Raznolikost opcija i jedinstvenost tehničkih rješenja korištenih u izgradnji hidroelektrana je zadivljujuća. Zapravo, nije tako lako pronaći dvije identične stanice. Ali još uvijek postoji njihova klasifikacija, zasnovana na određenim karakteristikama - kriterijima.
Način stvaranja pritiska
Možda je najočigledniji kriterijum metoda stvaranja pritiska:
- protočna hidroelektrana (HE);
- diverziona hidroelektrana;
- elektrana sa crpnom akumulacijom (PSPP);
- plimna elektrana (TE).
Postoje karakteristične razlike između ova četiri glavna tipa hidroelektrana. Riječna hidroelektrana nalazi se na rijeci, blokirajući njen tok branom za stvaranje pritiska i rezervoara. Derivacijska hidroelektrana obično se nalazi na krivudavim planinskim rijekama, gdje je moguće spojiti rukavce rijeke sa cevovodom kako bi se omogućilo da dio toka teče kraćom stazom. U ovom slučaju, pritisak stvara prirodna razlika u terenu, a rezervoar može potpuno izostati. Elektrana sa pumpama sastoji se od dva bazena smještena na različitim nivoima. Bazeni su povezani cevovodima kroz koje voda može da teče u donji bazen iz gornjeg i da se pumpa nazad. plimna elektrana nalazi se u uvali blokiranoj branom kako bi se stvorio rezervoar. Za razliku od pumpna elektrana Radni ciklus TES-a zavisi od fenomena plime i oseke.
Vrijednost pritiska
Na osnovu količine pritiska koji stvara hidraulična konstrukcija (HTS), hidroelektrane se dijele u 4 grupe:
- niskog pritiska - do 20 m;
- srednji pritisak - od 20 do 70 m;
- visoki pritisak - od 70 do 200 m;
- ultravisokog pritiska - od 200 m.
Vrijedi napomenuti da je klasifikacija po vrijednost pritiska relativno je po prirodi i varira od izvora do izvora.
Instalirana snaga
Prema instalisanom kapacitetu stanice - zbir nazivnih kapaciteta proizvodne opreme instalirane na njoj. Ova klasifikacija ima 3 grupe:
- mikro-hidroelektrana - od 5 kW do 1 MW;
- male hidroelektrane - od 1 kW do 10 MW;
- velike hidroelektrane - preko 10 MW.
Klasifikacija prema instalirani kapacitet kao i u pogledu pritiska, nije strog. Ista stanica može biti klasifikovana u različite grupe u različitim izvorima.
Dizajn brane
Postoje 4 glavne grupe hidroelektrana:
- gravitacioni;
- podupirač;
- lučni;
- lučno-gravitacijski.
Gravity Dam To je masivna struktura koja zbog svoje težine zadržava vodu u rezervoaru. Potporna brana koristi malo drugačiji mehanizam - kompenzuje svoju relativno malu težinu težinom vode koja pritiska nagnutu stranu brane sa uzvodne strane. Arch brana , možda najelegantniji, ima oblik luka, osnovom oslonjenom na obale i zaobljenim dijelom konveksnim prema rezervoaru. Voda se zadržava na lučnoj brani zbog preraspodjele pritiska sa prednjeg dijela brane na obale rijeke.
Lokacija strojnice
Tačnije, prema lokacija turbinske prostorije u odnosu na branu, ne treba brkati sa rasporedom! Ova klasifikacija je relevantna samo za elektrane na tok rijeke, elektrane na preusmjeravanje i plimu.
- tip kanala;
- tip brane.
At tip kanala turbinska prostorija se nalazi direktno u tijelu brane, tip brane - postavlja se odvojeno od tijela brane i obično se nalazi odmah iza njega.
Layout
Riječ “raspored” u ovom kontekstu označava lokaciju turbinske prostorije u odnosu na riječno korito. Budite oprezni kada čitate drugu literaturu na ovu temu, jer riječ raspored ima šire značenje. Klasifikacija vrijedi samo za protočne i diverzione elektrane.
- kanal;
- poplavna ravnica;
- priobalni.
At raspored kanala zgrada turbinske hale nalazi se u koritu rijeke, raspored poplavne ravnice - u poplavnoj ravnici rijeke, i kada obalni raspored - na obali rijeke.
Prekomjerna regulacija
Naime, stepen regulacije riječnog toka. Klasifikacija je relevantna samo za protočne i diverzione hidroelektrane.
- dnevna regulacija (ciklus rada - jedan dan);
- sedmična regulacija (ciklus rada - jedna sedmica);
- godišnji propis (ciklus rada - jedna godina);
- dugoročna regulacija (ciklus rada - nekoliko godina).
Klasifikacija odražava koliki je rezervoar hidroelektrične akumulacije u odnosu na zapreminu godišnjeg toka rijeke.
