Принцип и устройство работы гэс: Гидроэлектростанции принцип работы

Содержание

Принципы работы ГЭС, модификации и технические характеристики электростанций

Перспектива дефицита и дороговизна минеральных энергоресурсов заставляют уделять больше внимания возобновляемым источникам энергии. Самым эффективным из них на сегодняшний день является гидроэнергия. Современные ГЭС аккумулируют ее и превращают в электричество, обеспечивая низкую себестоимость киловатта и высокую мощность.

Принцип работы ГЭС – это использование силы падающей воды для вращения вала электрогенератора. Напор воды подается на лопасти турбины, которая раскручивает ротор. Электрический ток от генератора поступает на трансформаторы, выравнивается, передается на распределительные станции и оттуда – по линиям электропередач к конечному потребителю. Выработка энергии напрямую зависит от напора воды в ГЭС, количества и типа установленных турбин.

Содержание

1 Классификация и конструктивные отличия
2 Особенности возведения и эксплуатации
3 Технические нюансы

Классификация и конструктивные отличия

Естественный перепад высот на реках, который обеспечил бы нужный напор, почти не встречается в природе. Поэтому самой сложной задачей при возведении конструкции является строительство напорных сооружений. В зависимости от их типа и классифицируют гидростанции:

Плотинная. Реку со спокойным течением перегораживают плотиной, высота которой определяет выходную мощность. Внутри стены проходят вертикальные или наклонные каналы, направляющие воду к генератору, благодаря созданному напору.
Деривационная. На реках со слишком бурным для плотины течением сооружают отводы в виде закрытых тоннелей или открытых каналов с нужным наклоном, корректирующим давление воды. Заканчивается система отводов зданием электростанции.
Плотинно-деривационная. Смешанный тип используют, когда для создания ровного напора воды требуется возведение бассейна суточного или сезонного регулирования между рекой и отводным тоннелем или между деривационной системой и станцией.
Приливная. Принцип работы гидроэлектростанции приливного типа не отличается от плотинной. Только вместо русла реки перегораживают прибрежный участок морского бассейна с высоким уровнем прилива, во время которого вода накапливается в водохранилище.
Аккумуляторная. ГАЭС отличается от обычной ГЭС наличием аванкамеры перед водозабором напорного канала. Из этого объемного резервуара вода подается на турбину, но может поступать и в обратном направлении, так как на станциях ставят обратимые генераторы – двигатели. Ротор в них может вращаться в обратную сторону, не вырабатывая, а потребляя электричество и заставляя систему работать как накачивающий насос.

ГАЭС строят при необходимости компенсировать резкий рост энергопотребления в пиковые часы. Наличие гидроаккумулятора позволяет достигнуть максимального КПД в отдельные моменты, а когда он не нужен, переключить станцию в режим насоса и накопления воды. При этом она работает от собственного электричества, полученного в режиме генератора.

Особенности возведения и эксплуатации

Выбор определенной модификации ГЭС определяется особенностями местности и расчетной эффективностью речного потока. Общая схема всех видов в обязательном порядке включает сорозаборные решетки на входных отверстиях, центр управления и контроля, площадку для обслуживания электрооборудования и трансформаторы, преобразующие вырабатываемое электричество в 220 V или другой необходимый стандарт напряжения.

Для сооружения генератора ГЭС используют распространенные унифицированные элементы. Все оборудование износостойкое, обладает большим сроком эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию. Но в целом устройство каждой станции уникально. Конструкцию, привязанную к конкретному географическому району, нельзя повторить, как нельзя найти и две идентичные по условиям бассейна реки.

Разобравшись, как работает гидроэлектростанция, можно сформулировать ее преимущества относительно ТЭС и АЭС:

вода — возобновляемый и чистый источник энергии;
высокий КПД;
отсутствие расходов на топливо;
снижение затрат на обслуживание и персонал;
низкий уровень риска аварий.

Причина, по которой выработка электроэнергии ГЭС составляет лишь около 20% от мирового производства электричества, заключается в необратимом влиянии на экосистему по всему руслу реки и ирригацию прилегающих территорий. Размеры всего гидроузла, включая водохранилище, достигают сотен тысяч га. До сих пор не существует надежных методов комплексной оценки масштабов такого влияния.

Технические нюансы

ГЭС выходят на проектную мощность быстрее, чем другие электростанции. Вследствие того, что природный напор воды непостоянен, сооружения без компенсаторных механизмов выдают разную производительность. В качестве основной характеристики для гидроэлектростанций принято брать установленную мощность всех ее генераторов. В зависимости от этого различают:

установленная мощность свыше 1000 МВт;
от 100 до 1000 МВт;
от 10 до 100 МВт;
до 10 МВт.

