إنشاء توربينة محطة توليد الطاقة الكهرومائية بقدرة 300 ك.ف.أ. مصدر الطاقة الكهرومائية

إن تنوع الخيارات وتفرد الحلول التقنية المستخدمة في بناء محطات الطاقة الكهرومائية أمر مذهل. في الواقع، ليس من السهل العثور على محطتين متطابقتين. ولكن لا يزال هناك تصنيف لها، بناء على خصائص معينة - المعايير.

طريقة خلق الضغط

ولعل المعيار الأكثر وضوحا هو طريقة خلق الضغط:

• محطة الطاقة الكهرومائية الجارية على طول النهر (HPP)؛
• تحويل محطة الطاقة الكهرومائية.
• محطة توليد الطاقة بالتخزين بالضخ (PSPP) ؛
• محطة طاقة المد والجزر (TPP).

هناك اختلافات مميزة بين هذه الأنواع الأربعة الرئيسية من محطات الطاقة الكهرومائية. محطة توليد الطاقة الكهرومائية النهرية تقع على نهر، ويمنع تدفقها بسد لخلق ضغط وخزان. اشتقاق محطة الطاقة الكهرومائية تقع عادة على أنهار جبلية متعرجة، حيث يمكن ربط فروع النهر بقناة للسماح لجزء من التدفق بالتدفق على طول مسار أقصر. في هذه الحالة، ينشأ الضغط عن طريق الاختلاف الطبيعي في التضاريس، وقد يكون الخزان غائبًا تمامًا. محطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ يتكون من مسبحين يقعان على مستويات مختلفة. ترتبط المسابح بقنوات يمكن من خلالها تدفق المياه إلى البركة السفلية من الأعلى ويتم ضخها مرة أخرى. محطة طاقة المد والجزر تقع في خليج مسدود بسد لإنشاء خزان. على عكس محطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ تعتمد دورة تشغيل TES على ظاهرة المد والجزر.

قيمة الضغط

بناءً على مقدار الضغط الناتج عن الهيكل الهيدروليكي (HTS)، تنقسم محطات الطاقة الكهرومائية إلى 4 مجموعات:

• الضغط المنخفض - ما يصل إلى 20 م؛
• الضغط المتوسط ​​- من 20 إلى 70 م؛
• الضغط العالي - من 70 إلى 200 م؛
• الضغط العالي للغاية - من 200 م.

ومن الجدير بالذكر أن التصنيف حسب قيمة الضغطنسبية بطبيعتها وتختلف من مصدر إلى آخر.

الطاقة المركبة

حسب القدرة المركبة للمحطة – مجموع السعات المقدرة لمعدات التوليد المثبتة عليها. يحتوي هذا التصنيف على 3 مجموعات:

• محطة توليد الطاقة الكهرومائية الصغيرة - من 5 كيلووات إلى 1 ميجاوات؛
• محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة - من 1 كيلووات إلى 10 ميجاوات؛
• محطات الطاقة الكهرومائية الكبيرة - أكثر من 10 ميجاوات.

التصنيف حسب القدرة المثبتةوكذلك من حيث الضغط فهو ليس صارماً. يمكن تصنيف نفس المحطة في مجموعات مختلفة في مصادر مختلفة.

تصميم السد

هناك 4 مجموعات رئيسية من السدود الكهرومائية:

• الجاذبية.
• دعم؛
• يتقوس.
• الجاذبية المقوسة.

سد الجاذبية إنه هيكل ضخم يحمل الماء في خزان بسبب وزنه. سد الدعامة يستخدم آلية مختلفة قليلاً - فهو يعوض وزنه المنخفض نسبيًا بوزن الماء الذي يضغط على الوجه المائل للسد من جهة المنبع. سد القوس ولعله الأكثر أناقة، فهو على شكل قوس، ترتكز قاعدته على الضفتين، والجزء المستدير محدب باتجاه الخزان. يتم الاحتفاظ بالمياه عند السد المقوس بسبب إعادة توزيع الضغط من مقدمة السد إلى ضفاف النهر.

موقع غرفة الآلة

بتعبير أدق، وفقا ل موقع غرفة التوربينات بالنسبة للسد، لا ينبغي الخلط بينه وبين التخطيط! ينطبق هذا التصنيف فقط على محطات توليد الطاقة من جريان الأنهار وتحويلها والمد والجزر.

• نوع القناة؛
• نوع السد.

في نوع القناة وتقع غرفة التوربينات مباشرة في جسم السد، نوع السد - يتم تشييده بشكل منفصل عن جسم السد وعادة ما يقع خلفه مباشرة.

تَخطِيط

كلمة "تخطيط" في هذا السياق تعني موقع غرفة التوربين بالنسبة لقاع النهر. كن حذرا عند قراءة الأدبيات الأخرى حول هذا الموضوع، لأن تخطيط الكلمة له معنى أوسع. التصنيف صالح فقط لمحطات توليد الطاقة التي تعمل على جريان النهر وتحويله.

• قناة؛
• السهول الفيضية.
• الساحلية.

في تخطيط القناة يقع مبنى قاعة التوربينات في قاع النهر، تخطيط السهول الفيضية - في السهول الفيضية للنهر ومتى التخطيط الساحلي - على ضفاف النهر.

تنظيم كثير

وهي درجة تنظيم تدفق النهر. ينطبق التصنيف فقط على محطات توليد الطاقة الكهرومائية التي تعمل على مجرى النهر وتحويلها.

• التنظيم اليومي (دورة التشغيل - يوم واحد)؛
• التنظيم الأسبوعي (دورة العمل - أسبوع واحد)؛
• التنظيم السنوي (دورة التشغيل - سنة واحدة)؛
• تنظيم طويل المدى (دورة التشغيل - عدة سنوات).

يعكس التصنيف حجم خزان الطاقة الكهرومائية بالنسبة لحجم التدفق السنوي للنهر.

جميع المعايير المذكورة أعلاه لا تستبعد بعضها البعض، أي أن نفس محطة الطاقة الكهرومائية يمكن أن تكون من نوع النهر، والضغط العالي، والطاقة المتوسطة، وتصميم جريان النهر مع غرفة آلة من نوع السد، وسد مقوس و خزان التنظيم السنوي.

