Гидроэлектростанции и гидросооружения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский педагогический государственный университет

Факультет технологии и предпринимательства

 

 

 

 

 

 

 

Реферат на тему:

 

Гидроэлектростанции и гидросооружения

 

 

 

 

 

Выполнила: Шапина Ульяна

3 курс 1 группа

Проверила: Тимофеева Ю.Ф.

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва, 2010 г

 

Содержание

 

Введение

Основные сооружения и оборудование гидроэлектростанций

Аварии и происшествия на ГЭС

Заключение

Список использованной литературы

 

 

Введение

 

Люди очень давно научились использовать энергию воды для того, чтобы вращать рабочие колеса мельниц, станков, пилорам. Но постепенно доля гидроэнергии в общем количестве энергии, используемой человеком, уменьшилась. Это связано с ограниченной возможностью передачи энергии воды на большие расстояния. С появлением электрической турбины, приводимой в движение водой, у гидроэнергетики появились новые перспективы. Первой электростанцией трехфазного тока была Лаутенская гидроэлектростанция. На ней были установлены два одинаковых трехфазных синхронных генератора. Фазное напряжение при помощи трансформаторов повышалось с 50 до 5000 вольт. Ее электроэнергия использовалась для питания осветительной сети города Хейльбронна, а также ряда небольших заводов и мастерских. Понизительные трансформаторы устанавливались непосредственно у потребителей. Эта первая в мире промышленная установка трехфазного тока была запущена в эксплуатацию в начале 1892 г. Использование энергии вод в этой установке показало возможность использования гидроресурсов, отдаленных от промышленных центров. С тех пор число гидроэлектрических установок все время возрастает.

Например, в 1892 г. Н.Н. Бенардос предложил организовать электроснабжение Петербурга путем утилизации энергии Невы на специально построенных электрических станциях (мощностью до 20 000 л. с). В 1893 г. Н.С. Лелявский разработал схему использования гидроэнергии Днепровских порогов. В.Н. Чиколев, пропагандировавший еще в начале 80-х годов XIX в. использование водяных турбин в качестве первичных двигателей электростанций, в 1896 г. совместно с Р.Э. Классоном построил в Петербурге на р. Охта гидроэлектростанцию и линию электропередач трехфазного тока.В течение 90-х годов XIX в. гидроэнергия играет все более заметную роль в электроснабжении. С каждым годом возрастало число крупных гидроэлектростанций. В конце XIX в. были сооружены: Рейнфельдская гидроэлектростанция (Германия, 1898 г.) мощностью 16 800 кВт при напоре воды 3,2 м, Ниагарская (США) мощностью 50 тыс. л. с. при напоре 41,2 м, Жонажская (Франция, 1901 г.) мощностью 11 200 л. с. В начале второго десятилетия XX в. были пущены в ход гидроэлектростанции Аугст-Виллен (Германия, 1911 г.) мощностью 44 тыс. л. с, Кеокук (США, 1912 г.) мощностью 180 тыс. л. с. Качество турбинного оборудования было еще недостаточно высоким, КПД колебался в пределах 0,8--0,84. Несовершенными были формы и конструкции гидросооружений, что объясняется недостаточной изученностью вопросов инженерной гидравлики и гидротехники. Поэтому некоторые ГЭС, построенные в эти годы, в последующем подверглись более или менее серьезной реконструкции.В дореволюционной России гидроэлектростанций было мало. Первой была установка на Охтинском заводе в Петербурге мощностью 350 л. с. (1896 г.). Кроме того, действовали ГЭС «Белый уголь» на р. Подкумок (1903 г.) мощностью 990 л. с, напряжением 8000 В, Гиндукушская ГЭС (1909 г.) на р. Мургаб, мощностью 1 590 л. с. Кроме того, действовали несколько более мелких по мощности (Сашнинская, Аллавердинская, Тургусунская, Сестрорецкая и др.). Общая мощность гидростанций дореволюционной России составляла 8000 кВт. В настоящее время в России работают 102 ГЭС мощностью свыше 100 МВт. Общая установленная мощность гидроагрегатов на ГЭС составляет примерно 45 млн. кВт (5 место в мире), а выработка порядка 165млрд кВт*ч/год (также 5 место) в общем объеме производства электроэнергии, а в России доля ГЭС не превышает 21%.

