Pembangunan turbin pembangkit listrik tenaga air berkapasitas 300 kVA. Sumber listrik tenaga air

Beragamnya pilihan dan keunikan solusi teknis yang digunakan dalam pembangunan pembangkit listrik tenaga air sungguh menakjubkan. Faktanya, tidak mudah menemukan dua stasiun yang identik. Namun tetap ada klasifikasinya berdasarkan ciri – kriteria tertentu.

Metode menciptakan tekanan

Mungkin kriteria yang paling jelas adalah metode menciptakan tekanan:

• pembangkit listrik tenaga air (HPP) aliran sungai;
• pembangkit listrik tenaga air pengalihan;
• pembangkit listrik tenaga pompa penyimpanan (PSPP);
• pembangkit listrik tenaga pasang surut (TPP).

Terdapat perbedaan karakteristik antara keempat jenis utama pembangkit listrik tenaga air ini. Pembangkit listrik tenaga air sungai terletak di sungai, menghalangi alirannya dengan bendungan untuk menciptakan tekanan dan reservoir. Pembangkit listrik tenaga air derivasi biasanya terletak di sungai pegunungan yang berkelok-kelok, di mana cabang-cabang sungai dapat dihubungkan dengan saluran agar sebagian aliran dapat mengalir melalui jalur yang lebih pendek. Dalam hal ini, tekanan diciptakan oleh perbedaan alami di medan, dan reservoir mungkin tidak ada sama sekali. Pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa terdiri dari dua kolam yang terletak pada tingkat yang berbeda. Kolam-kolam tersebut dihubungkan dengan saluran-saluran yang melaluinya air dapat mengalir ke kolam bawah dari atas dan dipompa kembali. pembangkit listrik tenaga pasang surut terletak di teluk yang diblokir oleh bendungan untuk membuat waduk. Berbeda dengan pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa Siklus operasi TES bergantung pada fenomena pasang surut.

Nilai tekanan

Berdasarkan besarnya tekanan yang ditimbulkan oleh struktur hidrolik (HTS), pembangkit listrik tenaga air dibagi menjadi 4 kelompok:

• tekanan rendah - hingga 20 m;
• tekanan sedang - dari 20 hingga 70 m;
• tekanan tinggi - dari 70 hingga 200 m;
• tekanan ultra-tinggi - dari 200 m.

Perlu dicatat bahwa klasifikasi menurut nilai tekanan bersifat relatif dan bervariasi dari satu sumber ke sumber lainnya.

Daya terpasang

Menurut kapasitas terpasang stasiun - jumlah kapasitas pengenal peralatan pembangkit yang terpasang di atasnya. Klasifikasi ini memiliki 3 kelompok:

• pembangkit listrik tenaga mikrohidro - dari 5 kW hingga 1 MW;
• pembangkit listrik tenaga air kecil - dari 1 kW hingga 10 MW;
• pembangkit listrik tenaga air besar - lebih dari 10 MW.

Klasifikasi menurut kapasitas terpasang serta dari segi tekanannya tidak ketat. Stasiun yang sama dapat diklasifikasikan dalam kelompok berbeda di sumber berbeda.

Desain bendungan

Ada 4 kelompok utama bendungan pembangkit listrik tenaga air:

• gravitasi;
• menopang;
• melengkung;
• gravitasi melengkung.

Bendungan Gravitasi Ini adalah struktur besar yang menahan air di reservoir karena beratnya. Bendungan penopang menggunakan mekanisme yang sedikit berbeda - mekanisme ini mengimbangi bobotnya yang relatif rendah dengan bobot air yang menekan permukaan miring bendungan dari sisi hulu. Bendungan lengkung , mungkin yang paling anggun, berbentuk lengkungan, alasnya bertumpu pada tepian dan bagian membulat cembung ke arah waduk. Air tertahan di bendungan lengkung karena adanya redistribusi tekanan dari depan bendungan ke tepian sungai.

Lokasi ruang mesin

Lebih tepatnya, menurut lokasi ruang turbin relatif terhadap bendungan, jangan bingung dengan tata letak! Klasifikasi ini hanya relevan untuk pembangkit listrik aliran sungai, pengalihan dan pasang surut.

• jenis saluran;
• tipe bendungan.

Pada jenis saluran ruang turbin terletak tepat di badan bendungan, tipe bendungan - didirikan terpisah dari badan bendungan dan biasanya terletak tepat di belakangnya.

Tata Letak

Kata “tata letak” dalam konteks ini berarti letak ruang turbin relatif terhadap dasar sungai. Berhati-hatilah saat membaca literatur lain mengenai topik ini, karena kata layout memiliki arti yang lebih luas. Klasifikasi ini hanya berlaku untuk pembangkit listrik aliran sungai dan pengalihan.

• saluran;
• dataran banjir;
• pesisir.

Pada tata letak saluran bangunan ruang turbin terletak di dasar sungai, tata letak dataran banjir - di dataran banjir sungai, dan kapan tata ruang pantai - di tepi sungai.

Regulasi yang berlebihan

Yakni derajat pengaturan aliran sungai. Klasifikasi ini hanya relevan untuk pembangkit listrik tenaga air aliran sungai dan pengalihan.

• peraturan harian (siklus operasi - satu hari);
• peraturan mingguan (siklus kerja - satu minggu);
• peraturan tahunan (siklus operasi - satu tahun);
• regulasi jangka panjang (siklus operasi - beberapa tahun).

