Влаштування турбіни гідроелектростанції потужністю 300 ква. Джерело енергії гідроелектростанції

Різноманітність варіантів і унікальність технічних рішень, що застосовуються при будівництві гідроелектростанцій, вражає уяву. Насправді не так легко знайти дві однакові станції. Але все ж таки існує їх класифікація, заснована на певних ознаках - критеріях.

Спосіб створення напору

Мабуть, найочевидніший критерій - спосіб створення напору:

• руслова гідроелектростанція (ГЕС);
• дериваційна гідроелектростанція;
• гідроакумулююча електростанція (ГАЕС);
• приливна електростанція (ПЕМ).

Між цими чотирма основними видами гідроелектростанцій є характерні відмінності. Річкова гідроелектростанція розташовується на річці, перекриваючи греблею її протягом створення напору і водосховища. Дериваційна ГЕС зазвичай розташовується на звивистих гірських річках, де можна з'єднати рукави річки водоводом щоб пустити частину потоку коротшим шляхом. Натиск при цьому створюється природним перепадом рельєфу місцевості, а водосховище може бути зовсім відсутнім. Гідроакумулююча електростанція є два басейни, що розташовуються на різних рівнях. Басейни з'єднані водоводами, якими вода може перетікати в нижній басейн з верхнього і перекачуватися назад. Приливна електростанція розташовується в затоці, перекритій греблею для створення водосховища. На відміну від гідроакумулюючої електростанції робочий цикл ПЕМ залежить від явища припливів/відливів.

Величина натиску

За величиною напору, що створюється гідротехнічною спорудою (ГТС) гідроелектростанції діляться на 4 групи:

• низьконапірні – до 20 м;
• середньонапірні – від 20 до 70 м;
• високонапірні – від 70 до 200 м;
• надвисокопарні - від 200 м.

Варто відзначити, що класифікація по величині напоруносить відносний характер і відрізняється від джерела до іншого.

Встановлена ​​потужність

За встановленою потужністю станції - сумою номінальних потужностей генеруючого обладнання встановленого на ній. Ця класифікація має 3 групи:

• мікро-ГЕС – від 5 кВт до 1 МВт;
• малі ГЕС – від 1 кВт до 10 МВт;
• великі ГЕС – понад 10 МВт.

Класифікація з встановленої потужностіяк і за величиною напору, перестав бути суворої. Одну й ту саму станцію у різних джерелах можуть відносити до різних груп.

Конструкція греблі

Існує 4 основні групи гребель гідроелектростанцій:

• гравітаційна;
• контрфорсна;
• аркова;
• арочно-гравітаційна.

Гравітаційна гребля являє собою масивну конструкцію, що утримує воду у водосховищі за рахунок своєї ваги. Контрфорсна гребля використовує дещо інший механізм - свою відносно невелику вагу вона компенсує вагою води, що давить на похилу грань греблі з боку верхнього б'єфу. Аркова гребель , мабуть найвитонченіша, має форму арки, що упирається основою в береги і округлою частиною опуклою у бік водосховища. Утримання води біля арочної греблі відбувається рахунок перерозподілу тиску з фронту греблі на береги річки.

Розташування машинного залу

Точніше, за розташування машинного залу щодо греблі, не плутати з компонуванням! Ця класифікація має значення лише для руслових, дериваційних та приливних електростанцій.

• руслового типу;
• приплотинного типу.

При русловому типі машинний зал розташовується безпосередньо в тілі греблі, пригребельному типі - зводиться окремо від тіла греблі і зазвичай знаходиться відразу за ним.

Компонування

Під словом "компонування" в даному контексті мається на увазі розташування машинного залу щодо русла річки. Будьте уважними при читанні іншої літератури на цю тему, тому що слово компонування має ширше значення. Класифікація справедлива лише для руслових та дериваційних електростанцій.

• руслова;
• заплавна;
• берегова.

При русловій компоновці будівля машинного залу розташовується в руслі річки, заплавної компонування - у заплаві річки, а при берегової компонування - на березі річки.

Зарегульованість

А саме ступінь зарегульованості стоку річки. Класифікація має значення лише для руслових та дериваційних гідроелектростанцій.