قائمة المصادر المستخدمة

1. بريزجالوف ، ف. محطات الطاقة الكهرومائية: كتاب مدرسي. بدل / ف. بريزغالوف، L.A. جوردون - كراسنويارسك: IPC KSTU، 2002. - 541 ص.
2. الهياكل الهيدروليكية: في مجلدين / م.م. جريشين [وغيرها]. - موسكو: المدرسة العليا، 1979. - ت.2 - 336 ص.

تم النشر: يوليو 21, 2016 المشاهدات: 4.5 ألف

تستخدم محطات الطاقة الكهرومائية أو محطات الطاقة الكهرومائية الطاقة الكامنة لمياه النهر وهي اليوم وسيلة شائعة لإنتاج الكهرباء من مصادر متجددة.

توفر الطاقة الكهرومائية أكثر من 16% من الكهرباء في العالم (99% في النرويج، 58% في كندا، 55% في سويسرا، 45% في السويد، 7% في الولايات المتحدة الأمريكية، 6% في أستراليا) من أكثر من 1060 جيجاوات. سعة. وتقع نصف هذه القدرة في خمس دول: الصين (212 جيجاوات)، والبرازيل (82.2 جيجاوات)، والولايات المتحدة الأمريكية (79 جيجاوات)، وكندا (76.4 جيجاوات)، وروسيا (46 جيجاوات). وبصرف النظر عن هذه البلدان الأربعة ذات الوفرة النسبية (النرويج وكندا وسويسرا والسويد)، يتم تطبيق الطاقة الكهرومائية عادة عند ذروة الحمل لأنه يمكن إيقاف الطاقة الكهرومائية وتشغيلها بسهولة. وهذا يعني أيضًا أنها إضافة مثالية للنظام المتصل بالشبكة ويتم استخدامها بشكل أكثر فعالية في الدنمارك.

تستخدم محطات الطاقة الكهرومائية طاقة المياه المتساقطة لتوليد الكهرباء. يقوم التوربين بتحويل القوة الحركية لسقوط الماء إلى قوة ميكانيكية. يقوم المولد بعد ذلك بتحويل الطاقة الميكانيكية من التوربين إلى طاقة كهربائية.

الطاقة الكهرومائية في العالم

تستخدم الطاقة الكهرومائية مساحات كبيرة ولا تمثل خيارًا رئيسيًا للمستقبل في البلدان المتقدمة لأن معظم المواقع الكبيرة في هذه البلدان التي لديها إمكانية تطوير الطاقة الكهرومائية إما قيد التشغيل بالفعل أو لا يمكن الوصول إليها لأسباب أخرى، مثل المخاوف البيئية. ومن المتوقع نمو الطاقة الكهرومائية حتى عام 2030، بشكل رئيسي في الصين وأمريكا اللاتينية. أنشأت الصين محطات للطاقة الكهرومائية بقيمة 26 مليار دولار في السنوات الأخيرة، وتنتج 22.5 جيجاوات. لعبت الطاقة الكهرومائية في الصين دورًا في تهجير أكثر من 1.2 مليون شخص من مواقع السدود.

الميزة الرئيسية للأنظمة الهيدروليكية هي قدرتها على التعامل مع أحمال الذروة العالية الموسمية (وكذلك اليومية). ومن الناحية العملية، يكون استخدام الطاقة المائية المخزنة أحيانًا معقدًا بسبب متطلبات الري التي قد تحدث خارج الطور مع أحمال الذروة.

عادةً ما يكون تشغيل الأنظمة الهيدروليكية من النهر أرخص بكثير من إنشاء السدود، كما أن له تطبيقات أوسع نطاقًا. وتمثل محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة التي تقل قدرتها عن 10 ميجاوات حوالي 10% من إمكانات العالم وتعمل معظمها من الأنهار.

هناك ثلاثة أنواع من هياكل الطاقة الكهرومائية: محطات الطاقة الكهرومائية، ومحطات الضخ، ومحطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ.

مبدأ تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية

مبدأ تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية هو تحويل الطاقة المائية إلى طاقة ميكانيكية من خلال التوربينات الهيدروليكية. يقوم المولد بتحويل هذه الطاقة الميكانيكية من الماء إلى كهرباء.

يعتمد تشغيل المولد على مبادئ فاراداي: عندما يتحرك المغناطيس أمام موصل، يتم توليد الكهرباء. في المولد، يتم إنشاء المغناطيسات الكهربائية بواسطة التيار المباشر الحالي. يقومون بإنشاء حقول قطبية ويتم تثبيتها حول محيط الدوار. يتم توصيل الدوار بعمود يقوم بتدوير التوربينات بسرعة ثابتة. عندما يدور الجزء المتحرك، فإنه يتسبب في تغيير الأقطاب في الموصل المثبت في الجزء الثابت. وهذا بدوره، وفقًا لقانون فاراداي، يولد الكهرباء عند أطراف المولد.

تكوين محطة الطاقة الكهرومائية

تتراوح محطات الطاقة الكهرومائية في الحجم من "محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة" التي تزود بضعة منازل بالطاقة إلى السدود العملاقة التي توفر الكهرباء لملايين الأشخاص.

تشتمل معظم محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية على أربعة مكونات رئيسية:

بلغ استخدام الطاقة الكهرومائية ذروته في منتصف القرن العشرين، لكن فكرة استخدام الماء لتوليد الكهرباء تعود إلى آلاف السنين. منذ أكثر من 2000 عام، استخدم اليونانيون عجلة مائية لطحن القمح وتحويله إلى دقيق. تشبه هذه العجلات القديمة التوربينات اليوم، التي يتدفق من خلالها الماء.

تعد محطات الطاقة الكهرومائية أكبر مصدر للطاقة المتجددة في العالم.

