлектростанция расходует воду в количестве, превышающем естественный приток. При этом расходуется вода, накопленная в водохранилище, а рабочая мощность станции увеличивается до максимальной. В зависимости от объема водохранилища период регулирования или время, необходимое для наполнения и срабатывания водохранилища, может составлять сутки, неделю, несколько месяцев и более. В течение этого времени гидроэлектростанция может израсходовать строго определенное количество воды, определяемое естественным притоком. При совместной работе гидроэлектростанций с тепловыми и атомными станциями нагрузку энергосистемы распределяют между ними так, чтобы при заданном расходе воды в течение рассматриваемого периода обеспечить спрос на электрическую энергию с минимальным расходом топлива (или минимальными затратами на топливо) в системе. Опыт эксплуатации энергосистем показывает, что в течение большей части года гидроэлектростанции целесообразно использовать в пиковом режиме. Это означает, что в течение суток рабочая мощность гидроэлектростанции должна изменяться в широких пределах - от минимальной в часы, когда нагрузка энергосистемы мала, до максимальной в часы наибольшей нагрузки системы. При таком использовании гидроэлектростанции нагрузка тепловых станций выравнивается и работа их становится более экономичной. В периоды паводка, когда естественный приток воды в реке велик, целесообразно использовать гидроэлектростанции круглосуточно с рабочей мощностью, близкой к максимальной, и таким образом уменьшить холостой сброс воды через плотину. Наиболее выгодный режим гидроэлектростанции зависит от множества факторов и должен быть определен соответствующим расчетом. Работа гидроэлектростанций характеризуется частыми пусками и остановами агрегатов, быстрым изменением рабочей мощности от нуля до номинальной. Гидравлические турбины по своей природе приспособлены к такому режиму. Для гидрогенераторов этот режим также приемлем, так как в отличие от паротурбинных генераторов осевая длина гидрогенератора относительно мала и температурные деформации стержней обмотки проявляются меньше. Процесс пуска гидроагрегата и набора мощности полностью автоматизирован и требует всего несколько минут. Продолжительность использования установленной мощности гидроэлектростанций, как правило, меньше, чем тепловых электростанций. Она составляет 1500-3000 ч для пиковых станций и до 5000-6000 ч для базовых. Удельная стоимость гидростанции (руб/МВт) выше удельной стоимости тепловой станции той же мощности вследствие большего объема строительных работ. Время сооружения гидроэлектростанции также больше времени сооружения тепловой станции. Однако себестоимость электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, значительно ниже себестоимости энергии тепловых станций, так как в состав эксплуатационных расходов не входит стоимость топлива. Гидростанции целесообразно строить на горных и полуторных реках. На равнинных реках их сооружение может приводить к затоплению больших площадей пойменных лугов и пахотных земель, лесов, снижению рыбных запасов и другим последствиям. www.gigavat.com Как работает гидроэлектростанция — The VillageСаяно-Шушенская гидроэлектростанция (СШГЭС) — крупнейшая в России, расположена на реке Енисей, между Красноярским краем и Хакасией. Строительство станции началось в 1963 году. Первый гидроагрегат был запущен в декабре 1978 года. Возведение ГЭС полностью завершилось лишь в 2000-м. Через девять лет на станции произошла авария: тогда вышел из строя гидроагрегат № 2, его выбросило напором воды со своего места. Машинный зал и технические помещения под ним затопило, погибли 75 человек. Как позже установила комиссия, причиной аварии стал износ шпилек крепления крышки турбины. На восстановление и комплексную модернизацию станции компания «Русгидро» потратила 41 миллиард рублей. Сейчас работы практически завершены. The Village выяснил, как работает станция. Саяно-Шушенская ГЭСКрупнейшая гидроэлектростанция в России год основания: 1963 местоположение: посёлок Черёмушки, Хакасия число сотрудников: 580 человек Sshges.rushydro.ru
Саяно-Шушенское водохранилище образовано плотиной ГЭС. Его объём составляет 31 кубический километр. Эта плотина является самой высокой в мире арочно-гравитационной плотиной, её высота 245 метров. Длина гребня составляет 1 074 метра, ширина основания — 105 метров.