Klasifikasi tersebut mencerminkan seberapa besar reservoir waduk pembangkit listrik tenaga air dibandingkan dengan volume aliran tahunan sungai.

Semua kriteria di atas tidak saling eksklusif, yaitu pembangkit listrik tenaga air yang sama dapat bertipe sungai, bertekanan tinggi, berkekuatan sedang, tata ruang run-of-river dengan ruang mesin tipe bendungan, bendungan lengkung dan reservoir peraturan tahunan.

Daftar sumber yang digunakan

1. Bryzgalov, V.I. Pembangkit listrik tenaga air: buku teks. tunjangan / V.I. Bryzgalov, L.A. Gordon - Krasnoyarsk: IPC KSTU, 2002. - 541 hal.
2. Struktur hidrolik: dalam 2 volume / M.M. Grishin [dan lainnya]. - Moskow: Sekolah Tinggi, 1979. - T.2 - 336 hal.

Diterbitkan: 21 Juli 2016 Dilihat: 4,5k

Pembangkit listrik tenaga air atau pembangkit listrik tenaga air menggunakan energi potensial air sungai dan saat ini merupakan cara umum untuk menghasilkan listrik dari sumber terbarukan.

Pembangkit listrik tenaga air memasok lebih dari 16% listrik dunia (99% di Norwegia, 58% di Kanada, 55% di Swiss, 45% di Swedia, 7% di AS, 6% di Australia) dari lebih dari 1.060 GW terpasang kapasitas. Setengah dari kapasitas ini berlokasi di lima negara: Tiongkok (212 GW), Brasil (82,2 GW), Amerika Serikat (79 GW), Kanada (76,4 GW) dan Rusia (46 GW). Selain empat negara yang relatif melimpah (Norwegia, Kanada, Swiss, dan Swedia), pembangkit listrik tenaga air biasanya diterapkan pada beban puncak karena pembangkit listrik tenaga air dapat dengan mudah dihentikan dan dihidupkan. Ini juga berarti bahwa ini merupakan tambahan yang ideal untuk sistem jaringan listrik dan digunakan paling efektif di Denmark.

Pembangkit listrik tenaga air menggunakan energi air yang jatuh untuk menghasilkan listrik. Turbin mengubah gaya kinetik H2O yang jatuh menjadi gaya mekanik. Generator kemudian mengubah energi mekanik dari turbin menjadi energi listrik.

Pembangkit listrik tenaga air di dunia

Pembangkit listrik tenaga air menggunakan wilayah yang luas dan bukan merupakan pilihan utama di masa depan di negara-negara maju karena sebagian besar lokasi besar di negara-negara tersebut yang berpotensi untuk pengembangan pembangkit listrik tenaga air sudah beroperasi atau tidak dapat diakses karena alasan lain, seperti masalah lingkungan. Terutama di Tiongkok dan Amerika Latin, pertumbuhan pembangkit listrik tenaga air diperkirakan akan terjadi hingga tahun 2030. Tiongkok telah membangun pembangkit listrik tenaga air senilai $26 miliar dalam beberapa tahun terakhir dan menghasilkan 22,5 GW. Pembangkit listrik tenaga air di Tiongkok telah berperan dalam memaksa lebih dari 1,2 juta orang mengungsi dari lokasi bendungan.

Keuntungan utama sistem hidrolik adalah kemampuannya untuk menangani beban puncak tinggi musiman (dan juga harian). Dalam praktiknya, penggunaan energi air yang tersimpan terkadang dipersulit oleh kebutuhan irigasi yang mungkin tidak sesuai dengan beban puncak.

Menjalankan sistem hidrolik dari sungai biasanya jauh lebih murah dibandingkan membuat bendungan dan mempunyai potensi penerapan yang lebih luas. Pembangkit listrik tenaga air kecil di bawah 10 MW mewakili sekitar 10% potensi dunia dan sebagian besar beroperasi dari sungai.

Ada tiga jenis struktur pembangkit listrik tenaga air: pembangkit listrik tenaga air, stasiun pompa, dan pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa.

Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga air

Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga air adalah ketika energi air diubah menjadi energi mekanik melalui turbin hidrolik. Generator mengubah energi mekanik dari air menjadi listrik.

Pengoperasian generator didasarkan pada prinsip Faraday: ketika magnet bergerak melewati konduktor, listrik dihasilkan. Dalam generator, elektromagnet dihasilkan oleh arus searah. Mereka menciptakan medan kutub dan dipasang di sekeliling rotor. Rotor dipasang pada poros yang memutar turbin dengan kecepatan tetap. Ketika rotor berputar menyebabkan terjadinya perubahan kutub pada penghantar yang terpasang pada stator. Hal ini, menurut hukum Faraday, menghasilkan listrik di terminal generator.

Komposisi pembangkit listrik tenaga air

Pembangkit listrik tenaga air memiliki beragam ukuran, mulai dari “pembangkit listrik tenaga air mikro” yang memberi daya pada beberapa rumah hingga bendungan raksasa yang menyediakan listrik bagi jutaan orang.

Kebanyakan pembangkit listrik tenaga air konvensional mencakup empat komponen utama:

Penggunaan tenaga air mencapai puncaknya pada pertengahan abad ke-20, namun gagasan menggunakan H2O untuk menghasilkan listrik sudah ada sejak ribuan tahun yang lalu. Lebih dari 2.000 tahun yang lalu, orang Yunani menggunakan kincir air untuk menggiling gandum menjadi tepung. Roda kuno ini seperti turbin masa kini yang mengalirkan air.