При этом по экономическому потенциалу гидроэнергоресурсов Россия занимает второе место и мире (порядка 852 млрд. кВт ч.) после Китая, однако, по степени их освоения -- 20% -- уступает практически всем развитым странам и многим развивающимся государствам. Для дальнейшего освоения гидропотенциала России и развития отечественной гидроэнергетики, фактически находившейся в состоянии стагнации на протяжении 90-х годов прошлого века, в ходе процесса реформирования российской электроэнергетики в декабре 2004 года была создана Федеральная гидрогенерирующая компания (ОАО «ГидроОГК»). Приоритетными задачами ОАО «ГидроОГК», которые поставило государство перед компанией при ее учреждении, являются обеспечение надежной и безопасной эксплуатации действующих ГЭС, завершение существующих строек, а также проектирование и сооружение новых гидростанций.

Степень износа оборудования большинства российских гидростанций превышает 40%, а по некоторым ГЭС этот показатель достигает 70%, что связано с системной проблемой всей гидроэнергетической отрасли последних пятнадцати лет -- ее хроническим недофинансированием.

По состоянию на 2009 год в России имеется 15 действующих, достраиваемых и находящихся в замороженном строительстве гидравлических электростанций свыше 1000 МВт и более сотни гидроэлектростанций меньшей мощности.

 

Крупнейшие гидроэлектростанции России

 

Ранг	Название	Размещение	Установленная мощность, МВт	Река	Год ввода в эксплуатацию	Энергосистема
1	Саяно-Шушенская ГЭС	пос. Черёмушки, Респ. Хакасия	6 400	Енисей	1978	ОЭС Сибири
2	Kрасноярская ГЭС	г. Дивногорск, Kрасноярский край	6 000	Енисей	1971	ОЭС Сибири
3	Братская ГЭС	г. Братск, Иркутская обл.	4 500	Ангара	1967	ОЭС Сибири
4	Усть-Илимская ГЭС	г. Усть-Илимск, Иркутская обл.	3 840	Ангара	1980	ОЭС Сибири
5	Волжская ГЭС им. XXII съезда KПСС	г. Волгоград, Волгоградская обл.	2 541	Волга	1962	ОЭС Центра
6	Волжская ГЭС им. В.И. Ленина	г. Тольятти, Самарская обл.	2 300	Волга	1957	ОЭС Средней Волги
7	Чебоксарская ГЭС	г. Новочебоксарск, Респ. Чувашия	1 370	Волга	1980	ОЭС Средней Волги
8	Саратовская ГЭС	г. Балаково, Саратовская обл.	1 360	Волга	1970	ОЭС Средней Волги
9	Зейская ГЭС	г. Зея, Амурская обл.	1330	Зея	1980	ОЭС Востока
10	Нижнекамская ГЭС	г. Набережные Челны, Респ. Татария	1205	Kама	1979	ОЭС Средней Волги
11	Загорская ГАЭС	пос. Богородское, Московская обл.	1200	Kунья	1987	ОЭС Центра
12	Воткинская ГЭС	г. Чайковский, Пермская обл.	1020	Kама	1963	ОЭС Урала
13	Чиркейская ГЭС	пос. Дубки, Респ. Дагестан	1000	Сулак	1976	ОЭС Северного Kавказа

 

