Rozmanitost možností a jedinečnost technických řešení používaných při výstavbě vodních elektráren je úžasná. Ve skutečnosti není tak snadné najít dvě stejné stanice. Stále však existuje jejich klasifikace na základě určitých charakteristik - kritérií.
Způsob vytváření tlaku
Snad nejviditelnějším kritériem je způsob vytváření tlaku:
- průtočná vodní elektrárna (HPP);
- diverzní vodní elektrárna;
- přečerpávací elektrárna (PSPP);
- přílivová elektrárna (TPP).
Mezi těmito čtyřmi hlavními typy vodních elektráren jsou charakteristické rozdíly. Říční vodní elektrárna se nachází na řece a blokuje její tok přehradou, aby vytvořil tlak a nádrž. Derivační vodní elektrárna obvykle se nachází na klikatých horských řekách, kde je možné propojit ramena řeky potrubím, aby část toku mohla téci kratší cestou. V tomto případě je tlak vytvářen přirozeným rozdílem v terénu a nádrž může zcela chybět. Přečerpávací elektrárna se skládá ze dvou bazénů umístěných na různých úrovních. Bazény jsou propojeny potrubími, kterými může voda proudit do spodního bazénu z horního a být čerpána zpět. přílivová elektrárna nachází se v zátoce blokované přehradou, aby vytvořila nádrž. Na rozdíl od přečerpávací elektrárna Provozní cyklus TES závisí na přílivovém jevu.
Hodnota tlaku
Na základě velikosti tlaku vytvářeného vodní stavbou (HTS) jsou vodní elektrárny rozděleny do 4 skupin:
- nízký tlak - do 20 m;
- střední tlak - od 20 do 70 m;
- vysoký tlak - od 70 do 200 m;
- ultravysoký tlak - od 200 m.
Stojí za zmínku, že klasifikace podle hodnota tlaku je relativní a liší se od jednoho zdroje k druhému.
Instalovaný výkon
Podle instalovaného výkonu stanice - součet jmenovitých výkonů na ní instalovaných výrobních zařízení. Tato klasifikace má 3 skupiny:
- mikrovodní elektrárna - od 5 kW do 1 MW;
- malé vodní elektrárny - od 1 kW do 10 MW;
- velké vodní elektrárny - nad 10 MW.
Klasifikace podle instalovaná kapacita stejně jako z hlediska tlaku není přísný. Stejná stanice může být klasifikována v různých skupinách v různých zdrojích.
Design přehrady
Existují 4 hlavní skupiny vodních elektráren:
- gravitační;
- opěra;
- klenutý;
- oblouková gravitace.
Gravitační přehrada Jedná se o masivní konstrukci, která díky své hmotnosti zadržuje vodu v nádrži. Opěrná přehrada využívá trochu jiný mechanismus - svou relativně nízkou hmotnost kompenzuje tíhou vody, která tlačí na šikmý líc hráze z návodní strany. Oblouková přehrada , snad nejelegantnější, má tvar oblouku, základna spočívá na březích a zaoblená část je vypouklá směrem k nádrži. Voda je zadržována u obloukové hráze díky přerozdělení tlaku z čela hráze na břehy řeky.
Umístění strojovny
Přesněji podle umístění strojovny vzhledem k přehradě, nezaměňovat s rozložením! Tato klasifikace je relevantní pouze pro průtočné, odbočné a přílivové elektrárny.
- typ kanálu;
- typ přehrady.
Na typ kanálu strojovna je umístěna přímo v tělese přehrady, typ přehrady - je vztyčen odděleně od tělesa hráze a bývá umístěn bezprostředně za ním.
Rozložení
Slovo „uspořádání“ v tomto kontextu znamená umístění turbínové místnosti vzhledem ke korytu řeky. Buďte opatrní při čtení další literatury na toto téma, protože slovo layout má širší význam. Klasifikace platí pouze pro průtočné a odklonné elektrárny.
- kanál;
- niva;
- pobřežní.
Na rozložení kanálu budova turbíny je umístěna v korytě řeky, rozložení záplavového území - v nivě řeky, a kdy pobřežní rozložení - na břehu řeky.
Nadměrná regulace
Totiž míra regulace toku řeky. Klasifikace je relevantní pouze pro průtočné a diverzní vodní elektrárny.
- denní regulace (provozní cyklus - jeden den);
- týdenní regulace (pracovní cyklus - jeden týden);
- roční regulace (provozní cyklus - jeden rok);
- dlouhodobá regulace (provozní cyklus - několik let).
Klasifikace odráží, jak velká je nádrž vodní nádrže ve vztahu k objemu ročního průtoku řeky.