• добового регулювання (цикл роботи – одна доба);
• тижневого регулювання (цикл роботи – один тиждень);
• річного регулювання (цикл роботи – один рік);
• багаторічне регулювання (цикл роботи - кілька років).

Класифікація відбиває наскільки велике водосховище гідроелектростанції стосовно обсягу річного стоку річки.

Всі наведені критерії не є взаємно виключеними, тобто одна і та ж ГЕС може бути річкового типу, високонапірної, середньої потужності, руслового компонування з машинним залом приплотинного типу, арочною греблею та водосховищем річного регулювання.

Список використаних джерел

1. Бризгалов, В.І. Гідроелектростанції: навч. посібник/В.І. Бризгалов, Л.А. Гордон – Красноярськ: ІСЦ КДТУ, 2002. – 541 с.
2. Гідротехнічні споруди: 2 т. / М.М. Гришин [та ін]. - Москва: Вища школа, 1979. - Т.2 – 336 с.

Опубліковано: 21 липня 2016 Переглядів: 4.5k

Гідроелектричні станції або в гідроелектростанціях використовується потенційна енергія води річок і є на сьогоднішній день поширеним засобом виробництва електроенергії із відновлюваних джерел.

Гідроелектростанції постачають більш ніж 16% світової електроенергії (99% у Норвегії, 58% у Канаді, 55% у Швейцарії, 45% у Швеції, 7% у США, 6% у Австралії) із більш ніж 1060 ГВт встановленої потужності. Половина цих потужностей перебуває у п'яти країнах: Китай (212 ГВт), Бразилія (82,2 ГВт), США (79 ГВт), Канада (76,4 ГВт) та Росія (46 ГВт). Крім цих чотирьох країн з відносною кількістю (Норвегія, Канада, Швейцарія та Швеція), гідропотенціал зазвичай застосовується при піковому навантаженні, тому що гідроелектростанція легко може бути зупинена і запущена. Це також означає, що вона є ідеальним доповненням у сітці системи і використовується найбільш ефективно в Данії.

Гідроелектростанції використовують енергію падаючої води для вироблення електроенергії. Турбіна перетворює кінетичну силу падаючої H2O в механічну. Потім генератор перетворює механічну турбіну в електроенергію.

Гідроенергетика у світі

Гідроенергетика використовує великі площі і не є основним варіантом на майбутнє в розвинених країнах тому, що більшість великих місць у цих країнах, які мають потенціал для освоєння гідроенергетики, або вже експлуатуються або недоступні з інших причин, наприклад, з екологічних міркувань. Головним чином у Китаї та Латинській Америці очікується зростання гідроенергетики до 2030 року. Китай останніми роками ввів в експлуатацію на $26 млрд гідроелектростанцій, які виробляють 22,5 ГВт. Гідроенергетика в Китаї відіграла певну роль, перемістивши понад 1,2 мільйона людей з місць розташування гребель.

Головною перевагою гідросистем є їхня здатність обробляти сезонні (а також щоденні) високі пікові навантаження. На практиці використання енергії води, що зберігається, іноді ускладнюється вимогами для зрошення, які можуть відбутися в протифазі з піком навантажень.

Запуск із річки гідросистем зазвичай набагато дешевше, ніж створення гребель і має потенційно ширше застосування. Дрібні гідроелектростанції під 10 МВт становлять близько 10% світового потенціалу і більшість із них працюють із річки.

Існує три типи гідроенергетичних споруд: гідроелектростанції, насосні станції, гідроакумулюючі електростанції.

Принцип роботи гідроелектростанції

Принцип роботи гідроелектростанції коли енергія води перетворюється на механічну через гідравлічні турбіни. Генератор перетворює цю механічну енергію води на електрику.

Робота генератора заснована на принципах Фарадея: коли магніт переміщається повз провідник, то виробляється електроенергія. У генераторі електромагніти створені постійним струмом. Вони створюють поля полюсів та встановлені по периметру ротора. Ротор приєднаний до валу що обертають турбіни на фіксованій швидкості. Коли обертається ротор, це викликає зміну полюсів у провіднику, змонтованому в статорі. Це, своєю чергою, згідно із законом Фарадея виробляє електрику на висновках генератора.

Склад гідроелектростанції

Потужність гідроелектростанцій варіюється в розмірах від «мікро ГЕС», що живить кілька будинків до гігантських гребель, які забезпечують електроенергією мільйони людей.