Pembangkit listrik tenaga air adalah sumber energi terbarukan terbesar di dunia.

Apa itu pembangkit listrik tenaga air?

Pembangkit listrik tenaga air merupakan sumber energi yang sangat efisien. Mereka menggunakan sumber daya terbarukan - energi mekanik air yang jatuh. Cadangan air yang diperlukan untuk hal ini dihasilkan oleh bendungan yang didirikan di sungai dan kanal. Instalasi hidrolik memungkinkan pengurangan transportasi dan penghematan bahan bakar mineral (sekitar 0,4 ton batubara dikonsumsi per 1 kWh). Mereka cukup mudah dioperasikan dan memiliki efisiensi yang sangat tinggi (lebih dari 80%). Biaya instalasi jenis ini 5-6 kali lebih rendah daripada pembangkit listrik termal, dan memerlukan lebih sedikit personel pemeliharaan.

Instalasi hidrolik diwakili oleh pembangkit listrik tenaga air (HPP), pembangkit listrik tenaga pompa (PSP) dan pembangkit listrik tenaga pasang surut (TPP). Penempatannya sangat bergantung pada kondisi alam, misalnya sifat dan rezim sungai. Di daerah pegunungan biasanya dibangun pembangkit listrik tenaga air bertekanan tinggi, di sungai dataran rendah digunakan instalasi dengan tekanan lebih rendah tetapi aliran air lebih tinggi. Konstruksi hidrolik di dataran lebih sulit karena dominasi pondasi lunak di bawah bendungan dan kebutuhan akan reservoir yang besar untuk mengatur aliran. Pembangunan pembangkit listrik tenaga air di dataran tersebut menyebabkan banjir di wilayah sekitarnya, yang menyebabkan kerusakan material yang signifikan.

Pembangkit listrik tenaga air terdiri dari rantai berurutan struktur hidrolik yang menyediakan konsentrasi aliran air yang diperlukan dan penciptaan tekanan, dan peralatan energi yang mengubah energi air yang bergerak di bawah tekanan menjadi energi rotasi mekanis, yang, pada gilirannya, diubah menjadi energi listrik.

Tekanan pembangkit listrik tenaga air dihasilkan oleh konsentrasi jatuhnya sungai di lokasi yang digunakan oleh bendungan, atau pengalihan, atau bendungan dan pengalihan secara bersamaan. Peralatan listrik utama pembangkit listrik tenaga air terletak di gedung pembangkit listrik tenaga air: di ruang turbin pembangkit listrik - unit hidrolik, peralatan bantu, perangkat kontrol dan pemantauan otomatis; pada pos kendali pusat terdapat panel kendali untuk operator-dispatcher atau operator otomatis pembangkit listrik tenaga air. Gardu trafo step-up terletak baik di dalam gedung pembangkit listrik tenaga air maupun di gedung-gedung terpisah atau di area terbuka. Switchgear sering kali ditempatkan di area terbuka. Suatu bangunan pembangkit listrik tenaga air dapat dibagi menjadi beberapa bagian dengan satu atau lebih unit dan peralatan bantu, terpisah dari bagian bangunan yang berdekatan. Tempat pemasangan dibuat di atau di dalam gedung pembangkit listrik tenaga air untuk perakitan dan perbaikan berbagai peralatan dan untuk operasi tambahan untuk pemeliharaan pembangkit listrik tenaga air.

Berdasarkan kapasitas terpasang (dalam MW), pembangkit listrik tenaga air dibedakan menjadi kuat (lebih dari 250), sedang (sampai 25) dan kecil (sampai 5). Daya pembangkit listrik tenaga air bergantung pada tekanan Nb (perbedaan ketinggian kolam atas dan bawah), aliran air Q (m3/detik) yang digunakan dalam turbin hidrolik, dan efisiensi unit hidrolik hg. Karena beberapa alasan (misalnya karena perubahan musiman ketinggian air di waduk, fluktuasi beban sistem tenaga, perbaikan unit hidrolik atau struktur hidrolik, dll.), tekanan dan aliran air terus berubah. , dan sebagai tambahan, aliran berubah ketika daya pembangkit listrik tenaga air diatur. Ada siklus operasi pembangkit listrik tenaga air tahunan, mingguan dan harian.

Menurut tekanan maksimum yang digunakan, pembangkit listrik tenaga air dibagi menjadi pembangkit listrik tenaga air bertekanan tinggi (lebih dari 60 m), bertekanan sedang (dari 25 hingga 60 m) dan pembangkit listrik tenaga air bertekanan rendah (dari 3 hingga 25 m). Di sungai dataran rendah, tekanan jarang melebihi 100 m, dalam kondisi pegunungan, tekanan hingga 300 m atau lebih dapat dibuat menggunakan bendungan, dan dengan bantuan pengalihan - hingga 1500 m Klasifikasi berdasarkan tekanan kira-kira sesuai dengan jenisnya peralatan listrik yang digunakan: di pembangkit listrik tenaga air bertekanan tinggi, digunakan pembangkit listrik tenaga air bucket dan radial turbin aksial dengan ruang spiral logam; pada turbin bertekanan sedang - turbin bilah putar dan aksial radial dengan beton bertulang dan ruang spiral logam, pada turbin bertekanan rendah - turbin bilah putar di ruang spiral beton bertulang, terkadang turbin horizontal dalam kapsul atau di ruang terbuka. Pembagian pembangkit listrik tenaga air menurut tekanan yang digunakan bersifat perkiraan dan bersyarat.

