Wykorzystanie energii przepływu wody, urządzenie konstrukcji hydraulicznych elektrowni wodnych (HPP)

Energia przepływu wody

Energia (potencjał), jaką ma przepływ wody, jest określona przez dwie wielkości: ilość przepływającej wody i wysokość jej spadku do ujścia.

W stanie naturalnym energia przepływu rzeki jest zużywana na erozję koryta, przenoszenie cząstek gleby, tarcie o brzegi i dno.

W ten sposób energia przepływu wody rozkłada się w całym przepływie, choć nierównomiernie — w zależności od nachylenia dna i wtórnego natężenia przepływu wody. Aby wykorzystać energię przepływu na określonym obszarze, konieczne jest skoncentrowanie jej w jednym odcinku - w jednym ustawieniu.

Czasami taka koncentracja jest tworzona przez naturę w postaci wodospadów, ale w większości przypadków musi być stworzona sztucznie, przy pomocy konstrukcje hydrauliczne.

Itaipu Hydroelectric Plant to największa elektrownia wodna na świecie do produkcji energii elektrycznej

Energia jest skoncentrowana na placu budowy elektrownie wodne (HPP) dwie drogi:

• tama blokująca rzekę i podnosząca wodę w dorzeczu w górę — w górę N metrów od poziomu dorzecza w dole — w dół. Różnica poziomów w górnym i dolnym biegu rzeki H nazywana jest głową. Elektrownie wodne, w których głowicę tworzy tama, nazywane są elektrowniami wodnymi i są zwykle budowane na płaskich rzekach;

• za pomocą specjalnego kanału obejściowego — kanału derywacyjnego. Stacje derywacyjne budowane są głównie na terenach górskich. Kanał kierunkowy ma bardzo małe nachylenie, więc na jego końcu cała głowa odcinka rzeki otoczona kanałem jest prawie całkowicie skoncentrowana.

Siła przepływu w wyrównaniu konstrukcji jest określona przez ilość wody przepływającej przez bramę w ciągu jednej sekundy, Q i wysokość podnoszenia H. Jeśli Q jest mierzone w m3/s, a H w metrach, to natężenie przepływu w sekcji będzie równe:

Pp = 9,81 * Q * 3 kW.

Tylko część tej mocy, równa wydajności instalacji, zostanie wykorzystana w generatorach elektrowni wodnej. Zatem moc elektrowni na głowicy H i przepływ wody przez turbiny Q wyniesie:

P = 9,81*B* H* wydajność kW.

Maszynownia elektrowni wodnej

W rzeczywistych warunkach pracy elektrowni wodnych część wody może być odprowadzana poza turbiny.

Energia strumieni była wykorzystywana od wieków. Powszechne wykorzystanie energii wodnej stało się możliwe dopiero pod koniec XIX wieku, kiedy została wynaleziona transformator elektryczny i stworzony trójfazowy system prądu zmiennego... Możliwość przesyłania energii na duże odległości umożliwiła wykorzystanie energii najpotężniejszych prądów wodnych.

Chińska elektrownia wodna Trzech Przełomów, położona nad rzeką Jangcy, jest największą na świecie pod względem zainstalowanej mocy.

Kompozycja i układ obiektów hydrotechnicznych elektrowni wodnych

W skład zespołu budowli elektrowni wodnej zaporowej zazwyczaj wchodzą:

• głowa zapory. W górnym biegu zapory powstaje zbiornik o większej lub mniejszej objętości w zależności od warunków topograficznych i wysokości zapory, który reguluje przepływ wody przez turbiny zgodnie z harmonogramem obciążenia;

• budynek hydroelektrowni;

• rynny, o innym przeznaczeniu i odpowiednio innej konstrukcji: do odprowadzania nadmiaru wody niewykorzystywanej w turbinach, np. podczas powodzi (wylewów); do obniżania poziomu wody w wodach rozlewowych, co czasami jest konieczne np. przy naprawie urządzeń hydraulicznych (odwodnienie); do dystrybucji wody pomiędzy użytkownikami wody (ujęcia wodociągowe);

• obiekty transportowe — śluzy żeglowne, zapewniające żeglugę po rzece półki i tratwy do spływu drewnem;

• urządzenia do przepławek dla ryb.

Sekcja dotycząca budowy elektrowni wodnej

Typowe konstrukcje derywacyjnej elektrowni wodnej — kanał przekierowania i orurowanie z kanału do turbin.

