На чем работает гэс: Гидроэлектричество — Hydroelectricity — qaz.wiki

От приливных электростанций к гидроэнергетике будующего

Генерация электроэнергии, основанная на использовании солнца и ветра, отличается непостоянством. Ветер бывает далеко не всегда, а солнце нередко закрывают тучи. Гораздо более стабильным источником энергии является течение воды. Речные гидроэлектростанции известны давно. Однако для их установки требуется определенный рельеф местности, который не всегда возможно найти, особенно на побережье морей и океанов. Но в этих же местах вполне реально использовать энергию приливов и отливов. Приливная энергетика имеет ряд преимуществ, а технические решения, разработанные для таких электростанций, способны вывести и традиционные ГЭС на принципиально новый уровень.

Процессы, происходящие на Земле, находятся под непосредственным влиянием близко расположенных к нашей планете небесных тел, в первую очередь, Солнца и Луны. В частности, под действием сил гравитации по отношению к указанным планетам в озерах, морях и океанах наблюдается такие явления, как приливы и отливы. Эти передвижения водных масс могут быть использованы для выработки электроэнергии.

Приливы и отливы, происходящие под влиянием Солнца, намного менее значительны, чем приливы и отливы, обусловленные действием Луны. Кроме этого, в озерах данные явления дают перепад уровня воды, недостаточный для выработки электроэнергии в промышленных масштабах. Зато значительные перепады наблюдаются в устьях рек, впадающих в моря и океаны. Соответственно, для выработки электричества практически можно использовать приливы и отливы в морях, океанах, а также в устьях, впадающих в них рек. Считается, что перепад уровней воды между приливом и отливом должен быть не менее 4 метров. Предприятия, вырабатывающие энергию таким образом, получили название приливных электростанций (ПЭС).

Мельницы, работающие на энергии приливов и отливов, были известны еще в Римской империи. Первая ПЭС была построена в 1913 году, она располагалась в бухте Ди неподалеку от Ливерпуля (Великобритания). Ее мощность составляла всего 0,635 МВт.

Всерьез воспринимать приливную электроэнергетику стали только в 1966 году, когда в Ля-Ранс (Франция) была запущена крупнейшая по тем временам ПЭС мощностью 240 МВт. На ней установлены 24 турбины. Функционирование такой электростанции оказалось выгодным делом. Если сравнивать, например, с атомными электростанциями, то стоимость выработки киловатт-часа на ПЭС Ля-Ранс оказывается в 1,5 раза дешевле.

После успеха французской ПЭС такие электростанции стали строить по всему миру. Правда, до сих пор ПЭС так и не вышли из области экзотики. Подтверждением тому являются около 200 тыс. туристов, ежегодно приезжающих в Ля-Ранс посмотреть на диковинку.

В СССР первой и единственной электростанцией, работающей на таком принципе, стала Кислогубская ПЭС, запущенная в 1968 году. Она расположена в Мурманской области на берегу Баренцева моря, в губе Кислая. На этой ПЭС были предусмотрены два места под гидроагрегаты. На одном из них при строительстве был установлен гидроагрегат французского производства мощностью 0,4 МВт. Другое место было зарезервировано под установку советского гидроагрегата для ПЭС, когда такой будет создан. К сожалению, проект создания отечественного оборудования для ПЭС в те годы так и не был реализован. В 1994 году, в связи с проблемами в экономике, Кислогубская ПЭС была законсервирована.

К развитию приливной энергетики в России вернулись десять лет спустя, в 2004 году. Кислогубскую ПЭС расконсервировали и установили вместо прежнего импортного отечественный агрегат мощностью 0,2 МВт. А в 2007 году запустили новый энергоблок мощностью 1,5 МВт. Собственником Кислогубской ПЭС сейчас является ОАО «РусГидро». На момент написания статьи в России существовало несколько проектов постройки ПЭС, правда, строительство ни одной из электростанций пока не было реализовано.

Конструкция ПЭС

По своей конструкции ПЭС делятся на плотинные и бесплотинные. Плотинные ПЭС, на первый взгляд, имеют много общего с традиционными ГЭС. Участок моря отгораживается плотиной, в которой есть протоки, где установлены турбины. Другой вариант — перекрытие плотиной устья реки или уже имеющегося залива. В отличие от традиционных ГЭС, гидрогенераторы, как правило, являются обратимыми, т.е. способны вырабатывать электроэнергию как при прямом, так и при обратном движении воды.

ПЭС Ля-Ранс, Кислогубская станция и большинство других ПЭС в мире являются плотинными. При этом плотина нередко выполняет дополнительные функции. Например, через плотину ПЭС Ля-Ранс проходит высокоскоростная автомобильная трасса. Самая большая в мире Сихвинская ПЭС мощностью 254 МВт, расположенная на северо-западном побережье Южной Кореи (запущена в 2011 году), своим возникновением обязана неудавшемуся проекту созданию резервуара пресной воды для орошения, для чего в заливе была построена дамба. Кстати, особенностью Сихвинской ПЭС является работа генераторов исключительно во время прилива, то есть они не являются обратимыми. Связано это не с целью упростить конструкцию, а с необходимостью сделать слив воды более быстрым, чем наполнение по соображениям экологии, чтобы вода не застаивалась.

В бесплотинных ПЭС гидроагрегаты устанавливаются на дне морского пролива, где приливы и отливы создают течения с большой скоростью. Примером такой ПЭС является рядом с островом Рузвельта (США). Преимуществом бесплотинных ПЭС является дешевизна их строительства, недостатками — малая мощность и малое количество мест на Земле, где их можно разместить.