Všechna výše uvedená kritéria se vzájemně nevylučují, to znamená, že stejná vodní elektrárna může být říčního, vysokotlakého, středního výkonu, průtočného uspořádání se strojovnou přehradního typu, obloukovou přehradou a roční regulační nádrž.
Seznam použitých zdrojů
- Bryzgalov, V.I. Vodní elektrárny: učebnice. příspěvek / V.I. Bryzgalov, L.A. Gordon - Krasnojarsk: IPC KSTU, 2002. - 541 s.
- Hydraulické konstrukce: ve 2 svazcích / M.M. Grishin [a další]. - Moskva: Vyšší škola, 1979. - T.2 - 336 s.
Vodní elektrárny neboli vodní elektrárny využívají potenciální energii říční vody a jsou dnes běžným prostředkem výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů.
Vodní energie dodává více než 16 % světové elektřiny (99 % v Norsku, 58 % v Kanadě, 55 % ve Švýcarsku, 45 % ve Švédsku, 7 % v USA, 6 % v Austrálii) o více než 1060 GW instalovaných kapacita. Polovina této kapacity se nachází v pěti zemích: Čína (212 GW), Brazílie (82,2 GW), USA (79 GW), Kanada (76,4 GW) a Rusko (46 GW). Kromě těchto čtyř zemí s relativním výskytem (Norsko, Kanada, Švýcarsko a Švédsko) se vodní energie obvykle používá při špičkovém zatížení, protože vodní energii lze snadno zastavit a spustit. To také znamená, že je ideálním doplňkem k on-grid systému a nejúčinněji se používá v Dánsku.
Vodní elektrárny využívají energii padající vody k výrobě elektřiny. Turbína převádí kinetickou sílu padající H2O na mechanickou sílu. Generátor pak přeměňuje mechanickou energii z turbíny na elektrickou energii.
Vodní energie ve světě
Vodní energie využívá velké oblasti a není pro budoucnost ve vyspělých zemích hlavní možností, protože většina velkých lokalit v těchto zemích s potenciálem pro rozvoj vodní energie je buď již v provozu, nebo jsou nepřístupná z jiných důvodů, jako jsou obavy o životní prostředí. Zejména v Číně a Latinské Americe se očekává růst vodní energie do roku 2030. Čína v posledních letech uvedla do provozu vodní elektrárny v hodnotě 26 miliard dolarů, které produkují 22,5 GW. Vodní energie v Číně sehrála roli při vysídlení více než 1,2 milionu lidí z přehrad.
Hlavní výhodou hydraulických systémů je jejich schopnost zvládat sezónní (i denní) vysoké špičkové zatížení. V praxi je využití akumulované vodní energie někdy komplikováno požadavky na zavlažování, které se může vyskytnout mimo fázi se špičkovým zatížením.
Provoz hydraulických systémů z řeky je obvykle mnohem levnější než vytváření přehrad a má potenciálně širší využití. Malé vodní elektrárny do 10 MW představují asi 10 % světového potenciálu a většina z nich funguje z řek.
Existují tři typy vodních elektráren: vodní elektrárny, přečerpávací stanice a přečerpávací elektrárny.
Princip činnosti vodní elektrárny
Princip fungování vodní elektrárny spočívá v přeměně vodní energie na mechanickou energii prostřednictvím hydraulických turbín. Generátor přeměňuje tuto mechanickou energii z vody na elektřinu.
Provoz generátoru je založen na Faradayových principech: když se magnet pohybuje kolem vodiče, vzniká elektřina. V generátoru jsou elektromagnety vytvářeny proudem stejnosměrného proudu. Vytvářejí pólová pole a jsou instalovány po obvodu rotoru. Rotor je připevněn k hřídeli, která otáčí turbíny pevnou rychlostí. Když se rotor otáčí, způsobí změnu pólů ve vodiči namontovaném ve statoru. To zase podle Faradayova zákona vyrábí elektřinu na svorkách generátoru.
Složení vodní elektrárny
Velikost vodních elektráren se pohybuje od „mikro vodních elektráren“, které pohánějí několik domů, až po obří přehrady, které poskytují elektřinu milionům lidí.
Většina konvenčních vodních elektráren obsahuje čtyři hlavní součásti:
Využití vodní energie dosáhlo vrcholu v polovině 20. století, ale myšlenka využití H2O k výrobě elektřiny sahá tisíce let zpět. Před více než 2000 lety používali Řekové vodní kolo k mletí pšenice na mouku. Tato prastará kola jsou dnes jako turbíny, kterými proudí voda.
Vodní elektrárny jsou největším světovým zdrojem obnovitelné energie.
Co je to vodní elektrárna?