Svi navedeni kriterijumi se međusobno ne isključuju, odnosno ista hidroelektrana može biti rečnog tipa, visokog pritiska, srednje snage, protočnog rasporeda sa mašinskom salom tipa brane, lučnom branom i godišnji regulacioni rezervoar.
Spisak korištenih izvora
- Bryzgalov, V.I. Hidroelektrane: udžbenik. dodatak / V.I. Bryzgalov, L.A. Gordon - Krasnojarsk: IPC KSTU, 2002. - 541 str.
- Hidraulične konstrukcije: u 2 toma / M.M. Grishin [i drugi]. - Moskva: Viša škola, 1979. - T.2 - 336 str.
Hidroelektrane ili hidroelektrane koriste potencijalnu energiju riječne vode i danas su uobičajeno sredstvo za proizvodnju električne energije iz obnovljivih izvora.
Hidroelektrana isporučuje više od 16% svjetske električne energije (99% u Norveškoj, 58% u Kanadi, 55% u Švicarskoj, 45% u Švedskoj, 7% u SAD-u, 6% u Australiji) od više od 1060 GW instalirane kapacitet. Polovina ovog kapaciteta nalazi se u pet zemalja: Kini (212 GW), Brazilu (82,2 GW), SAD (79 GW), Kanadi (76,4 GW) i Rusiji (46 GW). Osim ove četiri zemlje sa relativnim obiljem (Norveška, Kanada, Švicarska i Švedska), hidroenergija se obično primjenjuje pri vršnom opterećenju jer se hidroelektrana može lako zaustaviti i pokrenuti. To takođe znači da je idealan dodatak on-grid sistemu i da se najefikasnije koristi u Danskoj.
Hidroelektrane koriste energiju padajuće vode za proizvodnju električne energije. Turbina pretvara kinetičku silu padajućeg H2O u mehaničku silu. Generator zatim pretvara mehaničku energiju iz turbine u električnu energiju.
Hidroenergija u svijetu
Hidroenergija koristi velike površine i nije glavna opcija za budućnost u razvijenim zemljama jer je većina velikih lokacija u ovim zemljama s potencijalom za razvoj hidroenergije ili već u funkciji ili su nedostupna iz drugih razloga, kao što su ekološki problemi. Uglavnom u Kini i Latinskoj Americi, rast hidroenergije se očekuje do 2030. Kina je posljednjih godina pustila u rad hidroelektrane vrijedne 26 milijardi dolara, koje proizvode 22,5 GW. Hidroenergija u Kini je odigrala ulogu u raseljavanja preko 1,2 miliona ljudi sa brana.
Glavna prednost hidrauličnih sistema je njihova sposobnost da podnose sezonska (kao i dnevna) velika vršna opterećenja. U praksi, korištenje akumulirane vodene energije je ponekad komplikovano zahtjevima za navodnjavanjem koji se mogu pojaviti van faze vršnog opterećenja.
Pokretanje hidrauličnih sistema iz rijeke obično je mnogo jeftinije od stvaranja brana i ima potencijalno širu primjenu. Male hidroelektrane ispod 10 MW predstavljaju oko 10% svjetskog potencijala i većina njih radi iz rijeka.
Postoje tri tipa hidroenergetskih objekata: hidroelektrane, crpne stanice i crpne elektrane.
Princip rada hidroelektrane
Princip rada hidroelektrane je kada se energija vode pretvara u mehaničku energiju kroz hidraulične turbine. Generator pretvara ovu mehaničku energiju iz vode u električnu.
Rad generatora je baziran na Faradayevim principima: kada se magnet kreće pored provodnika, stvara se električna energija. U generatoru se elektromagneti stvaraju jednosmjernom strujom. Oni stvaraju polna polja i postavljaju se oko perimetra rotora. Rotor je pričvršćen za osovinu koja rotira turbine fiksnom brzinom. Kada se rotor rotira, to uzrokuje promjenu polova u provodniku montiranom u statoru. Ovo pak, prema Faradejevom zakonu, proizvodi električnu energiju na terminalima generatora.
Sastav hidroelektrane
Hidroelektrane su veličine od „mikro hidroelektrana“ koje napajaju nekoliko domova do divovskih brana koje pružaju struju milionima ljudi.
Većina konvencionalnih hidroelektrana uključuje četiri glavne komponente:
Upotreba hidroenergije dostigla je vrhunac sredinom 20. stoljeća, ali ideja korištenja H2O za proizvodnju električne energije seže hiljadama godina u prošlost. Prije više od 2.000 godina, Grci su koristili vodeni kotač za mljevenje pšenice u brašno. Ovi drevni točkovi su danas poput turbina kroz koje teče voda.
Hidroelektrane su najveći svjetski izvor obnovljive energije.
Šta je hidroelektrana?