Главной технической проблемой, связанной с реализацией ПЭС, является низкий напор воды. В традиционных ГЭС напор воды, как правило, измеряется десятками метров, минимальное значение — 3 м. В ПЭС напор воды не превышает 13 м, при этом гидроагрегаты должны «уметь» генерировать электроэнергию уже при напоре 1 м.

В XX веке на ПЭС использовались так называемые осевые турбины, в которых поток воды двигается в направлении оси вращения колеса. Осевые турбины, способные работать на ПЭС, стоят в несколько раз дороже турбин для гидроагрегатов той же мощности, используемых на традиционных ГЭС. Это обстоятельство на протяжении многих лет сдерживало развитие приливной энергетики.

В середине 80-х годов XX века в Канаде и Японии было предложено использовать для ПЭС так называемые ортогональные турбины. Особенностью конструкции таких турбин являются лопасти, поворачивающиеся под действием потока воды таким образом, чтобы всегда быть расположенными перпендикулярно потоку. Ортогональные турбины стоят намного дешевле осевых, но недостатком имевшейся тогда конструкции был низкий КПД, не превышавший 40%. Поэтому идею использования ортогональных турбин за рубежом быстро забросили.

В СССР, а потом и в России направление ортогональных турбин продолжили развивать, достигнув в этом значительных успехов. В 1989-2000 гг. Научно-исследовательский институт энергетических сооружений создал конструкцию ортогональной турбины с КПД до 70%. Именно такие турбины отечественного производства установлены на возрожденной Кислогубской ПЭС. И, если изначально наша страна использовала в приливной энергетике французские технологии, то теперь во Франции испытывают турбины российской разработки на предмет их использования у себя.

Экологическая безопасность

Традиционные ГЭС, точно так же, как солнечные и ветряные электростанции, используют возобновляемые источники энергии. Тем не менее, ГЭС не принято относить к объектам альтернативной энергетики, которая, как известно, развивается для сохранения окружающей среды. И дело не только в том, что ГЭС известны уже почти полтора века и являются основой энергетики во многих странах. У экологов есть претензии не только к ТЭС и АЭС, но и к традиционным ГЭС. При строительстве ГЭС зачастую затапливаются большие пространства. При перекрытии рек нарушаются маршруты миграции рыб, в результате чего сокращается биологическое разнообразие. Самый известный пример — сокращение поголовья осетровых рыб в результате перекрытия в 50-60-х годах Волги каскадом ГЭС. Помимо перекрытия маршрутов миграции рыб, также есть проблема гибели мальков в турбинах ГЭС, так как вода проходит через них под большим напором.

Для создания ПЭС можно использовать имеющиеся заливы и устья рек, нет необходимости затапливать большие площади. Из-за малого напора воды значительная часть мальков, попавших в турбины, выживает. Мало того, при необходимости, для решения тех или иных экологических задач можно организовать на постоянной или временной основе работу гидроагрегатов только для одного направления потока воды. При этом даже не придется строить дополнительные шлюзы — в современных ПЭС поток воды через неработающую турбину на 40% больше, чем в моменты, когда вырабатывается электроэнергия. Полвека эксплуатации мощных ПЭС показали, что они не наносят какого-либо заметного ущерба окружающей среде.

В прессе можно встретить «страшилки» про вред, обусловленный распространением ПЭС, который может привести к замедлению вращения Земли в результате отъема энергии от морских приливов. Но строгие научные расчеты показывают, что, даже если всю электроэнергию, потребляемую человечеством, вырабатывать, используя только ПЭС, на скорость вращения Земли это не окажет никакого существенного влияния.

Недостатки ПЭС

Размещение ПЭС возможно только на морском берегу, либо в устье рек в прибрежной зоне. Это само по себе не является недостатком, если позиционировать ПЭС в качестве решения для автономного снабжения электроэнергией удаленных поселений, расположенных на морских берегах. Но в реальности придется все равно тянуть ЛЭП в поселок, где установлена ПЭС. Причина заключается в том, что электроэнергия вырабатывается не круглосуточно, а в определенные промежутки времени.

Цикличность выработки электроэнергии характерна и для многих других видов альтернативной энергетики, например, для солнечной генерации. Мало того, если солнечная электростанция в некоторые, особенно пасмурные дни, может вообще не давать электроэнергию, то приливы и отливы при правильном размещении ПЭС происходят в любую погоду.

Но есть существенное отличие. Цикличность работы солнечной электростанции в точности совпадает с ритмом хозяйственной деятельности. Пик генерации приходится примерно на середину дня, как раз тогда работают все промышленные предприятия, и есть большая потребность в электроэнергии. ПЭС работают совсем в другом ритме.

Промежуток времени между максимальным и минимальным уровнями воды в море составляет 6 ч 12,5 мин. Когда уровень воды на минимуме или максимуме, генерации электроэнергии не происходит. В промежутке между ними находятся периоды времени длительностью 4-5 ч, когда электроэнергия вырабатывается.

Приливы и отливы происходят с периодичностью 12 ч 25 мин. В итоге полный цикл работы ПЭС укладывается в так называемые приливные сутки, длительность которых составляет 24 ч 50 мин.

Из-за того, что приливные сутки на 50 мин длиннее солнечных, в общем случае невозможно согласовать периодичность промежутков генерации с периодичностью пиков энергопотребления. Выходом может быть накапливание электроэнергии в аккумуляторах. Но на нынешнем уровне развития технологий накопления электроэнергии это обстоятельство сводит на нет такие преимущества ПЭС, как дешевизна вырабатываемого электричества, а также отсутствие вредных воздействий на природу (производство и утилизация аккумуляторов связаны со значительным загрязнением окружающей среды).