ما هي محطة الطاقة الكهرومائية؟

محطات الطاقة الكهرومائية هي مصادر فعالة للغاية للطاقة. يستخدمون الموارد المتجددة - الطاقة الميكانيكية للمياه المتساقطة. يتم إنشاء احتياطي المياه اللازم لذلك عن طريق السدود التي أقيمت على الأنهار والقنوات. تتيح التركيبات الهيدروليكية تقليل وسائل النقل وتوفير الوقود المعدني (يتم استهلاك حوالي 0.4 طن من الفحم لكل 1 كيلووات في الساعة). إنها سهلة التشغيل للغاية وتتمتع بكفاءة عالية جدًا (أكثر من 80%). تكلفة هذا النوع من التركيب أقل بـ 5-6 مرات من محطات الطاقة الحرارية، وتتطلب عدد أقل بكثير من موظفي الصيانة.

تتمثل المنشآت الهيدروليكية في محطات الطاقة الكهرومائية (HPP)، ومحطات توليد الطاقة التي يتم ضخها للتخزين (PSP)، ومحطات طاقة المد والجزر (TPP). يعتمد وضعهم إلى حد كبير على الظروف الطبيعية، على سبيل المثال، طبيعة النهر ونظامه. في المناطق الجبلية، عادة ما يتم بناء محطات الطاقة الكهرومائية ذات الضغط العالي على الأنهار المنخفضة، ويتم استخدام المنشآت ذات الضغط المنخفض ولكن تدفق المياه العالي. يعتبر البناء الهيدروليكي في السهول أكثر صعوبة بسبب غلبة الأساسات اللينة تحت السدود والحاجة إلى وجود خزانات كبيرة لتنظيم التدفق. ويتسبب إنشاء محطات توليد الطاقة الكهرومائية في السهول في حدوث فيضانات في المناطق المجاورة، مما يتسبب في أضرار مادية كبيرة.

تتكون محطة الطاقة الكهرومائية من سلسلة متسلسلة من الهياكل الهيدروليكية التي توفر التركيز اللازم لتدفق المياه وخلق الضغط، ومعدات الطاقة التي تحول طاقة الماء المتحرك تحت الضغط إلى طاقة دورانية ميكانيكية، والتي بدورها يتم تحويلها إلى طاقة كهربائية.

ينشأ ضغط محطة الطاقة الكهرومائية من تركيز سقوط النهر على الموقع المستخدم بواسطة سد، أو تحويل، أو سد وتحويل معاً. توجد معدات الطاقة الرئيسية لمحطة الطاقة الكهرومائية في مبنى محطة الطاقة الكهرومائية: في غرفة التوربينات بمحطة الطاقة - الوحدات الهيدروليكية، والمعدات المساعدة، وأجهزة التحكم الآلي والمراقبة؛ يوجد في مركز التحكم المركزي لوحة تحكم للمشغل المرسل أو المشغل الآلي لمحطة الطاقة الكهرومائية. تقع محطة المحولات الفرعية داخل مبنى محطة الطاقة الكهرومائية وفي مباني منفصلة أو في مناطق مفتوحة. غالبًا ما توجد المفاتيح الكهربائية في مناطق مفتوحة. يمكن تقسيم مبنى محطة الطاقة الكهرومائية إلى أقسام تحتوي على وحدة واحدة أو أكثر ومعدات مساعدة، منفصلة عن الأجزاء المجاورة للمبنى. يتم إنشاء موقع التثبيت في أو داخل مبنى محطة الطاقة الكهرومائية لتجميع وإصلاح المعدات المختلفة والعمليات المساعدة لصيانة محطة الطاقة الكهرومائية.

بناءً على القدرة المركبة (بالميغاواط)، يتم التمييز بين محطات الطاقة الكهرومائية بين قوية (أكثر من 250)، ومتوسطة (حتى 25)، وصغيرة (حتى 5). تعتمد طاقة محطة الطاقة الكهرومائية على الضغط Nb (الفرق بين مستويات البرك العلوية والسفلية)، وتدفق المياه Q (م3/ثانية) المستخدم في التوربينات الهيدروليكية، وكفاءة الوحدة الهيدروليكية hg. لعدد من الأسباب (بسبب، على سبيل المثال، التغيرات الموسمية في مستوى المياه في الخزانات، والتقلبات في حمل نظام الطاقة، وإصلاح الوحدات الهيدروليكية أو الهياكل الهيدروليكية، وما إلى ذلك)، يتغير ضغط وتدفق المياه بشكل مستمر بالإضافة إلى ذلك، يتغير التدفق عند تنظيم قوة محطة الطاقة الكهرومائية. هناك دورات سنوية وأسبوعية ويومية لتشغيل محطة الطاقة الكهرومائية.

وفقًا للحد الأقصى للضغط المستخدم، تنقسم محطات الطاقة الكهرومائية إلى محطات الطاقة الكهرومائية ذات الضغط العالي (أكثر من 60 مترًا) والضغط المتوسط ​​(من 25 إلى 60 مترًا) والضغط المنخفض (من 3 إلى 25 مترًا). في الأنهار المنخفضة، نادرا ما تتجاوز الضغوط 100 متر؛ في الظروف الجبلية، يمكن إنشاء ضغوط تصل إلى 300 متر أو أكثر باستخدام السد، وبمساعدة التحويل - ما يصل إلى 1500 متر. التصنيف حسب الضغط يتوافق تقريبًا مع الأنواع معدات الطاقة المستخدمة: في محطات الطاقة الكهرومائية ذات الضغط العالي، يتم استخدام محطات الطاقة الكهرومائية ذات الدلاء والشعاعية ذات الغرف الحلزونية المعدنية. في الضغط المتوسط ​​- توربينات ذات الشفرة الدوارة والتوربينات المحورية الشعاعية مع غرف لولبية من الخرسانة المسلحة والمعدنية، في توربينات ذات ضغط منخفض - توربينات ذات شفرات دوارة في غرف لولبية من الخرسانة المسلحة، وأحيانًا توربينات أفقية في كبسولات أو في غرف مفتوحة. إن تقسيم محطات الطاقة الكهرومائية حسب الضغط المستخدم له طبيعة تقريبية مشروطة.

