Urządzenie i zasada działania elektrowni wodnej

Od czasów starożytnych ludzie wykorzystywali siłę napędową wody. Mieli mąkę w młynach napędzanych prądami wodnymi, spławiali ciężkie pnie drzew w dół rzeki i generalnie wykorzystywali energię wodną do wielu różnych zadań, w tym przemysłowych.

Pierwsze elektrownie wodne

Pod koniec XIX wieku, wraz z początkiem elektryfikacji miast, elektrownie wodne bardzo szybko zaczęły zdobywać popularność na świecie. W 1878 roku w Anglii pojawiła się pierwsza na świecie elektrownia wodna, która wówczas zasilała tylko jedną lampę łukową w galerii sztuki wynalazcy Williama Armstronga… A do 1889 roku w samych Stanach Zjednoczonych było już 200 elektrowni wodnych.

Jednym z najważniejszych kroków w rozwoju energetyki wodnej była budowa w latach 30. XX wieku w USA Zapory Hoovera. Jeśli chodzi o Rosję, to już w 1892 r. zbudowano tu w Rudni Ałtaj nad rzeką Berezowką pierwszą czteroturbinową elektrownię wodną o mocy 200 kW, która miała dostarczać energię elektryczną do odwadniania kopalni Ziryanovsky.Tak więc, wraz z rozwojem elektryczności przez ludzkość, elektrownie wodne wyznaczyły szybkie tempo postępu przemysłowego.

Zasada działania elektrowni wodnej

Współczesne elektrownie wodne to dziś ogromne konstrukcje o mocy zainstalowanej rzędu gigawatów. Jednak zasada działania dowolnej elektrowni wodnej generalnie pozostaje dość prosta i niemal dokładnie taka sama wszędzie. Ciśnienie wody przyłożone do łopatek turbiny hydraulicznej powoduje jej obrót, a turbina hydrauliczna z kolei podłączona do generatora obraca generator. Generator wytwarza energię elektryczną, która i do stacji transformatorowej, a następnie do linii elektroenergetycznej.

Wirnik generatora wodnego:

W hali turbin elektrowni wodnej zainstalowane są zespoły hydrauliczne, które zamieniają energię przepływu wody na energię elektryczną, oraz wszystkie niezbędne urządzenia rozdzielcze, a także urządzenia sterujące i monitorujące pracę elektrowni wodnej bezpośrednio w budynku elektrowni wodnej.

Wydajność elektrowni wodnej zależy od ilości i ciśnienia wody przepływającej przez turbiny. Bezpośrednie ciśnienie uzyskuje się dzięki ukierunkowanemu ruchowi przepływu wody. Może to być woda gromadząca się na tamie, gdy tama jest budowana w określonym miejscu na rzece, lub ciśnienie powstaje w wyniku zmiany kierunku przepływu - to znaczy, gdy woda jest kierowana z kanału przez specjalny tunel lub kanał. Tak więc elektrownie wodne to tama, pochodna i tama.

Najpopularniejsze elektrownie wodne zaporowe oparte są na zaporze blokującej koryto rzeki.Za zaporą woda podnosi się, gromadzi, tworząc rodzaj słupa wody, który zapewnia ciśnienie i ciśnienie. Im wyższa zapora, tym silniejsze ciśnienie. Najwyższą tamą na świecie, o wysokości 305 metrów, jest Jinping Dam o mocy 3,6 GW na rzece Yalongjiang w zachodnim Syczuanie w południowo-zachodnich Chinach.

Elektrownie wodne są dwojakiego rodzaju. Jeśli rzeka ma niewielki spadek, ale jest stosunkowo obfita, wówczas za pomocą tamy blokującej rzekę powstaje wystarczająca różnica poziomów wody.

Nad zaporą powstaje zbiornik, który zapewnia równomierną pracę stacji przez cały rok. W pobliżu brzegu pod zaporą, w bliskiej odległości od niej zainstalowana jest turbina wodna podłączona do generatora elektrycznego (w pobliżu stacji zapory).Jeżeli rzeka jest żeglowna, to na przeciwległym brzegu wykonuje się śluzę umożliwiającą przepływ wody. statki.

Jeśli rzeka nie jest bardzo bogata w wodę, ale ma duże zanurzenie i szybki nurt (na przykład rzeki górskie), wówczas część wody jest kierowana specjalnym kanałem, który ma znacznie niższe nachylenie niż rzeka. Ten kanał ma czasami kilka kilometrów długości. Czasami warunki terenowe wymuszają zastąpienie kanału tunelem (dla elektrowni). Stwarza to znaczną różnicę poziomów między ujściem kanału a dolnym biegiem rzeki.