Hidroelektrane su veoma efikasni izvori energije. Koriste obnovljive izvore - mehaničku energiju padajuće vode. Za to neophodnu podlogu vode stvaraju brane koje se podižu na rijekama i kanalima. Hidraulične instalacije omogućavaju smanjenje transporta i uštedu mineralnog goriva (približno 0,4 tone uglja se troši na 1 kWh). Prilično su laki za rukovanje i imaju vrlo visoku efikasnost (više od 80%). Cijena ove vrste instalacija je 5-6 puta niža od termoelektrana, a zahtijevaju mnogo manje osoblja za održavanje.
Hidraulične instalacije predstavljaju hidroelektrane (HE), crpne elektrane (HE) i plimne elektrane (TE). Njihov smještaj u velikoj mjeri ovisi o prirodnim uvjetima, na primjer, prirodi i režimu rijeke. U planinskim područjima obično se grade hidroelektrane visokog pritiska, a na ravničarskim rijekama koriste se instalacije nižeg pritiska, ali većeg protoka vode. Hidraulička gradnja u ravničarskim područjima je teža zbog prevladavanja mekih temelja ispod brana i potrebe za velikim rezervoarima za regulaciju protoka. Izgradnja hidroelektrana na ravnicama uzrokuje plavljenje susjednih područja, što uzrokuje značajnu materijalnu štetu.
Hidroelektrana se sastoji od sekvencijalnog lanca hidrauličnih konstrukcija koje osiguravaju potrebnu koncentraciju protoka vode i stvaranje pritiska, te energetske opreme koja pretvara energiju vode koja se kreće pod pritiskom u mehaničku rotirajuću energiju, koja se, zauzvrat, pretvara u električnu energiju.
Pritisak hidroelektrane nastaje koncentracijom pada rijeke na lokaciju koju koristi brana, ili skretanje, ili brana i preusmjeravanje zajedno. Glavna elektroenergetska oprema hidroelektrane nalazi se u zgradi hidroelektrane: u turbinskoj prostoriji elektrane - hidraulične jedinice, pomoćna oprema, uređaji za automatsko upravljanje i nadzor; u centralnom kontrolnom punktu nalazi se komandna tabla za operatera-dispečera ili automatika hidroelektrane. Pojačavajuća transformatorska podstanica se nalazi kako unutar zgrade hidroelektrane, tako iu zasebnim zgradama ili na otvorenom prostoru. Rasklopna postrojenja se često nalaze na otvorenim prostorima. Zgrada hidroelektrane može se podijeliti na dijelove sa jednom ili više jedinica i pomoćnom opremom, odvojene od susjednih dijelova zgrade. U zgradi ili unutar zgrade hidroelektrane stvara se instalacijsko mjesto za montažu i popravku različite opreme i za pomoćne radnje za održavanje hidroelektrane.
Na osnovu instalirane snage (u MW), hidroelektrane se razlikuju na moćne (preko 250), srednje (do 25) i male (do 5). Snaga hidroelektrane zavisi od pritiska Nb (razlika između nivoa gornjeg i donjeg bazena), protoka vode Q (m3/sec) koji se koristi u hidrauličnim turbinama i efikasnosti hidrauličke jedinice hg. Iz više razloga (zbog npr. sezonskih promjena nivoa vode u akumulacijama, fluktuacija opterećenja elektroenergetskog sistema, popravki hidrauličnih jedinica ili hidrauličnih konstrukcija, itd.), pritisak i protok vode se kontinuirano mijenjaju. , a osim toga, protok se mijenja prilikom regulacije snage hidroelektrane. Postoje godišnji, sedmični i dnevni ciklusi rada hidroelektrane.
Prema maksimalnom korištenom pritisku, hidroelektrane se dijele na hidroelektrane visokog pritiska (više od 60 m), srednjeg pritiska (od 25 do 60 m) i niskog pritiska (od 3 do 25 m). Na ravničarskim rijekama pritisci rijetko prelaze 100 m, u planinskim uslovima pomoću brane se mogu stvoriti pritisci do 300 m ili više, a uz pomoć skretanja - do 1500 m. Klasifikacija po pritisku približno odgovara tipovima elektroenergetske opreme koja se koristi: u hidroelektranama visokog pritiska koriste se hidroelektrane sa korpom i radijalnim hidroelektranama aksijalne turbine sa metalnim spiralnim komorama; na srednjetlačnim - rotacione i radijalno-aksijalne turbine sa armiranobetonskim i metalnim spiralnim komorama, na niskotlačnim - turbine sa rotacionim lopaticama u armiranobetonskim spiralnim komorama, ponekad horizontalne turbine u kapsulama ili u otvorenim komorama. Podjela hidroelektrana prema korištenom pritisku je približne, uslovne prirode.