وفقا لمخطط استخدام الموارد المائية وتركيز الضغط، تنقسم محطات الطاقة الكهرومائية عادة إلى محطات مجرى النهر، والقائمة على السدود، والتحويل مع الضغط وتحويل التدفق الحر، والتخزين المختلط، والضخ، والمد والجزر. في محطات الطاقة الكهرومائية القائمة على مجرى النهر والسدود، يتم إنشاء ضغط المياه عن طريق سد يسد النهر ويرفع منسوب المياه في حوض السباحة العلوي. وفي الوقت نفسه، فإن بعض الفيضانات في وادي النهر أمر لا مفر منه. إذا تم بناء سدين على نفس الجزء من النهر، تقل مساحة الفيضان. على الأنهار المنخفضة، فإن أكبر منطقة فيضان مسموح بها اقتصاديًا تحد من ارتفاع السد. يتم بناء محطات الطاقة الكهرومائية على مجرى النهر وبالقرب من السدود على الأنهار المنخفضة ذات المياه العالية وعلى الأنهار الجبلية في الوديان المضغوطة الضيقة.

بالإضافة إلى السد، تشمل هياكل محطة الطاقة الكهرومائية الجارية على النهر مبنى محطة الطاقة الكهرومائية وهياكل تصريف المياه. يعتمد تكوين الهياكل الهيدروليكية على ارتفاع الرأس والقوة المثبتة. في محطة توليد الطاقة الكهرومائية على مجرى النهر، يكون المبنى الذي يحتوي على الوحدات الهيدروليكية بمثابة استمرار للسد ويخلق معه جبهة ضغط. وفي الوقت نفسه، يكون المسبح العلوي مجاورًا لمبنى محطة الطاقة الكهرومائية من جهة، والمسبح السفلي مجاورًا له من جهة أخرى. يتم وضع غرف الإمداد الحلزونية للتوربينات الهيدروليكية مع أقسام المدخل الخاصة بها تحت مستوى المنبع، في حين يتم غمر أقسام المخرج لأنابيب الشفط تحت مستوى المصب.

وفقًا للغرض من محطات المياه، قد تشمل أقفال الشحن أو رافعة السفن، وهياكل مرور الأسماك، وهياكل سحب المياه للري وإمدادات المياه. في محطات الطاقة الكهرومائية التي تجري على طول النهر، في بعض الأحيان يكون الهيكل الوحيد الذي يسمح للمياه بالمرور عبره هو مبنى محطة الطاقة. في هذه الحالات، تمر المياه المفيدة بشكل تسلسلي عبر قسم المدخل المزود بشبكات احتجاز النفايات، وغرفة حلزونية، وتوربين هيدروليكي، وأنبوب شفط، ويتم تصريف تدفقات فيضان النهر من خلال قنوات خاصة بين غرف التوربينات المجاورة. تتميز محطات الطاقة الكهرومائية الجارية على طول النهر بضغوط تصل إلى 30-40 مترًا؛ تشمل أبسط محطات الطاقة الكهرومائية التي تجري عبر النهر أيضًا محطات الطاقة الكهرومائية الريفية التي تم بناؤها مسبقًا (محطات الطاقة الكهرومائية) ذات السعة الصغيرة. في الأنهار المنخفضة الكبيرة، يتم سد القناة الرئيسية بواسطة سد ترابي، وبجوارها يوجد سد تصريف خرساني ويتم إنشاء مبنى محطة الطاقة الكهرومائية. يعد هذا الترتيب نموذجيًا للعديد من محطات الطاقة الكهرومائية المحلية على الأنهار المنخفضة الكبيرة. تم تسمية Volzhskaya HPP على اسم. المؤتمر الثاني والعشرون للحزب الشيوعي - الأكبر بين محطات قاع النهر.

تم بناء أقوى محطات الطاقة الكهرومائية على نهر الفولغا وكاما وأنجارا وينيسي وأوب وإرتيش. سلسلة محطات الطاقة الكهرومائية هي مجموعة من محطات الطاقة الكهرومائية تقع في خطوات على طول تدفق تدفق المياه بهدف استخدام طاقتها بالتتابع الكامل. عادةً ما ترتبط التركيبات في الشلال بنظام مشترك يكون فيه لخزانات المراحل العليا تأثير تنظيمي على خزانات المراحل السفلية. ويتم تشكيل مجمعات صناعية متخصصة في الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة على أساس محطات الطاقة الكهرومائية في المناطق الشرقية.

وتتركز الموارد الأكثر كفاءة من حيث المؤشرات الفنية والاقتصادية في سيبيريا. أحد الأمثلة على ذلك هو سلسلة Angara-Yenisei، التي تضم أكبر محطات الطاقة الكهرومائية في البلاد: Sayano-Shushenskaya (6.4 مليون كيلوواط)، كراسنويارسك (6 مليون كيلوواط)، براتسك (4.6 مليون كيلوواط)، Ust-Ilimskaya (4.3 مليون كيلوواط). مليون كيلوواط). محطة بوغوتشانوفسكايا للطاقة الكهرومائية (4 مليون كيلوواط) قيد الإنشاء. وتبلغ القدرة الإجمالية للشلال حاليا أكثر من 20 مليون كيلوواط.

عند إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية، يكون الهدف عادةً هو توليد الكهرباء، وتحسين ظروف الملاحة على النهر، وري الأراضي. تحتوي محطات الطاقة الكهرومائية عادة على خزانات تسمح لها بتخزين المياه وتنظيم تدفقها، وبالتالي قوة تشغيل المحطة لتوفير الوضع الأكثر فائدة لنظام الطاقة ككل.

