Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лабораторные работы по дисциплине: общая энергетика - файл ГЭС.doc


Лабораторные работы по дисциплине: общая энергетика
скачать (2618.5 kb.)

Доступные файлы (11):

Image1.jpg188kb.13.11.2005 03:03скачать
Image2.jpg356kb.16.12.2006 16:20скачать
Image3.jpg600kb.16.12.2006 16:23скачать
Image4.jpg248kb.16.12.2006 16:23скачать
Thumbs.db
Image1.jpg301kb.23.11.2005 06:54скачать
Image2.jpg494kb.23.11.2005 06:54скачать
Image3.jpg184kb.23.11.2005 06:54скачать
Image4.jpg253kb.23.11.2005 06:54скачать
Thumbs.db
ГЭС.doc165kb.24.10.2005 14:41скачать

содержание

ГЭС.doc

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. 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 создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной (рис1), либо деривацией (рис. 2), либо плотиной и дери­вацией совместно (рис. 3). 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 (св. 250), сред­ние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора На (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды, используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата . 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 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 приплотинныс 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 (рис. 4). 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 спец. 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. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волж­ская ГЭС им. 22-го съезда КПСС— наиболее крупная среди станций русло­вого типа.

При более высоких напорах оказывает­ся нецелесообразным передавать на зда­ние ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за пло­тиной, примыкает к нижнему бьефу (рис. 5). В состав гидравлической трассы меж­ду верхним и нижним бьефом ГЭС тако­го типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, тур­бинный водовод, спиральная камера, гидротурбина, отсасывающая труба. В качестве дополнит, сооружений в состав узла могут входить судоходные сооруже­ния и рыбоходы, а также дополнительные водо­сбросы Примером подобного типа станций на многоводной реке служит Братская ГЭС на реке Ангара.

Другой вид компоновки приплотинных ГЭС, соответствующий горным усло­виям, при сравнительно малых рас­ходах реки, характерен для Нурекской ГЭС на реке Вахш (Ср. Азия), проектной мощностью 2700 Мвт. Здание ГЭС от­крытого типа располагается ниже пло­тины, вода подводится к турбинам по одному или нескольким напорным туннелям. Иногда здание ГЭС размещают ближе к верх­нему бьефу в подземной (подземная ГЭС) выемке. Такая компоновка целе­сообразна при наличии скальных осно­ваний, особенно при земляных или на­бросных плотинах, имеющих значит ширину. Сброс паводковых расходов производится через водосбросные тун­нели или через открытые береговые водо­сбросы.

В деривационных ГЭС кон­центрация падения реки создаётся по­средством деривации; вода в начале ис­пользуемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, зна­чительно меньшим, чем ср. уклон реки на этом участке и со спрямлением изги­бов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвраща­ется в реку, либо подводится к след. де­ривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик. Деривац. схема концентрации напора в чистом виде (бесплотинный водозабор или с низкой водозаборной плотиной) на практике приводит к тому, что из реки забирается лишь небольшая часть её стока. В других случаях в начале деривации на реке соору­жается более высокая плотина и созда­ётся водохранилище; такая схема кон­центрации падения паз. смешанной, т. к. используются оба принципа создания на­пора. Иногда, в зависимости от местных условий, здание ГЭС выгоднее распола­гать на некотором расстоянии от конца используемого участка реки вверх по течению; деривация разделяется по от­ношению к зданию ГЭС на подводящую и отводящую. В ряде случаев с помощью деривации производится переброска сто­ка реки в соседнюю реку, имеющую бо­лее низкие отметки русла. Характер­ным примером является Ингурская ГЭС, где сток реки Ингури перебрасывается туннелем в соседнюю реку Эрисцкали (Кавказ).