Menurut skema penggunaan sumber daya air dan konsentrasi tekanan, pembangkit listrik tenaga air biasanya dibagi menjadi aliran sungai, berbasis bendungan, pengalihan dengan tekanan dan pengalihan aliran bebas, campuran, penyimpanan terpompa dan pasang surut. Pada pembangkit listrik tenaga air berbasis aliran sungai dan bendungan, tekanan air diciptakan oleh bendungan yang menghalangi sungai dan menaikkan permukaan air di bagian atas kolam. Pada saat yang sama, banjir di lembah sungai tidak dapat dihindari. Jika dua bendungan dibangun pada bagian sungai yang sama, luas wilayah banjir akan berkurang. Di sungai dataran rendah, daerah banjir terbesar yang diperbolehkan secara ekonomi membatasi ketinggian bendungan. Pembangkit listrik tenaga air di aliran sungai dan dekat bendungan dibangun di sungai dataran rendah dengan air tinggi dan di sungai pegunungan, di lembah sempit yang terkompresi.

Selain bendungan, struktur pembangkit listrik tenaga air run-of-the-river meliputi bangunan pembangkit listrik tenaga air dan struktur pelimpah. Komposisi struktur hidrolik tergantung pada ketinggian kepala dan daya terpasang. Pada pembangkit listrik tenaga air run-of-the-river, bangunan dengan unit hidrolik yang ditempatkan di dalamnya berfungsi sebagai kelanjutan dari bendungan dan bersama-sama menciptakan tekanan depan. Pada saat yang sama, kolam bagian atas berbatasan dengan bangunan pembangkit listrik tenaga air di satu sisi, dan kolam bawah berdekatan di sisi lain. Ruang spiral suplai turbin hidrolik dengan bagian saluran masuknya diletakkan di bawah tingkat hulu, sedangkan bagian saluran keluar dari pipa hisap dibenamkan di bawah tingkat hilir.

Sesuai dengan tujuan saluran air, saluran tersebut dapat mencakup kunci pelayaran atau lift kapal, bangunan jalur ikan, bangunan pemasukan air untuk irigasi dan penyediaan air. Pada pembangkit listrik tenaga air run-of-the-river, terkadang satu-satunya struktur yang memungkinkan air melewatinya adalah gedung pembangkit listrik. Dalam kasus ini, air yang berguna secara berurutan melewati bagian saluran masuk dengan kisi-kisi penahan limbah, ruang spiral, turbin hidrolik, dan pipa hisap, dan aliran banjir sungai dibuang melalui saluran khusus antara ruang turbin yang berdekatan. Pembangkit listrik tenaga air di aliran sungai dicirikan oleh tekanan hingga 30-40 m; Pembangkit listrik tenaga air aliran sungai yang paling sederhana juga mencakup pembangkit listrik tenaga air pedesaan (pembangkit listrik tenaga air) berkapasitas kecil yang dibangun sebelumnya. Di sungai-sungai besar dataran rendah, saluran utama ditutup oleh bendungan tanah, di sebelahnya terdapat bendungan pelimpah beton dan dibangun gedung pembangkit listrik tenaga air. Pengaturan ini merupakan ciri khas banyak pembangkit listrik tenaga air domestik di sungai-sungai besar di dataran rendah. HPP Volzhskaya dinamai demikian. Kongres CPSU ke-22 - yang terbesar di antara stasiun dasar sungai.

Pembangkit listrik tenaga air paling kuat dibangun di Volga, Kama, Angara, Yenisei, Ob dan Irtysh. Pembangkit listrik tenaga air bertingkat adalah sekelompok pembangkit listrik tenaga air yang terletak bertingkat di sepanjang aliran air dengan tujuan untuk menggunakan energinya secara berurutan. Instalasi dalam kaskade biasanya dihubungkan oleh rezim umum di mana reservoir pada tahap atas memiliki pengaruh pengaturan pada reservoir pada tahap yang lebih rendah. Kompleks industri yang mengkhususkan diri pada industri padat energi sedang dibentuk berdasarkan pembangkit listrik tenaga air di wilayah timur.

Sumber daya yang paling efisien dalam hal indikator teknis dan ekonomi terkonsentrasi di Siberia. Salah satu contohnya adalah kaskade Angara-Yenisei, yang mencakup pembangkit listrik tenaga air terbesar di negara ini: Sayano-Shushenskaya (6,4 juta kW), Krasnoyarsk (6 juta kW), Bratsk (4,6 juta kW), Ust-Ilimskaya (4,3 juta kW). Pembangkit listrik tenaga air Boguchanovskaya (4 juta kW) sedang dibangun. Total kapasitas kaskade saat ini lebih dari 20 juta kW.

Ketika membangun pembangkit listrik tenaga air, tujuannya biasanya untuk menghasilkan listrik, meningkatkan kondisi navigasi di sungai dan mengairi lahan. Pembangkit listrik tenaga air biasanya memiliki reservoir yang memungkinkan mereka menyimpan air dan mengatur alirannya dan, oleh karena itu, daya pengoperasian stasiun untuk menyediakan mode yang paling menguntungkan bagi sistem energi secara keseluruhan.