По высоте напорного потока ГЭС делятся на:

высоконапорные — свыше 60 м;
средненапорные — от 25 м;
низконапорные — от 3 до 25 м.

От силы потока зависит выбор типа турбины. В высоконапорных ГЭС используют ковшевую, не погружаемую конструкцию. Вода в нее подается сильной струей из сопел и толкает ковши. При более низком напоре применяют радиально-осевые или поворотно-лопастные аппараты. Они полностью погружены в емкость с водой, имеют различный наклон оси, строение и количество лопастей, за счет своей конструкции раскручиваются при потоке небольшой силы. Камеры для турбин производят из стали или железобетона. Здание с электрооборудованием может располагаться непосредственно внутри плотины, рядом с ней или, в случае деривационного типа, далеко от источника воды. В состав сооружений ГЭС включают шлюзы для судов, рыбоходы, водосбросы, ирригационные отводы при условии, что такое дополнение необходимо для поддержания действующей транспортной, сельскохозяйственной или экосистемы в пойме реки.

‘;
blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2;
blockSettingArray[1] = [];
blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0;
blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘;
blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6;
blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0;
blockSettingArray[3] = [];
blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000;
blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0;
blockSettingArray[3][«text»] = ‘

принцип действия, схема, оборудование, мощность

Практически каждый представляет себе предназначение гидроэлектростанций, однако лишь немногие достоверно понимают принцип работы ГЭС. Основная загадка для людей – каким образом вся эта огромная плотина без какого-либо топлива генерирует электрическую энергию. Об этом и поговорим.

Что такое ГЭС?

Гидроэлектростанция – это сложный комплекс, состоящий из разных сооружений и специального оборудования. Возводятся гидроэлектростанции на реках, где есть постоянный приток воды для наполнения плотины и водохранилища. Подобные сооружения (плотины), создаваемые при постройке гидроэлектростанции, необходимы для концентрации постоянного потока воды, который при помощи специального оборудования для ГЭС преобразовывается в электрическую энергию.

Отметим, что важную роль в плане эффективности работы ГЭС играет выбор места для строительства. Необходимо наличие двух условий: гарантированная неиссякаемая обеспеченность водой и высокий угол уклона реки.

Принцип работы ГЭС

Работа гидроэлектростанции достаточно проста. Возведенные гидротехнические сооружения обеспечивают стабильный напор воды, который поступает на лопасти турбины. Напор приводит турбину в движение, в результате чего она вращает генераторы. Последние и вырабатывают электроэнергию, которую затем по линиям высоковольтных передач доставляют потребителю.

Основная сложность подобного сооружения – обеспечение постоянного напора воды, что достигается путем возведения плотины. Благодаря ей большой объем воды концентрируется в одном месте. В некоторых случаях используют естественный ток воды, а иногда плотину и деривацию (естественное течение) применяют совместно.

В самом здании находится оборудование для ГЭС, основная задача которого заключается в преобразование механической энергии движения воды в электрическую. Эта задача возложена на генератор. Также используется и дополнительное оборудование для контроля работы станции, распределяющие устройства и трансформаторные станции.

Ниже на картинке показана принципиальная схема ГЭС.

Как видите, поток воды вращает турбину генератора, тот вырабатывает энергию, подает ее на трансформатор для преобразования, после чего она транспортируется по ЛЭП к поставщику.

Мощности

Есть разные гидроэлектростанции, которые можно поделить по вырабатываемой мощности:

Очень мощные – с выработкой более 25 МВт.
Средние – с выработкой до 25 МВт.
Малые – с выработкой до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит от в первую очередь от потока воды и КПД самого генератора, который на ней применяется. Но даже самая эффективная установка не сможет производить большие объемы электроэнергии при слабом напоре воды. Также стоит учитывать, что мощность гидроэлектростанции не является постоянной. В силу естественных природных причин уровень воды в дамбе может увеличиваться или уменьшаться. Все это оказывает влияние на объемы производимой электроэнергии.

Роль плотины

Самый сложный, большой и вообще основной элемент любой ГЭС – плотина. Невозможно понять, что такое ГЭС, не разобравшись в сути работы плотины. Они представляют собой огромные перемычки, которые удерживают водный поток. В зависимости от конструкции они могут отличаться: есть гравитационные, арочные и другие сооружения, но их цель всегда одна – удержание большого объема воды. Именно благодаря плотине удается концентрировать стабильный и мощный поток воды, направляя его на лопасти турбины, которая вращает генератор. Он, в свою очередь, и производит электрическую энергию.

Технологии

Как мы уже знаем, принцип работы ГЭС основан на использовании механический энергии падающей воды, которая в дальнейшем с помощью турбины и генератора преобразуется в электрическую. Сами турбины могут быть установлены либо в дамбе, либо возле нее. В некоторых случаях применяют трубопровод, через который вода, находящаяся ниже уровня дамбы, проходит под высоким давлением.