Prema shemi korištenja vodnih resursa i koncentraciji pritiska, hidroelektrane se obično dijele na protočne, brane, preusmjeravanje sa pritiskom i preusmjeravanjem slobodnog toka, mješovite, crpne akumulacije i plimne. U protočnim hidroelektranama i hidroelektranama na branama, pritisak vode stvara brana koja blokira rijeku i podiže nivo vode u gornjem bazenu. U isto vrijeme, neizbježna su neka plavljenja riječne doline. Ako se na istom dijelu rijeke grade dvije brane, poplavno područje se smanjuje. Na ravničarskim rijekama najveća ekonomski dozvoljena plavna površina ograničava visinu brane. Protočne i uzbranske hidroelektrane grade se kako na nizinskim, punovodnim rijekama, tako i na planinskim rijekama, u uskim stisnutim dolinama.
Pored brane, objekti protočne hidroelektrane uključuju zgradu hidroelektrane i objekte preljeva. Sastav hidrauličnih konstrukcija zavisi od visine glave i instalirane snage. Kod protočne hidroelektrane, zgrada u kojoj su smještene hidrauličke jedinice služi kao nastavak brane i zajedno sa njom stvara tlačni front. Istovremeno, gornji bazen s jedne strane graniči sa zgradom hidroelektrane, a donji bazen s druge strane. Dovodne spiralne komore hidrauličnih turbina sa svojim ulaznim sekcijama polažu se ispod nivoa uzvodnog, dok su izlazni delovi usisnih cevi uronjeni ispod nivoa nizvodnog.
U skladu sa namjenom vodovoda, može uključivati brodske prevodnice ili brodski lift, objekte za prolaze za ribe, vodozahvatne objekte za navodnjavanje i vodosnabdijevanje. U protočnim hidroelektranama, ponekad je jedina građevina koja propušta vodu kroz nju zgrada elektrane. U tim slučajevima korisna voda uzastopno prolazi kroz ulazni dio sa rešetkama za zadržavanje otpada, spiralnom komorom, hidrauličnom turbinom i usisnom cijevi, a riječni poplavni tokovi se ispuštaju kroz posebne vodove između susjednih turbinskih komora. Protočne hidroelektrane karakterišu pritisci do 30-40 m; U najjednostavnije protočne hidroelektrane spadaju i ranije izgrađene ruralne (hidroelektrane) hidroelektrane malog kapaciteta. Na velikim nizinskim rijekama glavni kanal je blokiran zemljanom branom, uz koju je betonska prelivna brana i izgrađena zgrada hidroelektrane. Ovakav raspored je tipičan za mnoge domaće hidroelektrane na velikim nizinskim rijekama. Volzhskaya HE nazvana po. 22. kongres KPSS - najveći među stanicama u koritu rijeke.
Najmoćnije hidroelektrane izgrađene su na Volgi, Kami, Angari, Jeniseju, Obu i Irtišu. Kaskada hidroelektrana je grupa hidroelektrana smještenih u stepenicama duž toka vode s ciljem potpunog uzastopnog korištenja njene energije. Instalacije u kaskadi obično su povezane zajedničkim režimom u kojem rezervoari gornjih stepeni imaju regulacioni uticaj na rezervoare donjih stepenica. Industrijski kompleksi specijalizovani za energetski intenzivne industrije formiraju se na bazi hidroelektrana u istočnim regionima.
Najefikasniji resursi u pogledu tehničkih i ekonomskih pokazatelja koncentrisani su u Sibiru. Jedan primjer za to je kaskada Angara-Jenisej, koja uključuje najveće hidroelektrane u zemlji: Sayano-Shushenskaya (6,4 miliona kW), Krasnoyarsk (6 miliona kW), Bratsk (4,6 miliona kW), Ust-Ilimskaya (4,3 miliona kW). miliona kW). Hidroelektrana Bogučanovskaja (4 miliona kW) je u izgradnji. Ukupni kapacitet kaskade trenutno iznosi više od 20 miliona kW.
Prilikom izgradnje hidroelektrana cilj je obično proizvodnja električne energije, poboljšanje uslova za plovidbu rijekom i navodnjavanje zemljišta. Hidroelektrane obično imaju rezervoare koji im omogućavaju da skladište vodu i regulišu njen protok, a samim tim i radnu snagu stanice kako bi se obezbedio najpovoljniji režim za energetski sistem u celini.
Regulatorni proces je sljedeći. U vremenskom periodu kada je opterećenje elektroenergetskog sistema malo (ili je prirodni dotok vode u rijeku veliki), hidroelektrana troši vodu u količini manjoj od prirodnog dotoka. U ovom slučaju voda se akumulira u rezervoaru, a radni kapacitet stanice je relativno mali. U drugim slučajevima, kada je opterećenje sistema veliko (ili je dotok vode mali), hidroelektrana koristi vodu u količini koja je veća od prirodnog dotoka. U tom slučaju se troši akumulirana voda u rezervoaru, a radna snaga stanice se povećava na maksimum. U zavisnosti od zapremine rezervoara, period regulacije ili vreme potrebno za punjenje i rad rezervoara može biti dan, nedelja, nekoliko meseci ili više. Za to vrijeme hidroelektrana može koristiti strogo određenu količinu vode, koja je određena prirodnim dotokom.