Vodní elektrárny jsou velmi účinnými zdroji energie. Využívají obnovitelné zdroje – mechanickou energii padající vody. K tomu nezbytnou vodní zálohu tvoří přehrady, které se staví na řekách a kanálech. Hydraulická zařízení umožňují snížit dopravu a ušetřit minerální palivo (na 1 kWh se spotřebuje cca 0,4 tuny uhlí). Vyznačují se poměrně snadnou obsluhou a velmi vysokou účinností (více než 80 %). Náklady na tento typ instalace jsou 5-6krát nižší než u tepelných elektráren a vyžadují mnohem méně personálu údržby.
Hydraulická zařízení jsou zastoupena vodními elektrárnami (HPP), přečerpávacími elektrárnami (PSP) a přílivovými elektrárnami (TPP). Jejich umístění do značné míry závisí na přírodních podmínkách, například na charakteru a režimu řeky. V horských oblastech se většinou staví vysokotlaké vodní elektrárny, na nížinných řekách se používají instalace s nižším tlakem, ale vyšším průtokem vody. Hydraulická výstavba v rovinách je obtížnější kvůli převaze měkkých základů pod přehradami a nutnosti mít velké nádrže pro regulaci průtoku. Výstavba vodních elektráren na pláních způsobuje zaplavování přilehlých oblastí, což způsobuje značné materiální škody.
Vodní elektrárna se skládá ze sekvenčního řetězce hydraulických struktur, které zajišťují potřebnou koncentraci vodního toku a vytváření tlaku, a energetického zařízení, které přeměňuje energii vody pohybující se pod tlakem na mechanickou rotační energii, která se zase přeměňuje do elektrické energie.
Tlak vodní elektrárny je vytvářen koncentrací spádu řeky na místě, které využívá přehrada nebo odklon nebo přehrada a odklon dohromady. Hlavní energetické zařízení vodní elektrárny je umístěno v objektu vodní elektrárny: v strojovně elektrárny - hydraulické agregáty, pomocná zařízení, automatická řídicí a monitorovací zařízení; v centrálním dispečinku je umístěna ústředna pro operátora-dispečera nebo automatického operátora vodní elektrárny. Stacionární trafostanice je umístěna jak uvnitř objektu vodní elektrárny, tak v samostatných objektech nebo na volném prostranství. Rozváděče jsou často umístěny v otevřených prostorách. Objekt vodní elektrárny lze rozdělit na sekce s jedním nebo více bloky a pomocným zařízením, oddělené od sousedních částí objektu. V budově vodní elektrárny nebo uvnitř je vytvořeno místo instalace pro montáž a opravy různých zařízení a pro pomocné operace při údržbě vodní elektrárny.
Podle instalovaného výkonu (v MW) se vodní elektrárny rozlišují na výkonné (nad 250), střední (do 25) a malé (do 5). Výkon vodní elektrárny závisí na tlaku Nb (rozdíl mezi hladinami horního a dolního bazénu), průtoku vody Q (m3/sec) používané v hydraulických turbínách a účinnosti hydraulické jednotky hg. Tlak a průtok vody se z řady důvodů (např. v důsledku sezónních změn hladiny vody v nádržích, kolísání zatížení elektrizační soustavy, oprav hydraulických celků nebo vodních staveb atd.) neustále mění. a navíc se průtok mění při regulaci výkonu vodní elektrárny. Provoz vodní elektrárny má roční, týdenní a denní cykly.
Podle maximálního používaného tlaku se vodní elektrárny dělí na vysokotlaké (nad 60 m), středotlaké (od 25 do 60 m) a nízkotlaké (od 3 do 25 m) vodní elektrárny. Na nížinných řekách tlaky zřídka přesahují 100 m, v horských podmínkách lze pomocí přehrady vytvořit tlaky až 300 m a více, s pomocí svedení až 1500 m. Klasifikace podle tlaku přibližně odpovídá typům používaných energetických zařízení: u vysokotlakých vodních elektráren se používají korečkové a radiální vodní elektrárny axiální turbíny s kovovými spirálovými komorami; na středotlakých - rotační lopatkové a radiálně-axiální turbíny s železobetonovými a kovovými spirálovými komorami, na nízkotlaké - rotační lopatkové turbíny v železobetonových spirálových komorách, někdy horizontální turbíny v kapslích nebo v otevřených komorách. Rozdělení vodních elektráren podle použitého tlaku je přibližného, podmíněného charakteru.
