На Руси водяные силовые установки строились на реках с незапамятных времен. Из сохранившихся древних летописей известно, что русские люди уже в XIII в. искусно сооружали вододействующие установки для вращения мельничных жерновов.
В XIV-XV вв. водяные мельницы были уже широко распространены. О них упоминается в рукописных документах того времени. Еще шире стали использовать природную энергию рек в XVI и XVII вв. Под Москвой на р. Неглинной в 1519 г. работали уже три водяные мельницы и одна толчея, очищавшая зерно в ступах. Но все эти установки с водяными колесами были небольшой мощности.
В 1524 г., как говорит Псковская летопись, новгородцы под руководством «некоего хитреца» мастера Нережи Псковитина дерзнули создать плотину и мощную гидросиловую установку на полноводном и глубоком Волхове. Эта гидроустановка, построенная впервые в мире на большой реке, некоторое время успешно работала.
А через 400 лет на том же многоводном Волхове советские люди воздвигли из бетона и стали мощную гидроэлектростанцию. С декабря 1926 г. она безотказно посылает энергию заводам, городам, селам. Так было положено начало сооружению мощных гидроэлектрических установок на реках нашей страны.
Реки по своей природе очень разнообразны. Например, бурливый, гремящий Терек берет начало в подоблачных ледниках Казбека. Он совсем не похож на широкую Волгу, плавно, неторопливо несущую свои воды в невысоких берегах.
Понятно, что получать энергию от горного Терека и от равнинной Волги надо не одинаковым способом. Гидростанции на этих двух реках должны быть совершенно различными по устройству. Так, на круто падающих и стремительных горных потоках отводят воду деривационным каналом (см. ст. «»). От конца канала вниз по склону проложены трубы. По ним вода под напором течет к зданию электростанции. Оно стоит в глубине долины на берегу реки. Если скалы на склонах ущелья крутые и недоступные, воду отводят подземным деривационным туннелем. На полноводных реках, спокойно протекающих по пологим равнинам, напор создают плотиной. Гидроэлектрические установки такого типа на горных реках называют деривационными, а обычные, на равнинных реках, - плотинными.
Как же устроена мощная плотинная гидроэлектрическая станция, похожая, например, на крупнейшую Волжскую гидростанцию?
Основные сооружения гидроэлектростанции на равнинной реке - плотина и здание ГЭС. Уровень воды перед плотиной выше, чем вниз по течению реки. Эту разницу в высотах уровней называют напором гидростанции. Вода, непрерывно переливающаяся с более высокого уровня на низкий, может выполнять большую полезную работу.
Разрез гидроэлектрической станции (ГЭС): 1 - сороудерживающая решетка; 2 - кран для подъема и спуска затвора; 3 - водослив; 4 - здание ГЭС; 5 - судоподъемник; 6 -электрогенератор; 7 - гидротурбина; 8 - всасывающая труба; 9 - трансформатор; 10 - подвод воды; 11 - тело плотины; 12 - смотровые галереи.
Перед плотиной гидростанции обычно образуется водохранилище. Весной оно пополняется талыми водами и сохраняет их до наступления зимы. А зимой или в летнюю засуху водохранилище изо дня в день добавляет воду к скудному в эти времена года природному стоку реки. Так поддерживается мощность электростанции, которая весь год должна быть достаточно равномерной.
В состав гидроустановки 4 на равнинной реке обычно входят бетонная и земляная плотины. Бетонная плотина необходима для сброса через нее лишних весенних паводковых вод. Остальную часть плотины обычно строят из земли и песка.
В здании гидростанции размещается основное машинное оборудование - турбины и генераторы, вырабатывающие электрическую энергию. Водяную турбину и соединенный с ней электрический генератор называют машинным агрегатом гидроэлектрической станции.
Водяная турбина, или гидротурбина, - главный двигатель гидростанции. На гидростанциях с низким напором воды, не выше 50-70 м, применяют поворотнолопастные гидротурбины. Их колесо по внешнему виду напоминает пароходный гребной винт. Такие турбины выгоднее других потому, что они быстроходнее. А это уменьшает вес и стоимость и самой водяной турбины, и вращаемого ею электрического генератора (подробнее см. ст. «»). Перед подводом воды к турбине устроена частая металлическая решетка. Она задерживает ветки деревьев, куски торфа, щепки и другие предметы, попавшие в реку. Далее вода поступает в трубу, которая имеет спиральную форму и похожа на раковину огромной улитки. В центре ее вращается колесо турбины. Эта труба называется спиральной камерой и служит для подвода воды непосредственно к турбине.