Kada hidroelektrane rade zajedno sa termo i nuklearnim elektranama, opterećenje elektroenergetskog sistema se raspoređuje između njih tako da se pri datom protoku vode u posmatranom periodu potražnja za električnom energijom zadovoljava uz minimalnu potrošnju goriva (odnosno minimalni troškovi goriva) u sistemu. Iskustvo u radu energetskih sistema pokazuje da je tokom većeg dijela godine preporučljivo raditi hidroelektrane u vršnom režimu. To znači da tokom dana radna snaga hidroelektrane mora varirati u širokim granicama - od minimalne u satima kada je opterećenje elektroenergetskog sistema nisko do maksimalne u satima najvećeg opterećenja sistema. Ovakvim korištenjem hidroelektrana, opterećenje termo stanica se izravnava i njihov rad postaje ekonomičniji.
U periodima poplava, kada je prirodni dotok vode u rijeku visok, preporučljivo je koristiti hidroelektrane 24 sata dnevno s radnim kapacitetom blizu maksimalnog i na taj način smanjiti ispuštanje vode u praznom hodu kroz branu. Najprofitabilniji način rada hidroelektrane ovisi o mnogim faktorima i mora se odrediti odgovarajućim proračunima.
Rad hidroelektrana karakteriziraju česta paljenja i zaustavljanja agregata, brza promjena radne snage od nule do nazivne. Hidraulične turbine su po svojoj prirodi prilagođene ovom režimu. Za hidrogeneratore je i ovaj način rada prihvatljiv, jer je, za razliku od parnih turbinskih generatora, aksijalna dužina hidrogeneratora relativno mala, a temperaturne deformacije šipki za namotaje su manje izražene. Proces pokretanja hidrauličke jedinice i dobivanja snage je potpuno automatiziran i zahtijeva samo nekoliko minuta.
Trajanje korištenja instalisane snage hidroelektrana obično je kraće nego kod termoelektrana. To je 1500-3000 sati za vršne stanice i do 5000-6000 sati za bazne stanice.
Jedinična cijena hidroelektrane (RUB/MW) veća je od jedinične cijene termo stanice istog kapaciteta zbog većeg obima građevinskih radova. Vrijeme izgradnje hidroelektrane također je duže od vremena izgradnje termo stanice. Međutim, cijena električne energije koju proizvedu hidroelektrane znatno je niža od cijene energije iz termoelektrana, budući da operativni troškovi ne uključuju cijenu goriva.
Preporučljivo je graditi hidroelektrane na planinskim i seskvicentralnim rijekama. Na nizinskim rijekama njihova izgradnja može dovesti do plavljenja velikih površina poplavnih livada i oranica, šuma, smanjenja ribljeg fonda i drugih posljedica.
Male hidraulične turbine su vrlo specifične po principu svog rada, za razliku od turbina konvencionalnih hidroelektrana. Proces rada mikrohidraulične turbine zanimljiv je po tome što svojstva njene strukture mogu za određeni objekt obezbijediti volumen vodenih masa koje će dotjecati do dijelova hidraulične turbine (lopatice), dovesti generator u radno stanje. (generator ima ulogu proizvodnje električne energije).
Proces povećanja pritiska vode obezbeđuje se formiranjem „derivacije“ - ispuštanja vode u slobodnom toku (pod uslovom da je ova mikro hidroelektrana diverzionog tipa) ili brane (pod uslovom da se radi o mini termoelektrani). tip brane).
Snaga mini hidroelektrane
Nivo snage mini hidroelektrane direktno zavisi od uslova u kojima se nalaze njena hidraulička svojstva:
- Protok vode je zapremina vodene mase (l) koja prođe kroz turbinu u određenom vremenskom periodu. Uobičajeno je da se za ovaj period odvoji 1-2 sekunde.
- Pritisak vode je udaljenost između dvije suprotne točke vodene mase (jedna se nalazi na vrhu, druga na dnu). Pritisak ima niz karakterističnih karakteristika od kojih zavise tipovi mikro hidroelektrana (visoki pritisak, srednji pritisak, nizak pritisak)
Posebnost rada mikro hidroelektrane procjenjuje se sa stanovišta njenog teritorijalnog položaja. Na primjer, tlačna mikro hidroelektrana radi tako što preusmjerava tokove vode kroz poseban kanal napravljen od drveta, koji se nalazi pod određenim kutom nagiba, što omogućava da voda teče brže. Pritisak vode u takvoj hidroelektrani zavisi od dužine kanala. Zatim voda teče u tlačni cjevovod, nakon čega ulazi u hidrauličku jedinicu, koja se nalazi u donjem dijelu. Reciklirana voda se zatim ekstruzijom vraća nazad do svog izvora.