Из водохранилища вода попадает в водоводы. Каждый водовод имеет диаметр 7,5 метра. В теле плотины установлено около одиннадцати тысяч различных датчиков, контролирующих состояние сооружения.
Из водоводов вода попадает на турбины. Благодаря их вращению, приходят в движение генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.
Центральный пульт управления. Мозг станции, откуда всего два человека управляют её работой.
В здании СШГЭС установлены десять гидроагрегатов, мощность каждого — 640 мегаватт. Таким образом, общая мощность станции — 6 400 мегаватт, это самая большая электростанция России. Каждый из десяти гидроагрегатов СШГЭС может пропускать по 350 кубических метров воды в секунду.
Восстановительные работы в машинном зале Саяно-Шушенской ГЭС сейчас завершаются, восстанавливается последний гидроагрегат, ведутся отделочные работы.
Здесь можно увидеть, как происходит сборка и монтаж генератора на гидроагрегате № 2. Это последний восстанавливаемый гидроагрегат СШГЭС. Ротор генератора весит 800 тонн, весь генератор — более 2 тысяч тонн.
Оборудование на нижних отметках машинного зала тоже полностью обновили.
Выходя из турбин, вода ниже по течению бурлит и образует водовороты.
Эксплуатационный водосброс используется во время сильных паводков и может пропускать до 13 тысяч кубометров воды в секунду.
Ниже по течению Енисея расположена Майнская ГЭС — для выравнивания неравномерных сбросов воды с Саяно-Шушенской. На фото видно, как с неё происходит холостой сброс воды.
Силовые трансформаторы, которые меняют напряжение для подачи тока в сети, тоже полностью восстановлены.
От ГЭС отходят четыре линии электропередачи напряжением 500 киловольт.
Раньше ток со станции подавался в открытое распределительное устройство, которое сейчас демонтируется.
Теперь его функции выполняет комплектное элегазовое распределительное устройство, расположенное в небольшом закрытом помещении. Оно гораздо более надёжное и безопасное, требует намного меньших затрат на обслуживание. В нём — 19 ячеек, в каждой из которых расположены выключатели, разъединители, заземлители, измерительные трансформаторы тока и напряжения, а также шкаф управления. В узлах ячейки находится элегаз (SF6). Это тяжёлый газ, очень хороший изолятор.
Станция вырабатывает в среднем 23,5 миллиарда киловатт-часов электроэнергии в год. Проектная мощность — 6 400 мегаватт. Основные потребители — Саянский и Хакасский алюминиевый заводы, предприятия Красноярского края и Кемеровской области. Кроме того, станция является регулирующей для всей энергосистемы Сибири.
Фотографии: Иван Гущин
www.the-village.ru Принцип действия ГЭС. Основные сооружения и оборудование гидроэлектростанцийГидроэлектростанция ? это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. Гидроэлектростанции являются составной частью гидроузла - комплекса гидротехнических сооружений, предназначенных для использования водных ресурсов в интересах народного хозяйства: получения электрической энергии, ирригации, водоснабжения, улучшения условий судоходства, защиты от наводнений, рыбоводства и др. Мощность гидравлического потока зависит от расхода и напора. Скорость потока воды в реке изменяется по ее длине с изменением сечения русла и гидравлического уклона. Для концентрации мощности и сосредоточения напора реки в каком-либо одном месте возводят гидротехнические сооружения: плотину, деривационный канал. Плотина, перегородив реку, образует водохранилище, достигающее иногда таких больших размеров, что его называют морем. Таковы, например, Волгоградское, Цимлянское море, простирающиеся более чем на 100 км. Поверхность воды перед плотиной называется верхним бьефом, а за плотиной - нижним бьефом. Водосбросные сооружения перепускают воду из верхнего бьефа в нижний во избежание превышения максимального расчетного уровня воды в период паводка, сбрасывает лед, шугу и т.