Podle schématu využití vodních zdrojů a tlakové koncentrace se vodní elektrárny obvykle dělí na průtočné, přehradní, odklonné s tlakovým a volně průtočným odklonem, smíšené, přečerpávací a přílivové. V průtočných a přehradních vodních elektrárnách je tlak vody vytvářen hrází, která blokuje řeku a zvyšuje hladinu vody v horním bazénu. Určité zaplavení údolí řeky je zároveň nevyhnutelné. Pokud se na stejném úseku řeky postaví dvě přehrady, záplavová oblast se zmenší. Na nížinných řekách omezuje výšku hráze největší ekonomicky přípustná záplavová oblast. Průtokové a přehradní vodní elektrárny jsou budovány jak na nížinných vysokovodních řekách, tak na horských řekách, v úzkých stlačených údolích.
Součástí stavby průtočné vodní elektrárny je kromě hráze i budova vodní elektrárny a přelivové stavby. Skladba hydraulických konstrukcí závisí na výšce hlavy a instalovaném výkonu. U průtočné vodní elektrárny slouží budova s hydraulickými agregáty v ní umístěnými jako pokračování hráze a spolu s ní tvoří tlakovou frontu. Horní bazén přitom z jedné strany přiléhá k budově vodní elektrárny a z druhé strany k ní přiléhá spodní bazén. Napájecí spirálové komory hydroturbin se svými vstupními sekcemi jsou uloženy pod úrovní protiproudu, výstupní sekce sacích trubek jsou ponořeny pod úrovní po proudu.
V souladu s účelem vodního díla může zahrnovat plavební komory nebo lodní výtah, stavby rybích přechodů, stavby odběrů vody pro zavlažování a zásobování vodou. V průtočných vodních elektrárnách je někdy jedinou konstrukcí, která umožňuje průchod vody, budova elektrárny. V těchto případech užitková voda postupně prochází vstupní sekcí s mřížkami pro zachycení odpadu, spirálovou komorou, hydraulickou turbínou a sacím potrubím a povodňové toky řeky jsou vypouštěny speciálními potrubími mezi sousedními komorami turbín. Průtočné vodní elektrárny se vyznačují tlaky do 30-40 m; Mezi nejjednodušší průtočné vodní elektrárny patří i dříve postavené venkovské (vodní elektrárny) vodní elektrárny malého výkonu. Na velkých nížinných řekách je hlavní kanál blokován hliněnou hrází, vedle níž je betonová přepadová hráz a je postavena budova vodní elektrárny. Toto uspořádání je typické pro mnoho domácích vodních elektráren na velkých nížinných řekách. Volzhskaya HPP pojmenovaná po. 22. sjezd KSSS - největší mezi korytovými stanicemi.
Nejvýkonnější vodní elektrárny byly postaveny na Volze, Kamě, Angaře, Jeniseji, Ob a Irtyši. Kaskáda vodních elektráren je skupina vodních elektráren umístěných stupňovitě podél toku vody s cílem plně sekvenčně využívat její energii. Instalace v kaskádě jsou obvykle propojeny společným režimem, ve kterém mají nádrže horních stupňů regulační vliv na nádrže spodních stupňů. Na bázi vodních elektráren ve východních regionech vznikají průmyslové komplexy specializované na energeticky náročná odvětví.
Nejefektivnější zdroje z hlediska technických a ekonomických ukazatelů jsou soustředěny na Sibiři. Jedním z příkladů je kaskáda Angara-Jenisej, která zahrnuje největší vodní elektrárny v zemi: Sayano-Shushenskaya (6,4 milionu kW), Krasnojarsk (6 milionů kW), Bratsk (4,6 milionu kW), Ust-Ilimskaya (4,3 milionů kW). Vodní elektrárna Boguchanovskaya (4 miliony kW) je ve výstavbě. Celková kapacita kaskády je v současnosti více než 20 milionů kW.
Při výstavbě vodních elektráren je obvykle cílem výroba elektřiny, zlepšení podmínek pro plavbu na řece a zavlažování půdy. Vodní elektrárny mají obvykle nádrže, které jim umožňují ukládat vodu a regulovat její průtok a tím i provozní výkon stanice tak, aby poskytovaly co nejvýhodnější režim pro energetický systém jako celek.
Regulační proces je následující. V období, kdy je zatížení energetické soustavy nízké (nebo je přirozený přítok vody v řece velký), vodní elektrárna spotřebovává vodu v menším množství, než je přirozený přítok. V tomto případě se voda hromadí v nádrži a provozní kapacita stanice je relativně malá. Jindy, kdy je zatížení systému vysoké (nebo je přítok vody malý), vodní elektrárna spotřebuje vodu v množství, které převyšuje přirozený přítok. V tomto případě se spotřebovává voda nahromaděná v nádrži a provozní výkon stanice se zvýší na maximum. V závislosti na objemu nádrže může být regulační perioda nebo doba potřebná k naplnění a provozu nádrže den, týden, několik měsíců nebo více. Vodní elektrárna může po tuto dobu využívat přesně definované množství vody, určené přirozeným přítokem.