Proses pengaturannya adalah sebagai berikut. Selama periode ketika beban pada sistem tenaga listrik rendah (atau aliran air masuk alami di sungai besar), pembangkit listrik tenaga air mengkonsumsi air dalam jumlah yang lebih sedikit daripada aliran masuk alami. Dalam hal ini, air terakumulasi di reservoir, dan kapasitas operasional stasiun relatif kecil. Di lain waktu, ketika beban sistem tinggi (atau aliran air yang masuk sedikit), pembangkit listrik tenaga air menggunakan air dalam jumlah yang melebihi aliran masuk alami. Dalam hal ini, air yang terkumpul di reservoir dikonsumsi, dan daya pengoperasian stasiun meningkat hingga maksimum. Tergantung pada volume waduk, jangka waktu pengaturan, atau waktu yang diperlukan untuk mengisi dan mengoperasikan waduk, bisa sehari, seminggu, beberapa bulan atau lebih. Selama waktu ini, pembangkit listrik tenaga air dapat menggunakan jumlah air yang ditentukan secara ketat, ditentukan oleh aliran masuk alami.

Ketika pembangkit listrik tenaga air beroperasi bersama dengan pembangkit listrik tenaga panas dan nuklir, beban sistem tenaga listrik didistribusikan di antara keduanya sehingga, pada aliran air tertentu selama periode yang dipertimbangkan, kebutuhan energi listrik dipenuhi dengan konsumsi bahan bakar minimal (atau biaya bahan bakar minimal) dalam sistem. Pengalaman dalam mengoperasikan sistem energi menunjukkan bahwa hampir sepanjang tahun disarankan untuk mengoperasikan pembangkit listrik tenaga air dalam mode puncak. Artinya, pada siang hari, daya pengoperasian pembangkit listrik tenaga air harus bervariasi dalam batas yang luas - dari minimum pada jam-jam ketika beban pada sistem tenaga rendah hingga maksimum pada jam-jam dengan beban tertinggi pada sistem. Dengan penggunaan pembangkit listrik tenaga air ini, beban pembangkit listrik tenaga panas menjadi merata dan pengoperasiannya menjadi lebih ekonomis.

Selama periode banjir, ketika aliran air alami ke sungai tinggi, disarankan untuk menggunakan pembangkit listrik tenaga air sepanjang waktu dengan kapasitas operasi mendekati maksimum, sehingga mengurangi pembuangan air yang tidak digunakan melalui bendungan. Mode pembangkit listrik tenaga air yang paling menguntungkan bergantung pada banyak faktor dan harus ditentukan dengan perhitungan yang tepat.

Pengoperasian pembangkit listrik tenaga air ditandai dengan seringnya unit hidup dan mati, perubahan daya operasi yang cepat dari nol ke nominal. Turbin hidrolik pada dasarnya disesuaikan dengan rezim ini. Untuk hidrogenerator, mode ini juga dapat diterima, karena, tidak seperti generator turbin uap, panjang aksial hidrogenerator relatif kecil dan deformasi suhu batang belitan tidak terlalu terasa. Proses menghidupkan unit hidrolik dan memperoleh tenaga sepenuhnya otomatis dan hanya memerlukan beberapa menit.

Durasi penggunaan kapasitas terpasang pembangkit listrik tenaga air biasanya lebih pendek dibandingkan pembangkit listrik tenaga termal. Durasinya adalah 1500-3000 jam untuk stasiun puncak dan hingga 5000-6000 jam untuk stasiun pangkalan.

Biaya unit pembangkit listrik tenaga air (RUB/MW) lebih tinggi dibandingkan biaya unit pembangkit listrik tenaga panas dengan kapasitas yang sama karena volume pekerjaan konstruksi yang lebih besar. Waktu pembangunan pembangkit listrik tenaga air juga lebih lama dibandingkan dengan waktu pembangunan pembangkit listrik tenaga termal. Namun, biaya listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga air jauh lebih rendah dibandingkan biaya energi dari pembangkit listrik tenaga panas, karena biaya operasional tidak termasuk biaya bahan bakar.

Dianjurkan untuk membangun pembangkit listrik tenaga air di sungai pegunungan dan sungai tengah. Di sungai-sungai dataran rendah, pembangunannya dapat menyebabkan banjir di sebagian besar padang rumput dataran banjir dan lahan subur, hutan, penurunan stok ikan dan konsekuensi lainnya.



Turbin hidrolik kecil memiliki prinsip pengoperasian yang sangat spesifik, berbeda dengan turbin pembangkit listrik tenaga air konvensional. Proses pengoperasian turbin mikrohidrolik menarik karena sifat strukturnya dapat menyediakan suatu benda tertentu volume massa air yang akan mengalir ke bagian-bagian turbin hidrolik (bilah), membawa generator ke dalam kondisi kerja. (generator berperan menghasilkan listrik).

Proses peningkatan tekanan air dipastikan dengan pembentukan “turunan” - pembuangan air dalam aliran bebas (asalkan pembangkit listrik tenaga mikrohidro ini berjenis pengalihan) atau bendungan (asalkan merupakan pembangkit listrik tenaga panas mini dari tipe bendungan).