العملية التنظيمية هي على النحو التالي. خلال فترة زمنية يكون فيها الحمل على نظام الطاقة منخفضًا (أو يكون التدفق الطبيعي للمياه في النهر كبيرًا)، تستهلك محطة الطاقة الكهرومائية المياه بكمية أقل من التدفق الطبيعي. وفي هذه الحالة يتراكم الماء في الخزان، وتكون القدرة التشغيلية للمحطة صغيرة نسبياً. وفي أوقات أخرى، عندما يكون حمل النظام مرتفعًا (أو يكون تدفق المياه صغيرًا)، تستخدم محطة الطاقة الكهرومائية الماء بكمية تتجاوز التدفق الطبيعي. وفي هذه الحالة يتم استهلاك المياه المتراكمة في الخزان، وترتفع الطاقة التشغيلية للمحطة إلى الحد الأقصى. اعتمادًا على حجم الخزان، يمكن أن تكون فترة التنظيم، أو الوقت اللازم لملء الخزان وتشغيله، يومًا أو أسبوعًا أو عدة أشهر أو أكثر. خلال هذا الوقت، يمكن لمحطة الطاقة الكهرومائية استخدام كمية محددة بدقة من المياه، والتي يحددها التدفق الطبيعي.

عندما تعمل محطات الطاقة الكهرومائية مع محطات الطاقة الحرارية والنووية، يتم توزيع حمل نظام الطاقة بينهما بحيث يتم تلبية الطلب على الطاقة الكهربائية عند تدفق مياه معين خلال الفترة قيد النظر، مع الحد الأدنى من استهلاك الوقود (أو الحد الأدنى من تكاليف الوقود) في النظام. تُظهر الخبرة في تشغيل أنظمة الطاقة أنه خلال معظم أيام العام يُنصح بتشغيل محطات الطاقة الكهرومائية في وضع الذروة. وهذا يعني أنه خلال النهار يجب أن تختلف الطاقة التشغيلية لمحطة الطاقة الكهرومائية ضمن حدود واسعة - من الحد الأدنى خلال الساعات التي يكون فيها الحمل على نظام الطاقة منخفضًا إلى الحد الأقصى خلال ساعات الحمل الأعلى على النظام. مع هذا الاستخدام لمحطات الطاقة الكهرومائية، يتم تسوية حمل المحطات الحرارية ويصبح تشغيلها أكثر اقتصادا.

خلال فترات الفيضانات، عندما يكون التدفق الطبيعي للمياه في النهر مرتفعا، ينصح باستخدام محطات الطاقة الكهرومائية على مدار الساعة بقدرة تشغيلية قريبة من الحد الأقصى، وبالتالي تقليل تصريف المياه الراكدة عبر السد. يعتمد الوضع الأكثر ربحية لمحطة الطاقة الكهرومائية على العديد من العوامل ويجب تحديده من خلال الحسابات المناسبة.

يتميز تشغيل محطات الطاقة الكهرومائية ببدء التشغيل والتوقف المتكرر للوحدات، والتغير السريع في قوة التشغيل من الصفر إلى القيمة الاسمية. تتكيف التوربينات الهيدروليكية بطبيعتها مع هذا النظام. بالنسبة لمولدات الهيدروجين، يعد هذا الوضع مقبولًا أيضًا، لأنه على عكس مولدات التوربينات البخارية، يكون الطول المحوري لمولد الهيدروجين صغيرًا نسبيًا وتكون تشوهات درجة حرارة قضبان اللف أقل وضوحًا. تتم عملية بدء تشغيل الوحدة الهيدروليكية واكتساب الطاقة بشكل آلي بالكامل وتستغرق بضع دقائق فقط.

عادة ما تكون مدة استخدام القدرة المركبة لمحطات الطاقة الكهرومائية أقصر من مدة محطات الطاقة الحرارية. ومن 1500-3000 ساعة لمحطات الذروة وما يصل إلى 5000-6000 ساعة للمحطات الأساسية.

تكلفة الوحدة لمحطة الطاقة الكهرومائية (RUB/MW) أعلى من تكلفة الوحدة لمحطة حرارية بنفس السعة بسبب الحجم الأكبر لأعمال البناء. كما أن وقت بناء محطة الطاقة الكهرومائية أطول من وقت بناء المحطة الحرارية. ومع ذلك، فإن تكلفة الكهرباء المولدة من محطات الطاقة الكهرومائية أقل بكثير من تكلفة الطاقة من محطات الطاقة الحرارية، حيث أن تكاليف التشغيل لا تشمل تكلفة الوقود.

ومن المستحسن بناء محطات الطاقة الكهرومائية على الأنهار الجبلية وشبه المركزية. في أنهار الأراضي المنخفضة، يمكن أن يؤدي بنائها إلى غمر مساحات واسعة من مروج السهول الفيضية والأراضي الصالحة للزراعة والغابات وانخفاض المخزون السمكي وعواقب أخرى.



تعتبر التوربينات الهيدروليكية الصغيرة محددة للغاية من حيث مبدأ عملها، على عكس توربينات محطات الطاقة الكهرومائية التقليدية. تعد عملية تشغيل التوربينات الهيدروليكية الصغيرة مثيرة للاهتمام لأن خصائص هيكلها يمكن أن توفر لجسم معين حجم كتل الماء التي ستتدفق إلى أجزاء التوربينات الهيدروليكية (الشفرات)، مما يجعل المولد في حالة صالحة للعمل (يلعب المولد دور توليد الكهرباء).

يتم ضمان عملية زيادة ضغط المياه من خلال تكوين "اشتقاق" - تصريف المياه في تدفق حر (شريطة أن تكون محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة هذه من نوع التحويل) أو سد (شريطة أن تكون محطة طاقة حرارية صغيرة نوع السد).

قوة محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة

يعتمد مستوى الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة بشكل مباشر على الظروف التي توجد فيها خصائصها الهيدروليكية:

1. تدفق الماء هو حجم الكتل المائية (l) التي تمر عبر التوربين في فترة زمنية معينة. من المعتاد أن تستغرق هذه الفترة 1-2 ثانية.
2. ضغط الماء هو المسافة بين نقطتين متقابلتين من كتلة الماء (أحدهما في الأعلى والآخر في الأسفل). للضغط عدد من السمات المميزة التي تعتمد عليها أنواع محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة (الضغط العالي، الضغط المتوسط، الضغط المنخفض)

يتم تقييم خصوصية تشغيل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة من وجهة نظر موقعها الإقليمي. على سبيل المثال، تعمل محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة الضغط عن طريق تحويل تدفق المياه عبر قناة خاصة مصنوعة من الخشب، تقع بزاوية معينة من الميل، مما يسمح للمياه بالتدفق بشكل أسرع. يعتمد ضغط الماء في محطة الطاقة الكهرومائية هذه على طول القناة. بعد ذلك، يتدفق الماء إلى خط أنابيب الضغط، وبعد ذلك يدخل الوحدة الهيدروليكية الموجودة في الجزء السفلي. ثم يتم إرجاع المياه المعاد تدويرها إلى مصدرها عن طريق البثق.