Первая часть поворотно-лопастной турбины (считая по пути движения потока воды) - это направляющий аппарат. Он представляет собой поворачивающиеся вокруг своих осей и легко обтекаемые водой лопатки. Располагаются они по окружности с внешней стороны турбины. Поворачивая лопатки направляющего аппарата, можно уменьшить или увеличить впуск воды в турбину, изменить ее мощность. Так поддерживается постоянное число оборотов турбины при любой ее нагрузке.
Из направляющего аппарата вода поступает на рабочее колесо. Оно, собственно, и использует энергию водяного потока. Рабочее колесо состоит из насаженной на вал втулки, к которой прикреплены плавно изогнутые металлические лопасти. Они могут поворачиваться вокруг своих осей в полном согласии с изменениями положения лопаток направляющего аппарата. У турбин такой конструкции бывает от 4 до 8 лопастей в зависимости от высоты напора воды, при котором они работают. Диаметр рабочего колеса гидротурбины зависит от ее мощности и напора воды и может достигать 9 ж и более.
Из рабочего колеса вода идет во всасывающую трубу. Это третья важная часть гидроустановки. Через нее отработанная вода из турбины выходит в реку ниже плотины. Всасывающая труба создает под рабочим колесом пониженное давление воды, что значительно увеличивает мощность турбины. С такой трубой турбину можно помещать выше нижнего уровня воды.
Гидротурбина преобразует в полезную работу большую часть - около 0,9 - всей энергии водяного потока. Принято поэтому говорить, что к. п. д. водяной турбины очень высок - приблизительно 90%. Полезная отдача гидротурбины с поворотными лопастями рабочего колеса велика не только при полной, но и при частичной ее нагрузке.
Гидротурбины оборудованы автоматическими регуляторами. Они работают с помощью жидкого минерального масла, находящегося под большим давлением. Регулятор сам, без участия человека, открывает и закрывает направляющий аппарат, а также поворачивает лопасти рабочего колеса, т. е. увеличивает или уменьшает мощность турбины.
Турбина электростанции приводит во вращение электрическую машину - гидрогенератор. Электрический генератор, вращаемый водяной турбиной, по устройству и большим размерам значительно отличается от генераторов, устанавливаемых на паровых электростанциях. Вал его обычно располагается вертикально. Одна из частей гидрогенератора - неподвижная станина - статор. Это полый внутри цилиндр, изготовленный из спрессованных пачек тонких стальных листов. С внутренней стороны статора в особых канавках, или пазах, укреплена электрическая обмотка из хорошо изолированных медных проводников.
Внутри статора вращается насаженный на вал барабан - ротор. На нем укреплены полюса сильных электромагнитов. Вы знаете, что если обмотать железный стержень изолированной проволокой и пропустить через нее постоянный электрический ток, то стержень становится электромагнитом. Так намагничиваются полюса ротора.
От вала гидрогенератора приводится в движение небольшой вспомогательный генератор - возбудитель. Он вырабатывает постоянный электрический ток для возбуждения магнетизма в полюсах ротора. Полюса электромагнита быстро движутся около витков обмотки статора. В обмотке возникает переменный электрический ток. При прохождении через обмотки электрического тока выделяется тепло, и они нагреваются. Поэтому через генератор беспрестанно пропускают охлаждающий его воздух.
Работой агрегатов гидроэлектрической установки управляют со специального пульта управления. На щитах - панелях пульта установлены аппараты управления и многочисленные приборы. Они измеряют силу электрического тока, его напряжение и другие важные величины. На пульте, как в зеркале, отражается вся жизнь гидроэлектрической станции. Отсюда ведется надзор за всеми ее машинами и аппаратами, а также управление ими. Пульт управления - это как бы мозг гидростанции, центр ее «нервной системы», получающий сигналы и посылающий точные приказания всем агрегатам.
Гидроэлектрические установки все шире автоматизируются. Некоторые станции работают без людей, при запертых на замок дверях машинного зала.
Напряжение электрического тока, выработанного гидрогенератором, по сравнению с напряжением линии электропередачи, низкое - от 6 до 16 тыс. в. Передавать ток с таким напряжением на далекие расстояния нельзя. Для этого нужно повысить напряжение, например, до 200 тыс. в, а при особенно дальних расстояниях электропередачи - до 500 и даже до 800 тыс. в. Напряжение тока повышают с помощью трансформатора.
Обычно его помещают на открытой площадке недалеко от генератора. В трансформаторе все части неподвижны. Он состоит из тяжелого сердечника, изготовленного из плотно спрессованных и прочно скрепленных болтами тонких стальных листов. На сердечнике - две обмотки из медных проводников, покрытых изоляцией. Через одну обмотку, с небольшим числом витков толстых проводов, проходит вырабатываемый генератором переменный ток генераторного, низкого напряжения. Под действием этого тока железный сердечник намагничивается и возбуждает во второй обмотке, с большим числом витков тонкого провода, переменный электрический ток высокого напряжения.