Pembangkit listrik tenaga air mini

Tingkat daya pembangkit listrik tenaga air mini secara langsung bergantung pada kondisi di mana sifat hidroliknya berada:

1. Aliran air adalah volume massa air (l) yang melewati turbin dalam jangka waktu tertentu. Biasanya diperlukan waktu 1-2 detik untuk periode ini.
2. Tekanan air adalah jarak antara dua titik berlawanan dari massa air (satu terletak di atas, yang lain di bawah). Tekanan memiliki sejumlah ciri khas yang menjadi dasar jenis pembangkit listrik tenaga mikrohidro (tekanan tinggi, tekanan sedang, tekanan rendah)

Kekhasan pengoperasian pembangkit listrik tenaga mikrohidro dinilai dari letak teritorialnya. Misalnya pembangkit listrik tenaga mikrohidro bertekanan yang bekerja dengan cara mengalihkan aliran air melalui saluran khusus berbahan kayu yang terletak pada sudut kemiringan tertentu sehingga air dapat mengalir lebih cepat. Tekanan air di pembangkit listrik tenaga air tergantung pada panjang salurannya. Selanjutnya air dialirkan ke pipa bertekanan, setelah itu masuk ke unit hidrolik yang terletak di bagian bawah. Air daur ulang kemudian dipaksa kembali ke sumbernya melalui ekstrusi.

Lokasi pembangkit listrik tenaga mini hidro

Penting untuk diperhatikan bahwa posisi turbin hidrolik mungkin berbeda tergantung pada jenis konstruksinya:

1. Posisi horisontal. Posisi turbin hidrolik ini menyebabkan peningkatan alami dalam ukuran pembangkit listrik tenaga air mini itu sendiri (dengan bantuan poros turbin, yang juga meningkatkan ukuran sistem energi selama rotasi, serta perubahan skala. ruang turbin). Namun, perlu dicatat bahwa konstruksi turbin hidrolik semacam itu tidak lebih rumit dari yang lain, melainkan menyederhanakannya.
2. Susunan vertikal. Jenis pengaturan ini membantu mengurangi ukuran pembangkit listrik tenaga air, meningkatkan keseimbangan garis aksial dan kekompakannya. Penempatan ini lebih kompleks untuk dibuat, karena memerlukan keseimbangan rinci sumbu pada elemen rotasi. Juga dalam situasi seperti ini, penting untuk lebih berhati-hati dengan posisi wajib lantai kerja, ketika berada dalam satu garis horizontal, dan karakteristik kekuatannya, sehingga mampu menahan beban seluruh struktur. Posisi vertikal meningkatkan tekanan pada sumbu struktur.

Penerapan pembangkit listrik tenaga air mini

Secara umum, pembangkit listrik tenaga air kecil digunakan terutama untuk penerapannya di daerah terpencil di bangunan tempat tinggal. Mereka tidak bisa menjadi pesaing serius bagi pembangkit listrik besar, melainkan berfungsi untuk menjamin penghematan energi. Baru-baru ini, sejumlah orang telah menggunakan pembangkit listrik tenaga air, baterai surya, dan berbagai instalasi pengendali angin. Turbin yang dijelaskan dalam artikel ini akan segera menyatu dengan sumber energi inovatif ini, yang pada akhirnya akan mengarah pada penciptaan sirkuit dan model listrik baru.

Untuk apa struktur ini digunakan?

• untuk menyediakan listrik bagi properti pribadi;
• untuk kawasan industri terpencil;
• untuk stasiun pengisian listrik;
• untuk penggunaan sementara.

Keuntungan pembangkit listrik tenaga air mini

Pembangkit listrik tenaga air kecil memiliki sejumlah keunggulan khusus:

• mereka tersedia dalam dua versi: dipasang di dasar reservoir, dan juga dengan kait khusus yang memungkinkan pekerjaan dilakukan di permukaan
• instalasinya dapat mencapai daya 5 kW, untuk meningkatkan daya dan efisiensi pembangkit listrik tenaga air dipasang turbin sebagai modul
• Pembangkit listrik tenaga air tidak berdampak negatif terhadap lingkungan selama proses konstruksi, karena Untuk membuatnya, digunakan air alami, yang diarahkan ke aliran tertentu dan menggerakkan bilahnya.

Turbin untuk pembangkit listrik tenaga air mini

Sekarang mari kita bicara langsung tentang turbin hidrolik untuk pembangkit listrik tenaga air mini dan apa yang kita butuhkan untuk pembangunannya. Karakteristik dan fitur pengoperasian turbin hidrolik:

1. Suhu air yang disuplai ke turbin harus melebihi +4 °C.
2. Suhu yang seharusnya berada di dalam modul blok adalah +15 °C ke atas.
3. Tekanan bunyi yang sumbernya terletak 1 m dari turbin hidrolik adalah 80 dB dan tidak lebih.
4. Permukaan luar turbin hidrolik harus dipanaskan sampai suhu tidak lebih tinggi dari +45°C, asalkan suhu udara sekitar +25°C.

Mari kita perhatikan contoh turbin hidrolik yang seimbang dan beroperasi dalam kondisi ideal.

Mari kita asumsikan bahwa kita memiliki turbin hidrolik aliran, radial, digerakkan oleh tekanan dengan tekanan sedang, yang menyediakan pasokan air secara tangensial ke bilah, porosnya horizontal. Jenis pipa ini tergolong “tenang”. Mereka memiliki kekhasan dalam beradaptasi dengan lingkungan, lokasi pemasangan dan berbagai perbedaan tekanan ketinggian. Jika aliran air berubah secara tiba-tiba, maka turbin menggunakan desain kantong dua ruang yang membuat alat bekerja lebih baik.

Badan turbin hidrolik apa pun terbuat dari baja struktural, kuat dan andal. Biaya material dan konstruksi berkurang secara signifikan dibandingkan dengan turbin hidrolik untuk pembangkit listrik tenaga air konvensional. Bahan yang paling umum digunakan untuk konstruksi turbin hidrolik akan tahan terhadap perbedaan 90 hingga 120 meter, beberapa bagian terbuat dari baja tahan karat (casing, saluran pipa).