Більшість звичайних ГЕС включають чотири основні компоненти:

Використання гідроенергії досягло піку в середині 20 століття, але ідея використання H2O для вироблення електроенергії налічує тисячі років. Більш ніж 2000 років тому, греки використовували водяне колесо для помелу пшениці на борошно. Ці стародавні колеса як турбіни сьогодні, через які йде потік води.

Гідроенергетичні станції є найбільшим джерелом відновлюваної енергії світу.

Що таке гідроелектростанція?

Гідроелектростанції є дуже ефективними джерелами енергії. Вони використовують відновні ресурси – механічну енергію падаючої води. Необхідний для цього підпор води створюється греблями, які зводять на річках і каналах. Гідравлічні установки дозволяють скорочувати перевезення та економити мінеральне паливо (на 1 кВт-год. ​​витрачається приблизно 0,4 т вугілля). Вони досить прості в управлінні і мають дуже високий коефіцієнт корисної дії (понад 80%). Собівартість цього типу установок у 5-6 разів нижча, ніж ТЕС, і вони вимагають набагато менше обслуговуючого персоналу.

Гідравлічні установки представлені гідроелектростанціями (ГЕС), гідроакумулюючими електростанціями (ГАЕС) та приливними електростанціями (ПЕМ). Їхнє розміщення багато в чому залежить від природних умов, наприклад, характеру та режиму річки. У гірських районах зазвичай зводяться високонапірні ГЕС, на рівнинних річках діють установки з меншим натиском, але більшою витратою води. Гідробудування в умовах рівнин складніше через переважання м'яких основ під греблями та необхідність мати великі водосховища для регуляції стоку. Спорудження ГЕС на рівнинах викликає затоплення прилеглих територій, що завдає значної матеріальної шкоди.

ГЕС складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд, що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, і енергетичного обладнання, що перетворює енергію води, що рухається під напором, в механічну енергію обертання, яка, у свою чергу, перетворюється в електричну енергію.

Натиск ГЕС створюється концентрацією падіння річки на ділянці, що використовується греблею, або деривацією, або греблею і деривацією спільно. Основне енергетичне обладнання гідроелектростанції розміщується у будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати, допоміжне обладнання, пристрої автоматичного керування та контролю; у центральному посту управління – пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції. Підвищуюча трансформаторна підстанція розміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будинках або на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої найчастіше розташовуються на відкритому майданчику. Будівля ГЕС може бути розділена на секції з одним або декількома агрегатами та допоміжним обладнанням, відокремленими від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажний майданчик для збирання та ремонту різного обладнання та для допоміжних операцій з обслуговування ГЕС.

За встановленою потужністю (в МВт) розрізняють ГЕС потужні (понад 250), середні (до 25) та малі (до 5). Потужність ГЕС залежить від напору Нб (різниці рівнів верхнього та нижнього б'єфу), витрати води Q (м3/сек), що використовується в гідротурбінах, і ккд гідроагрегату hг. З ряду причин (внаслідок, наприклад, сезонних змін рівня води у водоймищах, мінливості навантаження енергосистеми, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруд тощо) натиск і витрата води безперервно змінюються, а крім того, змінюється витрата при регулюванні потужності ГЕС. Розрізняють річний, тижневий та добовий цикли режиму роботи ГЕС.

За максимально використовуваним натиском ГЕС діляться на високонапірні (більше 60 м), середньонапірні (від 25 до 60 м) і низьконапірні (від 3 до 25 м) гідроелектростанції. На рівнинних річках напори рідко перевищують 100 м, в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати напори до 300 м і більше, а за допомогою деривації - до 1500 м. осьові турбіни з металевими спіральними камерами; на середньонапірних - поворотнолопатеві та радіально-осьові турбіни із залізобетонними та металевими спіральними камерами, на низьконапірних - поворотнолопатеві турбіни в залізобетонних спіральних камерах, іноді горизонтальні турбіни у капсулах або у відкритих камерах. Підрозділ ГЕС по натиску, що використовується, має приблизний, умовний характер.