Будущее ПЭС

Тем не менее, ПЭС в обозримом будущем могут занять определенную нишу на рынке электрогенерации, важно лишь научиться использовать цикл работы равный приливным суткам. Здесь могут быть несколько вариантов.

Можно рассматривать ПЭС как резервные источники энергоснабжения, позволяющие восполнить дефицит электроэнергии на время отключения традиционных электростанций для их обслуживания. Тогда график планового отключения объектов электроэнергетики нужно будет привязать к графику приливов и отливов.

Также решением проблемы станет льготный тариф для зарядки электромобилей, который будет привязан к пикам генерации ПЭС. Поскольку электромобили занимают все большую долю в общем энергопотреблении, то тем самым будут сформированы пики энергопотребления в ритме приливных суток.

Но наиболее полно возможности ПЭС будут раскрыты при повсеместном внедрении интеллектуальных систем распределения электроэнергии. Такие системы направляют электроэнергию в реальном масштабе времени туда, куда нужно. В этих условиях ПЭС становятся инструментом уменьшения общей нагрузки на энергосистему и, значит, снижения потерь при передаче электроэнергии. Тем не менее, полностью перевести энергосистему на ПЭС даже в далеком будущем невозможно, такие станции все равно будут выполнять вспомогательную роль.

Низконапорные ГЭС

Хотя ПЭС имеют ограниченное применение, научные исследования, проведенные в рамках работ по их созданию, дали результаты, которые, ни много, ни мало, способны уже в ближайшем будущем изменить облик гидроэлектроэнергетики. Речь идет о гидроагрегатах, способных вырабатывать электроэнергию при малом напоре воды.

Например, сейчас ведутся разработки по созданию волновых ГЭС, то есть электростанций, использующих энергию морских волн, в том числе и на базе ортогональных турбин. Но самым перспективным направлением являются так называемые низконапорные ГЭС, устанавливаемые на реках.

Низконапорная ГЭС позволяет вообще обойтись без плотины (если она установлена на реке с быстрым течением), либо ограничиться установкой небольшой плотины, не приводящей к значительному затоплению окружающих пространств. Так же, как и ПЭС, низконапорные ГЭС отличаются большей выживаемостью мальков рыб. И, самое главное, низконапорные ГЭС можно строить на небольших речках, где возведение традиционных ГЭС невозможно в принципе.

Таким образом, низконапорные ГЭС дают те же самые преимущества, что и использование энергии ветра и солнца: приближение генерации к потребителю, почти полное отсутствие негативного воздействия на окружающую среду, возможность владения электрогенератором частным лицом или небольшой независимой компанией, что создает реальную конкуренцию на рынке электроэнергии. Использования интеллектуальных систем распределения электроэнергии позволяет малым ГЭС точно так же делиться излишками выработанного электричества. Только вот у низконапорной ГЭС генерация электроэнергии куда более стабильная, чем у ветряков и солнечных батарей. Единственная проблема — возможное пересыхание русла небольшой реки, но она возникает летом в солнечную погоду, когда много электроэнергии вырабатывают солнечные электростанции. Интеллектуальные системы позволят в такой ситуации перебросить излишки электроэнергии от солнечных электростанций туда, где в электричестве есть дополнительная потребность.

Пять вопросов о Богучанской ГЭС

А нужна ли вообще БоГЭС, если в Сибири и так много мощных ГЭС? 

Вопрос, казалось бы, совершенно безумный – как это не нужна ГЭС, производящая в среднем более 13 млрд кВт*час в год чистой и возобновляемой электроэнергии (фактическая выработка в период маловодья, проектная еще на 4 млрд кВт*час больше)? Но время от времени он звучит и по сей день, а в период строительства стоял намного острее. Про жертвы ради Братской ГЭС написал Валентин Распутин в «Прощании с Матерой», и это стало классикой. Но у Богучанской станции тоже есть подобная книга – «Зона затопления» Романа Сенчина. 

К тому же в Сибири работают такие гиганты как Саяно-Шушенская, Братская, Красноярская и Усть-Илимская ГЭС. Казалось бы, куда тут еще одной, тем более тоже достаточно мощной станции? Но даже те, кто сомневался в перспективах достройки ГЭС, приводили аргументы в ее пользу. Так, нынешний губернатор Иркутской области Сергей Левченко, будучи еще депутатом Госдумы и членом комитета по энергетике, в одном из интервью 2011 года заявил: «В настоящее время мы имеем парк достаточно изношенного оборудования, которое эксплуатируется в новых условиях. Только на станциях энергосистемы Сибири: на Красноярской ГЭС – 30% оборудования работает за пределами нормативного срока, на Братской ГЭС – более 50%, на Иркутской ГЭС – 77%». С тех пор прошло много времени, оборудование на станциях активно обновляют, для чего часть агрегатов приходится время от времени останавливать. 

Добавьте к этому фактор маловодья в бассейне Байкала, Селенги и Ангары, продолжавшегося с осени 2014 по весну 2018 года. А дефицита энергии в крупнейших промышленных регионах Сибири, потребляющих около 50 млрд кВт*час в год (Иркутской области и Красноярском крае), не было и нет – во многом благодаря тому, что Богучанская ГЭС внесла серьезный вклад в суммарную выработку ОЭС Сибири (где на ГЭС приходится порядка 50%). 