Lokacija mini hidroelektrane
Važno je napomenuti da se položaj hidraulične turbine može razlikovati ovisno o vrsti konstrukcije:
- Horizontalna pozicija. Ovakav položaj hidraulične turbine dovodi do prirodnog povećanja veličine same mini hidroelektrane (uz pomoć osovine turbine, što takođe povećava veličinu energetskog sistema tokom rotacije, kao i promenu razmera). turbinske prostorije). Međutim, vrijedno je napomenuti da konstrukcija takvih hidrauličnih turbina nije složenija od drugih, već naprotiv, pojednostavljuje je.
- Vertikalni raspored. Ova vrsta rasporeda pomaže u smanjenju veličine hidroelektrane, poboljšava ravnotežu aksijalnih vodova i njenu kompaktnost. Ovo postavljanje je složenije za konstruisanje, jer stvara potrebu za detaljnim balansom ose u rotacionom elementu. Također u takvoj situaciji važno je voditi računa o obaveznom položaju radnog poda, kada je u jednoj horizontalnoj liniji, i njegovim karakteristikama čvrstoće, kako bi mogli izdržati težinu cijele konstrukcije. Vertikalni položaj povećava pritisak na os konstrukcije.
Primjena mini hidroelektrane
Općenito, male hidroelektrane se uglavnom koriste za njihovu primjenu u udaljenim područjima stambenih zgrada. One ne mogu biti ozbiljna konkurencija velikim elektranama, već služe za uštedu energije. U posljednje vrijeme veliki broj ljudi koristi i hidroelektrane, solarne baterije i razne instalacije za kontrolu vjetra. Turbine opisane u ovom članku uskoro bi mogle postati jedno s ovim inovativnim izvorima energije, što će u konačnici dovesti do stvaranja novih električnih kola i modela.
Za šta se ove strukture mogu koristiti?
- obezbijediti električnu energiju privatnom vlasništvu;
- za udaljena industrijska područja;
- za električne stanice za punjenje;
- za privremenu upotrebu.
Prednosti mini hidroelektrana
Male hidroelektrane imaju niz posebnih prednosti:
- Dostupne su u dvije verzije: pričvršćene na dno rezervoara, kao i sa posebnim kukama koje omogućavaju izvođenje radova na površini
- instalacija može dostići snagu od 5 kW, au cilju povećanja snage i efikasnosti hidroelektrana, turbine se ugrađuju kao moduli
- Hidroelektrane ne utiču negativno na životnu sredinu tokom procesa izgradnje, jer Za njegovo stvaranje koristi se prirodna voda koja se usmjerava u određeni tok i pokreće lopatice.
Turbine za mini hidroelektrane
Sada razgovarajmo direktno o hidrauličnim turbinama za mini hidroelektrane i šta nam je potrebno za njihovu izgradnju. Karakteristike i radne karakteristike hidraulične turbine:
- Temperatura vode koja se dovodi u turbinu mora biti veća od +4 °C.
- Temperatura koja bi trebala biti u blok modulu je +15 °C i više.
- Zvučni pritisak, čiji se izvor nalazi 1 m od hidraulične turbine, iznosi 80 dB i ne više.
- Vanjska površina hidraulične turbine mora se zagrijati na temperaturu ne veću od +45°C, pod uslovom da je temperatura zraka oko +25°C.
Razmotrimo primjer dobro izbalansirane i operativne hidraulične turbine u idealnim uvjetima.
Pretpostavimo da imamo protočnu hidrauličnu turbinu, radijalnu, potisnu sa srednjim pritiskom, koja obezbeđuje tangencijalni dovod vode do lopatica, osovina je horizontalna. Ove vrste cijevi su klasificirane kao "tihe". Imaju posebnost prilagođavanja okolini, mjestu ugradnje i raznim visinskim razlikama tlaka. Ako se protok vode naglo promijeni, turbina koristi dvokomorni dizajn vreće, što čini uređaj boljim.
Tijelo bilo koje hidraulične turbine izrađeno je od konstrukcijskog čelika, snažno je i pouzdano. Troškovi materijala i konstrukcije značajno su smanjeni u odnosu na hidrauličke turbine za konvencionalne hidroelektrane. Najčešći materijal koji se koristi za izradu hidraulične turbine će izdržati razlike od 90 do 120 metara, neki dijelovi su od nehrđajućeg čelika (kućište, cjevovodi).