Główną wartością, najbardziej odpowiedzialnym technicznie i najdroższym ogniwem w bloku elektrowni wodnych jest zapora. Wzdłuż drogi przepływu wody wyróżnia się tamy:

• głuchyktóre nie pozwalają na przepływ wody;

• przeleww którym woda przelewa się przez grzebień tamy;

• płyta panelowaktóre wpuszczają wodę, gdy osłony (bramy) są otwarte.

Cornalvo to tama w Hiszpanii, w prowincji Badajoz, która działa od prawie 2000 lat.

Tamy są zwykle ziemne i betonowe.

Przekrój poprzeczny zapory ziemnej: 1 — ząb; 2 — warstwa ochronna z piasku i żwiru; 3 — siatka z gliny: 4 — korpus zapory; 5 — wodoodporna warstwa bazowa

Na rysunku przedstawiono profil zapory glinianej zbudowanej na warstwie przepuszczalnej o małej miąższości. Korpus tamy jest odprowadzany z każdej gleby, która nie zawiera dużej ilości zanieczyszczeń organicznych i soli rozpuszczalnych w wodzie.

Podczas wypełniania zapory gruntami przepuszczalnymi w korpusie zapory umieszcza się glinianą siatkę, aby zapobiec filtracji wody. Warstwa przepuszczalna, na której zbudowana jest zapora, jest z tych samych powodów przecięta wodoszczelnym zębem.

Jeśli zapora jest całkowicie wypełniona ziemią gliniastą lub piaszczystą, nie ma potrzeby stosowania bariery przeciwprzesiąkającej. W górnej części ekran pokryty jest ochronną warstwą piasku i żwiru, który z kolei jest chroniony przed erozją falową przez kamienną nawierzchnię (od korony tamy do znaku znajdującego się 0,5 — 0,7 m poniżej najniższego możliwego poziomu wody). w wodach górnych).

Podczas wypełniania glinianej tamy każda warstwa jest starannie zagęszczana za pomocą wałków. Niedopuszczalne jest odprowadzanie wody przez koronę zapory gliniastej ze względu na niebezpieczeństwo jej erozji. Droga jest zwykle budowana wzdłuż korony zapory ziemnej, która określa szerokość korony. Grzbiet jest asfaltowany w zwykły sposób.

Szerokość podstawy zapory zależy od jej wysokości oraz od zakładanego nachylenia skarp do horyzontu. Zbocze górne staje się bardziej płaskie niż zbocze dolne.

Obecnie metoda hydromechanizacji jest szeroko stosowana przy budowie dużych zapór ziemnych.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, zapora grawitacyjna wykonana z betonu

Schemat betonowej zapory ślepej: 1 — odwodnienie zapory; 2 — galeria widokowa; 3 — kolektor; 4 — drenaż fundamentu

Rysunek przedstawia pustą betonową zaporę o regularnym profilu z pasem ruchu na górze. Aby zapewnić bardziej niezawodne połączenie zapory z glebą i brzegami, fundament zapory wykonany jest w postaci kilku półek. Po stronie nacisku znajduje się ząb o głębokości 0,05 — 1,0 Z.

W celu zwalczania filtracji pod zębem umieszcza się kurtyny antyfiltracyjne, przez które poprzez system otworów o średnicy 5 — 15 cm wstrzykuje się roztwór cementu w szczeliny podłoża (gruntu).

Chociaż korpus zapory wykonany jest z litego betonu, woda zawsze przez niego przesiąka. W celu odprowadzenia tej wody w dół w zaporze zaprojektowano system odwadniający składający się ze studzienek pionowych - drenów (o średnicy 20 - 30 cm) wykonanych w korpusie zapory co 1,5 - 3 m.

Spuszczana przez nie woda wpływa do kuwet galerii obserwacyjnej 2, skąd jest prowadzona kolektorami poziomymi 3 do basenu dolnego. Galeria widokowa, która biegnie w korpusie zapory na całej jej długości, służy do monitorowania stanu betonu i filtracji wody.

Pochodne konstrukcje wodociągowe są najczęściej realizowane w postaci otwartego kanału. Na glebach miękkich przekrój koryta jest zwykle trapezowy. Ściany i dno kanału są wyłożone betonem lub asfaltem w celu zmniejszenia filtracji, zapobiegania erozji, zmniejszenia chropowatości i związanych z nią strat ciśnienia. Stosowana jest również okładzina z kostki brukowej.

Kanały przekierowania w glebach skalistych mają przekrój prostokątny.Jeżeli nie ma możliwości wykonania kanału otwartego stosuje się wnęki o przekroju prostokątnym lub kołowym.Woda z kanału przekierowania do turbin jest doprowadzana rurociągami.Rurociągi są metalowe, żelbetowe i drewniane.