Казалось бы, Богучанская ГЭС в Красноярском крае, при чем тут Иркутская область? Но под энергию Богучанской ГЭС была построена схема выдачи мощности, включающая более 1,1 тыс. км ЛЭП на 220 и 500 кВ, в том числе линия на подстанцию «Озерная» в Приангарье. И теперь, в зависимости от спроса, энергию можно направлять из региона в регион, выравнивая суточные и сезонные пики потребления. Чем и пользовалась Иркутская область, покрывающая дефицит собственной выработки за счет соседей – с начала 2018 года регион получил извне 2,7 млрд кВт*час, а Красноярский край поставил
за пределы 8,9 млрд кВт*час. В целом же в 2018 году именно ГЭС несли в Сибири основную нагрузку по обеспечению спроса на электроэнергию: суммарная выработка составила
75,76 млрд кВт* час (из которых около 11 млрд приходится на долю Богучанской ГЭС). Выработка тепловых станций и электростанций промышленных предприятий составила 73,3 млрд кВт*час.

Как устроена Саратовская ГЭС | Как это сделано

Ежедневно включая свет, компьютер, телевизор и другие бытовые приборы мы даже не задумываемся, откуда к нам поступает электроэнергия. Основными производителями электроэнергии являются Атомные электростанции, Тепловые электростанции и самые экологически чистые Гидроэлектростанции. Гидроэлектростанции вырабатывают более 16% электроэнергии в мире и без них не может существовать ни одна энергосистема. Только гидроэлектростанции способны за несколько минут резко снизить мощность и оперативно отреагировать на пиковые нагрузки энергопотребления. Посмотрим на примере Саратовской ГЭС как устроена гидроэлектростанция.

Саратовская ГЭС (имени Ленинского комсомола) — седьмая ГЭС в Волжско-Камском каскаде. Находится она не в Саратове, а чуть выше по течению, в г. Балаково. В г. Балаково находится ещё и Балаковская АЭС. Пруд-охладитель АЭС является частью Саратовского водохранилища. По мощности Саратовская ГЭС входит в десятку крупнейших в стране. Здание ГЭС самое протяженное в Европе и его длинна составляет 1136 метров. Комплекс ГЭС не только вырабатывает экологически чистую электроэнергию, но и поддерживает определенный уровень воды в реке. По сооружениям ГЭС проходят автодорожный и железнодорожный переходы. Строительство ГЭС началось в 1956, закончилось в 1971.

Визитной карточкой Саратовской ГЭС являются 4 козловых крана грузоподъемностью до 400 тонн.

Они служат для монтажа гидроагрегатов и обслуживания затворов и сороудерживающих решеток.

Крыша здания станции разборная, именно через нее осуществляется монтаж и демонтаж оборудования.

В здании ГЭС установлено 24 гидроагрегата, работающих при расчётном напоре 9,7 м:

21 поворотно-лопастной гидроагрегат ПЛ-20/661-ВБ-1030 мощностью по 60 МВт,

2 горизонтальных капсульных гидроагрегата ПЛ-20/548-ГК-750 мощностью по 45 МВт (в настоящее время заменены на новые 54МВт),

Макет капсульного гидроагрегата.

также имеется 1 гидроагрегат рыбохода ПЛ-661-ВБ-500 мощностью 10 МВт и обеспечивает собственные нужды станции.

Гидроагрегат состоит из турбины и гидрогенератора. Для выработки электроэнергии нужен достаточный напор воды. Напор создается между разницей верхней части (верхний бьеф) реки и нижней (нижний бьеф). На Саратовской ГЭС средний перепад воды 12 метров. Это самая низконапорная ГЭС на Волжско-Камском каскаде.

Турбины ГЭС низкооборотные. Скорость вращения всего 50 оборотов в минуту. Диаметр рабочего колеса турбины составляет 10,3 метра,

Лопатки направляющего аппарата турбины.

Ротор и подпятник гидрогенератора. Колесо генератора крутится, но из-за большой выдержки оно кажется статичным.

Машинный зал ГЭС длиной 990 м (самый протяжённый среди гидроэлектростанций России) и шириной 21,9 м.

За красоту отделки Саратовскую ГЭС называют седьмой жемчужиной на Волге. Зимние сады с вечнозелеными растениями располагаются через каждые 4 агрегата.

С этого места осуществляется управление сразу 4-мя гидроагрегатами.

Вся информация о выработанной электроэнергии поступает на Центральный пункт управления (ЦПУ) Саратовской ГЭС. Именно отсюда осуществляется управление всеми системами ГЭС.

С помощью электрического оборудования полученная энергия через трансформаторную подстанцию с распределительными устройствами подается в энергосистему России по ЛЭП в 220 и 500 киловольт.

Огромное спасибо пресс-службе компании «РусГидро» за организацию посещения интереснейшего места на карте нашей страны.

Источник

Проблемы гидроэнергетики, влияние на экологию, ГЭС и экосфера

Общий вклад гидроэнергетики в производстве электроэнергии достаточно скромен – в мировых масштабах он составляет около 6%. В то же время во многих странах этот показатель достаточно высок: Норвегия с помощью ГЭС полностью удовлетворяет свои потребности, Бразилия, Канада и Швеция – на 50 %, а Россия – на 20%. Большие надежды на потенциал своих рек возлагает правительство Китая, так как страна просто задыхается от смога, главным источником которого являются тепловые электростанции, работающие на каменном угле.

Самая главная проблема развития этой отрасли – это отчуждение значительных территорий (в том числе и плодородных земель) под водохранилища. Например, в той же России, в процессе строительства ГЭС под водой оказалась площадь не менее 6 млн. гектаров. Понятно, что местная экосистема при этом была полностью разрушена.

Необходимо также отметить, что и окружающие водохранилища земли подвергаются периодическому затоплению из-за повышения уровня грунтовых вод. Их, как правило, переводят в разряд заболоченных, при этом их доля может составлять до 10% от всех подвергшихся затоплению.

Еще одна проблема – абразия, которая подразумевает разрушение в результате воздействия воды береговой линии. Такие процессы, как правило, могут длиться целыми десятилетиями, и их следствием становится переработка больших объемов грунта. Это приводит к таким негативным процессам, как загрязнение воды и резкое увеличение заиления самих водохранилищ.