Сооружения безнапорных де­ривационных ГЭС состоят из трёх основных групп: водозаборное соору­жение, водоприёмная плотина и собствен­но деривация (канал, лоток, безнапорный туннель). Дополнит, сооружениями на ГЭС с безнапорной деривацией являются отстойники и бассейны суточного регули­рования, напорные бассейны, холостые водосбросы и турбинные водоводы. Крупнейшая ГЭС с безнапорной подводящей деривацией — ГЭС Роберт-Мозес (США) с мощностью 1950 Мвт, а с безнапорной отводящей деривацией — Ингурская ГЭС (СССР) мощностью 1300 Мвт.

На ГЭС с напорной дерива­цией водовод (туннель, металлическая, деревянная или железобетонная труба) прокладывается с несколько большим про­дольным уклоном, чем при безнапорной деривации. Применение напорной подводящей деривации обу­словливается изменяемостью горизон­та воды в верхнем бьефе, из-за чего в процессе эксплуатации изменяется и внутренний напор деривации. В состав соору­жений ГЭС этого типа входят: плотина, водозаборный узел, деривация с напор­ным водоводом, станционный узел ГЭС с уравнительным резервуаром и турбин­ными водоводами, отводящая деривация в виде канала или туннеля (при подзем­ной ГЭС). Крупнейшая ГЭС с напорной подводящей деривацией — Нечако-Кемано (Канада) проектной мощностью 1792 Мвт.

ГЭС с напорной отводящей деривацией применяется в усло­виях значит, изменений уровня воды в реке в месте выхода отводящей дерива­ции или по экономическим соображениям, В этом случае необходимо сооружение уравнительного резервуара (в начале отводя­щей деривации) для выравнивания не­установившегося потока воды в реке. Наиболее мощная ГЭС (350 Мвт) этого типа — ГЭС Харспронгет (Швеция),

Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, тре­бующуюся для покрытия пиковых на­грузок. Способность ГЛЭС аккумулиро­вать энергию основана на том, что сво­бодная в энергосистеме в некоторый пе­риод времени (провала графика потребности), электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в ре­жиме насоса, нагнетают воду из водохра­нилища в верхний аккумулирующий бас­сейн. В период пиков нагрузки аккуму­лированная т. о. энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассей­на поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока). Мощность отд. ГАЭС с такими обратимыми гидроагрега­тами достигает 1620 Мвт (Корнуолл, США).

ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнер­гия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным ха­рактером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют про­валы мощности приливных электростан­ций в течение суток или месяцев. В 1967 во Франции было завершено стро­ительство крупной ПЭС на реке Ране (24 агрегата общей мощностью 240 Мвт). В СССР в 1968 в Кислой Губе (Кольский п-ов) вступила в строй первая опытная ПЭС мощностью 0,4 Мвт, на которой ныне проводятся эксперименталь­ные работы для будущего строительства ПЭС.

По характеру использования воды и условиям работы различают ГЭС на бытовом стоке без регулирования, с суточным, недельным, сезонным (годовым) и многолетним регулированием. Отдельные ГЭС или каскады ГЭС, как прави­ло, работают в системе совместно с конденсационными электростанциями (КЭС), теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), атомными электростанциями (АЭС), газотурбинными установками (ГТУ), причём в зависимости от характера уча­стия в покрытии графика нагрузки энер­госистемы ГЭС могут быть базисными, полупиковыми и пиковыми.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ­кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже­нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установлен­ной мощности и продолжительные сроки строи­тельства, придавалось и придаётся боль­шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.



Одни из первых гидроэлектрических уста­новок мощностью всего в несколько сотен Вт были сооружены в 1876—81 в Штангассе и Лауфене (Германия) и в Грейсайде (Ан­глия). Развитие ГЭС и их промышленное исполь­зование тесно связано с проблемой пере­дачи электроэнергии на расстояние: как правило, места, наиболее удобные для сооружения ГЭС, удалены от основных потре­бителей электроэнергии. Протяжённость существовавших в то время линий электро­передач не превышала 5—10 км, самая длинная линия 57 км. Сооружение линии электропередачи (170 км) от Лауфенской ГЭС до Франкфурта-на-Майне (Герма­ния) для снабжения электроэнергией Международный электротехнический выставки (1891) открыла широкие возможности для развития ГЭС. В 1892 промышленный ток дала ГЭС, построенная на водопаде в Бюлахе (Швейцария), почти одновременно в 1893 были построены ГЭС в Гелыпене (Шве­ция), на реке Изар (Германия) и в Кали­форнии (США). В 1896 вступила в строй Ниагарская ГЭС (США) постоянного то­ка; в 1898 дала ток ГЭС Рейпфельд (Гер­мания), а в 1901 стали под нагрузку гид­рогенераторы ГЭС Жонат (Франция).