Величина полученного высокого напряжения во столько раз больше первичного, низкого, во сколько число витков тонкой обмотки больше числа витков обмотки более толстой.
Чтобы ток высокого напряжения во второй обмотке не мог пробить ее изоляцию и не создал бы этим короткого замыкания (а также для хорошего охлаждения), весь сердечник трансформатора, вместе с обмотками, помещается в железный бак. Бак наполнен жидким минеральным маслом, которое не проводит электрического тока. Концы обмоток выпущены нз бака наружу через фарфоровые втулки. Часто трансформаторы делают трехфазными: у них три первичные и три вторичные обмотки. Три конца от тонкой обмотки с большим числом витков присоединены к трем проводам электрической линии, ведущей к потребителям в отдаленные районы.
На местах потребления электроэнергии переменный ток высокого напряжения необходимо вновь преобразовать в ток низкого напряжения, которым питаются осветительные электрические лампы, электродвигатели и т. п. Это обратное превращение электрической энергии так же выполняют трансформаторы. Устройство их подобно описанному выше.
Эти трансформаторы называются понизительными.
Таким способом дешевая энергия Волжской гидростанции передается в район Москвы на очень большое расстояние - 900 км при напряжении 400 тыс. в.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
Саяно-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 ГЭС
Крупнейшая гидроэлектростанция
в России
год основания : 1963
местоположение : посёлок Черёмушки, Хакасия
число сотрудников : 580 человек
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.
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.
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
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.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Электрические станции, их виды
Гидравлические электрические станции
Немного об истории ГЭС
Принцип работы и виды гидроэлектростанций
Гидроэнергетика в мире
Гидроэнергетика России
Аварии и происшествие на ГЭС
Заключение
Библиографический список
Введение
Энергетическая промышленность наших дней - одна из чаще всего обсуждаемых сфер жизнедеятельности страны, ведь именно сейчас она приобретает всё более многогранные экономические, технические и даже политические аспекты.
Актуальность выбранной темы контрольной работы не вызывает сомнений, если вспомнить, что научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики. И для повышения производительности труда первостепенное значение имеет автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов.
Электроэнергия нужна человечеству, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем, запасы традиционных органических топлив (нефти, угля, газа) конечны. Поэтому на сегодняшний день крайне важно найти выгодные источники электроэнергии, причем - выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, стоимости необходимых для постройки станции материалов, их долговечности. Таким источником может стать гидравлическая электростанция.
Данная контрольная работа направлена на рассмотрение особенностей именно этого типа электростанций. Соответственно, цель работы - прежде всего ознакомление с современным положением дел в этой проблематике и выявление плюсов и минусов использования гидроресурсов для получения энергии.
Электрические станции , их виды
Электрическая станция - совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.
В зависимости от источника энергии различают:
тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо;
гидроэлектростанции (ГЭС), использующие энергию падающей воды запруженных рек;
атомные электростанции (АЭС), использующие ядерную энергию;
иные электростанции, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергий.
В нашей стране производится и потребляется огромное количество электроэнергии. Она почти полностью вырабатывается тремя основными типами электростанций: тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями.
Гидравлические электрические станции
Гидроэлектростанции являются весьма эффективными источниками энергии. Необходимый для этого подпор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.