موقع محطة الطاقة الكهرومائية المصغرة

من المهم ملاحظة أن موضع التوربين الهيدروليكي قد يختلف اعتمادًا على نوع البناء:

1. الوضع الأفقي.يؤدي هذا الوضع للتوربين الهيدروليكي إلى زيادة طبيعية في حجم محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة نفسها (بمساعدة عمود التوربين، مما يؤدي أيضًا إلى زيادة حجم نظام الطاقة أثناء الدوران، بالإضافة إلى تغيير في المقياس من غرفة التوربينات). ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن بناء مثل هذه التوربينات الهيدروليكية ليس أكثر تعقيدا من غيرها، بل على العكس من ذلك، يبسطها.
2. الترتيب العمودي.يساعد هذا النوع من الترتيب على تقليل حجم محطة الطاقة الكهرومائية، ويحسن توازن الخطوط المحورية وضغطها. يعد هذا الموضع أكثر تعقيدًا في البناء، لأنه يخلق الحاجة إلى توازن مفصل للمحور في عنصر التدوير. أيضًا في مثل هذه الحالة، من المهم توخي الحذر بشأن الوضع الإلزامي لأرضية العمل عندما تكون في خط أفقي واحد، وخصائص قوتها، حتى تتمكن من تحمل وزن الهيكل بأكمله. يزيد الوضع الرأسي من الضغط على محور الهيكل.

تطبيق محطة الطاقة الكهرومائية المصغرة

بشكل عام، تُستخدم محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بشكل أساسي لتطبيقها في المناطق النائية من المباني السكنية. ولا يمكنها أن تكون منافسًا جديًا لمحطات الطاقة الكبيرة، بل تعمل على ضمان توفير الطاقة. في الآونة الأخيرة، استخدم عدد من الأشخاص محطات الطاقة الكهرومائية والبطاريات الشمسية ومنشآت التحكم في الرياح المختلفة. وقد تصبح التوربينات الموصوفة في هذه المقالة واحدة مع مصادر الطاقة المبتكرة هذه، مما سيؤدي في النهاية إلى إنشاء دوائر ونماذج كهربائية جديدة.

ما الذي يمكن استخدام هذه الهياكل فيه؟

• وتوفير الكهرباء للملكية الخاصة؛
• للمناطق الصناعية النائية؛
• لمحطات الشحن الكهربائية.
• للاستخدام المؤقت.

مزايا محطات الطاقة الكهرومائية المصغرة

تتمتع محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بعدد من المزايا الخاصة:

• وهي متوفرة في نسختين: مثبتة في قاع الخزان وأيضًا بخطافات خاصة تسمح لك بتنفيذ العمل على السطح
• يمكن أن تصل قوة التركيب إلى 5 كيلوواط، ومن أجل زيادة قوة وكفاءة محطات الطاقة الكهرومائية، يتم تركيب التوربينات كوحدات
• محطات الطاقة الكهرومائية لا تؤثر سلباً على البيئة أثناء عملية البناء، وذلك لأنها لإنشائه، يتم استخدام المياه الطبيعية، والتي يتم توجيهها إلى تدفق معين وتحريك الشفرات.

توربينات لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة

الآن دعونا نتحدث مباشرة عن التوربينات الهيدروليكية لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة وما نحتاجه لبناءها. خصائص وميزات التشغيل للتوربين الهيدروليكي:

1. يجب أن تتجاوز درجة حرارة الماء المزود للتوربين +4 درجة مئوية.
2. درجة الحرارة التي يجب أن تكون في وحدة البلوك هي +15 درجة مئوية وما فوق.
3. يبلغ ضغط الصوت الذي يقع مصدره على بعد متر واحد من التوربين الهيدروليكي 80 ديسيبل وليس أكثر.
4. يجب تسخين السطح الخارجي للتوربين الهيدروليكي إلى درجة حرارة لا تزيد عن +45 درجة مئوية، بشرط أن تكون درجة حرارة الهواء حوالي +25 درجة مئوية.

دعونا نفكر في مثال التوربينات الهيدروليكية المتوازنة والتي تعمل بشكل جيد في ظل ظروف مثالية.

لنفترض أن لدينا توربينًا هيدروليكيًا متدفقًا، شعاعيًا، مدفوعًا بالضغط مع ضغط متوسط، والذي يوفر إمدادًا عرضيًا من الماء للشفرات، ويكون العمود أفقيًا. يتم تصنيف هذه الأنواع من الأنابيب على أنها أنابيب "هادئة". لديهم خصوصية التكيف مع البيئة وموقع التثبيت والاختلافات المختلفة في ضغط الارتفاع. إذا تغير تدفق المياه بشكل حاد، يستخدم التوربين تصميم كيس من غرفتين، مما يجعل الجهاز يعمل بشكل أفضل.

يتكون جسم أي توربين هيدروليكي من الفولاذ الهيكلي، وهو قوي وموثوق. يتم تقليل تكاليف المواد والبناء بشكل كبير مقارنة بالتوربينات الهيدروليكية لمحطات الطاقة الكهرومائية التقليدية. المواد الأكثر شيوعًا المستخدمة في بناء التوربينات الهيدروليكية ستتحمل الاختلافات من 90 إلى 120 مترًا، وبعض الأجزاء مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ (الغلاف، وخطوط الأنابيب).

في الجيل الجديد من التوربينات الهيدروليكية، من الممكن استبدال المولد والمكره دون حدوث تشوه أو تغيير شديد. ومن الجدير بالذكر أن المكره يتمتع بخاصية التنظيف الذاتي بسبب تدفقات المياه التي تمر عبر منطقة المكره أثناء تشغيلها. أثناء تصميم المولد والتوربين الهيدروليكي نفسه، تم اتخاذ عدد من التدابير لتقليل مستوى التجويف. التوربينات الهيدروليكية الحالية خالية بنسبة 100% من هذه المشكلة.