Индикаторов мощности любой ГЭС несколько: расход воды и гидростатический напор. Последний показатель определяется разницей высот между начальной и конечной точкой свободного падения воды. При создании проекта станции на одном из этих показателей основывают всю конструкцию.

Известные сегодня технологии производства электричества позволяют получать высокий КПД при преобразовании механической энергии в электрическую. Иногда он в несколько раз превышает аналогичные показатели тепловых электростанций. Столь высокая эффективность достигается за счет применяемого на гидроэлектростанции оборудования. Оно надежное и относительно простое в использовании. К тому же за счет отсутствия топлива и выделения большого количества тепловой энергии срок службы подобного оборудования достаточно большой. Поломки здесь случаются крайне редко. Считается, что минимальный срок службы генераторных установок и вообще сооружений – около 50 лет. Хотя на самом деле даже сегодня вполне успешно функционируют гидроэлектростанции, которые были построены в тридцатых годах прошлого века.

Гидроэлектростанции России

На сегодняшний день на территории России действует около 100 гидроэлектростанций. Конечно, их мощность разная, и большая часть – это станции с установленной мощностью до 10 МВт. Есть также такие станции, как Пироговская или Акуловская, которые были введены в эксплуатацию еще в 1937 году, а их мощность составляет всего 0. 28 МВт.

Самыми крупными являются Саяно-Шушенская и Красноярская ГЭС с мощностью 6400 и 6000 МВт соответственно. За ними следуют станции:

Братская (4500 МВт).
Усть-Илимская ГЭС (3840).
Бочуганская (2997 МВт).
Волжская (2660 МВт).
Жигулевская (2450 МВт).

Несмотря на огромное количество подобных станций, они вырабатывают всего 47700 МВт, что равно 20% от суммарного объема всей производимой энергии в России.

В заключение

Теперь вы понимаете принцип работы ГЭС, преобразовывающих механическую энергию потока воды в электрическую. Несмотря на достаточно простую идею получения энергии, комплекс оборудования и новые технологии делают подобные сооружения сложными. Впрочем, по сравнению с атомными электростанциями они действительно являются примитивными.

Как работает гидроэнергетика | Департамент энергетики

Управление гидроэнергетических технологий

Учить больше

Программа гидроэнергетики

Основы гидроэнергетики

Зачем использовать гидроэнергетику?

История гидроэнергетики

Турбины гидроэнергетики

Аккумулирующие гидроэлектростанции

Глоссарий гидроэнергетики

Портал STEM гидроэнергетики

Отчет о рынке гидроэнергетики 2021

КАК МЫ ПОЛУЧАЕМ ЭНЕРГИЮ ИЗ ВОДЫ?

Гидроэнергетика, или гидроэлектроэнергия, представляет собой возобновляемый источник энергии, который вырабатывает энергию за счет использования плотины или отводной конструкции для изменения естественного течения реки или другого водоема. Гидроэнергетика опирается на бесконечную, постоянно перезаряжаемую систему водного цикла для производства электроэнергии с использованием топлива — воды, которое не уменьшается и не удаляется в процессе. Существует множество типов гидроэнергетических сооружений, хотя все они питаются от кинетической энергии текущей воды, движущейся вниз по течению. Гидроэнергетика использует турбины и генераторы для преобразования этой кинетической энергии в электричество, которое затем подается в электрическую сеть для питания домов, предприятий и промышленности.

КАК ИМЕННО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ ПРОИЗВОДИТСЯ НА ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ?

Поскольку гидроэнергетика использует воду для выработки электроэнергии, станции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Энергия, доступная от движущейся воды, зависит как от объема водного потока, так и от изменения высоты — также известного как напор — от одной точки к другой. Чем больше поток и выше напор, тем больше электроэнергии можно произвести.

На уровне завода вода течет по трубе, также известной как водовод, и затем вращает лопасти в турбине, которая, в свою очередь, вращает генератор, который в конечном итоге производит электричество. Так работает большинство обычных гидроэлектростанций, включая системы русла реки и гидроаккумулирующие системы.

ПОСМОТРЕТЬ ВСЕ

Новый отчет подчеркивает потребность гидроэнергетики в новых, разнообразных талантах

Гидроэнергетическая отрасль США сталкивается с надвигающейся волной выхода на пенсию, и новая, разнообразная рабочая сила имеет решающее значение для способности отрасли поддерживать текущие операции и расти. Узнайте об этих и других тенденциях и потребностях в рабочей силе гидроэнергетики.

Учить больше

Плывем к готовности рынка: победители премии «Защита рыбы» продолжают совершенствовать свои технологии для модернизации гидроэнергетических объектов

После получения Приза по защите рыб три команды продолжили разработку своих инновационных концепций, которые могут помочь модернизировать гидроэнергетические объекты и защитить рыбу от водоотводных труб и водозаборных сооружений по всей стране.