Такие последствия позволяют делать вывод о том, что строительство ГЭС с соответствующей организацией водохранилищ резко меняет гидрологический режим задействованных рек и приводит к серьезным изменениям имеющихся экосистем.

Нельзя не отметить и постоянно снижение качества воды в водохранилищах. В них происходит аккумуляция попавшей под воду разлагающейся органики (деревья, гумус почвы, другие остатки растительного происхождения) из-за слабых водообменных процессов.

Также в водохранилищах наблюдается существенное прогревание воды в теплый период, что приводит к снижению в ней кислорода и развитию других негативных процессов, связанных с так называемым тепловым загрязнением. В результате последнего, а также благодаря накоплению биогенных составляющих из-за слабого обновления водных масс, происходит интенсивное зарастание искусственных водоемов водорослями, в том числе и ядовитыми (например, цианями).

Это приводит к гибели многих видов местных экосистем, возрастает заболеваемость рыб при снижении их вкусовых качеств. При этом разрушаются традиционные пути миграции различных видов рыб во время нереста, разрушаются их кормовые угодья. Так, Волга уже давно утратила свое предназначение, как путь для нереста осетровых с Каспийского моря после того, как она стала практически целой чередой ГЭС и водохранилищ.

Перекрыв реки, гидроэлектростанции фактически становятся аккумуляторами не только биогенных веществ, но также тяжелых металлов, радиоактивных элементов и ядовитых химикатов.

Следуют обратить также внимание и на следующую проблему. Большие площади водной поверхности предполагают и соответствующее увеличение испарение воды. Это приводит к изменению микроклимата, с соответствующим воздействием на местную экосистему (при этом не всегда положительным). Так, в некоторых южных регионах, находящихся в районе водохранилищ, пришлось пересмотреть основные пути развития сельского хозяйства.

В то же время все эти негативные последствия резко снижаются при строительстве таких гидросооружений в горных местностях, так как площадь водохранилищ (при том же объеме) здесь значительно меньше. Здесь существуют свои проблемы – в сейсмоопасных районах возможны землетрясения и оползни, которые чреваты серьезными катастрофами в результате разрушения плотины и резкого сброса огромных водяных масс.

Что такое гидроэнергетика? Взгляд на гидроэнергетический процесс

Комбинация электрических генераторов и гидравлических турбин позволяет гидроэнергетическим системам преобразовывать потенциальную энергию запруженной или проточной воды в полезную электрическую мощность. Хотя это преобразование основано на относительно простых механических свойствах, система, используемая для его достижения, часто бывает сложной по своей конструкции и возможностям. Использование движения воды для работы машин и механических процессов — один из старейших методов производства электроэнергии, используемых в настоящее время.Сегодня в Соединенных Штатах есть тысячи гидроэлектростанций, обеспечивающих значительную часть электроснабжения страны.

Гидравлическая плотина — как плотина вырабатывает электроэнергию?

Большая часть гидроэлектроэнергии вырабатывается из воды, движущейся вниз по склону и протекающей через гидравлическую плотину, где она заставляет вращаться турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие электрический генератор. Большой объем движущейся воды может генерировать огромное количество силы, а способность регулировать скорость потока позволяет гидроэнергетическим системам направлять потенциальную и кинетическую энергию.Гидроэнергетика выгодна тем, что дает меньшее количество отходов при ее эксплуатации, и, хотя ведутся споры относительно ее устойчивости и уровня воздействия на окружающую среду, гидроэнергетика остается важным сегментом мировой энергетики.

Конструкция генератора

— Что такое гидроэлектрический генератор?

Генератор — это сердце гидроэлектростанции, и необходимо понимать, как он функционирует, чтобы понять другие принципы гидроэнергетики. В генераторе электромагнитный заряд создается путем подачи постоянного тока на медную проводку, прикрепленную к сборке из магнитной стали.Эти стальные опоры поля расположены на краю ротора, который связан с вращающейся турбиной. Когда ротор перемещает полюса поля вокруг проводников, встроенных во внешнее колесо, электричество течет и генерирует напряжение в выходных центрах генератора. Генератор обычно помещается в защитную конструкцию, и его запасенная энергия может подаваться в линии электропередач. На более крупных гидроэлектростанциях часто используется несколько генераторов. У плотины Гувера, например, семнадцать отдельных генераторов, которые могут производить до 133 мегаватт энергии.

Функции гидроэлектростанции — как работает гидроэлектростанция?

Для большинства гидроэлектростанций используется плотина, которая образует барьер для сбора большого количества воды в водохранилище. В то время как большинство электростанций полагаются на один резервуар, вода которого проходит через систему перед направлением вниз по течению, гидроаккумулирующая станция может иметь два резервуара. Верхний резервуар работает так же, как резервуар на обычной гидроэлектростанции, но нижний резервуар собирает воду, которая обычно течет вниз по потоку, и перекачивает ее обратно для пополнения первого резервуара, возобновляя цикл потока.Этот процесс позволяет гидроаккумулирующим установкам вырабатывать больше энергии в периоды повышенного потребления. Этапы типичного процесса генерации включают:

• Впуск : Когда плотина открывает свои входы, вода течет в трубопровод, также известный как напорный водовод, который направляет ее к турбинам и создает давление по мере движения воды.
• Вращение турбины : Турбина имеет вертикальные лопасти гребного винта, установленные вдоль вала, соединенного с генератором установки.Когда вода достигает лопастей, она заставляет турбину вращаться вдоль своей оси.
• Текущее производство : Вращающаяся турбина создает соответствующее вращение магнитов вокруг проводников, расположенных внутри генератора, обеспечивая переменный ток.
• Преобразование : Внутри здания генератора трансформатор преобразует переменный ток в электрическое напряжение, которое можно хранить и использовать.
• Распределение : к большинству гидроэлектростанций подключены линии электропередач, которые соответствуют различным уровням напряжения и позволяют отводить энергию от станции.
• Отток : после того, как движение воды было ограничено, трубы выводят ее из установки, где она продолжает течь вниз по потоку или рециркулирует в нижний резервуар.