За схемою використання водних ресурсів та концентрації напорів ГЕС зазвичай поділяють на руслові, приплотинні, дериваційні з напірною та безнапірною деривацією, змішані, гідроакумулюючі та приливні. У руслових і приплотинних ГЕС тиск води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деяке затоплення долини річки. У разі спорудження двох гребель на тій самій ділянці річки площа затоплення зменшується. На рівнинних річках найбільша економічно допустима площа затоплення обмежує висоту греблі. Руслові та приплотинні ГЕС будують і на рівнинних багатоводних річках та на гірських річках, у вузьких стиснутих долинах.

До складу споруд руслової ГЕС, крім греблі, входять будівля ГЕС та водоскидні споруди. Склад гідротехнічних споруд залежить від висоти напору та встановленої потужності. У руслової ГЕС будинок з розміщеними в ньому гідроагрегатами служить продовженням греблі і разом із нею створює напірний фронт. При цьому з одного боку до будівлі ГЕС примикає верхній б'єф, з другого - нижній б'єф. Підводять спіральні камери гідротурбін своїми вхідними перерізами закладаються під рівнем верхнього б'єфу, вихідні ж перерізи труб, що відсмоктують, занурені під рівнем нижнього б'єфу.

Відповідно до призначення гідровузла до його складу можуть входити судноплавні шлюзи або суднопідйомник, рибопропускні споруди, водозабірні споруди для іригації та водопостачання. У руслових гідроелектростанціях іноді єдиною спорудою, яка пропускає воду, є будівля ГЕС. У цих випадках корисно використовувана вода послідовно проходить вхідний переріз зі сміттєзатримуючими гратами, спіральну камеру, гідротурбіну, трубу, що відсмоктує, а по спеціальних водоводах між сусідніми турбінними камерами проводиться скидання паводкових витрат річки. Для руслових ГЕС характерні натиски до 30-40 м; до найпростіших руслових ГЕС відносяться також сільські (гідроелектростанції) ГЕС, що будувалися раніше, невеликої потужності. На великих рівнинних річках основне русло перекривається земляною греблею, до якої примикає бетонна водозливна гребля та споруджується будівля ГЕС. Таке компонування типове для багатьох вітчизняних ГЕС на великих рівнинних річках. Волзька ГЕС ім. 22-го з'їзду КПРС – найбільша серед станцій руслового типу.

Найпотужніші ГЕС споруджені на Волзі, Камі, Ангарі, Єнісеї, Обі та Іртиші. Каскад гідроелектростанцій є групою ГЕС, розташованих сходами по течії водного потоку з метою повного послідовного використання його енергії. Установки в каскаді зазвичай пов'язані спільністю режиму, при якому водосховища верхніх щаблів регулюючи впливають на водосховища нижніх щаблів. На основі ГЕС східних районів формуються промислові комплекси, що спеціалізуються на енергоємних виробництвах.

У Сибіру зосереджені найефективніші за техніко-економічними показниками ресурси. Одним із прикладів цього може бути Ангаро-Єнісейський каскад, до складу якого входять найбільші гідроелектростанції країни: Саяно-Шушенська (6,4 млн. кВт), Красноярська (6 млн. кВт), Братська (4,6 млн. кВт), Усть-Ілімська (4,3 млн. кВт). Будується Богучанівська ГЕС (4 млн. кВт). Загальна потужність каскаду нині - понад 20 млн. кВт.

При спорудженні ГЕС зазвичай мають на меті вироблення електроенергії, поліпшення умов судноплавства по річці та зрошення земель. ГЕС зазвичай мають водосховища, що дозволяють запасати воду та регулювати її витрату і, отже, робочу потужність станції так, щоб забезпечити найвигідніший режим для енергосистеми в цілому.

Процес регулювання полягає у наступному. У період часу, коли навантаження енергосистеми мала (або природний приплив води в річці великий), гідроелектростанція витрачає воду в кількості, меншій за природний приплив. Водночас вода накопичується у водосховищі, а робоча потужність станції відносно мала. В інший період часу, коли навантаження системи велике (або приплив води малий), гідроелектростанція витрачає воду в кількості, що перевищує природний приплив. При цьому витрачається вода, накопичена у водосховищі, а робоча потужність станції збільшується до максимальної. Залежно від обсягу водосховища період регулювання або час, необхідний для наповнення та спрацьовування водосховища, може становити добу, тиждень, кілька місяців і більше. Протягом цього часу гідроелектростанція може витратити певну кількість води, що визначається природним припливом.