п. Если река судоходна, то к плотине примыкают шлюзы (судоподъемники) с подходными каналами для пропуска судов и плотов через гидроузел, перевалки грузов и пересадки пассажиров с водного на сухопутный транспорт и пр. Для обеспечения отбора и подачи воды неэнергетическим потребителям в состав гидроузла входят водоприемные сооружения и насосные станции. Рыбохозяйственные сооружения - это рыбоходы и рыбоподъемники для пропуска через гидроузел ценных пород рыб к местам постоянных нерестилищ, рыбозащитные сооружения и сооружения для искусственного рыборазведения. Иногда рыбу пропускают через шлюзы в процессе шлюзования судов. Для связи объектов гидроузла между собой, соединения их с сетью государственных автомобильных и железных дорог, а также для пропуска этих дорог через сооружения гидроузла строят транспортные сооружения: мосты, дороги и др. Для выработки электроэнергии и ее распределения потребителям в состав гидроузла входят различные энергетические сооружения. К ним относятся: водоприемные устройства и водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к турбинам и отводящие воду в нижний бьеф; здание гидроэлектростанций с гидротурбинами, гидрогенераторами и трансформаторами; вспомогательное механическое и подъемно - транспортное оборудование; пульт управления; открытые распределительные устройства, предназначенные для приема и распределения энергии. Принцип действия ГЭС заключается в следующем: плотина образует водохранилище, обеспечивая постоянный напор воды. Вода входит в водоприемник и, пройдя по напорному водоводу, вращает гидротурбину, которая приводит в действие гидрогенератор. Выходное напряжение гидрогенераторов повышается трансформаторами для передачи на распределительные подстанции и затем потребителям. Напор создаётся концентрацией падения реки на используемом участке плотиной, либо деривацией, либо плотиной и деривацией совместно. Деривацией в гидротехнике называют совокупность сооружений, осуществляющих отвод воды из реки, водохранилища или другого водоёма, транспортировку её к станционному узлу ГЭС, насосной станции, а также отвод воды от них. Различают деривацию безнапорную и напорную. Напорная деривация - трубопровод, напорный туннель, применяется, когда колебания уровня воды в месте её забора или отвода значительны. При малых колебаниях уровня может применяться как напорная, так и безнапорная деривация. Тип деривации выбирается с учётом природных условий района на основании технико-экономического расчёта. Протяжённость современных деривационных водоводов достигает нескольких десятков километров, пропускная способность более 2000 м3/сек. Основное энергетическое оборудование размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию. По установленной мощности различают мощные (свыше 250 МВт), средние (до 25 МВт) и малые (до 5 МВт). Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего расхода воды Q (м3/сек)), используемого в гидротурбинах, и КПД гидроагрегата. По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации - до 1500 м. Одними из самых важных составляющих ГЭС считаются гидрогенераторы и гидротурбины. Гидротурбины. Гидравлическая турбина преобразует энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. По принципу действия гидротурбины делят на реактивные (напороструйные) и активные (свободноструйные). Вода к рабочему колесу поступает либо через сопла (в активных гидротурбинах), либо через направляющий аппарат (в реактивных гидротурбинах). Наиболее распространённой разновидностью активной гидротурбины является ковшовая турбина. Ковшовые турбины конструктивно сильно отличаются от наиболее распространенных реактивных гидротурбин (радиально-осевых, поворотно-лопастных), у которых рабочее колесо находится в потоке воды. В ковшовых турбинах вода подается через сопла по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. Вода, проходя через сопло, формирует струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о лопатку турбины, после чего колесо проворачивается, совершая работу. После отклонения одной лопатки под струю подставляется другая. Процесс использования энергии струи происходит при атмосферном давлении, а производство энергии осуществляется только за счет кинетической энергии воды. Лопатки турбины имеют двояковогнутую форму с острым лезвием посередине; задача лезвия - разделять струю воды с целью лучшего использования энергии. Ковшовые гидротурбины применяются при напорах более 200 метров (чаще всего 300-500 метров и более), при расходах до 100 м³/сек. Мощность наиболее крупных ковшовых турбин может достигать 200-250 МВт и более. При напорах до 700 метров ковшовые турбины конкурируют с радиально-осевыми, при больших напорах их использование безальтернативно. Как правило, ГЭС с ковшовыми турбинами построены по деривационной схеме, поскольку получить столь значительные напоры при помощи плотины проблематично. Преимуществами ковшовых турбин является возможность использования очень больших напоров, а также небольших расходов воды. Недостатки турбины - неэффективность при небольших напорах, невозможность использования как насоса, высокие требования к качеству подаваемой воды. Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса) - реактивная турбина. В рабочем колесе турбин данного типа поток сначала движется радиально (от периферии к центру), а затем в осевом направлении (на выход). Применяют при напорах до 600 м. Мощность до 640 МВт. Основным преимуществом турбин данного типа является самый высокий оптимальный КПД из всех существующих типов. Недостаток - менее пологая рабочая характеристика, чем у поворотно-лопастной гидротурбины. Поворотно-лопастная турбина (турбина Каплана) - реактивная турбина, лопасти которой могут поворачиваться вокруг своей оси одновременно, за счёт чего регулируется её мощность. Также мощность может регулироваться с помощью лопаток направляющего устройства. Лопасти гидротурбины могут быть расположены как перпендикулярно её оси, так и под углом. Поток воды в поворотно-лопастной турбине движется вдоль её оси. Ось турбины может располагаться как вертикально, так и горизонтально. При вертикальном расположении оси поток перед поступлением в рабочую камеру турбины закручивается в спиральной камере, а затем спрямляется с помощью обтекателя. Это необходимо для равномерной подачи воды на лопасти турбины, а значит, уменьшения её износа. Применяется в основном на средненапорных ГЭС. Диагональная турбина- реактивная турбина, используемая на средних и высоких напорах. Диагональная турбина представляет собой поворотно-лопастную турбину, лопасти которой расположены под острым (45-60°) углом к оси вращения турбины. Такое расположение лопастей позволяет увеличить их количество (до 10-12 штук) и применять турбину на более высоких напорах. Диагональные турбины применяются на напорах от 30 до 200 метров, конкурируя на низких напорах с классическими поворотно-лопастными турбинами, а на высоких - с радиально-осевыми турбинами. По сравнению с последними, диагональные турбины имеют несколько более высокий КПД, но конструктивно более сложны и более подвержены износу. Гидрогенератор - электрическая машина, предназначенная для выработки электроэнергии на гидроэлектростанции. Обычно гидрогенератор представляет собой синхронную явнополюсную электрическую машину вертикального исполнения, приводимую во вращение от гидротурбины, хотя существуют и гидрогенераторы горизонтального исполнения (в том числе капсульные гидрогенераторы). Гидрогенераторы имеют сравнительно малую частоту вращения (до 500 об/мин) и достаточно большой диаметр (до 20 м), чем в первую очередь определяется вертикальное исполнение большинства гидрогенераторов, так как при горизонтальном исполнении становится невозможным обеспечение необходимой механической прочности и жесткости элементов их конструкции. Гидрогенераторы состоят из следующих основных частей: статор, ротор, верхняя крестовина, нижняя крестовина, подпятник (упорный подшипник, который воспринимает вертикальную нагрузку от вращающихся частей гидрогенератора и гидротурбины), направляющие подшипники. По особенностям конструкции подразделяются на подвесные и зонтичные. У подвесных подпятник располагается над ротором в верхней крестовине, у зонтичных подпятник располагается под ротором в нижней крестовине или опирается на крышку турбины (в этом случае нижняя крестовина у гидрогенератора отсутствует). На гидроаккумулирующих электростанциях используются обратимые гидрогенераторы (гидрогенераторы-двигатели), которые могут как вырабатывать электрическую энергию, так и потреблять ее. От обычных гидрогенераторов они отличаются особой конструкцией подпятника, позволяющей ротору вращаться в обе стороны. Гидрогенераторы для ГЭС специально проектируются соответственно частоте вращения и мощностью гидротурбин, для которых они предназначаются. Гидрогенераторы на большую единичную мощность обычно устанавливают вертикально на подпятниках с соответствующими направляющими подшипниками. Они, как правило, трехфазные и рассчитаны на стандартную частоту. Система воздушного охлаждения - замкнутая, с теплообменниками воздух - вода. megaobuchalka.ru |
|
|||||||||||||||||
|
|
|||||||||||||||||
|