Уровень развития гидроэнергетики в разных странах

Уровень развития гидроэнергетики в разных странах и на разных континентах неодинаков. Больше всего гидроэлектроэнергии производят Соединенные Штаты, за ними идут Россия, Украина. Канада, Япония, Бразилия, КНР и Норвегия.  Неосвоенные гидроэнергетические ресурсы Африки, Азии и Южной Америки открывают широкие возможности строительства новых ГЭС. На Северную Америку, в распоряжении которой находится всего около 13% мировых ресурсов гидроэнергетики, приходится около 35% полной мощности действующих ГЭС. В то же время Африка (21% мировых гидроэнергетических ресурсов) и Азия (39%) вносят лишь 5% и 18% соответственно в мировую выработку гидроэлектроэнергии. Европа (21% ресурсов) дает 31% выработки, а Южная Америка и Австралия, вместе взятые, располагая примерно 15% ресурсов, дают только 11% производимой в мире гидроэлектроэнергии.

 

 

1. Основные сооружения и оборудование гидроэлектростанций

 

Гидроэлектростанции является составной частью гидроузла - комплекса гидротехнических сооружений, предназначенных для использования водных ресурсов в интересах народного хозяйства: получения электрической энергии, ирригации, водоснабжения, улучшения условий судоходства, защиты от наводнений, рыбоводства и др.

Мощность гидравлического потока зависит от расхода и напора. Скорость потока воды в реке изменяется по ее длине с изменением сечения русла и гидравлического уклона. Для концентрации мощности и сосредоточения напора реки в каком- либо одном месте возводят гидротехнические сооружения: плотину, деривационный канал.

Плотина, перегородив реку, образует водохранилище, достигающее иногда таких больших размеров, что его называют морем. Таковы, например, Волгоградское, Цимлянское море, простирающиеся более чем на 100 км. Поверхность воды перед плотиной называется верхним бьефом, а за плотиной - нижним бьефом.

Водосбросные сооружения перепускают воду из верхнего бьефа в нижний во избежание превышения максимального расчетного уровня воды в период паводка, сбрасывает лед, шугу и т. п.

Если река судоходна, то к плотине примыкают шлюзы (судоподъемники) с подходными каналами для пропуска судов и плотов через гидроузел, перевалки грузов и пересадки пассажиров с водного на сухопутный транспорт и пр.

Для обеспечения отбора и подачи воды неэнергетическим потребителям в состав гидроузла входят водоприемные сооружения и насосные станции.

Рыбохозяйственные сооружения - это рыбоходы и рыбоподъемники для пропуска через гидроузел ценных пород рыб к местам постоянных нерестилищ, рыбозащитные сооружения и сооружения для искусственного рыборазведения. Иногда рыбу пропускают через шлюзы в процессе шлюзования судов.

Для связи объектов гидроузла между собой, соединения их с сетью государственных автомобильных и железных дорог, а также для пропуска этих дорог через сооружения гидроузла строят транспортные сооружения: мосты, дороги и др.

Для выработки электроэнергии и ее распределения потребителям в состав гидроузла входят различные энергетические сооружения. К ним относятся: водоприемные устройства и водоводы, подводящие воду из верхнего бьефа к турбинам и отводящие воду в нижний бьеф; здание гидроэлектростанций с гидротурбинами, гидрогенераторами и трансформаторами; вспомогательное механическое и подъемно- транспортное оборудование; пульт управления; открытые распределительные устройства, предназначенные для приема и распределения энергии.

Принципиальные схемы гидроэлектростанций

Эффективное использование энергии водного потока возможно при создании перепада давления воды на коротком участке реки. Это достигается выбором места расположения гидроэлектростанции и созданием искусственного сосредоточения перепада в результате применения рациональной схемы гидроэлектростанции. В практике строительства ГЭС применяются следующие схемы концентрации перепада уровней воды.

Плотинная схема

Перепад давления концентрируется путем подпора уровня реки в результате создания плотины. Образующееся при этом водохранилище является регулирующей емкостью, которая служит для создания запасов воды во время паводка и позволяет более полно использовать энергию водотока.

Здание ГЭС в этом случае может располагаться либо в теле плотины и составлять ее часть (русловая схема); в последнем случае вода к турбинам подводится по специальным трубам или коротким подводящим каналам. Примером плотинной схемы расположения здания ГЭС могут служить Волжская, Саратовская, Иркутская и другие ГЭС, а примером расположения здания машинного зала за плотиной- Красноярская, Нурекская ГЭС.

Плотинные ГЭС более выгодны при малых уклонах рек, так в этом случае получение необходимого напора с помощью деривации потребует значительной длины последней и она будет дороже плотины. При очень больших расходах воды плотинные схемы энергоиспользования тоже более выгодны, так как каналы больших сечений оказываются дороже плотин.  Расходы воды, используемые в плотинных ГЭС, в настоящее время достигают 14000^м3/c(Волжская им. В. И. Ленина на р. Волге). Напоры, используемые на плотинных ГЭС, колеблются в очень широких пределах. Минимальные значения используемого напора достигают 1,5 - 3,0 м. Например, на ГЭС Диксон (США) используемый напор равен 2,45 м (ее мощность 2800 кВт, максимальный расход 140 ^м3/c). Максимальный напор ГЭС плотинного типа около 280 м (Нурекская ГЭС).

Деривационная схема

Перепад давления концентрируется путем отвода воды из естественного русла по искусственному водоводу (деривационному каналу), имеющему меньший гидравлический уклон. Благодаря такой схеме уровень воды в конце водовода оказывается выше уровня воды в реке. В зависимости от типа деривационного водовода различают ГЭС с безнапорной и с напорной деривацией. На ГЭС с безнапорной деривацией отвод воды из русла реки осуществляется безнапорными водоводами. Для забора воды в русле реки возводится небольшая плотина, образующая водохранилище. Деривационный канал заканчивается напорным бассейном, из которого вода по трубопроводам подается к турбинам, расположенным в здании ГЭС.

Строительство гидроэлектростанций по деривационной схеме целесообразно в горных условиях, где реки имеют большие уклоны при сравнительно малых расходах. В этих условиях при небольших протяженности и поперечном сечении деривационного водовода можно получить значительные напор (до 1000 м) и мощность. Примером деривационной гидроэлектростанции является Гюмушская ГЭС на реке Раздан в Армении.

Напоры деривационных ГЭС колеблются от нескольких метров до 1767 м (ГЭС Райссек в Австрии). Расходы на деривационных ГЭС колеблются в очень значительных пределах - от нескольких кубических метров в секунду до 1530 ^м3/c (ГЭС Донзер-Мондрагон на р. Роне во Франции). Самый большой напор на деривационных ГЭС в России достигает 600 м, а самый большой расход 700 ^м3/c на Нарвской ГЭС.

 

Рис. 1. Принципиальные схемы гидроэлектростанций.I - плотинная; II - деривационная

 

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)

Строительство ГАЭС целесообразно в тех районах, где гидроэнергетические ресурсы уже в значительной степени использованы, и возможность строительства новых ГАЭС ограничена. ГАЭС могут работать при относительно небольших объемах водных бассейнов; при этом неравномерность суточного графика нагрузки энергосистемы устраняется перераспределением электроэнергии, вырабатываемой другими электростанциями. ГАЭС дают большой экономический эффект.

ГАЭС работает в двух режимах: насосном и турбинном, потому ее оборудуют обратимыми гидромашинами, способными работать как в качестве насосов, так и в качестве двигателей. При работе в насосном режиме вода из нижнего бассейна перекачивается в верхний, расположенный на определенной высоте. ГАЭС работает в насосном режиме, как правило, в ночное время, когда расход электроэнергии в энергосистеме минимальный. В этом режиме ГАЭС потребляет электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, включенными в энергосистему, а в верхнем бассейне создается запас гидравлической энергии.