Při provozu vodních elektráren společně s tepelnými a jadernými elektrárnami je zatížení elektrizační soustavy rozloženo mezi ně tak, aby při daném průtoku vody v uvažovaném období byla uspokojena poptávka po elektrické energii s minimální spotřebou paliva (resp. minimální náklady na palivo) v systému. Zkušenosti z provozu energetických soustav ukazují, že po většinu roku je vhodné provozovat vodní elektrárny ve špičkovém režimu. To znamená, že během dne se musí provozní výkon vodní elektrárny měnit v širokých mezích – od minima v hodinách, kdy je zatížení elektrizační soustavy nízké, po maximum v hodinách nejvyšší zátěže soustavy. Tímto využitím vodních elektráren se vyrovnává zatížení tepelných stanic a jejich provoz se stává ekonomičtějším.
V období povodní, kdy je přirozený přítok vody do řeky vysoký, je vhodné nepřetržitě využívat vodní elektrárny s provozním výkonem blízkým maximu a snížit tak odtok vody z přehrady. Nejvýnosnější režim vodní elektrárny závisí na mnoha faktorech a musí být stanoven vhodnými výpočty.
Provoz vodních elektráren je charakteristický častým spouštěním a zastavováním bloků, rychlou změnou provozního výkonu z nuly na jmenovitý. Hydraulické turbíny jsou svým charakterem přizpůsobeny tomuto režimu. Pro hydrogenerátory je tento režim rovněž přijatelný, protože na rozdíl od parních turbínových generátorů je axiální délka hydrogenerátoru relativně malá a teplotní deformace vinutí jsou méně výrazné. Proces spouštění hydraulické jednotky a získávání výkonu je plně automatizovaný a trvá jen několik minut.
Doba využití instalovaného výkonu vodních elektráren je zpravidla kratší než u tepelných elektráren. U špičkových stanic je to 1500-3000 hodin a u základnových stanic až 5000-6000 hodin.
Jednotkové náklady vodní elektrárny (RUB/MW) jsou vyšší než jednotkové náklady tepelné stanice stejného výkonu z důvodu většího objemu stavebních prací. Doba výstavby vodní elektrárny je také delší než doba výstavby tepelné stanice. Náklady na elektřinu vyrobenou vodními elektrárnami jsou však výrazně nižší než náklady na energii z tepelných elektráren, protože provozní náklady nezahrnují náklady na palivo.
Na horských a seskvicentrálních řekách je vhodné stavět vodní elektrárny. Na nížinných řekách může jejich výstavba vést k zaplavení rozsáhlých ploch nivních luk a orné půdy, lesů, poklesu rybí obsádky a dalším následkům.
Malé hydraulické turbíny jsou na rozdíl od turbín klasických vodních elektráren velmi specifické principem své činnosti. Proces provozu mikrohydraulické turbíny je zajímavý tím, že vlastnosti její konstrukce mohou poskytnout konkrétnímu objektu objem vodní hmoty, která bude proudit do částí hydraulické turbíny (lopatek), uvést generátor do provozního stavu. (generátor hraje roli při výrobě elektřiny).
Proces zvyšování tlaku vody je zajištěn vznikem „derivace“ – vypouštění vody ve volném toku (za předpokladu, že tato mikrovodní elektrárna je diverzního typu) nebo přehradě (pokud se jedná o mini tepelnou elektrárnu tzv. typ přehrady).
Výkon mini vodní elektrárny
Úroveň výkonu mini vodní elektrárny přímo závisí na podmínkách, ve kterých se nacházejí její hydraulické vlastnosti:
- Průtok vody je objem vodních hmot (l), který projde turbínou za určitý časový úsek. Na tuto dobu je obvyklé trvat 1-2 sekundy.
- Tlak vody je vzdálenost mezi dvěma protilehlými body vodní hmoty (jeden je umístěn nahoře, druhý dole). Tlak má řadu charakteristických znaků, na kterých závisí typy mikrovodních elektráren (vysokotlaké, středotlaké, nízkotlaké)
Zvláštnost provozu mikrovodní elektrárny je posuzována z hlediska jejího územního umístění. Například tlaková mikro vodní elektrárna funguje tak, že odvádí proudy vody speciálním kanálem vyrobeným ze dřeva, umístěným pod určitým úhlem sklonu, což umožňuje rychlejší proudění vody. Tlak vody v takové vodní elektrárně závisí na délce kanálu. Dále voda proudí do tlakového potrubí, po kterém vstupuje do hydraulické jednotky, která je umístěna ve spodní části. Recyklovaná voda je pak vytlačována zpět ke svému zdroji.