Учить больше

WPTO объявляет победителей второго этапа премии за оптимизацию эксплуатации гидроэнергетики

WPTO объявляет шесть победителей второй фазы премии за оптимизацию эксплуатации гидроэнергетики. Эти команды разработали высокотехнологичные решения для улучшения работы гидроэнергетики и устойчивости сети. Третий и последний этап розыгрыша приза открыт!

Учить больше

Исследование

показало, что гидроэнергетика обеспечивает надежное электроснабжение даже во время исторических засух

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория при финансовой поддержке WPTO недавно завершила самое всестороннее исследование воздействия засухи на производство гидроэлектроэнергии в Соединенных Штатах в этом столетии.

Учить больше

Станьте менеджером гидроэнергетической программы WPTO!

WPTO ищет человека, который присоединится к ее команде в качестве менеджера гидроэнергетической программы! Узнайте больше о вакансии и подайте заявку не позднее 21 сентября 2022 года.

Учить больше

Гидроэнергетика делает больше, чем вы думаете: шесть вещей, которые нужно знать об этой электростанции, работающей на возобновляемых источниках энергии

Гидроэлектростанции вырабатывают энергию, используя перепад высот, создаваемый плотиной или водозаборной конструкцией. Вода течет в одну сторону и выходит в нижней точке, которая вращает турбину, приводящую в действие генератор. Узнайте шесть фактов о потенциале гидроэнергетики.

Учить больше

Образовательные ресурсы по гидроэнергетике для получения энергии

В разгар школьного сезона WPTO предлагает ряд образовательных ресурсов для обучения студентов всех возрастов гидроэнергетике и выделяет программы, разработанные для тех, кто собирается начать свою карьеру в области чистой энергетики.

Учить больше

Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции: ключевая часть нашего будущего экологически чистой энергии

Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции используют воду и гравитацию для создания и хранения возобновляемой энергии. Узнайте больше об этой технологии накопления энергии и о том, как она может помочь поддерживать 100% чистую энергетическую сеть, в которой нуждается страна и мир.

Учить больше

Создание более чистых сообществ: мы можем с помощью гидроэнергетики

В этот Национальный день гидроэнергетики узнайте, как WPTO помогает создавать более чистые сообщества и вносит важный вклад в достижение целей Соединенных Штатов по достижению к 2035 году безуглеродного сектора электроэнергетики и нулевого уровня выбросов экономики к 2050 году.

Учить больше

WPTO объявляет о возможности финансирования в размере 4 миллионов долларов США для снижения воздействия гидроэнергетики на окружающую среду с помощью исследований по совершенствованию технологий прохода и защиты рыбы

WPTO публикует уведомление о намерении предоставить возможность финансирования в размере 4 миллионов долларов США для снижения воздействия гидроэнергетики на окружающую среду с помощью исследований по продвижению инновационных технологий прохода и защиты рыбы.

Учить больше

Гидроэлектростанция Принцип работы — StudiousGuy

Гидроэнергетика или гидроэлектроэнергия — это возобновляемый источник энергии, который использует энергию быстро текущей воды для выработки электроэнергии. Использование гидроэнергетики для различных целей не является современной концепцией; его применение можно увидеть еще тысячу лет назад. Древние люди приводили в движение колеса с применением силы воды для измельчения зерна и пшеницы в муку. В настоящее время для использования энергии воды используются современные гидротурбины. Гидроэлектростанции вырабатывают электроэнергию за счет потенциальной и кинетической энергии воды. Это один из наиболее экономичных способов производства электроэнергии, поэтому он является наиболее предпочтительным и широко используемым по сравнению с другими методами производства электроэнергии. Поскольку природные источники топлива, такие как нефть, уголь и нефть, исчерпаемы, гидроэлектростанции очень полезны для удовлетворения высоких потребностей в электроэнергии. В этой статье мы обсудим различные компоненты, типы и принципы работы гидроэлектростанции.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Компоненты гидроэлектростанций

Гидроэлектростанции обычно строятся в холмистой местности за реками, океанами или другими водоемами, где можно легко построить плотины и большие водохранилища. . Различные типы гидроэлектростанций строятся в соответствии с требованиями, но каждая гидроэлектростанция состоит из некоторых основных компонентов, которые объясняются ниже.

1. Резервуар

Резервуар является наиболее важной частью гидроэлектростанции. Он хранит воду и подает ее на гидротурбину для выработки электроэнергии. Водохранилищем могут быть естественные озера в холмистой местности, а можно сделать искусственно, установив плотину поперек водоемов. Резервуары гидроэлектростанций также используются для борьбы с наводнениями, орошения, промышленности и аквакультуры.