U hidrauličnim turbinama nove generacije moguća je zamjena generatora i radnog kola bez velikih deformacija i izmjena. Vrijedi napomenuti da impeler ima svojstvo samočišćenja zbog tokova vode koji prolaze kroz područje radnog kola tokom rada. Prilikom projektovanja generatora i same hidraulične turbine, preduzimaju se brojne mere za smanjenje nivoa kavitacije. Postojeće hidraulične turbine su 100 posto oslobođene ovog problema.
Glavni dio hidraulične turbine je radno kolo. Materijal za proizvodnju oštrica često je čelik profilnog tipa. Zbog svojih svojstava, lopatice mogu stvoriti aksijalnu silu, olakšavajući rad ležajeva, a sami impeleri su u stalnoj ravnoteži. Trajanje rada osovine rotora je određeno njegovim položajem, a za duži rad se ugrađuje na nivou ležaja.
Karakteristike hidrauličnih turbina za mini hidroelektrane
- Može se koristiti u sistemima za prečišćavanje za dobijanje vode za piće visokog kvaliteta.
- Moguće je priključiti industrijski generator.
- Povećani zahtjevi za pouzdanost generatora.
Neke karakteristike tehničkog plana:
- Visinska razlika: 3 - 200 m
- Protok vode: 0,03 - 13 kubnih metara u sekundi
- Snaga: 5 - 3.000 kW
- Broj lopatica smještenih na aksijalnom sektoru: 37
- Efikasnost: 84% - 87%
Naravno, malo je vjerojatno da će mini hidroelektrane postati glavni izvor energije, ali je njihova upotreba sasvim preporučljiva kao sredstvo za smanjenje opterećenja na glavnoj elektroenergetskoj mreži, posebno u periodima vršne potrošnje.
Hidroelektrana je kompleks složenih hidrauličnih konstrukcija i opreme. Njegova svrha je pretvaranje energije protoka vode u električnu energiju. Hidroenergija je jedan od takozvanih obnovljivih izvora energije, odnosno praktično je neiscrpna.
Najvažnija hidraulička konstrukcija je brana. Zadržava vodu u rezervoaru i stvara potreban pritisak vode. Hidraulična turbina je glavni motor u hidroelektrani. Uz njegovu pomoć, energija vode koja se kreće pod pritiskom pretvara se u mehaničku energiju rotacije, koja se zatim (zahvaljujući električnom generatoru) pretvara u električnu energiju. Hidraulična turbina, hidrogenerator, uređaji za automatsko praćenje i upravljanje - konzole nalaze se u turbinskoj prostoriji hidroelektrane. Step-up transformatori mogu se nalaziti i unutar zgrade i na otvorenim prostorima. Rasklopna postrojenja se najčešće postavljaju na otvorenom u blizini zgrade elektrane.
U Sovjetskom Savezu, koji raspolaže velikim hidroenergetskim resursima (11112% ukupnih svjetskih), započela je opsežna izgradnja hidroelektrana. Na osnovu instaliranih hidroelektričnih kapaciteta. Samo u 30 poslijeratnih godina, od 1950. godine, stanice su podijeljene na male - do 1980. proizvodnja električne energije je povećana do 5 MW, srednje - sa 5 na 25 i velike - hidroelektrane su porasle više od 10 puta. preko 25 MW. U našoj zemlji postoji 20 hidroelektrana, od kojih svaka ima instalisanu snagu veću od 500 MW. Najveće od njih su hidroelektrane Krasnojarsk (6000 MW) i Sajano-Šušenskaja (6400 MW).
Izgradnja hidroelektrana nezamisliva je bez sveobuhvatnog rješenja mnogih problema. Neophodno je zadovoljiti potrebe ne samo energije, već i vodnog transporta, vodosnabdijevanja, navodnjavanja i ribarstva. Ovim zadacima najbolje odgovara princip kaskade kada se na rijeci, koja se nalazi uz rijeku, gradi ne jedna, već više hidroelektrana. To omogućava stvaranje nekoliko akumulacija koje se sukcesivno nalaze na rijeci na različitim nivoima, što znači potpunije korištenje riječnog toka, njenih energetskih resursa i manevrisanje snage pojedinih hidroelektrana. Na mnogim rijekama izgrađene su kaskade hidroelektrana. Pored Volžskog, kaskade su izgrađene na Kami, Dnjepru, Čirčiku, Hrazdanu, Irtišu, Rioniju i Sviru. Najmoćnija Angara-Jenisejska kaskada s najvećim svjetskim hidroelektranama - Bratsk, Krasnojarsk, Sayano-Shushenskaya i Boguchanskaya ukupne snage oko 17 GW i godišnje proizvodnje od 76 milijardi kWh električne energije.
Postoji nekoliko tipova elektrana koje koriste energiju protoka vode. Osim hidroelektrana, grade se i crpne elektrane (HE) i plimne elektrane (TE). Na prvi pogled teško da ćete primijetiti razliku između konvencionalne hidroelektrane i hidroakumulacijske elektrane. Ista zgrada u kojoj se nalazi glavna elektroenergetska oprema, isti dalekovodi. Ne postoji suštinska razlika u načinu proizvodnje električne energije. Koje su karakteristike pumpnih elektrana?