Umístění mini vodní elektrárny
Je důležité si uvědomit, že poloha hydraulické turbíny se může lišit v závislosti na typu konstrukce:
- Horizontální pozice. Tato poloha hydraulické turbíny vede k přirozenému zvětšení velikosti samotné mini vodní elektrárny (pomocí hřídele turbíny, čímž se také zvětší velikost energetického systému při otáčení, stejně jako změna měřítka strojovny). Je však třeba poznamenat, že konstrukce takových hydraulických turbín není složitější než ostatní, ale naopak ji zjednodušuje.
- Vertikální uspořádání. Tento typ uspořádání pomáhá zmenšit velikost vodní elektrárny, zlepšuje vyvážení osových vedení a její kompaktnost. Toto umístění je složitější na konstrukci, protože vytváří potřebu podrobného vyvážení osy v rotačním prvku. Také v takové situaci je důležité dávat větší pozor na povinnou polohu pracovní podlahy, kdy je v jedné vodorovné linii, a její pevnostní charakteristiky, aby byly schopny odolat hmotnosti celé konstrukce. Vertikální poloha zvyšuje tlak na osu konstrukce.
Aplikace mini vodní elektrárny
Obecně jsou malé vodní elektrárny využívány především pro jejich aplikaci v odlehlých oblastech obytných budov. Nemohou být vážnými konkurenty velkých elektráren, ale slouží spíše k zajištění energetických úspor. V poslední době řada lidí využívá jak vodní elektrárny, solární baterie, tak různá zařízení pro regulaci větru. Turbíny popsané v tomto článku se mohou brzy stát jedním s těmito inovativními zdroji energie, což nakonec povede k vytvoření nových elektrických obvodů a modelů.
K čemu lze tyto struktury použít?
- poskytovat elektřinu do soukromého majetku;
- pro vzdálené průmyslové oblasti;
- pro elektrické nabíjecí stanice;
- pro dočasné použití.
Výhody mini vodních elektráren
Malé vodní elektrárny mají řadu speciálních výhod:
- Jsou k dispozici ve dvou verzích: připevněné ke dnu nádrže a také se speciálními háky, které umožňují provádět práci na povrchu
- instalace může dosáhnout výkonu 5 kW, pro zvýšení výkonu a účinnosti vodních elektráren jsou turbíny instalovány jako moduly
- Vodní elektrárny během výstavby negativně neovlivňují životní prostředí, protože K jeho vytvoření se používá přírodní voda, která je nasměrována do určitého proudu a uvádí lopatky do pohybu.
Turbíny pro mini vodní elektrárny
Pojďme si nyní povědět přímo o hydroturbínách pro mini vodní elektrárny a o tom, co k její stavbě potřebujeme. Vlastnosti a provozní vlastnosti hydraulické turbíny:
- Teplota vody přiváděné do turbíny musí překročit +4 °C.
- Teplota, která by měla být v bloku bloku je +15 °C a vyšší.
- Akustický tlak, jehož zdroj je umístěn 1 m od hydraulické turbíny, je 80 dB a více.
- Vnější povrch hydraulické turbíny musí být zahřátý na teplotu ne vyšší než +45°C za předpokladu, že teplota vzduchu je kolem +25°C.
Uvažujme příklad dobře vyvážené a fungující hydraulické turbíny za ideálních podmínek.
Předpokládejme, že máme průtokovou hydraulickou turbínu, radiální, tlakově poháněnou se středním tlakem, která zajišťuje tangenciální přívod vody k lopatkám, hřídel je vodorovná. Tyto typy potrubí jsou klasifikovány jako „tiché“. Jejich zvláštností je přizpůsobení se prostředí, místu instalace a různým výškovým tlakovým rozdílům. Pokud se průtok vody prudce změní, pak turbína používá dvoukomorovou konstrukci vaku, díky čemuž zařízení lépe funguje.
Tělo každé hydraulické turbíny je vyrobeno z konstrukční oceli, je pevné a spolehlivé. Náklady na materiál a konstrukci jsou výrazně sníženy ve srovnání s hydraulickými turbínami pro klasické vodní elektrárny. Nejběžnější materiál používaný na stavbu hydroturbiny snese rozdíly od 90 do 120 metrů, některé díly jsou z nerezové oceli (plášť, potrubí).
U hydraulických turbín nové generace je možné vyměnit generátor a oběžné kolo bez závažných deformací a změn. Stojí za zmínku, že oběžné kolo má vlastnost samočištění v důsledku vodních toků, které během provozu procházejí oblastí oběžného kola. Při návrhu generátoru a samotné hydraulické turbíny je přijata řada opatření ke snížení úrovně kavitace. Současné hydraulické turbíny jsou 100% bez tohoto problému.