2. Передний отсек

Передний отсек представляет собой зону для временного хранения воды перед ее подачей в турбину. Он хранит избыточную воду в дождливые сезоны и подает ее в засушливые сезоны, т. е. поддерживает необходимое количество воды в соответствии с требованиями на грузовой площадке. Аванбухту сооружают, когда гидроэлектростанции расположены далеко от водохранилища, в противном случае водохранилище выступает в роли аван-бухта, когда оно находится рядом с ГЭС.

3. Плотина

Плотина – самый дорогостоящий элемент гидроэлектростанции. Это барьер, сооруженный поперек водоемов, чтобы ограничить поток естественной воды и поднять уровень воды в водохранилищах. Обычно они сделаны из бетона, камней, земли или каменной кладки. Тип материала, который будет использоваться для их строительства, зависит от географии района, доступности транспорта и вероятности возникновения каких-либо стихийных бедствий, таких как землетрясения или наводнения в этом конкретном районе. Например, для местности с узким каньоном подойдет каменная дамба, а для широкой долины предпочтительнее земляная дамба.

4. Водосбросы

В случае проливных дождей или паводков уровень воды в водохранилище может подняться выше его вместимости, что может повлиять на нормальное функционирование гидроэлектростанции. Для предотвращения такой ситуации на месте плотины сооружается гидротехническое сооружение, называемое водосбросом. Водосброс безопасно отводит лишнюю воду из водохранилища в область ниже по течению. Водосбросы сооружаются либо как часть плотины, либо сразу за ней. Обычно они изготавливаются из бетона и состоят из металлических регулирующих затворов для остановки или сброса воды из резервуара.

5. Отводящий лоток

Вода, остающаяся на гидроэлектростанции после выработки электроэнергии гидротурбиной, уносится из этой области через канал, называемый отводным лотком. Отводящий бьеф находится за плотинами на более низком уровне, чем уровень водохранилища. Поскольку потенциальная энергия воды из-за приподнятого резервуара расходуется гидротурбиной, вода через отводной бьеф течет с естественной скоростью воды и вливается в тот же или другой водный поток.

6. Водоводы

Водоводы – это каналы или большие трубы на гидроэлектростанции, по которым вода поступает к турбинам электростанции из водохранилища. Водоводы обычно изготавливаются из стали или железобетона (RCC). Материал, который будет использоваться для строительства водоводов, зависит от напора плотины. Напор — высота по вертикали между источником воды и турбиной, т. е. вертикальное расстояние, пройденное водой от возвышения до турбины; обычно измеряется в метрах или футах. Стальные затворы можно использовать при любом напоре или рабочем давлении воды, тогда как затворы из железобетона используются при низком напоре, обычно менее 30 метров. Так как через затворы проходит большое количество воды, резкое открытие и закрытие затворов на концах затвора может вызвать эффект гидравлического удара (скачки давления). Чтобы противостоять эффекту гидравлического удара, затворы тщательно проектируются, например, короткие затворы снабжены толстыми стенками, а в длинных затворах установлены уравнительные резервуары.

7. Водозаборы

К водозаборам относятся сооружения, которые собирают воду, хранящуюся в водохранилище или авандельте, и направляют ее к турбинам через водоводы. Водозаборы состоят из нескольких затворов, экранов, фильтров, боновых заграждений, шлюзов и мусорных стеллажей, которые контролируют количество воды, попадающей в турбины, а также блокируют попадание в канал любого мусора, такого как стволы, отходы или ветки, отводя его в обходной желоб. Решетки и стеллажи для мусора устанавливаются на входе в водовод, чтобы предотвратить попадание мусора внутрь, поскольку мусор может повредить различные важные гидравлические детали, такие как лопасти турбины, сопла и рабочие колеса турбины. Стойки для мусора обычно изготавливаются из стального материала в форме стержней с зазором между стержнями около 10-30 см. Как правило, водозаборные сооружения подразделяются на водозаборники высокого давления (в случае больших хранилищ) и водозаборники низкого давления (в случае небольших хранилищ). Также может быть вероятность образования льда на поверхности воды в холодное время года. Чтобы предотвратить попадание льда в водовод, стеллажи для мусора нагреваются, что в конечном итоге растапливает лед, когда он соприкасается с ними.