Мощность гидроэлектроэнергии — Как производится гидроэлектроэнергия?

Мощность гидроэлектростанции по выработке энергии частично зависит от объема доступной воды, скорости, с которой она течет, и высоты, с которой она попадает в установку. Строительство из высокой плотины позволяет воде накапливать больше потенциальной энергии для преобразования в механическую энергию, когда она достигает турбины.Расстояние между поверхностью воды и лопастями турбины известно как гидравлический напор, и оно используется в качестве одного из показателей для определения эффективности выработки энергии электростанцией.

Гидроэлектростанции не сжигают топливо, что снижает эксплуатационные расходы и выбросы. Проблемы с удалением отходов минимальны, а циклы потока воды и дождя обеспечивают недорогой источник энергии, который надежен в течение длительных периодов времени.

Каковы недостатки гидроэнергетики?

Строительство гидроэлектростанции может быть дорогостоящим начальным капиталовложением, а в некоторых случаях гидроэнергетический процесс и его системы могут изменить условия для рыб и других диких животных.Аналогичным образом, краткосрочные колебания в потреблении энергии может быть трудно устранить, если характер осадков не позволяет этого. Для получения дополнительной информации о различных преимуществах и недостатках гидроэнергетики см. Оценку Геологической службы США.

Прочие электрические изделия

Больше от компании Electric & Power Generation

Что такое гидроэлектроэнергия? (с иллюстрациями)

Гидроэлектроэнергия (ГЭС) или гидроэлектроэнергия — это электроэнергия, которая вырабатывается за счет энергии проточной воды.Он имеет то преимущество, что использует только возобновляемые ресурсы и не производит вредных отходов или побочных продуктов, и поэтому рассматривается многими как экологически безопасная альтернатива сжиганию ископаемого топлива, которое по-прежнему обеспечивает большую часть электроэнергии, потребляемой во всем мире. Однако схемы HEP часто встречают серьезное сопротивление на том основании, что сами по себе вызывают серьезные экологические проблемы.

Плотина гидроэлектростанции.

Принцип

Люди веками использовали энергию движущейся воды. В Древней Греции и Китае водяные колеса устанавливали в быстро текущих реках для вращения жерновов и другого оборудования, и они продолжают использоваться сегодня в некоторых частях мира.Фактически, эти устройства используют силу тяжести, поскольку вода перетекает из более высокой области в более низкую.

Корабль проходит через шлюз на плотине Три ущелья, крупнейшей в мире плотине гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции основаны на том же базовом принципе, но вместо прямого использования кинетической энергии сила воды приводит в действие турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие генератор, производя электричество, которое можно использовать на месте или транспортировать в другие регионы.Как и в случае с другими методами генерации электричества с использованием турбин, магниты в турбине движутся относительно проводников статического электричества. Это приводит к протеканию электрического тока по проводникам.

Плотина Гувера — одна из крупнейших в мире гидроэлектростанций.

Существует несколько различных конструкций гидроэлектростанций, но наиболее распространенная из них включает строительство большой плотины через озеро на относительно большой высоте, чтобы сформировать резервуар с водой, и позволяя воде течь из него контролируемым образом. , спуск к генератору, который расположен на более низкой отметке. Расход воды можно увеличить в периоды высокого спроса на электроэнергию и уменьшить, когда спрос ниже. В большинстве случаев вода пополняется за счет дождя, но некоторые электростанции могут использовать избыток электроэнергии для перекачки воды обратно в резервуар в периоды низкого спроса.

Преимущества

Основными преимуществами гидроэнергетики являются ее чистота и возобновляемость.Поскольку он не включает сжигание ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и природный газ, он не производит никаких выбросов вредных загрязнителей, таких как сажа и диоксид серы. Не менее важно то, что он не производит диоксида углерода, газа, который вызывает «парниковый эффект» и который считается ответственным за изменение климата, посредством выработки электроэнергии. Его преимущество перед ядерной энергетикой состоит в том, что он не производит опасных отходов, которые представляют собой долгосрочные проблемы захоронения.

HEP также является возобновляемым, поскольку не использует ограниченный ресурс. В то время как уголь, нефть, природный газ и даже, в конечном итоге, уран закончатся, вода неисчерпаема. После того, как электростанция построена, вода, в которой она нуждается, доступна бесплатно, в отличие от топлива, которое необходимо добывать из земли.Подача воды постоянно обновляется в большинстве областей за счет дождя, что фактически означает, что Солнце обеспечивает энергию, поскольку его тепло испаряет воду с поверхности, которая выпадает в виде дождя.

Недостатки

Хотя HEP является чистым и возобновляемым, он не обязательно является экологически чистым.Крупномасштабные проекты, способные обеспечить значительные объемы электроэнергии, обычно требуют строительства плотин на озерах или реках с последующим затоплением больших участков земли. Это может привести к перемещению людей и разрушению среды обитания. Резкое изменение течения рек также может иметь серьезные последствия для дикой природы, экосистем и, в некоторых случаях, сельского хозяйства. Маршруты мигрирующих рыб, таких как лосось, могут быть заблокированы плотинами, хотя это можно смягчить, установив рыбную лестницу — серию ступеней, которые рыба может преодолеть.