При спільній роботі гідроелектростанцій з тепловими та атомними станціями навантаження енергосистеми розподіляють між ними так, щоб при заданій витраті води протягом періоду, що розглядається, забезпечити попит на електричну енергію з мінімальною витратою палива (або мінімальними витратами на паливо) в системі. Досвід експлуатації енергосистем показує, що протягом більшої частини року гідроелектростанції доцільно використовувати у піковому режимі. Це означає, що протягом доби робоча потужність гідроелектростанції повинна змінюватися в широких межах - від мінімальної в години, коли навантаження енергосистеми невелике, до максимального в години найбільшого навантаження системи. При такому використанні гідроелектростанції навантаження теплових станцій вирівнюється і їх стає більш економічним.

У періоди паводку, коли природний приплив води у річці великий, доцільно використовувати гідроелектростанції цілодобово з робочою потужністю, близькою до максимальної, і таким чином зменшити холостий скидання води через греблю. Найбільш вигідний режим гідроелектростанції залежить від багатьох факторів і повинен бути визначений відповідним розрахунком.

Робота гідроелектростанцій характеризується частими пусками та зупинками агрегатів, швидкою зміною робочої потужності від нуля до номінальної. Гідравлічні турбіни за своєю природою пристосовані до такого режиму. Для гідрогенераторів цей режим також прийнятний, так як на відміну від паротурбінних генераторів осьова довжина гідрогенератора відносно мала і температурні деформації стрижнів обмотки виявляються меншими. Процес пуску гідроагрегату та набору потужності повністю автоматизований і потребує лише кілька хвилин.

Тривалість використання встановленої потужності гідроелектростанцій, як правило, менша, ніж теплових електростанцій. Вона становить 1500-3000 год для пікових станцій та до 5000-6000 год для базових.

Питома вартість гідростанції (руб/МВт) вища за питому вартість теплової станції тієї ж потужності внаслідок більшого обсягу будівельних робіт. Час спорудження гідроелектростанції також більший за час спорудження теплової станції. Однак собівартість електроенергії, що виробляється гідроелектростанціями, значно нижча за собівартість енергії теплових станцій, оскільки до складу експлуатаційних витрат не входить вартість палива.

Гідростанції доцільно будувати на гірських та півторних річках. На рівнинних річках їх спорудження може призводити до затоплення великих площ заплавних лук і орних земель, лісів, зниження рибних запасів та інших наслідків.



Малі гідротурбіни дуже специфічні у принципі своєї дії на відміну турбін звичайних ГЕС. Процес роботи мікро гідротурбіни цікавий тим, що властивості її будови можуть забезпечити під конкретний об'єкт той обсяг водних мас, який надходитиме на частини гідротурбіни (лопаті), приводити в робочий стан генератор (генератор відіграє роль вироблення електроенергії).

Процес посилення напору води забезпечується утворенням «деривації» - сходів води у вільній течії (за умови, що ця мікро ГЕС дериваційного типу) або греблею (умова – міні ТЕС за типом греблі).

Потужність міні ГЕС

Рівень потужності міні ГЕС безпосередньо залежить від умов, у яких її гідротехнічні властивості:

1. Витрата води – це обсяг водних мас (л), який проходить через турбіну за певний проміжок часу. Прийнято за цей період приймати 1-2 секунди.
2. Натиск води - відстань між двома протилежними точками водної маси (одна розташована вгорі, інша в нижній частині). Натиск має ряд характерних рис, від яких залежать і види мікро ГЕС (високий напір, середній напір, низький напір)

Особливість роботи мікро ГЕС оцінюється з погляду її територіального розміщення. Наприклад, напірна мікро ГЕС здійснює роботу за типом відведення водних потоків особливим каналом, зробленим з дерева, що знаходиться під певним кутом нахилу, що дозволяє воді швидше протікати. Натиск води у такому ГЕС залежить від того, наскільки цей канал довгий. Далі вода перетікає в напірний трубопровід, після чого потрапляє в гідроагрегат, який знаходиться в нижній частині. Потім перероблена вода шляхом видавлювання прямує назад місце початку.