Мусорные стеллажи

8. Шлюз

Шлюзы также являются частью водозаборных сооружений. Поток воды через водоводы контролируется шлюзом; шлюз — это ворота, установленные на концах водоводов, которые можно поднимать или опускать в зависимости от потребности в воде на турбине. Вода беспрепятственно проходит через водоводы, когда шлюз полностью открыт, но меньше воды проходит через водовод, когда шлюз частично закрыт. Как правило, в засушливые сезоны их оставляют открытыми, чтобы вода могла проходить через водоводы, но в дождливые сезоны их слегка прикрывают, чтобы избежать затопления. Перед верхним отверстием водовода сооружается небольшой защитный водоем для хранения воды, которая не может попасть через водовод в случае закрытого или частично закрытого шлюза, а также во избежание давления на закрытый шлюз. Установка шлюза в водоводах предотвращает общее разрушение плотины, а также гарантирует, что водоводы можно будет легко очистить, осмотреть и отремонтировать в случае каких-либо повреждений, таких как отверстия или трещины в водоводах.

9. Уравнительный бак

Внезапные скачки воды из-за изменений расхода воды могут привести к колебаниям давления, которые могут повредить компоненты гидроэлектростанции. Для контроля изменений давления используются небольшие цилиндрические резервуары для хранения воды, называемые уравнительными резервуарами. Уравнительные баки открыты сверху, чтобы уменьшить или нейтрализовать изменения давления в резервуаре, и используются для регулирования турбин. Они защищают водовод (канал) от избыточного внутреннего давления, а также способны накапливать воду для повышения внутреннего давления в случае падения давления. Уравнительные баки обычно располагаются в центре водовода (с крутым уклоном) перед водяной турбиной. Тип уравнительного резервуара, который будет использоваться на электростанции, зависит от длины водовода или других требований гидроэлектростанции.

10. Электростанция

Электростанция — это отдельное помещение или здание на гидроэлектростанциях, которые состоят из различных электрических и гидравлических компонентов. Электростанция отвечает за управление различными входными и выходными воротами и остановку потока воды в зонах оборудования в случае ремонта или замены различных частей оборудования. Как и другие электростанции, гидроэлектростанции также состоят из общих вспомогательных устройств, таких как панели управления, зона обслуживания, испытательные помещения, генераторы и трансформаторы.

11. Турбины

Водяные турбины используются для преобразования потенциальной энергии и кинетической энергии воды в механическую энергию. Быстротекущая вода, сбегающая с возвышенной поверхности, направляется к лопастям турбины, и лопасти турбины начинают вращаться за счет силы, воздействующей на лопасти со стороны воды. Поскольку лопасти вращаются и сила действует на расстоянии, следовательно, говорят, что работа выполнена (W=Fs, где W=совершенная работа, F=приложенная сила, s=пройденное расстояние), т. е. энергия передается механической энергии вала турбины. Тип турбины, которая будет использоваться на гидроэлектростанции, зависит от напора воды, объема воды и глубины, на которой должна быть установлена турбина. Гидроэлектрические турбины обычно делятся на две категории в зависимости от способа обмена энергией между турбиной и водой. Этими двумя типами являются импульсная турбина и реактивная турбина.

Импульсная турбина

Импульсная турбина состоит из колеса, установленного в центре (рабочего колеса) с лопатками (лопастями) по краям. Давление внутри рабочего колеса поддерживается постоянным, в то время как рабочее колесо находится под атмосферным давлением. Он использует скорость текущей воды для вращения бегунка. Струи воды ударяют в каждый ковш рабочего колеса турбины. Давление, создаваемое водой, преобразуется в кинетическую энергию в сопле, расположенном на стыке затвора и турбины. Скорость реактивного сопла направляет энергию на ковши, которые вращают бегунок. Эта турбина предпочтительна для высокого напора и низкого расхода воды. Две широко используемые импульсные турбины включают турбину с поперечным потоком и турбину Пелтона.

Реакционная турбина

Реакционная турбина преобразует энергию воды в механическую за счет давления и силы текущей воды. Турбина находится в прямом потоке воды, что позволяет воде обтекать все лопасти, а не ударять по каждой лопасти турбины по отдельности. Реактивные турбины подходят для низкого напора воды и большого расхода воды. Широко используемые реактивные турбины включают турбины Каплана и турбины Фрэнсиса.

12. Отсасывающая труба

Отсасывающая труба представляет собой трубопровод или трубы соответствующего диаметра, которые соединяются от рабочего колеса турбины с дорожным полотном. Эти трубы сбрасывают оставшуюся воду (после вращения через турбину) из турбины в трассу, поддерживая атмосферное давление сбрасываемой воды. Поскольку мы знаем, что большая часть давления воды (потенциальной и кинетической энергии) преобразуется в механическую энергию гидротурбиной, сбрасываемая вода в конце остается с давлением меньше атмосферного давления на выходе из турбины. Это может привести к обратному течению воды из отводящего канала к турбине. Чтобы предотвратить эту ситуацию обратного потока воды, используются отсасывающие трубы, поскольку они повышают давление воды выше атмосферного давления, что в конечном итоге предотвращает обратный поток воды.