Места, наиболее подходящие для строительства гидроэлектростанций, часто имеют большую живописную красоту и могут потерять часть своей ценности из-за новых дорог, пилонов и других сооружений, связанных с проектом ГЭС. Некоторые проекты имели непредвиденные последствия. Например, Асуанская плотина в Египте, которая очень успешно обеспечивала электроэнергию, также контролировала ежегодное затопление реки Нил вниз по течению.Поначалу это считалось еще одним преимуществом, но наводнения были наполнены илом, богатым питательными веществами, что позволило вести сельское хозяйство вдоль Нила, и как только плотина была построена, весь этот ил бесполезно собирался в водохранилище, лишая земля ниже по течению необходимых питательных веществ. Другая возможная проблема, согласно некоторым исследованиям, заключается в том, что гниющая растительность в районах, затопленных для обеспечения HEP, может выделять значительное количество углекислого газа, сводя на нет преимущества чистой выработки электроэнергии.

Асуанская плотина в Египте успешно обеспечивала электроэнергию и контролировала затопление реки Нил вниз по течению.

Типы гидроэлектростанций или гидроэлектростанций

Типы гидроэлектростанций или гидроэлектростанции могут быть классифицированы по различным категориям в зависимости от расхода воды, напора воды и потребности в поставке нагрузки в разное время года.Сначала мы видим блок-схему различных типов ГЭС :

1. В зависимости от степени регулирования расхода воды:

По степени регулирования расхода воды гидроэлектростанции можно разделить на три категории:

а. Водосточные станции без водоема

г. Сброс речных ГЭС с водоемом

г. Резервуарные электростанции

а. Водосточные станции без водоема

Это ГЭС типа , вода не постоянно.Таким образом, этот тип электростанции не подходит для постоянной устойчивой нагрузки. На электростанции такого типа нет пруда или хранилища. Растение размещают в таком месте, где вода поступает прямо из реки или пруда. Этот тип гидроэлектростанции называется водосточной без водоема. Электростанция производит гидроэлектроэнергию только при наличии воды. Этот тип плана нельзя использовать все время. Во время периода высокого расхода и низкой нагрузки вода тратится впустую, а в периоды обедненного потока производительность плана очень мала.Способность выработки энергии у этого типа плана очень мала, и он производит энергию случайно. Стоимость разработки такой электростанции относительно дешевле, чем строительство гидроэлектростанции на постоянной основе. Хотя она не используется для обеспечения постоянной стабильной нагрузки, ее цель состоит в том, чтобы вырабатывать электроэнергию за счет чрезмерного расхода воды во время паводков, сезона дождей или какой бы поток ни был доступен для экономии наших природных ресурсов энергии, таких как уголь и т. д., дизельное топливо и т. д.

г.Сброс речных ГЭС с водоемом

Этот тип установки используется для увеличения емкости пруда. Пруд используется как накопитель воды для гидроэлектростанции. Увеличенный размер пруда означает, что в установке доступно больше воды, поэтому такой тип гидроэлектростанции является использовался период переменной нагрузки в зависимости от размера водоема. С определенным ограничением, этот тип электростанции может быть частью кривой нагрузки, и он более надежен, чем гидроэлектростанция без водоема. Такой тип электростанции подходит как для базовой нагрузки. или период пиковой нагрузки.В период высокого расхода эта установка подходит для периодов базовой нагрузки и периода обедненного потока, она может использоваться только для обеспечения пиковых нагрузок. В период высокого паводка следует помнить одну вещь, что наводнение не должно повышать уровень воды в хвостовой части. электростанции сохранить сохранение угля.

г. Резервуарные электростанции

Самая гидроэлектростанция в мире — это водохранилище. В этом типе электростанции вода накапливается за плотиной, и вода доступна круглый год даже в засушливый сезон.Этот тип электростанции очень эффективен и используется как в период базовой, так и в пиковой нагрузке в соответствии с требованиями. Что наиболее важно, он также может принимать участие в кривой нагрузки в энергосистеме.

2. По наличию расхода воды

По высоте воды или напору гидроэлектростанции можно разделить на три категории:

а. Низкий напор

г. Средний напор

г. Высокая голова

Низкий, средний, высокий напор. Несмотря на то, что нет никаких правил относительно высоты напора, ниже 30 метров считается низким напором, от 30 до 300 метров называется средним напором, а выше 300 метров называется высоким напором гидроэлектрического электростанция.

а. Низконапорная ГЭС

Блок-схема с низким головной гидро электростанции приведена на рис:

Фрэнсис, Каплан или пропеллерные турбины используются для этого типа гидроэлектростанции. Для создания низкого напора необходимо строительство плотины. Водозаборник или водоем размещается сразу за плотиной для создания необходимого уровня напора. Вода поступает в турбину через напорный водопровод. Гидроэлектростанция этого типа расположена чуть ниже плотины и также создает полезный уровень воды.Для этой станции не требуется уравнительный бак, сама дамба сбрасывает излишки воды из реки. Научный напор низкий, требуется огромное количество воды для вывода желаемой продукции, поэтому для данной установки используются трубы большого диаметра и небольшой длины. Электростанции используют генераторы малой скорости и большого диаметра.

г. ГЭС средней высоты

Блок-схема средней головки гидро электростанции показана ниже:

Передний край предназначен для гидроэлектростанции среднего напора.Это бьеф работаться как всплеск tank.Forebay сливает с рекой, и вода привела к турбине через penstock.Forebay только начало penstock.For низкого завода головы бьефа служит сами расширительным бачком.