В России существовали, но так и не бы­ли реализованы детально разработанные проекты ГЭС русских учёных Ф. А. Пироцкого, И. А. Тиме, Г. О. Графтио, И. Г. Александрова и др., предусмат­ривавших, в частности, использование порожистых участков рек Днепр, Вол­хов, Западная Двина, Вуокса и др. Так, напр., уже в 1892—95 русским инженером В. Ф. Добротворским были составлены проекты сооружения ГЭС мощностью 23,8 Мвт на реке Нарова и 36,8 Мвт на водопаде

Б. Иматра. Реализации этих проектов препятствовали как косность царской бюрократии, так и интересы частных капиталистических групп, связанных с топливной промышленностью. Первая промышленная ГЭС в России мощностью около 0,3 Мвт (300 квт) была построена в 1895—96 под руководством русских инженеров В.Н.Чиколсва и Р. Э. Классона для электро­снабжения Охтинского порохового завода в Петербурге. В 1909 закончилось строи­тельство крупнейшей в дореволюционной Рос­сии Гиндукушской ГЭС мощностью 1,35 Мвт (1350 квт) на р. Мургаб (Туркмения). В период 1905—17 всту­пили в строй Саткинская, Алавердинская, Каракультукская, Тургусунская, Сестроредкая и др. ГЭС небольшой мощ­ности. Сооружались также частные фаб­рично-заводские гидроэлектрические установ­ки с использованием оборудования ино­странных фирм.

1-я мировая война 1914—18 и связан­ный с ней интенсивный рост промышленности некоторых западных стран повлекли за собой раз­витие действовавших и строительство новых энергопромышленных центров, в т. ч. на базе ГЭС. В результате мощность ГЭС во всём мире к 1920 достигла 17 тыс. Мвт, а мощ­ность отдельных ГЭС, напр. Масл-Шолс (США), Иль-Малинь (Канада), превысила 400 Мвт (400 тыс. квт).

Общая мощность ГЭС России к 1917 составляла всего около 16 Мвт: самой круп­ной была Гиндукушская ГЭС. Строи­тельство мощных ГЭС началось по су­ществу только после Великой Октябрьской социалистической революции. В восстановит. период (20-е гг.) в соответствии с планом ГОЭЛРО были построены первые круп­ные ГЭС — Волховская (ныне Волхов­ская ГЭС им. В. И. Ленина) и ЗемоАечальская ГЭС им. В. И. Ленина. В годы первых пятилеток (1929—40) всту­пили в строй ГЭС — Днепровская, Нижнесвирская, Рионская и др.