13. Генератор

Электрогенератор, используемый на гидроэлектростанции, преобразует механическую энергию водяной турбины в электрическую энергию. Работа генератора основана на принципе закона Фарадея; в нем говорится, что напряжение, индуцированное в электрической цепи, прямо пропорционально скорости изменения магнитного потока в цепи. Генератор состоит из двух основных компонентов: статора и ротора. Механическая сила вала турбины приложена к вращающейся конструкции генератора, т. е. к ротору, тогда как статор является неподвижной частью генератора, в которой индуцируется напряжение при возбуждении или намагничивании ротора. Ротор закреплен полюсами поля (электромагнитами) на внутренней стороне его краев, и при вращении ротора полюса поля вращаются вокруг проводников статора. Это приводит к наведенному напряжению и потоку электричества на выходной клемме.

14. Трансформатор

Электричество, вырабатываемое гидроэлектростанцией, не имеет соответствующего напряжения, которое можно использовать в домах или других общих целях, поэтому на гидроэлектростанциях используются трансформаторы. Трансформаторы преобразуют переменный ток (AC), вырабатываемый на заводе, в необходимое напряжение, поддерживая при этом постоянную электрическую мощность. Этот источник питания подключается к национальной сети, которая затем распределяется для промышленного или бытового использования.

15. Линии электропередач

Следующим и последним шагом после преобразования электроэнергии в требуемое напряжение является подача ее в требуемые районы. Плотины часто устанавливаются в отдаленных районах, поэтому электроэнергия, вырабатываемая на гидроэлектростанциях, передается в жилые или промышленные районы по длинным кабелям или линиям электропередач.

Принцип работы гидроэлектростанции

Чтобы понять принцип работы гидроэлектростанции, давайте сначала разберемся с потенциальной энергией и кинетической энергией.

Потенциальная энергия: Это энергия, которой обладает тело из-за его положения относительно других объектов. Когда объекты выводятся из равновесия, они приобретают некоторую энергию, которая сохраняется в объектах в виде потенциальной энергии. Например, когда пружина растягивается или сжимается, она приобретает потенциальную энергию, а когда вы бросаете мяч другому человеку, мяч имеет больше потенциальной энергии, когда он находится в воздухе, чем энергия, которой он обладает, когда он падает на землю.

Кинетическая энергия: Это энергия, которой обладает тело благодаря своему движению, т. е. чем выше скорость тела, тем выше будет кинетическая энергия.

Принцип работы гидроэлектростанции заключается в том, что она преобразует потенциальную энергию (за счет подъема воды из русла) и кинетическую энергию (за счет быстрого течения воды) воды в механическую энергию с помощью турбин. Вода, скопившаяся в водохранилище или форбайме за плотиной, падает через водовод и с большим давлением ударяется о лопатки турбины, и рабочее колесо турбины начинает вращаться. Рабочее колесо прикреплено к центральному валу, который соединен с генератором, который в конечном итоге вырабатывает электричество, т. е. механическая энергия турбины преобразуется в электричество с помощью электрических генераторов. Полученная электрическая энергия затем подается для бытового или промышленного использования по линиям электропередачи после регулирования напряжения трансформаторами. Электрическая энергия, получаемая с помощью гидроэлектростанций, пропорциональна скорости потока воды и перепаду высот.

Типы гидроэлектростанций

Тип строящейся гидроэлектростанции зависит от различных требований, таких как немедленная или отсроченная потребность в электроэнергии, нагрузка или хранение. Исходя из этого, гидроэлектростанции обычно подразделяются на следующие типы.

1.

Русловые гидроэлектростанции (РР)

Эти типы гидроэлектростанций строятся на реках, которые поддерживают постоянный сток воды в течение всего года. На этих электростанциях вода забирается из реки через канал или водовод и направляется на турбины, которые в конечном итоге вырабатывают электроэнергию. Из-за отвода воды строительство плотины для этих типов ГЭС не требуется. Для работы этих электростанций всегда требуется постоянный поток воды. Выработка электроэнергии этими электростанциями в значительной степени зависит от естественного перепада высот реки, который в конечном итоге зависит от дождя и условий окружающей среды. Помимо русловых, иногда используются и аналогичные типы электростанций, т. е. прямоточные электростанции, работа которых почти такая же, как у русловых электростанций, В случае русловых электростанций турбина находится внутри плотины поперек русла реки, поэтому не требуется отводить речной поток.

2. Гидроэлектростанция с резервуаром

В этих типах электростанций вода хранится в резервуаре для повышения уровня воды для любого будущего использования, который также называется водохранилищем. Резервуар помогает поддерживать поток воды через турбину, которая вырабатывает электричество. Это лучше, чем работа речных электростанций, потому что они могут производить энергию в течение всего года, так как уровень воды в реке можно контролировать с помощью водохранилищ в случае низкого перепада высот реки из-за малого количества осадков в конкретной местности. год. Основным недостатком этих плотин является то, что они оказывают вредное социальное и экологическое воздействие.