Розташування міні ГЕС

Важливо помітити, що положення гідротурбіни в залежності від виду побудови може бути різним:

1. Горизонтальне становище.Таке положення гідротурбіни призводить до природного збільшення розмірів міні ГЕС (за допомогою турбінного валу, який так само збільшує розмір, системи енергії при обертанні, а також зміна масштабів машинного залу). Однак варто зазначити, що будівництво подібних гідротурбін не є складнішим у порівнянні з рештою, а навіть навпаки, спрощує його.
2. Вертикальне розташування.Даний вид розташування сприяє зменшенню розмірів ГЕС, що дозволяє покращити баланс осьових ліній, її компактності. Таке розміщення складніше у побудові, оскільки створюється необхідність детального балансу осі у обертовому елементі. Так само в такій ситуації важливо більш ретельно поставитися до обов'язкового становища робочої статі, коли він буде в одну горизонтальну лінію та її характеристик міцності, щоб вони були в змозі витримати вагу всієї побудови. Вертикальне розташування посилює тиск на вісь конструкції.

Застосування міні ГЕС

У цілому нині установки малих ГЕС використовують у основному застосування їх у віддалених районах житлових об'єктів. Вони не можуть бути серйозними конкурентами великим електростанціям, а скоріше служать для забезпечення економії енергії. З недавніх пір кількість людей, які використовують , як гідроелектростанції, батареї сонячного типу та різні установки вітрового регулювання. Турбіни, що описуються в цій статті незабаром можуть стати єдиним цілим з цими новаторськими джерелами енергії, що призведе до створення нових електричних схем і моделей.

Навіщо можуть бути використані дані споруди?

• задля забезпечення електроенергією об'єктів приватної власності;
• для віддалених промислових районів;
• для електричних зарядних станцій;
• для тимчасового використання.

Переваги міні ГЕС

У малих ГЕС є низка особливих переваг:

• вони випускаються у двох варіантах: закріплені на дні водойми, а також з особливими гачками, які дозволяють проводити роботи на поверхні
• установка може досягати потужності, що дорівнює 5 КВ, щоб збільшити потужність і ККД ГЕС турбіни встановлюються як модулі
• ГЕС негативно не впливають на довкілля у процес будівництва, т.к. для її створення використовується природна вода, яка прямує у певний потік і надає руху лопаті.

Турбіни для міні ГЕС

Тепер поговоримо безпосередньо про гідротурбіни для міні ГЕС та про те, що нам необхідно для її будівництва. Характеристики та особливості експлуатації гідротурбіни:

1. Температура води, що подається в турбіну, має перевищувати +4 °С.
2. Температура, яка має бути в блоковому модулі +15 °С і вище.
3. Звуковий тиск, джерело якого знаходиться за 1 м від гідротурбіни, становить 80 дБ і не більше.
4. Зовнішня поверхня гідротурбіни має бути розігріта до температури не вище +45°С за умови, що температура повітря довкола +25°С.

Розглянемо приклад добре збалансованою та працюючою гідротурбіною в ідеальних умовах.

Припустимо, що ми маємо проточну гідротурбіну, радіальну, напоростурйну із середнім напором, що забезпечує тангенційну подачу води на лопаті, горизонтальний вал. Такі типи труб відносять до класу тихих. Вони мають особливість пристосування до навколишнього середовища, місця встановлення та різних перепадів висотних тисків. Якщо витрата води різко змінюється, то турбіні застосовується конструкція двокамерного мішка, що робить роботу пристрою якіснішою.

Корпус будь-якої гідротурбіни виготовляється із сталі конструкційного типу, вона міцна та надійна. Витрати на матеріали, будівництво значно знижено порівняно з гідротурбінами для звичайних ГЕС. Найпоширеніший матеріал, що використовується для будівництва гідротурбіни, витримуватиме перепади від 90 до 120 метрів, деякі деталі виготовляються з нержавіючої сталі (корпус, трубопроводи).

У гідротурбінах нового покоління є можливість замінювати генератор та робоче колесо без сильної деформації та перебирання. Варто зазначити, що робоче колесо має властивість самоочищатися завдяки водним потокам, які в процесі роботи проходять через область робочого колеса. Під час проектування генератора і самої гідротурбіни вживається заходів, що дозволяє знизити кавітаційний рівень. Нинішні гідротурбіни на 100 відсотків позбавлені цієї проблеми.