Pada turbin hidrolik generasi baru, generator dan impeller dapat diganti tanpa deformasi dan perubahan yang parah. Perlu dicatat bahwa impeler memiliki sifat membersihkan sendiri karena aliran air yang melewati area impeler selama pengoperasian. Selama perancangan generator dan turbin hidrolik itu sendiri, sejumlah tindakan diambil untuk mengurangi tingkat kavitasi. Turbin hidrolik saat ini 100 persen bebas dari masalah ini.

Bagian utama turbin hidrolik adalah impeller. Bahan untuk pembuatan bilah seringkali berupa baja tipe profil. Karena sifatnya, bilah dapat menciptakan gaya aksial, memudahkan kerja bantalan, dan impelernya sendiri berada dalam keseimbangan yang konstan. Durasi pengoperasian sumbu impeller ditentukan oleh posisinya, untuk pengoperasian yang lebih lama dipasang pada ketinggian bantalan.

Fitur turbin hidrolik untuk pembangkit listrik tenaga air mini

1. Dapat digunakan dalam sistem pemurnian untuk mendapatkan air minum berkualitas tinggi.
2. Dimungkinkan untuk menghubungkan generator industri.
3. Meningkatnya persyaratan untuk keandalan generator.

Beberapa ciri-ciri rencana teknis:

1. Perbedaan ketinggian: 3 - 200 m
2. Aliran air: 0,03 - 13 meter kubik per detik
3. Daya: 5 - 3.000 kW
4. Jumlah bilah yang terletak pada sektor aksial: 37
5. Efisiensi: 84% - 87%

Tentu saja, pembangkit listrik tenaga air mini kemungkinan besar tidak akan menjadi sumber energi utama, namun penggunaannya cukup disarankan sebagai cara untuk mengurangi beban pada jaringan catu daya utama, terutama pada saat konsumsi puncak.

Pembangkit listrik tenaga air adalah kompleks struktur dan peralatan hidrolik yang kompleks. Tujuannya adalah untuk mengubah energi aliran air menjadi energi listrik. Pembangkit listrik tenaga air adalah salah satu sumber energi terbarukan, artinya hampir tidak ada habisnya.

Struktur hidrolik yang paling penting adalah bendungan. Ini menahan air di reservoir dan menciptakan tekanan air yang diperlukan. Turbin hidrolik merupakan mesin utama pada pembangkit listrik tenaga air. Dengan bantuannya, energi air yang bergerak di bawah tekanan diubah menjadi energi rotasi mekanis, yang kemudian (berkat generator listrik) diubah menjadi energi listrik. Turbin hidrolik, hidrogenerator, perangkat pemantauan dan kontrol otomatis - konsol terletak di ruang turbin pembangkit listrik tenaga air. Trafo step-up dapat ditempatkan baik di dalam gedung maupun di area terbuka. Switchgear paling sering dipasang di luar ruangan dekat gedung pembangkit listrik.

Di Uni Soviet, yang memiliki sumber daya tenaga air yang besar (11112% dari total dunia), pembangunan pembangkit listrik tenaga air secara besar-besaran telah dimulai. Berdasarkan kapasitas pembangkit listrik tenaga air terpasang. Hanya dalam 30 tahun pasca perang, dari tahun 1950, pembangkit listrik dibagi menjadi pembangkit listrik tenaga air kecil - hingga tahun 1980, produksi listrik meningkat hingga 5 MW, pembangkit listrik tenaga air menengah - dari 5 menjadi 25 dan pembangkit listrik tenaga air besar - meningkat lebih dari 10 kali lipat. lebih dari 25 MW. Terdapat 20 pembangkit listrik tenaga air di negara kita yang masing-masing memiliki kapasitas terpasang melebihi 500 MW. Yang terbesar adalah pembangkit listrik tenaga air Krasnoyarsk (6000 MW) dan Sayano-Shushenskaya (6400 MW).

Pembangunan pembangkit listrik tenaga air tidak mungkin terpikirkan tanpa solusi komprehensif terhadap banyak masalah. Kebutuhan tidak hanya energi, tetapi juga transportasi air, pasokan air, irigasi, dan perikanan perlu dipenuhi. Tugas-tugas ini paling baik dipenuhi dengan prinsip cascading, ketika tidak hanya satu, tetapi sejumlah pembangkit listrik tenaga air dibangun di sungai, yang terletak di sepanjang sungai. Hal ini memungkinkan terciptanya beberapa waduk yang terletak berturut-turut di sungai pada tingkat yang berbeda, yang berarti lebih memanfaatkan aliran sungai, sumber energinya, dan menggerakkan kekuatan masing-masing pembangkit listrik tenaga air. Rangkaian pembangkit listrik tenaga air telah dibangun di banyak sungai. Selain Volzhsky, air terjun dibangun di Kama, Dnieper, Chirchik, Hrazdan, Irtysh, Rioni, dan Svir. Air terjun Angara-Yenisei paling kuat dengan pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia - Bratsk, Krasnoyarsk, Sayano-Shushenskaya dan Boguchanskaya dengan total kapasitas sekitar 17 GW dan produksi listrik tahunan sebesar 76 miliar kWh.