3. Аккумулирующая гидроэлектростанция (ГАЭС)

Аккумулирующие гидроэлектростанции состоят из двух резервуаров на разной высоте, т. е. верхнего резервуара и нижнего резервуара. Эти резервуары используются для удовлетворения дополнительной потребности в воде для производства электроэнергии. Вода, хранящаяся в верхнем резервуаре, проходит через турбину и попадает в нижний резервуар, где вырабатывается электричество. Вода из нижнего резервуара снова перекачивается обратно в верхний резервуар, когда нет потребности в электричестве. Эти гидроэлектростанции способны накапливать крупномасштабную энергию; однако они потребляют много дополнительной энергии из-за процесса накачки. PSH бывает двух типов: PSH с разомкнутым контуром и PSH с замкнутым контуром. Замкнутая НСГ подключена (гидрологическая связь) к естественным водоемам, а замкнутая НСГ не имеет гидрологической связи с внешними водоемами. Гидрологическая связь — это обмен водой между водохранилищами, водохранилищами и грунтовыми водами через проход или коридор, находящийся под землей.

4. Оффшорная гидроэнергетика

Эти типы гидроэлектростанций используют силу морских волн и приливных течений для выработки электроэнергии. Концепция оффшорной гидроэнергетики еще не очень устоялась, но ожидается, что эта технология продемонстрирует значительный рост в ближайшие годы.

Преимущества гидроэлектростанции

Хотя первоначальная установка различных компонентов гидроэлектростанции требует больших инвестиций, после ее установки это самый дешевый метод производства электроэнергии в долгосрочной перспективе. Однажды построенные плотины обычно служат в среднем 50-100 лет и требуют лишь некоторых затрат на техническое обслуживание после их возведения.

Гидроэлектростанции являются возобновляемым источником энергии, поскольку им требуется только энергия быстро текущей воды, а не сама вода, т. е. вода в процессе не расходуется. Кроме того, они не выделяют вредных выбросов в окружающую среду по сравнению с другими электростанциями, работающими на ископаемом топливе.

Гидроэлектростанции очень маневренны, надежны и регулируемы. Производство электроэнергии можно легко поддерживать, контролируя поток воды через водоводы. Не нужно ждать солнечного света или ветра, как в случае с другими методами производства электроэнергии, так как в резервуарах всегда есть вода для постоянного снабжения электроэнергией.

Гидроэлектростанции обеспечивают огромную энергию, так как вода на больших высотах имеет значительное количество потенциальной энергии, и даже меньшей части быстро текущей воды достаточно, чтобы обеспечить обильную энергию, которая может удовлетворить потребность в электричестве для миллионов людей.

Так как вода, хранящаяся в резервуарах, чистая и пригодная к употреблению, то резервуары также используются как запасы воды, которые можно использовать для различных целей в случае возникновения засухи. Наводнение также можно предотвратить, установив противопаводковые дамбы, поскольку они предотвращают стекание лишней воды в деревни или города, накапливая ее в резервуарах.

Поскольку плотины часто располагаются в отдаленных сельских районах, которые не очень развиты. Строительство гидроэлектростанций требует перевозки различного оборудования и материалов из городов, а для улучшения связи необходимо построить надлежащие автомагистрали и дороги, что в конечном итоге приводит к развитию сельских городов. Озера (водохранилища) также можно использовать в рекреационных целях, что может привлечь массовый туризм и в конечном итоге привести к экономическому росту близлежащих городов.

Недостатки гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция может быть установлена только в подходящем месте, а таких мест очень мало и обычно они находятся вдали от городов и деревень. Следовательно, для подачи вырабатываемой электроэнергии в требуемые районы требуется большое количество компонентов и длинных линий электропередач.

Процесс выработки электроэнергии на гидроэлектростанции может не производить выбросов, но растения, выращиваемые на дне водохранилищ, при разложении выделяют вредные парниковые газы, такие как метан и двуокись углерода, которые могут воздействовать на окружающую среду.

Строительство дамб ограничивает естественный сток воды, что может оказать негативное влияние на цикл размножения рыб и других водных животных, что может привести к исчезновению некоторых видов.

Несмотря на то, что противопаводковые дамбы удерживают дополнительную воду и предотвращают наводнения; проливные дожди или любые неисправности плотин могут привести к обрушению плотин, что может поставить под угрозу жизнь людей, проживающих в близлежащих районах. Обрушение плотины Баньцяо из-за тайфуна Нина считается самым страшным прорывом плотины в истории, повлекшим за собой множество жертв.
Принцип и устройство работы гэс: Гидроэлектростанции принцип работы