Головна частина гідротурбіни – це робоче колесо. Матеріалом для виготовлення лопаток найчастіше є сталь профільного типу. Лопатки через свої властивості можу створювати зусилля осьового рівня, полегшуючи роботу підшипникам, а самі робочі колеса знаходяться на постійному балансі. Тривалість роботи осі робочого колеса визначається її положенням, для більш тривалої роботи встановлюють її на підшипниковий рівень.

Особливості гідротурбін для міні ГЕС

1. Можуть бути використані у системах очищення для отримання якісної питної води.
2. Можливе підключення промислового генератора.
3. Підвищені вимоги до надійності генератора.

Деякі характеристики технічного плану:

1. Перепад висот: 3 – 200 м
2. Водовитрата: 0,03 - 13 кубічних метра в секунду
3. Потужність: 5 - 3 000 кВт
4. Число лопаток, розташованих на осьовому секторі: 37
5. ККД: 84% - 87%

Звичайно, міні ГЕС навряд чи зможуть стати основним джерелом енергії, проте їх використання цілком доцільне як засіб зменшення навантаження на основну енергомережу, особливо в періоди пікового споживання.

Гідроелектростанція - це комплекс складних гідротехнічних споруд та обладнання. Його призначення - перетворювати енергію потоку води на електричну енергію. Гідроенергія належить до так званих відновлюваних джерел енергії, тобто практично невичерпна.

Найважливіша гідротехнічна споруда - гребля. Вона затримує воду у водосховищі, створює необхідний тиск води. Гідравлічна турбіна – головний двигун на ГЕС. З її допомогою енергія води, що рухається під натиском, перетворюється на механічну енергію обертання, яка потім (завдяки електричному генератору) перетворюється на електричну енергію. Гідравлічна турбіна, гідрогенератор, пристрої автоматичного контролю та управління – пульти розміщені в машинному залі ГЕС. Підвищуючі трансформатори можуть розташовуватись і всередині будівлі, і на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої найчастіше встановлюються на відкритому повітрі поряд із будівлею електростанції.

У Радянському Союзі, який володіє великими гідроенергоресурсами (11112% від світових), розгорнуто широке будівництво гідростанцій. За встановленою потужністю гідроелектрицій. Тільки за 30 повоєнних років, з 1950 станції поділяють на малі - по 1980 рік, вироблення електроенергії на 5 МВт, середні - від 5 до 25 і великі - ГЕС зросла більш ніж 10 раз. понад 25 МВт. У нашій країні діють 20 ГЕС, на кожній із яких встановлена ​​потужність перевищує 500 МВт. Найбільші з них – Красноярська (6000 МВт) та Саяно-Шушенська (6400 МВт) ГЕС.

Будівництво ГЕС немислиме без комплексного вирішення багатьох завдань. Треба задовольняти потреби як енергетики, а й водного транспорту , водопостачання, іригації, рибного господарства. Найкраще цим завданням відповідає принцип каскадності, коли на річці будують не одну, а низку ГЕС, розташованих за течією річки. Це дозволяє створити на річці кілька послідовно розташованих на різних рівнях водосховищ, а значить, повніше використовувати стік річки, її енергетичні ресурси та маневрувати потужністю окремих ГЕС. Каскади гідроелектричних станцій споруджені на багатьох річках. Окрім Волзького, каскади побудовані на Камі, Дніпрі, Чирчику, Роздані, Іртиші, Ріоні, Свірі. Найбільш потужний Ангаро-Єнісейський каскад з найбільшими у світі ГЕС - Братською, Красноярською, Саяно-Шушенською та Богучанською загальною потужністю близько 17 ГВт та річним виробленням 76 млрд. кВт-год електроенергії.

Існує кілька видів електростанцій, які використовують енергію потоку води. Крім гідроелектростанцій будують ще гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС) та приливні електростанції (ПЕМ). З першого погляду навряд чи помітиш різницю між звичайною гідроелектростанцією та гідроакумулюючою електростанцією. Така сама будівля, де розміщено головне енергетичне обладнання, такі ж лінії електропередачі. Немає важливої ​​різниці й у способі виробництва електроенергії. У чому особливості ГАЕС?