الجزء الرئيسي من التوربينات الهيدروليكية هو المكره. غالبًا ما تكون المواد المستخدمة في تصنيع الشفرات من الفولاذ من النوع الجانبي. نظرًا لخصائصها، يمكن للشفرات إنشاء قوة محورية، مما يسهل عمل المحامل، كما أن الدفاعات نفسها في حالة توازن ثابت. يتم تحديد مدة تشغيل محور المكره من خلال موضعه؛ ولتشغيله لفترة أطول، يتم تثبيته على مستوى المحمل.

مميزات التوربينات الهيدروليكية لمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة

1. يمكن استخدامه في أنظمة التنقية للحصول على مياه شرب عالية الجودة.
2. من الممكن توصيل مولد صناعي.
3. زيادة المتطلبات لموثوقية المولد.

بعض خصائص الخطة الفنية:

1. فرق الارتفاع: 3 - 200 م
2. تدفق المياه: 0.03 - 13 متر مكعب في الثانية
3. الطاقة: 5 - 3000 كيلوواط
4. عدد الشفرات الموجودة على القطاع المحوري: 37
5. الكفاءة: 84% - 87%

وبطبيعة الحال، من غير المرجح أن تصبح محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة المصدر الرئيسي للطاقة، ولكن من المستحسن استخدامها كوسيلة لتقليل الحمل على شبكة إمدادات الطاقة الرئيسية، خاصة خلال فترات ذروة الاستهلاك.

محطة الطاقة الكهرومائية عبارة عن مجمع من الهياكل والمعدات الهيدروليكية المعقدة. والغرض منه هو تحويل طاقة تدفق المياه إلى طاقة كهربائية. الطاقة الكهرومائية هي أحد ما يسمى بمصادر الطاقة المتجددة، أي أنها لا تنضب عمليا.

أهم هيكل هيدروليكي هو السد. يحتفظ بالمياه في الخزان ويخلق ضغط الماء اللازم. التوربين الهيدروليكي هو المحرك الرئيسي في محطة الطاقة الكهرومائية. وبمساعدتها، يتم تحويل طاقة الماء التي تتحرك تحت الضغط إلى طاقة دورانية ميكانيكية، والتي يتم بعد ذلك (بفضل مولد كهربائي) تحويلها إلى طاقة كهربائية. التوربينات الهيدروليكية والمولدات الهيدروجينية وأجهزة المراقبة والتحكم الأوتوماتيكية - توجد وحدات التحكم في غرفة التوربينات بمحطة الطاقة الكهرومائية. يمكن وضع المحولات التصاعدية داخل المبنى وفي المناطق المفتوحة. غالبًا ما يتم تركيب المفاتيح الكهربائية في الهواء الطلق بالقرب من مبنى محطة توليد الكهرباء.

وفي الاتحاد السوفييتي، الذي يتمتع بموارد كبيرة من الطاقة الكهرومائية (11112% من الإجمالي العالمي)، بدأ بناء محطات الطاقة الكهرومائية على نطاق واسع. على أساس القدرة الكهرومائية المثبتة. فقط في السنوات الثلاثين التي أعقبت الحرب، اعتبارًا من عام 1950، تم تقسيم المحطات إلى محطات صغيرة - حتى عام 1980، زاد إنتاج الكهرباء بما يصل إلى 5 ميجاوات، ومحطات الطاقة الكهرومائية المتوسطة - من 5 إلى 25 والكبيرة - زادت أكثر من 10 مرات. أكثر من 25 ميغاواط. هناك 20 محطة للطاقة الكهرومائية في بلادنا، كل منها لديها قدرة مركبة تتجاوز 500 ميغاواط. وأكبرها هي محطات الطاقة الكهرومائية كراسنويارسك (6000 ميجاوات) وسايانو-شوشينسكايا (6400 ميجاوات).

لا يمكن تصور بناء محطات الطاقة الكهرومائية دون حل شامل للعديد من المشاكل. ومن الضروري تلبية الاحتياجات ليس من الطاقة فحسب، بل أيضا من احتياجات النقل المائي وإمدادات المياه والري ومصايد الأسماك. من الأفضل تحقيق هذه المهام من خلال مبدأ التتالي عندما لا يتم بناء عدد من محطات الطاقة الكهرومائية على النهر الواقع على طول النهر. وهذا يجعل من الممكن إنشاء العديد من الخزانات الموجودة على التوالي على النهر على مستويات مختلفة، مما يعني الاستخدام الكامل لتدفق النهر وموارد الطاقة الخاصة به ومناورة قوة محطات الطاقة الكهرومائية الفردية. تم بناء شلالات من محطات الطاقة الكهرومائية على العديد من الأنهار. بالإضافة إلى Volzhsky، تم بناء الشلالات على كاما، دنيبر، تشيرشيك، هرازدان، إرتيش، ريوني، وسفير. أقوى شلال Angara-Yenisei مع أكبر محطات الطاقة الكهرومائية في العالم - براتسك وكراسنويارسك وسايانو-شوشينسكايا وبوغوتشانسكايا بسعة إجمالية تبلغ حوالي 17 جيجاوات وإنتاج سنوي يبلغ 76 مليار كيلووات في الساعة من الكهرباء.