К началу Великой Отечеств, войны 1941—45 было введено в эксплуатацию 37 ГЭС общей мощностью более 1500 ^ Мвт. Во время войны было приостановлено на­чатое строительство ряда ГЭС общей мощ­ностью около 1000 Мвт (1 млн. квт). Значит, часть ГЭС общей мощностью около 1000 Мвт оказалась разрушенной или демонтированной. Началось соору­жение новых ГЭС малой и средней мощ­ности на Урале (Широковская, Верхотурская, Алапаевская, Белоярская и др. ), в Средней Азии (Аккавакские, Фархадская, Саларская, Нижнебуэсуйские и др.), на Северном Кавказе (Майкопская, Орджоникидзевская, Краснополянская), в Азербайджане (Мингечаурская ГЭС), в Грузии (Читахевская ГЭС) и в Армении (Гюмушская ГЭС). К кон. 1945 в Совет­ском Союзе мощность всех ГЭС, вместе с восстановленными, достигла 1250 Мвт, а годовая выработка электроэнергии — 4,8 млрд. квт-ч.В начале 50-х гг. развернулось стро­ительство крупных гидроэлектростанций на р. Волге у города. Горького, Куйбышева и Волгограда, Каховской и Кременчугской ГЭС на Днепре, а также Цимлян­ской ГЭС на Дону. Волжские ГЭС им. В. И. Ленина и им. 22-го съезда КПСС стали первыми из числа наиболее мощ­ных ГЭС в СССР и в мире. -Во 2-й пол. 50-х гг. началось строительство Брат­ской ГЭС на реке Ангаре и Красноярской ГЭС на р. Енисее. С 1946 .по 1958 в СССР были построены и восстановлены 63 ГЭС общей мощностью 9600 Мвт. За семилетие 1959—65 было введено 11 400 Мвт новых гидравлических мощностей и суммарная мощность ГЭС достигла 22200 Мвт (табл. 1). К 1970 в СССР продолжалось строительство 35 промышленных ГЭС (суммарной мощностью 32 000 Мвт), в т. ч. 11 ГЭС единичной мощностью свы­ше 1000 Мвт: Саяно-Шушенская, Крас­ноярская, Усть-Илимская, Нурекская, Ингурская, Саратовская, Токтогульская, Нижнекамская, Зейская, Чиркейская, Чебоксарская.

В 60-х гг. наметилась тенденция к сни­жению доли ГЭС в общем мировом производстве электроэнергии и всё большему использованию ГЭС для покрытия пико­вых нагрузок. К 1970 всеми ГЭС мира производилось около 1000 млрд. квт-ч электроэнергии в год, причем, начиная с 1960 доля ГЭС в мировом производстве сни­жалась в среднем за год примерно на 0,7% . Особенно быстро снижается доля ГЭС в общем производстве электроэнергии в ранее традиционно считавшихся «гидроэнер­гетическими» странах (Швейцария, Ав­стрия, Финляндия, Япония, Канада, от­части Франция), т. к. их экономический гидроэнергетический потенциал практи­чески исчерпан.

Несмотря на снижение доли ГЭС в общей выработке, абсолютные значения производства электроэнергии и мощности ГЭС непрерывно растут вследствие строитель­ства новых крупных электростанций. В 1969 в мире насчитывалось свыше 50 дей­ствующих и строящихся ГЭС единичной мощностью 1000 Мвт и выше, причём 16 из них — в Советском Союзе.

Дальнейшее развитие гидроэнергетического строительства в СССР предусматривает сооружение каскадов ГЭС с комплексным использованием водных ре­сурсов в целях удовлетворения нужд сов­местно энергетики, водного транспорта, водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйствава и пр. Примером могут служить Днепров­ский, Волжско-Камский, Ангаро-Енисейский, Севанский и др. каскады ГЭС.

Крупнейшим районом гидроэнергостроительства СССР до 50-х гг. 20 в. тради­ционно была Европейская часть территории Союза, на долю которойрой приходилось около 65% элек­троэнергии, вырабатываемой всеми ГЭС СССР. Для современного гидроэнергостроительства характерно: продолжение строитель­ства и совершенствование низко и средненапорных ГЭС на реках Волге, Каме, Днепре, Даугаве и др., строительство крупных высоконапорных ГЭС в трудно­доступных р-нах Кавказа, Ср. Азии, Вост. Сибири и т. п., строительство сред­них и крупных деривационных ГЭС на горных реках с большими уклонами с использованием переброски стока в со­седние бассейны, но главное — строи­тельство мощных ГЭС на крупных реках Сибири и Д. Востока — Енисее, Ангаре, Лене и др. ГЭС, сооружаемые в богатых гидроэнергоресурсами р-нах Сибири и Д. Востока, вместе с тепловыми электро­станциями, работающими на местном органическом топливе (природный газ, уголь, нефть), станут основной энергетической базой для снабжения дешёвой электроэнергией раз­вивающейся промышленности Сибири, Средней Азии и Европейской части СССР.




Скачать файл (2618.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации