Η συσκευή και η αρχή λειτουργίας του υδροηλεκτρικού σταθμού

Από την αρχαιότητα, οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν την κινητήρια δύναμη του νερού. Αλέθουν αλεύρι σε μύλους που τροφοδοτούνταν από ρεύματα νερού, ράφτωσαν βαρείς κορμούς δέντρων κατάντη και γενικά χρησιμοποιούσαν την υδροηλεκτρική ενέργεια για μια μεγάλη ποικιλία εργασιών, συμπεριλαμβανομένων των βιομηχανικών.

Τα πρώτα υδροηλεκτρικά εργοστάσια

Στα τέλη του 19ου αιώνα, με την έναρξη της ηλεκτροδότησης των πόλεων, τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια άρχισαν να κερδίζουν πολύ γρήγορα δημοτικότητα στον κόσμο. Το 1878, το πρώτο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο στον κόσμο εμφανίστηκε στην Αγγλία, το οποίο τότε τροφοδοτούσε μόνο έναν λαμπτήρα τόξου στην γκαλερί τέχνης του εφευρέτη William Armstrong ... Και μέχρι το 1889, υπήρχαν ήδη 200 υδροηλεκτρικοί σταθμοί μόνο στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Ένα από τα πιο σημαντικά βήματα στην ανάπτυξη της υδροηλεκτρικής ενέργειας ήταν η κατασκευή του φράγματος Hoover στις ΗΠΑ τη δεκαετία του 1930. Όσο για τη Ρωσία, ήδη το 1892, ο πρώτος υδροηλεκτρικός σταθμός τεσσάρων στροβίλων με χωρητικότητα 200 kW κατασκευάστηκε εδώ στο Rudnia Altai στον ποταμό Berezovka, σχεδιασμένος να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια για την αποστράγγιση ορυχείων του ορυχείου Ziryanovsky.Έτσι, με την ανάπτυξη της ηλεκτρικής ενέργειας από την ανθρωπότητα, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί σημείωσαν τον γρήγορο ρυθμό της βιομηχανικής προόδου.

Η αρχή λειτουργίας του υδροηλεκτρικού σταθμού

Σήμερα, τα σύγχρονα υδροηλεκτρικά εργοστάσια είναι τεράστιες κατασκευές με εγκατεστημένη ισχύ ένα γιγαβάτ. Ωστόσο, η αρχή λειτουργίας οποιουδήποτε υδροηλεκτρικού σταθμού παραμένει γενικά αρκετά απλή και σχεδόν ακριβώς η ίδια παντού. Η πίεση του νερού που εφαρμόζεται στα πτερύγια του υδραυλικού στροβίλου προκαλεί την περιστροφή του και ο υδραυλικός στρόβιλος, με τη σειρά του, συνδεδεμένος με τη γεννήτρια, περιστρέφει τη γεννήτρια. Η γεννήτρια παράγει ηλεκτρική ενέργεια η οποία και τροφοδοτείται στον σταθμό μετασχηματιστή και στη συνέχεια στη γραμμή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ρότορας Υδρογεννήτριας:

Στην αίθουσα τουρμπίνας του υδροηλεκτρικού σταθμού, εγκαθίστανται υδραυλικές μονάδες που μετατρέπουν την ενέργεια της ροής του νερού σε ηλεκτρική ενέργεια και βρίσκονται όλες οι απαραίτητες συσκευές διανομής, καθώς και συσκευές ελέγχου και παρακολούθησης για τη λειτουργία του υδροηλεκτρικού σταθμού. απευθείας στο κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού.

Η απόδοση ενός υδροηλεκτρικού σταθμού εξαρτάται από την ποσότητα και την πίεση του νερού που διέρχεται από τους στρόβιλους. Η άμεση πίεση επιτυγχάνεται λόγω της κατευθυνόμενης κίνησης της ροής του νερού. Αυτό μπορεί να είναι το νερό που συσσωρεύεται στο φράγμα όταν ένα φράγμα κατασκευάζεται σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία στον ποταμό, ή η πίεση συμβαίνει λόγω εκτροπής της ροής - δηλαδή, όταν το νερό εκτρέπεται από το κανάλι μέσω μιας ειδικής σήραγγας ή καναλιού. Άρα, οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι φράγμα, παράγωγο και φράγμα.

Οι πιο συνηθισμένοι υδροηλεκτρικοί σταθμοί φραγμάτων βασίζονται σε ένα φράγμα που φράζει την κοίτη του ποταμού.Πίσω από το φράγμα, το νερό ανεβαίνει, συσσωρεύεται, δημιουργώντας ένα είδος στήλης νερού που παρέχει πίεση και πίεση. Όσο υψηλότερο είναι το φράγμα, τόσο ισχυρότερη είναι η πίεση. Το ψηλότερο φράγμα στον κόσμο, με ύψος 305 μέτρα, είναι το φράγμα Jinping 3,6 GW στον ποταμό Yalongjiang στο δυτικό Σιτσουάν στη νοτιοδυτική Κίνα.

Τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια είναι δύο τύπων. Εάν το ποτάμι έχει μια μικρή βουτιά, αλλά είναι σχετικά άφθονο, τότε με τη βοήθεια ενός φράγματος που φράζει το ποτάμι, δημιουργείται επαρκής διαφορά στα επίπεδα του νερού.

Πάνω από το φράγμα σχηματίζεται δεξαμενή, η οποία εξασφαλίζει ομοιόμορφη λειτουργία του σταθμού καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Κοντά στην όχθη κάτω από το φράγμα, σε κοντινή απόσταση από αυτό, τοποθετείται υδροστρόβιλος, συνδεδεμένος με ηλεκτρική γεννήτρια (κοντά στο σταθμό του φράγματος). πλοία.

Εάν ο ποταμός δεν είναι πολύ πλούσιος σε νερό, αλλά έχει μεγάλη βύθιση και γρήγορο ρεύμα (για παράδειγμα, ορεινά ποτάμια), τότε μέρος του νερού εκτρέπεται κατά μήκος ενός ειδικού καναλιού, το οποίο έχει πολύ χαμηλότερη κλίση από το ποτάμι. Αυτό το κανάλι έχει μερικές φορές μήκος αρκετά χιλιόμετρα. Μερικές φορές οι συνθήκες πεδίου αναγκάζουν το κανάλι να αντικατασταθεί από μια σήραγγα (για σταθμούς παραγωγής ενέργειας). Αυτό δημιουργεί μια σημαντική διαφορά στάθμης μεταξύ της εξόδου του καναλιού και του κατάντη του ποταμού.

Στο τέλος του καναλιού το νερό εισέρχεται σε σωλήνα με μεγάλη κλίση, στο κάτω άκρο του οποίου υπάρχει υδραυλικός στρόβιλος με γεννήτρια. Λόγω της σημαντικής διαφοράς στάθμης, το νερό αποκτά μεγάλη κινητική ενέργεια, αρκετή για να τροφοδοτήσει τον σταθμό (σταθμοί εξαγωγής).

Τέτοιοι σταθμοί μπορούν να έχουν μεγάλη χωρητικότητα και να ανήκουν στην κατηγορία των περιφερειακών σταθμών παραγωγής ενέργειας (βλ. Μικρά υδροηλεκτρικά εργοστάσια).Στις μικρότερες εγκαταστάσεις, η τουρμπίνα αντικαθίσταται μερικές φορές από έναν λιγότερο αποδοτικό, φθηνότερο τροχό νερού.

Το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού Zhigulev από τις πηγές

Σχηματικό διάγραμμα των ηλεκτρικών συνδέσεων του HPP Zhigulev

Ένα τμήμα μέσα από το κτίριο του υδροηλεκτρικού σταθμού Zhigulev. 1 — έξοδοι για άνοιγμα RU 400 kV. 2 — δάπεδο καλωδίων 220 και 110 kV. 3 — δάπεδο ηλεκτρικού εξοπλισμού, 4 — εξοπλισμός ψύξης μετασχηματιστή. 5 — κανάλια διαύλου που συνδέουν τις περιελίξεις τάσης της γεννήτριας των μετασχηματιστών σε "τρίγωνα". 6 — γερανός χωρητικότητας 2Χ125 τόνων. 7 — γερανός χωρητικότητας 30 τόνων. 8 — γερανός χωρητικότητας 2Χ125 τόνων. 9 — δομή συγκράτησης απορριμμάτων. 10 — γερανός χωρητικότητας 2Χ125 τόνων. 11 — μεταλλική γλώσσα. 12 — γερανός χωρητικότητας 2Χ125 τόνων.

Το Zhigulev HPP είναι το δεύτερο μεγαλύτερο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο στην Ευρώπη, το 1957-1960 ήταν το μεγαλύτερο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο στον κόσμο.

Η πρώτη μονάδα του σταθμού ισχύος 105 χιλιάδων KW τέθηκε σε λειτουργία στα τέλη του 1955, το 1956 τέθηκαν σε λειτουργία άλλες 11 μονάδες για 10 μήνες. 1957 — οι υπόλοιπες οκτώ μονάδες.

Σε υδροηλεκτρικούς σταθμούς έχει εγκατασταθεί και λειτουργεί μεγάλος αριθμός νέων, σε ορισμένες περιπτώσεις μοναδικές, ενεργειακές εγκαταστάσεις.

Τύποι υδροηλεκτρικών σταθμών και οι συσκευές τους

Εκτός από το φράγμα, το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο περιλαμβάνει κτίριο και εξοπλισμό διανομής. Ο κύριος εξοπλισμός του υδροηλεκτρικού σταθμού βρίσκεται στο κτίριο, εδώ εγκαθίστανται τουρμπίνες και γεννήτριες. Εκτός από το φράγμα και το κτίριο, το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο μπορεί να έχει κλειδαριές, υπερχειλιστές, περάσματα ψαριών και ανελκυστήρες σκαφών.

Κάθε υδροηλεκτρικός σταθμός είναι μια μοναδική δομή, επομένως το κύριο χαρακτηριστικό γνώρισμα των υδροηλεκτρικών σταθμών από άλλους τύπους βιομηχανικών σταθμών παραγωγής ενέργειας είναι η ατομικότητά τους. Παρεμπιπτόντως, η μεγαλύτερη δεξαμενή στον κόσμο βρίσκεται στην Γκάνα, είναι η δεξαμενή Akosombo στον ποταμό Volta. Καλύπτει 8.500 τετραγωνικά χιλιόμετρα, δηλαδή το 3,6% της έκτασης ολόκληρης της χώρας.

Εάν υπάρχει σημαντική κλίση κατά μήκος της κοίτης του ποταμού, τότε εγκαθίσταται υδροηλεκτρικός σταθμός παραγωγής. Δεν είναι απαραίτητο να κατασκευαστεί μια μεγάλη δεξαμενή για φράγματα, αντίθετα το νερό κατευθύνεται μόνο μέσω ειδικά ανεγερμένων καναλιών νερού ή σηράγγων απευθείας στο κτίριο του σταθμού παραγωγής ενέργειας.

Μικρές λεκάνες ημερήσιας ρύθμισης διατάσσονται μερικές φορές σε παράγωγους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, οι οποίοι επιτρέπουν τον έλεγχο της πίεσης και συνεπώς της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται, ανάλογα με την υπερφόρτωση του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι εγκαταστάσεις αποθήκευσης με αντλία (PSPP) είναι ένας ειδικός τύπος υδροηλεκτρικού σταθμού. Εδώ, ο ίδιος ο σταθμός έχει σχεδιαστεί για να εξομαλύνει τις καθημερινές διακυμάνσεις και τα φορτία αιχμής σύστημα ισχύος, και έτσι να βελτιώσει την αξιοπιστία του ηλεκτρικού δικτύου.

Ένας τέτοιος σταθμός μπορεί να λειτουργήσει τόσο σε λειτουργία γεννήτριας όσο και σε λειτουργία αποθήκευσης, όταν αντλίες αντλούν νερό στην επάνω λεκάνη από την κάτω λεκάνη. Μια λεκάνη σε αυτό το πλαίσιο είναι ένα αντικείμενο λεκάνης που είναι μέρος μιας δεξαμενής και γειτνιάζει με μια υδροηλεκτρική μονάδα.

Ένα παράδειγμα εγκατάστασης αποθήκευσης με αντλία είναι η δεξαμενή Taum Sauk στο Μιζούρι, χτισμένη 80 χιλιόμετρα από τον Μισισιπή, με χωρητικότητα 5,55 δισεκατομμυρίων λίτρων, επιτρέποντας στο σύστημα ισχύος να παρέχει μέγιστη ισχύ 440 MW.