Ada beberapa jenis pembangkit listrik yang menggunakan energi aliran air. Selain pembangkit listrik tenaga air, juga dibangun pembangkit listrik tenaga pompa (PSPP) dan pembangkit listrik tenaga pasang surut (TPP). Sekilas, Anda hampir tidak akan melihat perbedaan antara pembangkit listrik tenaga air konvensional dan pembangkit listrik tenaga air. Gedung yang sama tempat peralatan listrik utama berada, saluran listrik yang sama. Tidak ada perbedaan mendasar dalam metode pembangkitan listrik. Apa saja fitur pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa?

Berbeda dengan pembangkit listrik tenaga air, stasiun penyimpanan yang dipompa memerlukan dua reservoir (bukan satu) dengan kapasitas masing-masing beberapa puluh juta meter kubik. Ketinggian yang satu harus beberapa puluh meter lebih tinggi dari yang lain. Kedua waduk tersebut dihubungkan satu sama lain melalui pipa. Bangunan pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa sedang dibangun di reservoir bawah. Di dalamnya, apa yang disebut unit hidrolik reversibel - turbin hidrolik dan generator listrik ditempatkan pada poros yang sama. Mereka dapat bekerja baik sebagai generator arus maupun sebagai pompa air listrik. Ketika konsumsi energi berkurang, misalnya pada malam hari, turbin hidrolik bertindak sebagai pompa, memompa air dari reservoir bawah ke reservoir atas. Dalam hal ini generator beroperasi sebagai motor listrik, menerima energi listrik dari pembangkit listrik tenaga panas dan nuklir. Ketika konsumsi listrik meningkat, unit hidrolik pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa beralih ke putaran terbalik. Air yang jatuh dari reservoir atas ke reservoir bawah memutar turbin hidrolik dan generator menghasilkan energi listrik. Jadi, pada malam hari, pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa seolah-olah mengakumulasi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik lain, dan melepaskannya pada siang hari. Oleh karena itu, pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa biasanya berfungsi, seperti yang dikatakan para insinyur listrik, untuk menutupi “puncak” beban, yaitu menyediakan energi ketika sangat dibutuhkan. Terdapat lebih dari 160 pembangkit listrik pumped storage yang beroperasi di seluruh dunia. Di negara kita, pembangkit listrik penyimpanan pompa pertama dibangun di dekat Kiev. Headnya rendah, hanya 73 m, dan total daya 225 MW.

Pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa yang lebih besar telah mulai beroperasi di wilayah Moskow, dengan kapasitas 1,2 GW dan head 100 m.

Biasanya pembangkit listrik penyimpanan yang dipompa dibangun di sungai. Namun ternyata pembangkit listrik semacam itu bisa dibangun di tepi laut dan samudera. Hanya di sana mereka mendapat nama berbeda - pembangkit listrik tenaga pasang surut (TPP).

Dua kali sehari pada waktu yang sama, permukaan laut naik dan turun. Gaya gravitasi Bulan dan Mataharilah yang menarik massa air. Jauh dari pantai, fluktuasi ketinggian air tidak melebihi 1 m, tetapi di dekat pantai bisa mencapai 13 m, seperti misalnya di Teluk Penzhinskaya di Laut Okhotsk.

Jika sebuah teluk atau muara sungai ditutup dengan bendungan, maka pada saat air naik paling besar, ratusan juta meter kubik air dapat tertahan di reservoir buatan tersebut. Ketika air pasang di laut, terjadi perbedaan ketinggian air di waduk dan di laut, yang cukup untuk memutar turbin hidrolik yang dipasang di gedung PES. Jika hanya ada satu waduk maka PES dapat menghasilkan energi listrik secara terus menerus selama 4-5 jam dengan jeda masing-masing 1-2 jam sebanyak empat kali sehari (ketinggian air di waduk berubah berkali-kali saat air pasang dan surut) .

Untuk menghilangkan pembangkitan listrik yang tidak merata, waduk stasiun dibagi oleh bendungan menjadi 2-3 bendungan yang lebih kecil. Yang satu menjaga tingkat air surut, yang lain menjaga tingkat air pasang, dan yang ketiga berfungsi sebagai cadangan.

Unit hidrolik dipasang di TPP yang mampu beroperasi dengan efisiensi tinggi baik dalam mode generator (menghasilkan listrik) maupun mode pemompaan (memompa air dari reservoir dengan ketinggian air rendah ke reservoir dengan ketinggian air tinggi). Dalam mode pompa, PES beroperasi ketika kelebihan listrik muncul di sistem tenaga. Dalam hal ini, unit memompa atau memompa air dari satu reservoir ke reservoir lainnya.

Pada tahun 1968, pembangkit listrik industri percontohan pertama di negara kita dibangun di pantai Laut Barents di Teluk Kislaya. Gedung pembangkit listrik ini menampung 2 unit hidrolik dengan kapasitas 400 kW.

Pengalaman sepuluh tahun dalam mengoperasikan TPP pertama memungkinkan kami untuk mulai menyusun proyek TPP Mezen di Laut Putih, Penzhinskaya dan Tugurskaya di Laut Okhotsk.

Memanfaatkan kekuatan besar pasang surut air laut di dunia, bahkan gelombang laut itu sendiri, merupakan sebuah permasalahan yang menarik. Mereka baru mulai menyelesaikannya. Ada banyak hal yang perlu dipelajari, ditemukan, dirancang.

Pembangunan raksasa energi besar - baik itu pembangkit listrik tenaga air, pembangkit listrik penyimpanan pompa, atau pembangkit listrik - selalu menjadi ujian bagi para pembangun. Di sini pekerjaan para pekerja dengan kualifikasi tertinggi dan berbagai spesialisasi digabungkan - dari ahli beton hingga pendaki.