Особенности ГЭС:
себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях;
требуется намного меньше обслуживающего персонала;
обладают очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%) ;
гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0, 4 т угля) ;
турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют быстро изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии;
сток реки является возобновляемым источником энергии;
значительно меньшее воздействие на воздушную среду, чем другими видами электростанций;
строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций;
часто эффективные ГЭС удалены от потребителей;
водохранилища занимают значительные территории, но с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки) ;
плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
Немного об истории ГЭС
Гидроэнергия, равно как и мускульная энергия людей и животных, а также солнечная энергия, используется очень давно. Упоминание об использовании энергии воды на водяных мельницах для помола зерна и дутья воздуха при выплавке металла относится к концу II в. до н. э. С течением столетий размеры и эффективность водяных колёс увеличились. В XI в. в Англии и Франции одна мельница приходилась на 250 человек. В это время сфера применения мельниц расширилась. Они стали использоваться в сукновальном производстве, при варке пива, распилке леса, для работы откачивающих насосов, на маслобойнях. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. В этом году русский инженер Михаил Осипович Доливо-Добровольский, эмигрировавший в Германию по причине «политической неблагонадёжности», должен был демонстрировать на электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне изобретённый им двигатель переменного тока. Этот двигатель мощностью около 100 киловатт в эпоху господства постоянного электрического тока сам по себе должен был стать гвоздём выставки, но изобретатель решил для его питания построить ещё и совершенно неожиданное по тем временам сооружение - гидроэлектростанцию. В небольшом городке Лауффен Доливо-Добровольский установил генератор трёхфазного тока, который вращала небольшая водяная турбина. Электрическая энергия передавалась на территорию выставки по невероятно протяжённой для тех лет линий передачи длиной 175 километров (это сейчас линии передач длиной в тысячи километров никого не удивляют, тогда же подобное строительство было единодушно признано невозможным). Всего за несколько лет до этого события виднейший английский инженер и физик Осборн Рейнольдс в своих Канторовских лекциях неопровержимо, казалось бы доказал, что при передаче энергии по средствам трансмиссии потери энергии составляют всего лишь 1, 4% на милю, в то время как при передачи электрической энергии по проводам на такое же расстояние потери составят 6%. Опираясь на данные опытов, он сделал вывод о том, что при использовании электрического тока на другом конце линии передачи вряд ли удастся иметь более15-20% начальной мощности. В то же время, считал он, можно быть уверенным в том, что при передаче энергии приводным тросом сохранится 90% мощности. Этот «неоспоримый» вывод был успешно опровергнут практикой работы первенца гидроэнергетики в Лауффене.
Но эра гидроэнергетики тогда ещё не наступила. Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колёс мог бы оказать не малую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалось задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за турбиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объём гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале ХХ века было построено всего несколько гидроэлектростанций. Это было лишь началом. Освоение гидроэнергоресурсов осуществлялось быстрыми темпами, и в 30-е годы ХХ века была завершена реализация таких крупных проектов, как ГЭС Гувер в США мощностью 1, 3 гиговатт. Строительство подобных мощных ГЭС вызвало рост использования энергии в промышленно развитых странах, а это, в свою очередь, дало толчок программам освоения крупных гидроэнергетических потенциалов.
В настоящее время использование энергии воды по-прежнему остается актуальным, а основным направлением является производство электроэнергии.
Принцип работы и виды гидроэлектростанций
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 ГЭС 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). 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 принципу использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. Русловые и приплотинные ГЭС - наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. В таких 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 ГЭС 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 ГЭС небольшой мощности. На крупных равнинных реках основное русло перекрывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная плотина и сооружается здание ГЭС.
Плотинные ГЭС строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
Деривационные гидроэлектростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние - спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида - безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище - такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.
Гидроэнергетика в мире
В настоящее время гидроэлектростанции обеспечивают примерно одну пятую мирового производства электроэнергии. Большинство из них -
крупные электростанции мощностью свыше 10-15 МВт. Однако возможности строительства крупных ГЭС в Европе практически исчерпаны, и в настоящее время внимание направлено на развитие малых ГЭС, мощность которых не превышает 10 МВт (иногда даже принимается лимит 5 МВт). Они генерируют электричество, преобразуя энергию малых рек, каналов, промышленных водотоков. Сегодня эта технология получения электричества является технически выверенной и экономически выгодной. Благодаря постоянному совершенствованию конструкции и контролирующего оборудования улучшаются эксплуатационные характеристики малых ГЭС и облегчается их продвижение на рынок экологически чистых технологий. Малая ГЭС с установленной мощностью 1 МВт может вырабатывать 6000 МВт*ч в год, предотвращая при этом эмиссию 4000 тонн углекислого газа, которые были бы выброшены в окружающую среду при выработке этого же количества электричества электростанцией, работающей на угле. Экономический потенциал гидроэнергии в мире составляет 7300 ТВт*ч/год. Из этого объема 32% уже освоено, в том числе 5% за счет малых ГЭС. В 1995 году в 15 странах ЕС было получено 33 ТВт*ч/год. К 2010 году во всем мире за счет малой гидроэнергетики в 2010 году планировалось получить 220 ТВт*ч/год, а установленная мощность должна была достигнуть 55 ГВт. Быстрый рост ожидался, в основном, в Азии, Латинской Америке, Центральной и Восточной Европе и странах бывшего Советского Союза. В странах ЕС усилия будут сосредоточены, по-видимому, на реконструкции старых ГЭС, нежели на строительстве новых объектов.
Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии, Канаде и Швеции. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х вел Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии. В этой стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира, а также крупнейшая ГЭС мира «Три ущелья« на реке Янцзы и строящийся крупнейший по мощности каскад ГЭС. Ещё более крупная ГЭС «Гранд Инга« мощностью 39 ГВт планируется к сооружению международным консорциумом на реке Конго в Демократической Республике Конго (бывший Заир) .