Hlavní částí hydraulické turbíny je oběžné kolo. Materiálem pro výrobu lopatek je často ocel profilového typu. Lopatky mohou díky svým vlastnostem vytvářet axiální sílu usnadňující práci ložisek a samotná oběžná kola jsou neustále v rovnováze. Doba provozu osy oběžného kola je dána její polohou, pro delší provoz je instalována na úrovni ložiska.
Vlastnosti hydraulických turbín pro mini vodní elektrárny
- Lze použít v čistících systémech k získání vysoce kvalitní pitné vody.
- Je možné připojit průmyslový generátor.
- Zvýšené požadavky na spolehlivost generátoru.
Některé vlastnosti technického plánu:
- Výškový rozdíl: 3 - 200 m
- Průtok vody: 0,03 - 13 metrů krychlových za sekundu
- Výkon: 5 - 3 000 kW
- Počet lopatek umístěných na axiálním sektoru: 37
- Účinnost: 84 % - 87 %
Je samozřejmě nepravděpodobné, že se mini vodní elektrárny stanou hlavním zdrojem energie, ale jejich použití je docela vhodné jako prostředek ke snížení zatížení hlavní napájecí sítě, zejména v obdobích špičkové spotřeby.
Vodní elektrárna je komplex složitých vodních staveb a zařízení. Jeho účelem je přeměnit energii proudění vody na elektrickou energii. Vodní energie patří mezi takzvané obnovitelné zdroje energie, tedy je prakticky nevyčerpatelná.
Nejdůležitější vodní stavbou je přehrada. Zadržuje vodu v nádrži a vytváří potřebný tlak vody. Hydraulická turbína je hlavním motorem ve vodní elektrárně. S jeho pomocí se energie vody pohybující se pod tlakem přeměňuje na mechanickou rotační energii, která se následně (díky elektrickému generátoru) přeměňuje na elektrickou energii. Hydraulická turbína, hydrogenerátor, automatická monitorovací a řídicí zařízení - konzoly jsou umístěny v strojovně vodní elektrárny. Zvyšovací transformátory mohou být umístěny jak uvnitř budovy, tak na volném prostranství. Rozvaděče se nejčastěji instalují venku v blízkosti budovy elektrárny.
V Sovětském svazu, který má velké vodní zdroje (11 112 % světového celku), začala rozsáhlá výstavba vodních elektráren. Na základě instalovaného výkonu vodní elektrárny. Teprve ve 30 poválečných letech, od roku 1950, byly stanice rozděleny na malé - do roku 1980 se výroba elektřiny zvýšila až o 5 MW, střední - z 5 na 25 a velké - vodní elektrárny vzrostly více než 10x. přes 25 MW. V naší zemi je 20 vodních elektráren, z nichž každá má instalovaný výkon přesahující 500 MW. Největší z nich jsou vodní elektrárny Krasnojarsk (6000 MW) a Sayano-Shushenskaya (6400 MW).
Výstavba vodních elektráren je nemyslitelná bez komplexního řešení mnoha problémů. Je nutné uspokojit potřeby nejen energie, ale také vodní dopravy, zásobování vodou, zavlažování a rybolovu. Tyto úkoly nejlépe splňuje princip kaskádování, když na řece není postavena jedna, ale několik vodních elektráren, které se nacházejí podél řeky. To umožňuje vytvořit několik nádrží umístěných postupně na řece na různých úrovních, což znamená plně využít tok řeky, její energetické zdroje a manévrovat výkon jednotlivých vodních elektráren. Na mnoha řekách byly vybudovány kaskády vodních elektráren. Kromě Volžského byly kaskády vybudovány na Kamě, Dněpru, Chirčiku, Hrazdanu, Irtyši, Rioni a Sviru. Nejvýkonnější kaskáda Angara-Jenisej s největšími vodními elektrárnami světa - Bratsk, Krasnojarsk, Sayano-Shushenskaya a Boguchanskaya s celkovou kapacitou asi 17 GW a roční produkcí 76 miliard kWh elektřiny.
Existuje několik typů elektráren, které využívají energii proudění vody. Kromě vodních elektráren se budují také přečerpávací elektrárny (PSPP) a přílivové elektrárny (TPP). Rozdíl mezi klasickou vodní elektrárnou a vodní akumulační elektrárnou na první pohled téměř nepoznáte. Stejná budova, kde se nachází hlavní energetické zařízení, stejné elektrické vedení. Ve způsobu výroby elektřiny není zásadní rozdíl. Jaké jsou vlastnosti přečerpávacích elektráren?