هناك عدة أنواع من محطات الطاقة التي تستخدم طاقة تدفق المياه. وبالإضافة إلى محطات الطاقة الكهرومائية، يجري أيضًا بناء محطات توليد الطاقة بالضخ والتخزين (PSPPs) ومحطات طاقة المد والجزر (TPPs). للوهلة الأولى، بالكاد ستلاحظ الفرق بين محطة الطاقة الكهرومائية التقليدية ومحطة توليد الطاقة للتخزين المائي. نفس المبنى الذي توجد فيه معدات الطاقة الرئيسية ونفس خطوط الكهرباء. لا يوجد فرق جوهري في طريقة توليد الكهرباء. ما هي مميزات محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ؟

على عكس محطة الطاقة الكهرومائية، تتطلب محطة التخزين بالضخ خزانين (وليس واحدًا) بسعة عشرات الملايين من الأمتار المكعبة لكل منهما. يجب أن يكون مستوى أحدهما أعلى بعدة عشرات من الأمتار من الآخر. ويرتبط كلا الخزانين ببعضهما البعض عن طريق خطوط الأنابيب. ويجري بناء مبنى محطة توليد الطاقة التي يتم ضخها على الخزان السفلي. في ذلك، يتم وضع ما يسمى بالوحدات الهيدروليكية القابلة للعكس - التوربينات الهيدروليكية والمولدات الكهربائية على نفس العمود. يمكنهم العمل كمولدات تيار ومضخات مياه كهربائية. عندما ينخفض ​​استهلاك الطاقة، على سبيل المثال في الليل، تعمل التوربينات الهيدروليكية كمضخات، حيث تضخ المياه من الخزان السفلي إلى الخزان العلوي. وفي هذه الحالة، تعمل المولدات كمحركات كهربائية، حيث تستقبل الطاقة الكهربائية من محطات الطاقة الحرارية والنووية. عندما يزيد استهلاك الكهرباء، تتحول الوحدات الهيدروليكية لمحطة توليد الطاقة التي يتم ضخها للتخزين إلى الدوران العكسي. تقوم المياه المتساقطة من الخزان العلوي إلى الخزان السفلي بتدوير التوربينات الهيدروليكية وتولد المولدات الطاقة الكهربائية. وهكذا، في الليل، تقوم محطة توليد الطاقة المخزنة بالضخ، بتجميع الكهرباء المولدة من محطات الطاقة الأخرى، وتطلقها خلال النهار. ولذلك، فإن محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ تعمل عادةً، كما يقول مهندسو الطاقة، على تغطية "ذروات" الحمل، أي أنها توفر الطاقة عندما تكون هناك حاجة إليها بشكل خاص. هناك أكثر من 160 محطة طاقة تخزينية تعمل بالضخ في جميع أنحاء العالم. في بلدنا، تم بناء أول محطة لتوليد الطاقة بالضخ والتخزين بالقرب من كييف. ويبلغ ارتفاعه 73 مترًا فقط، وطاقته الإجمالية 225 ميجاوات.

تم تشغيل محطة طاقة تخزينية أكبر بالضخ في منطقة موسكو، بقدرة 1.2 جيجاوات ورأس 100 متر مربع.

عادة ما يتم بناء محطات توليد الطاقة المخزنة بالضخ على الأنهار. ولكن، كما اتضح، يمكن بناء محطات الطاقة هذه على شواطئ البحار والمحيطات. هناك فقط حصلوا على اسم مختلف - محطات طاقة المد والجزر (TPP).

مرتين في اليوم في نفس الوقت، يرتفع مستوى المحيط وينخفض. إن قوى الجاذبية للقمر والشمس هي التي تجذب كتل الماء. بعيدًا عن الساحل، لا تتجاوز التقلبات في منسوب المياه مترًا واحدًا، ولكن بالقرب من الساحل يمكن أن تصل إلى 13 مترًا، كما هو الحال، على سبيل المثال، في خليج بينجينسكايا على بحر أوخوتسك.

إذا كان الخليج أو مصب النهر مسدودا بسد، ففي وقت أكبر ارتفاع في المياه، يمكن قفل مئات الملايين من الأمتار المكعبة من الماء في مثل هذا الخزان الاصطناعي. عندما ينحسر المد في البحر، ينشأ فرق بين منسوب المياه في الخزان وفي البحر، وهو ما يكفي لتدوير التوربينات الهيدروليكية المثبتة في مباني PES. إذا كان هناك خزان واحد فقط، فيمكن لـ PES توليد الطاقة الكهربائية بشكل مستمر لمدة 4-5 ساعات مع فترات راحة لمدة 1-2 ساعة، على التوالي، أربع مرات في اليوم (يتغير مستوى المياه في الخزان عدة مرات أثناء المد المرتفع والمنخفض). .

وللقضاء على توليد الطاقة غير المتكافئ، يتم تقسيم خزان المحطة بواسطة سد إلى 2-3 خزانات أصغر. أحدهما يحافظ على مستوى المد المنخفض، والآخر يحافظ على مستوى المد العالي، والثالث بمثابة احتياطي.

يتم تركيب وحدات هيدروليكية في محطة TPP، وهي قادرة على العمل بكفاءة عالية سواء في المولد (إنتاج الكهرباء) أو في وضع الضخ (ضخ المياه من خزان بمستوى مياه منخفض إلى خزان بمستوى مرتفع). في وضع المضخة، يعمل PES عند ظهور كهرباء زائدة في نظام الطاقة. في هذه الحالة، تقوم الوحدات بضخ أو ضخ المياه من خزان إلى آخر.

في عام 1968، تم بناء أول محطة كهرباء صناعية تجريبية في بلادنا على ساحل بحر بارنتس في خليج كيسلايا. يضم مبنى محطة توليد الكهرباء وحدتين هيدروليكيتين بقدرة 400 كيلووات.

أتاحت لنا عشر سنوات من الخبرة في تشغيل أول TPP البدء في إعداد مشاريع Mezen TPP على البحر الأبيض، وPenzhinskaya وTugurskaya على بحر Okhotsk.

إن تسخير القوى العظمى للمد والجزر في محيطات العالم، وحتى أمواج المحيط نفسها، يمثل مشكلة مثيرة للاهتمام. لقد بدأوا للتو في حلها. هناك الكثير مما يجب دراسته وابتكاره وتصميمه.

إن بناء عمالقة الطاقة الكبيرة - سواء كانت محطات الطاقة الكهرومائية أو محطات توليد الطاقة التي يتم ضخها أو محطات توليد الطاقة - هو في كل مرة اختبار للبناة. هنا يتم الجمع بين عمل العمال من أعلى المؤهلات والتخصصات المختلفة - من أساتذة الخرسانة إلى المتسلقين.