Выгоды и препятствия для развития малых ГЭС
Малые ГЭС, как было показано, являются наиболее чистым способом получения энергии. Поэтому, в цене произведенного кВт*час, помимо рыночных ценовых аргументов, должен быть учтен фактор минимального воздействия на окружающую среду. Без учета экологических и социальных факторов, строительство крупной электростанции на газе зачастую оказывается проще, чем восстановление и пуск десятка 100 кВт-ных малых ГЭС. Самая большая проблема состоит в том, что намерения, провозглашенные законодательно, не осуществляются на практике. Проблемы возникают и на уровне местных администраций. Иногда небольшие местные организации оказывают сопротивление строительству отдельных крупных объектов на основе ВИЭ, не учитывая при этом более широкие выгоды возобновляемой энергетики.
Типичной является ситуация, когда население деревни или отдельного района ничего не получает от установки малой ГЭС в зоне проживания, только собственник ГЭС получит прибыль, используя местную реку. Поэтому новая инициатива помощи этим небольшим поселкам со стороны сектора малой гидроэнергетики - отмена взимания платы за электричество, произведенное малой ГЭС с жителей тех муниципалитетов, где была установлена ГЭС - заслуживает особой позитивной оценки.
И все же фирмы, работающие с малой гидроэнергетикой, могли бы работать более эффективно. Недостаток достоверной информации, распространяемой среди местного населения, слабое взаимодействие фирм с локальными природоохранными группами, безусловно, являются препятствиями на пути продвижения малой гидроэнергетики.
Гидроэнергетика России
По состоянию на 2009 год в России имеется 15 гидравлических электростанций свыше 1000 МВт (действующих, достраиваемых или находящихся в замороженном строительстве), и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности. Россия обладает вторым в мире по объему гидропотенциалом. 852 млрд. кВтч можно производить ежегодно за счет энергии российских рек, это составляет 12% от мирового гидропотенциала.
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. Каргиев В.М.Малая гидроэнергетика России - современное состояние // Ежеквартальный информационный бюллетень «Возобновляемая Энергия». - апрель, 2002. - с. 4-8
Гидроэнергетика занимает важное место в энергобалансе России. В настоящее время около 20% (165 млрд. кВт*час) электроэнергии страны производится на гидроэлектростанциях, при общей установленной мощности ГЭС России 44, 1 ГВт. Значительная часть неиспользованного потенциала находится в таких энергодефицитных районах, как Северный Кавказ и Дальний Восток.
Несмотря на то, что потенциал для развития гидроэнергетики России велик, в ближайшее время не предвидится интенсивного строительства ГЭС, что связано как с экономическими причинами, так и с более жесткими экологическими требованиями. Более того, возможности строительства больших ГЭС в Европейской части страны практически исчерпаны. В этой связи возрастает интерес к использованию энергии малых рек и водотоков. Как известно, гидроэнергетические проекты требуют больших капиталовложений, но, в то же время, расходы при производстве электроэнергии намного меньше. Строительство малых ГЭС требует меньших начальных инвестиций, поэтому более реально в современных экономических условиях. Большие традиционные ГЭС требуют отвода больших площадей под затопление, что приводит к серьезным экологическим последствиям и приводит к увеличению затрат на защиту окружающей среды и расходов на сглаживание социального воздействия (переселение людей, затопление традиционных мест обитания и т. п.).
Правильно спроектированные малые ГЭС (обычно менее 10 МВт) обычно легко интегрируются в местную экосистему. Малые ГЭС составляют самую большую долю среди других электрогенерирующих ВИЭ как в Европе, так и в мире. В мире установлено примерно 47 ГВт с потенциалом - техническим и экономическим - Малая гидроэнергетика России - современное состояние около 180 ГВт. В Европе установленная мощность - около 9, 5 ГВт, намечено к 2010 году нарастить эту мощность до 14 ГВт. В России в настоящее время насчитывается около 300 малых ГЭС и 50 микроГЭС общей мощностью около 1, 3 ГВт, которые производят ежегодно около 2, 2 млрд. кВтч электроэнергии. Наиболее экономически целесообразными направлениями развития малой гидроэнергетики в настоящее время являются:
* реконструкция и восстановление существовавших ранее малых ГЭС;
* строительство малых и микроГЭС при сооружаемых гидроузлах, на существующих водохранилищах неэнергетического назначения с перепадами;
* сооружение малых ГЭС на небольших реках.