Na rozdíl od vodní elektrárny potřebuje přečerpávací vodní elektrárna dvě nádrže (nikoli jednu) o kapacitě každé několik desítek milionů metrů krychlových. Hladina jednoho by měla být o několik desítek metrů výše než druhého. Oba zásobníky jsou vzájemně propojeny potrubím. Na dolní nádrži se staví budova přečerpávací elektrárny. V něm jsou na stejné hřídeli umístěny tzv. reverzní hydraulické agregáty - hydraulické turbíny a elektrogenerátory. Mohou pracovat jako generátory proudu i jako elektrická vodní čerpadla. Při poklesu spotřeby energie, například v noci, fungují hydraulické turbíny jako čerpadla, která čerpají vodu z dolní nádrže do horní. V tomto případě generátory fungují jako elektromotory, přijímající elektrickou energii z tepelných a jaderných elektráren. Při zvýšení spotřeby elektrické energie přecházejí hydraulické jednotky přečerpávací elektrárny na reverzní chod. Voda padající z horní nádrže do spodní roztáčí hydraulické turbíny a generátory vyrábějí elektrickou energii. Přečerpávací elektrárna tak v noci jakoby akumuluje elektřinu vyrobenou jinými elektrárnami a přes den ji uvolňuje. Přečerpávací elektrárny proto obvykle slouží, jak říkají energetici, k pokrytí „špiček“ zátěže, tedy dodávají energii, když je to obzvlášť potřeba. Po celém světě funguje více než 160 přečerpávacích elektráren. U nás byla první přečerpávací elektrárna postavena u Kyjeva. Má nízký spád, pouhých 73 m, a celkový výkon 225 MW.
V Moskevské oblasti byla uvedena do provozu větší přečerpávací elektrárna o výkonu 1,2 GW a spádu 100 m.
Přečerpávací elektrárny se obvykle staví na řekách. Jak se však ukázalo, takové elektrárny lze postavit na březích moří a oceánů. Jen tam dostaly jiný název – přílivové elektrárny (TPP).
Dvakrát denně ve stejnou dobu hladina oceánu stoupá a klesá. Jsou to gravitační síly Měsíce a Slunce, které přitahují masy vody. Daleko od pobřeží kolísání hladiny nepřesahuje 1 m, ale v blízkosti pobřeží mohou dosáhnout 13 m, jako například v zálivu Penzhinskaya na Okhotském moři.
Pokud se nějaký záliv nebo ústí řeky zatarasí přehradou, tak v okamžiku největšího vzestupu vody se v takové umělé nádrži mohou zavřít stovky milionů kubíků vody. Při odlivu v moři vzniká rozdíl mezi hladinami vody v nádrži a v moři, který stačí k otáčení hydraulických turbín instalovaných v budovách PES. Pokud je pouze jedna nádrž, PES může generovat elektrickou energii nepřetržitě po dobu 4-5 hodin s přestávkami 1-2 hodiny, respektive čtyřikrát denně (hladina vody v nádrži se mění tolikrát během přílivu a odlivu) .
Pro odstranění nerovnoměrné výroby elektřiny je nádrž stanice rozdělena hrází na 2-3 menší. Jedna udržuje hladinu odlivu, druhá udržuje hladinu přílivu a třetí slouží jako rezerva.
Na TE jsou instalovány hydraulické agregáty, které jsou schopny pracovat s vysokou účinností jak v generátorovém (výroba elektřiny), tak v režimu čerpání (čerpání vody z nádrže s nízkou hladinou vody do nádrže s vysokou hladinou). V režimu čerpadla PES funguje, když se v energetickém systému objeví přebytek elektřiny. V tomto případě jednotky přečerpávají nebo odčerpávají vodu z jedné nádrže do druhé.
V roce 1968 byla na pobřeží Barentsova moře v zálivu Kislaya postavena první pilotní průmyslová elektrárna u nás. V objektu elektrárny jsou umístěny 2 hydraulické agregáty o výkonu 400 kW.
Deset let zkušeností s provozováním prvního TPP nám umožnilo začít připravovat projekty pro TPP Mezen na Bílém moři, Penžinskaja a Tugurskaja na Okhotském moři.
Využití velkých sil přílivu a odlivu světových oceánů, dokonce i samotných mořských vln, je zajímavý problém. Teprve to začínají řešit. Je toho hodně, co je třeba studovat, vymýšlet, navrhovat.
Stavba velkých energetických gigantů – ať už jde o vodní elektrárny, přečerpávací elektrárny nebo elektrárny – je pokaždé zkouškou pro stavaře. Zde se snoubí práce pracovníků nejvyšší kvalifikace a různých specializací - od betonových mistrů po horolezce.