Na końcu kanału woda wpływa do rury o stromym zboczu, na dolnym końcu której znajduje się turbina hydrauliczna z generatorem. Ze względu na znaczną różnicę poziomów woda uzyskuje dużą energię kinetyczną, wystarczającą do zasilenia stacji (stacji derywacyjnych).

Stacje takie mogą mieć dużą moc i należeć do kategorii elektrowni regionalnych (por. Małe elektrownie wodne).W najmniejszych zakładach turbinę czasami zastępuje się mniej wydajnym, tańszym kołem wodnym.

Budynek elektrowni wodnej Żygulew ze źródeł

Schemat połączeń elektrycznych Zhigulev HPP

Przekrój przez budynek elektrowni wodnej Żygulew. 1 — wyjścia do otwierania RU 400 kV; 2 — piętro kabli 220 i 110 kV; 3 — podłoga urządzeń elektrycznych, 4 — urządzenia chłodnicze transformatorów; 5 — kanały magistrali łączące uzwojenia napięciowe generatora transformatorów w „trójkąty”; 6 — dźwig o ładowności 2X125 ton; 7 — dźwig o udźwigu 30 ton; 8 — dźwig o ładowności 2X125 t; 9 — konstrukcja retencyjna śmieci; 10 — dźwig o ładowności 2X125 ton; 11 — metalowy język; 12 — dźwig o ładowności 2X125 ton.

Zhigulev HPP jest drugą co do wielkości elektrownią wodną w Europie, w latach 1957-1960 była największą elektrownią wodną na świecie.

Pierwszy blok stacji o mocy 105 tys. KW oddano do eksploatacji pod koniec 1955 r., w 1956 r. uruchomiono na 10 miesięcy kolejnych 11 bloków. 1957 — pozostałe osiem jednostek.

W elektrowniach wodnych zainstalowano i pracuje wiele nowych, w niektórych przypadkach unikalnych, obiektów energetycznych.

Rodzaje elektrowni wodnych i ich urządzenia

Oprócz tamy elektrownia wodna obejmuje budynek i rozdzielnicę. Główne wyposażenie elektrowni wodnej znajduje się w budynku, tutaj zainstalowane są turbiny i generatory. Oprócz tamy i budynku elektrownia wodna może mieć śluzy, przelewy, przepławki dla ryb i podnośniki dla łodzi.

Każda elektrownia wodna jest unikalną konstrukcją, dlatego głównym wyróżnikiem elektrowni wodnych spośród innych typów elektrowni przemysłowych jest ich indywidualność. Nawiasem mówiąc, największy zbiornik na świecie znajduje się w Ghanie, jest to zbiornik Akosombo na rzece Volta. Obejmuje 8500 kilometrów kwadratowych, co stanowi 3,6% powierzchni całego kraju.

Jeśli wzdłuż koryta rzeki występuje znaczne nachylenie, wówczas powstaje hydroelektrownia derywacyjna. Nie jest konieczne budowanie dużego zbiornika na tamy, zamiast tego woda jest kierowana wyłącznie specjalnie wybudowanymi kanałami wodnymi lub tunelami bezpośrednio do budynku elektrowni.

W hydroelektrowniach pochodnych urządzane są czasem niewielkie baseny dobowe, które umożliwiają regulację ciśnienia, a tym samym ilości wytwarzanej energii elektrycznej, w zależności od przeciążenia sieci elektroenergetycznej.

Elektrownie szczytowo-pompowe (PSPP) to szczególny rodzaj elektrowni wodnych. Tutaj sama stacja ma za zadanie wygładzić dobowe wahania i obciążenia szczytowe system zasilania, a tym samym poprawić niezawodność sieci elektroenergetycznej.

Taka stacja może pracować zarówno w trybie generatora, jak iw trybie przechowywania, gdy pompy pompują wodę do górnego basenu z dolnego basenu. Basen w tym kontekście to obiekt basenowy, który jest częścią zbiornika i sąsiaduje z elektrownią wodną. Upstream to upstream, downstream to downstream.

Przykładem elektrowni szczytowo-pompowej jest Taum Sauk Reservoir w Missouri, zbudowany 80 kilometrów od Mississippi, o pojemności 5,55 miliarda litrów, co pozwala systemowi elektroenergetycznemu zapewnić moc szczytową 440 MW.