К малым ГЭС относятся станции мощностью до 30 МВт с мощностью единичного агрегата до 10 МВт. К микроГЭС относятся гидроагрегаты мощностью до 100 кВт. Большинство малых ГЭС работают по так называемой «run-of-river» схеме, то есть без использования больших водохранилищ. Такие безрезервуарные малые ГЭС производят электроэнергию тогда, когда воды в реке достаточно для работы гидротурбин; когда расход воды падает ниже определенной величины, работа малой ГЭС останавливается. Это означает, что автономные схемы малых ГЭС не всегда могут обеспечить непрерывное электроснабжение, за исключением случаев, когда минимальный расход реки обеспечивает нормальную работу ГЭС. Эту проблему можно решить двумя способами. Во-первых, использовать существующие вверх по течению водные резервуары для регулирования расхода. Во-вторых, интегрировать малую ГЭС в систему централизованного электроснабжения. Это, с одной стороны, позволяет автоматически контролировать станцию и удаленно управлять ее параметрами (напряжение, частота), но с другой стороны, приводит к необходимости продавать электроэнергию электросетям по их закупочной цене, которая обычно значительно ниже отпускной цены. Несомненным преимуществом малых ГЭС является возможность полной автоматизации ее работы, что приводит к снижению затрат на обслуживание и, следовательно, снижает стоимость производимой электроэнергии.
Аварии и происшествия на ГЭС
гидравлическая электрическая станция
Аварии на ГЭС не частое явление, однако, они имеют место быть. Вот некоторые из них:
17 мая 1943 года - подрыв британскими войсками по операции Chastise плотин на реках Мёне (водохранилище Мёнезее) и Эдер (водохранилище Эдерзее), повлекшие за собой гибель 1268 человек, в том числе около 700 советских военнопленных.
9 октября 1963 года - одна из крупнейших гидротехнических аварий на плотине Вайонт в северной Италии.
10 октября 2001 года из-за землетрясения на Байкале произошла авария и возник пожар на подстанции Иркутской ГЭС. Причиной аварии стало замыкание на одном из трансформаторов подстанции. Через час пожар был ликвидирован. На энергоснабжении города и предприятий это не отразилось.
11 марта 2004 года на ГЭС_10, расположенной на реке Вуокса в городе Светогорске Выборгского района Ленинградской области, произошло короткое замыкание. Станция остановилась, шлюзы стало затоплять, возникла опасность подтопления города, в котором проживало около 15 тысяч человек. Аварийной службой шлюзы были подняты вручную, и угроза подтопления города исчезла. На снабжении города электроэнергией авария на ГЭС не отразилась, поскольку электростанция работала исключительно на экспорт электроэнергии. В ночь на 11 февраля 2005 года в провинции Белуджистан на юго-западе Пакистана из-за мощных ливней произошел прорыв 150-метровой плотины ГЭС у города Пасни. В результате было затоплено несколько деревень, более 135 человек погибли.
6 февраля 2006 года в Талакане Амурской области на Бурейской ГЭС произошла поломка самого большого на электростанции тысячетонного подъемного крана. От стрелы грузоподъемного устройства оторвался крюк. Падая, он пробил водовод станции, из которого моментально хлынула вода. Работники гидростанции перекрыли шлюз водовода, предотвратив попадание жидкости на находившийся недалеко от пробоины трансформатор.
В ночь на 19 августа 2006 года на Бурейской ГЭС (Приамурье) вышел из строя блочный трансформатор 4-го гидроагрегата. Причиной аварии стало межвитковое замыкание высоковольтной обмотки трансформатора. Во время сбоя последовательно сработали все защиты. Трансформатор вывел из работы оперативный персонал, т. е. не последовало ни пожара, ни взрыва, пострадавших нет. Однако поломка привела к длительной - более месяца - остановке гидроагрегата.
13 июня 2007 года произошел пожар на Жигулевской ГЭС в Самарской области. Загорелся мусор в одной из так называемых банок ГЭС (размером 40 на 40 метров). Возгорание привело к сильному задымлению. Пожару был присвоен второй номер сложности. С огнем боролись пожарные Тольятти и Жигулевска. Пожар был потушен через 4, 5 часа. 5 октября 2007 года на реке Чу во вьетнамской провинции Тханьхоа после резкого подъема уровня воды прорвало плотину строящейся ГЭС Кыадат. В зоне затопления оказалось около 5 тысяч домов, 35 человек погибли.
12 сентября 2007 года на Новосибирской ГЭС произошел пожар на блочном трансформаторе. Все люди были эвакуированы из здания ГЭС, никто не пострадал. Нагрузка станции, которая обеспечивает электроэнергией часть Советского и Ленинского районов Новосибирска, была снижена до нуля. Полностью потушить пожар удалось через два часа.
8 октября 2007 года из-за повреждений на линии 500 киловольт Бурейской ГЭС в Хабаровске произошли веерные отключения электроэнергии. От электроснабжения были отключены отдельные предприятия и несколько десятков жилых домов. Авария была вызвана дождевым циклоном с ветром.