Za razliku od hidroelektrane, pumpna akumulacija zahtijeva dva rezervoara (ne jedan) kapaciteta od nekoliko desetina miliona kubnih metara svaki. Nivo jednog bi trebao biti nekoliko desetina metara viši od drugog. Oba rezervoara su međusobno povezana cevovodima. Na donjem rezervoaru se gradi zgrada crpne elektrane. U njemu su na istoj osovini postavljene takozvane reverzibilne hidraulične jedinice - hidraulične turbine i elektrogeneratori. Mogu raditi i kao strujni generatori i kao električne pumpe za vodu. Kada se potrošnja energije smanji, na primjer noću, hidraulične turbine djeluju kao pumpe, pumpajući vodu iz donjeg rezervoara u gornji. U ovom slučaju generatori rade kao elektromotori, primajući električnu energiju iz termo i nuklearnih elektrana. Kada se poveća potrošnja električne energije, hidraulične jedinice elektrane sa pumpama prelaze na obrnutu rotaciju. Voda koja pada iz gornjeg rezervoara u donji, okreće hidraulične turbine i generatori stvaraju električnu energiju. Tako noću crpna elektrana, takoreći, akumulira električnu energiju koju proizvode druge elektrane, a danju je ispušta. Stoga crpne elektrane obično služe, kako kažu energetičari, za pokrivanje „vrhova“ opterećenja, odnosno daju energiju kada je to posebno potrebno. U svijetu postoji više od 160 elektrana s pumpnim akumulacijom. U našoj zemlji je u blizini Kijeva izgrađena prva pumpna elektrana. Ima nizak pad, svega 73 m, i ukupnu snagu od 225 MW.
U Moskovskoj oblasti puštena je u rad veća pumpna elektrana, snage 1,2 GW i visine 100 m.
Obično se elektrane sa pumpama grade na rijekama. Ali, kako se pokazalo, takve elektrane mogu se graditi na obalama mora i okeana. Tek tamo su dobile drugačije ime - plimne elektrane (TE).
Dva puta dnevno u isto vreme nivo okeana raste i opada. Gravitacijske sile Mjeseca i Sunca privlače mase vode. Daleko od obale, fluktuacije vodostaja ne prelaze 1 m, ali u blizini obale mogu doseći 13 m, kao, na primjer, u zaljevu Penzhinskaya na Ohotskom moru.
Ako je zaljev ili ušće rijeke začepljeno branom, onda se u trenutku najvećeg porasta vode stotine miliona kubnih metara vode može zatvoriti u takav vještački rezervoar. Kada plima nestane u moru, stvara se razlika između nivoa vode u rezervoaru i u moru, što je dovoljno za rotaciju hidrauličnih turbina instaliranih u zgradama PES-a. Ako postoji samo jedan rezervoar, PES može da proizvodi električnu energiju neprekidno 4-5 sati sa pauzama od 1-2 sata, odnosno četiri puta dnevno (nivo vode u rezervoaru se menja toliko puta tokom plime i oseke) .
Da bi se eliminisala neravnomjerna proizvodnja električne energije, akumulacija stanice je branom podijeljena na 2-3 manja. Jedan održava niski nivo plime, drugi održava visok nivo plime, a treći služi kao rezerva.
U TE su ugrađene hidraulične jedinice koje su sposobne da rade sa visokom efikasnošću kako u generatorskom (proizvodnja električne energije), tako iu pumpnom režimu (pumpanje vode iz rezervoara sa niskim nivoom vode u rezervoar sa visokim nivoom). U režimu pumpe, PES radi kada se pojavi višak električne energije u sistemu napajanja. U tom slučaju, jedinice pumpaju ili ispumpavaju vodu iz jednog rezervoara u drugi.
Godine 1968. izgrađena je prva pilot industrijska elektrana u našoj zemlji na obali Barencovog mora u zalivu Kislaya. U zgradi elektrane su smještene 2 hidraulične jedinice snage 400 kW.
Deset godina iskustva u radu prve TE omogućilo nam je da počnemo sa izradom projekata za TE Mezen na Bijelom moru, Penžinskaja i Tugurskaja na Ohotskom moru.
Iskorištavanje velikih sila plime i oseke svjetskih okeana, čak i samih oceanskih valova, zanimljiv je problem. Oni to tek počinju rješavati. Ima mnogo toga za proučavanje, izmišljanje, dizajniranje.
Izgradnja velikih energetskih giganata - bilo hidroelektrana, crpnih elektrana ili elektrana - svaki je put ispit za građevinare. Ovdje se spaja rad radnika najviših kvalifikacija i različitih specijalnosti - od majstora betona do penjača.