На відміну від ГЕС, гідроакумулююча станція вимагає два водосховища (а не одне) ємністю по кілька десятків мільйонів кубічних метрів. Рівень одного повинен бути на кілька десятків метрів вище за інший. Обидва водоймища повідомляються між собою трубопроводами. На нижньому водосховищі будується будівля ГАЕС. У ньому так звані оборотні гідроагрегати - гідравлічні турбіни та електричні генератори розміщені на одному валу. Вони можуть працювати як генератори струму, і як електричні водяні насоси . Коли споживання енергії зменшується, наприклад, у нічний час, гідравлічні турбіни виконують роль насосів, перекачуючи воду з нижнього водосховища у верхнє. При цьому генератори працюють як електричні двигуни, що отримують електричну енергію від теплових та атомних електростанцій. Коли ж споживання електроенергії зростає, гідроагрегати ГАЕС перемикаються на зворотне обертання. Падаюча з верхнього водосховища в нижню воду обертає гідравлічні турбіни, генератори виробляють електричну енергію. Таким чином, ГАЕС у нічний час ніби накопичує електроенергію, що виробляється іншими електростанціями, а вдень віддає її. Тому ГАЕС зазвичай служить, як кажуть енергетики, для покриття «піків» навантаження, тобто вона дає енергію тоді, коли її особливо потребують. На земній кулі діють понад 160 ГАЕС. У нас у країні перша ГАЕС збудована під Києвом. Вона має малий тиск, всього 73 м, і сумарну потужність 225 МВт.

Почалася більша ГАЕС у Московській області, потужністю 1,2 ГВт, з напором 100 м.

Зазвичай ГАЕС будують на річках. Але, як виявилося, такі електростанції можна будувати на берегах морів і океанів. Тільки там вони отримали іншу назву – приливні електростанції (ПЕМ).

Двічі на добу в той самий час рівень океану то піднімається, то опускається. Це гравітаційні сили Місяця та Сонця притягують маси води. Вдалині від берега коливання рівня води не перевищують 1 м, але біля самого берега вони можуть досягати 13 м, як, наприклад, у Пенжинській губі на морі Охотського.

Якщо затоку або гирло річки перегородити греблею, то в момент найбільшого підйому води в такому штучному водосховищі можна замкнути сотні мільйонів кубічних метрів води. Коли ж у морі настає відлив, між рівнями води у водосховищі та в морі створюється перепад, достатній для обертання гідротурбін, встановлених у будинках ПЕМ. Якщо водосховище одне, ПЕМ може виробляти електричну енергію безперервно протягом 4-5 годин з перервами відповідно по 1-2 години чотири рази на добу (стільки разів змінюється рівень води у водосховищі при припливах та відливах).

Щоб усунути нерівномірність виробітку електроенергії, водосховище станції ділиться греблею на 2-3 менших. В одному підтримують рівень відливу, в іншому – рівень припливу, третє служить резервним.

На ПЕМ встановлюють гідроагрегати, які здатні працювати з високим ККД як у генераторному (виробляти електроенергію), так і в насосному режимі (перекачувати воду з водосховища з низьким рівнем води у водосховище з високим рівнем). У насосному режимі ПЕМ працює тоді, коли в енергосистемі з'являється надлишкова електроенергія. У цьому випадку агрегати підкачують або відкачують воду з водосховища в інше.

У 1968 р. на узбережжі Баренцевого моря в Кислой губі споруджено першу в нашій країні дослідно-промислову ПЕМ. У будівлі електростанції розміщено 2 гідроагрегати потужністю 400 кВт.

Десятирічний досвід експлуатації першої ПЕМ дозволив розпочати складання проектів Мезенської ПЕМ на Білому морі, Пенжинській та Тугурській на Охотському морі.

Використання великих сил припливів і відливів Світового океану, навіть океанських хвиль - цікава проблема. Рішення її ще тільки приступають. Тут багато потрібно вивчати, винаходити, конструювати.

Будівництво великих енергетичних гігантів - чи то ГЕС, ГАЕС чи ПЕМ - щоразу екзамен для будівельників. Тут з'єднується праця робітників найвищої кваліфікації та різних спеціальностей – від майстрів бетонних робіт до монтажників-верхолазів.