27 февраля 2008 года произошел пожар на Рыбинской ГЭС в Ярославской области. Произошло возгорание на крыше основного здания гидростанции, горела кровля на площади 300 квадратных метров. Через 2, 5 часа очаг возгорания был ликвидирован. Жертв и пострадавших нет, основное оборудование гидроэлектростанции не пострадало. Происшествие не отразилось на выработке электроэнергии ГЭС. Оперативно в работу была запущена резервная линия.
17 августа 2009 года произошла авария на Саяно-Шушенской ГЭС, самой мощной электростанции России, расположенной на реке Енисей в Сибири. ЧП произошло во время ремонта одного из гидроагрегатов ГЭС, в машинный зал хлынула вода. Станция была остановлена, прорыва плотины и подтопления жилых районов не было. Из-за аварии было нарушено энергоснабжение сибирских алюминиевых заводов. В результате аварии 7 человек погибли, 8 были доставлены в больницы, часть людей покинула станцию самостоятельно.
Заключение
Несмотря на кажущееся обилие ископаемых видов топлива, имеющегося в недрах, находящихся в границах Российской Федерации, в ближайшие годы страна столкнется с серьезным дефицитом энергоресурсов на внутреннем рынке. Это понимают многие серьезные специалисты, работающие в топливно-энергетическом комплексе России.
Учитывая результаты существующих прогнозов по истощению запасов нефти, природного газа и других традиционных энергоресурсов в ближайшем будущем, а также сокращения потребления угля из-за вредных выбросов в атмосферу, а также употребления ядерного топлива, которого при условии интенсивного развития реакторов-размножителей хватит не менее чем на 1000 лет можно считать, что на данном этапе развития науки и техники тепловые, атомные и гидроэлектрические источники будут еще долгое время преобладать над остальными источниками электроэнергии. Уже началось дорожание нефти, поэтому гидравлические электростанции вытеснят другие виды электростанций.
Некоторые ученые и экологи в конце 1990-х гг. говорили о скором запрещении государствами Западной Европы атомных электростанции. Но исходя из современных анализов сырьевого рынка и потребностей общества в электрической энергии, такие утверждения выглядят неуместными.
Библиографический список
Гиршфельд В. Я., Кароль Л. А. Общий курс электростанций. Учеб. Пособие для учащихся энергетических и энергостроительных техникумов. - изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : «энергия». - 1976. - 272 с.
Каргиев В. М. Малая гидроэнергетика России - современное состояние // Ежеквартальный информационный бюллетень «Возобновляемая Энергия». - апрель, 2002. - с. 4-8
Ларин В. Состояние и перспективы применения возобновляемых источников энергии в России // Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». - 2009. - №4. [Электронный ресурс]. URL: http://esco-ecosys.narod.ru/2009_4/art154.pdf
Малая гидроэнергетика в России // Информационно-аналитичес-кое агентство Cleandex. - 2008. [Электронный ресурс]. URL: http: //www. cleandex. ru/articles/2008/03/18/hydropower8
Чрезвычайные происшествия на ГЭС России в 2001-2009 гг. Справка // Информационное агентство «РИА Новости». - 2009. [Электронный ресурс]. URL: http://www.rian.ru/incidents/20090817/181228926.html
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Понятие, виды, принцип работы гидроэлектрических станций. Предыстория развития гидростроения в России. Физические принципы процесса преобразования энергии падающей воды в электроэнергию. Основные преимущества гидроэнергетики. Аварии и происшествия на ГЭС.
курсовая работа , добавлен 12.02.2016
Немного об истории. Гидроэнергетика в Беларуси. Основные схемы использования водной энергии. Описание работы ГЭС. Влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду и охрана природы.
реферат , добавлен 01.06.2007
Характеристика возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Изучение схемы плотины гидроэлектростанции. Особенности работы русловых и плотинных гидроэлектростанций. Гидроаккумулирующие электростанции. Крупнейшие аварии на гидроэлектростанциях.
реферат , добавлен 23.10.2014
Принцип работы и источники энергии гидроэлектростанций, факторы их эффективности. Крупнейшие и старейшие гидроэлектростанции России, их месторасположение, преимущества и недостатки использования. Крупнейшие гидротехнические аварии и происшествия.
презентация , добавлен 14.12.2012
Общая характеристика, история разработки и развития основных гидроэлектростанций, расположенных на территории Памира. Динамика производства и потребления электроэнергии, ее потребление по секторам. Структура и элементы данных сооружений, их значение.
презентация , добавлен 16.10.2014
Уровень развития гидроэнергетики в России и в мире. Комплекс гидротехнических и рыбозащитных сооружений, оборудование, принципиальные схемы гидроэлектростанций. Аварии и происшествия на ГЭС; социальные и экономические последствия, экологические проблемы.
реферат , добавлен 15.02.2012
Виды возобновляемых природных энергетических ресурсов Сахалинской области - геотермальные, ветроэнергетические и приливные. Проектирование гибридной станции для электроснабжения нефтяного месторождения. Выбор количества и мощности ветрогенераторов.
отчет по практике , добавлен 21.01.2015
Экономический потенциал гидроэнергоресурсов России. Основные виды гидроэлектростанций. Сооружения и оборудование гидроэлектростанций. Радиально-осевая турбина (турбина Френсиса). Определение преимуществ гидроэнергетики. Расчет себестоимости энергии.
реферат , добавлен 24.09.2013
Производство электрической и тепловой энергии. Гидравлические электрические станции. Использование альтернативных источников энергии. Распределение электрических нагрузок между электростанциями. Передача и потребление электрической и тепловой энергии.
учебное пособие , добавлен 19.04.2012
Принцип работы водозабора станции Хабаровск-1. Оборудование насосной станции 2-го подъёма. Расчет пусковых характеристик и режимов работы насоса. Алгоритм работы системы автоматизации водозабора. Увеличение срока службы оборудования и приборов.
И, как следствие, концентрации реки в определённом месте, или деривацией - естественным потоком воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается всё энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет своё определённое деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты , непосредственно преобразующие энергию потока воды в электрическую энергию. Есть ещё всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля работы ГЭС, трансформаторная станция , распределительные устройства и многое другое.
Особенности
Классификация
Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности :
- мощные - вырабатывают от 25 МВт и выше;
- средние - до 25 МВт;
- малые гидроэлектростанции - до 5 МВт.
Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также ещё по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.
Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды :
- высоконапорные - более 60 м;
- средненапорные - от 25 м;
- низконапорные - от 3 до 25 м.
В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин . Для высоконапорных - ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах.
Принцип работы всех видов турбин схож - поток воды поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передаётся на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами - стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.
Гидроэлектрические станции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов , и, соответственно, образующегося напора воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:
- плотинные ГЭС . Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создаётся посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
- приплотинные ГЭС . Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС .
- деривационные ГЭС . Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимый напор воды в ГЭС такого типа создаётся посредством деривации . Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние - спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида - безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище - такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимого напора воды.
- гидроаккумулирующие электростанции . Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определённые периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.
В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъёмники , способствующие навигации по водоёму, рыбопропускные , водозаборные сооружения, используемые для ирригации , и многое другое.
Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что для производства электрической энергии они используют возобновляемые природные ресурсы . В виду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций .
Преимущества и недостатки
В РоссииНаиболее достоверным считается, что первой гидроэлектростанцией в России была Берёзовская (Зыряновская) ГЭС (ныне территория Республики Казахстан), построенная в Рудном Алтае на реке Берёзовке (приток р. Бухтармы) в 1892 году . Она была четырёхтурбинной, общей мощностью 200 кВт и предназначалась для обеспечения электричеством шахтного водоотлива из Зыряновского рудника. На роль первой также претендует Ныгринская ГЭС, которая появилась в Иркутской губернии на реке Ныгри (приток р. Вачи) в 1896 году . Энергетическое оборудование станции состояло из двух турбин с общим горизонтальным валом, вращавшим три динамо-машины мощностью по 100 кВт. Первичное напряжение преобразовывалось четырьмя трансформаторами трёхфазного тока до 10 кВ и передавалось по двум высоковольтным линиям на соседние прииски . Это были первые в России высоковольтные ЛЭП . Одну линию (длиной 9 км) проложили через гольцы к прииску Негаданному, другую (14 км) - вверх по долине Ныгри до устья ключа Сухой Лог, где в те годы действовал прииск Ивановский. На приисках напряжение трансформировалось до 220 В. Благодаря электроэнергии Ныгринской ГЭС в шахтах установили электрические подъёмники. Кроме того, электрифицировали приисковую железную дорогу, служившую для вывоза отработанной породы, которая стала первой в России электрифицированной железной дорогой. Россия имела достаточно богатый опыт промышленного гидростроительства, в основном, частными компаниями и концессиями . Информация об этих ГЭС, построенных в России за последнее десятилетие XIX века и первые 20 лет XX столетия, достаточно разрознена, противоречива и требует специальных исторических исследований. Гидроэлектростанции в миреКрупнейшие ГЭС
Крупнейшие гидроэлектростанции РоссииПо состоянию на 2017 год в России имеется 15 действующих гидроэлектростанций свыше 1000 МВт, и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.
|