г. Высоконапорная ГЭС

Напор этой электростанции составляет более 300 метров. Плотина построена на таком уровне, что образуется максимальный резервный уровень воды. Построен напорный туннель, который соединен с гидрораспределителем. Вода поступает из резервуара в гидрораспределитель по нему. туннель давление, и это является запуск водовода.Уравнительный резервуар также построен до клапана дома, который уменьшает гидравлический удар в напорный трубопровод в случае внезапного закрытия основных ворот воды turbine.Surge бака также хранить некоторую дополнительную воду, которая полезна для спроса выбора нагрузки, потому что он будет служить дополнительную водой к turbine.Valve дом состоит из главных клапана шлюзовых клапанов и автоматических запорных клапанов, которые работают на разрывание напорного и отсечной дальнейшую подачу воды к penstock.The напорному является соединительной трубой, которая подает воду из клапана дома в турбин.Для высокого напора более 500 метров используется турбина с колесом Пелтона, а для более низкого напора — турбина Фрэнсиса.

3. По видам питания

а. Базовая нагрузка

г. Пиковая нагрузка

г. ГАЗ на пиковую нагрузку

а. Базовая нагрузка ГЭС

Это электростанция большой мощности. Эта установка работает как базовая часть кривой нагрузки энергосистемы, поэтому ее называют установками базовой нагрузки. Станция базовой нагрузки подходит для постоянной нагрузки.Коэффициент загрузки этой установки высокий и она выполняется как блочная. В качестве установок базовой нагрузки используются речные установки без пруда и водохранилища.

г. Пиковая нагрузка ГЭС

Эта установка подходит для кривой пиковой нагрузки энергосистемы. При высоком спросе этот тип установки отлично справляется со своей работой. Водосбросные установки с водоемами могут использоваться в качестве установок пиковой нагрузки. При наличии водоснабжения они генерируют большая часть нагрузки в период пиковой нагрузки.Ей нужны огромные складские площади. Резервуары могут использоваться как станции пиковой нагрузки. Этот тип станции может обеспечивать электроэнергию в течение всего года.

г. Насосная ГЭС на пиковую нагрузку

Это уникальная конструкция станций пиковой нагрузки. Здесь используются два типа водоема, называемые верхним водным прудом и нижним водоемом. Два водоема соединены между собой напорным водоводом. Основная генерирующая насосная установка находится на нижнем конце. В период без нагрузки избыточная энергия этой установки используется для перекачки воды из нижнего пруда в воду из верхнего пруда.Эта дополнительная вода используется для выработки энергии в периоды пиковой нагрузки. При таком расположении одна и та же вода используется снова и снова. Дополнительная вода требуется только для обеспечения испарения и просачивания.

☛ Дополнительные вопросы Нажмите здесь

объясняет принцип работы и принцип работы гидроэлектростанции — Наука — Источники энергии — 2457140

На гидроэлектростанциях потенциальная энергия воды из-за ее высокого расположения преобразуется в электрическую энергию.Общая мощность гидроэлектростанций зависит от напора воды и объема воды, протекающей в направлении гидротурбины.
Это наиболее широко используемый вид возобновляемой энергии. После строительства гидроэлектростанции проект не производит прямых отходов и имеет значительно более низкий уровень выбросов парникового газа углекислого газа (CO ₂ ), чем электростанции, работающие на ископаемом топливе.

Индия была одной из первых стран в создании гидроэлектростанций.Электростанция в Дарджилинге и Шимше (Шиванасамудра) была основана в 1898 и 1902 годах соответственно и является одной из первых в Азии. Установленная мощность на 31 марта 2011 года составляла приблизительно 37567,40 МВт, т.е. 21,64% (источник CEA) . Из общей выработки гидроэлектростанций государственный сектор вносит наибольший вклад в 27257,00 МВт, за ним следуют ГЭС мощностью 8885,40 МВт, в то время как частный сектор составляет только 1425,00 МВт (источник CEA на 31 марта 2011 г.).

Гидроэлектростанция, также называемая плотиной или гидроэлектростанцией, используется для производства электроэнергии из воды в больших масштабах. Плотина построена через большую реку, в которой достаточно воды. В некоторых случаях, когда река очень большая, можно построить более одной плотины через реку в разных местах.

Принцип работы гидроэлектростанции

Вода, текущая в реке, обладает двумя типами энергии: кинетической энергией за счет потока воды и потенциальной энергией из-за высоты воды.На гидроэлектростанциях или плотинах потенциальная энергия воды используется для выработки электроэнергии.

Формула для общей мощности, которая может быть произведена из воды на гидроэлектростанции из-за ее высоты, определяется как

P = rhg

Где: P — общая мощность, которая может быть произведена в ваттах

r — расход воды в кубических метрах в секунду.

h — называется высота воды в метрах.Это также напор воды. Это разница в высоте между источником воды (откуда вода берется) и выходом воды (где вода используется для выработки электроэнергии, это место рядом с турбинами).

г — постоянная силы тяжести 9,81 м / сек в квадрате

Формула ясно показывает, что общая мощность, которую могут вырабатывать гидроэлектростанции, зависит от двух основных факторов: расхода воды или объема потока воды. воды и высоты или напора воды.Чем больше объем воды и больше напор воды, тем больше мощность, вырабатываемая на гидроэлектростанции.

Для получения высокого напора воды резервуар с водой должен быть как можно выше, а энергоблок — как можно ниже. Максимальная высота резервуара с водой определяется естественными факторами, такими как высота русла реки, количество воды и другие факторы окружающей среды. Местоположение блока выработки энергии можно отрегулировать в соответствии с общим количеством электроэнергии, которое должно быть произведено.Обычно энергоблок строится на уровнях ниже уровня земли, чтобы получить максимальный напор воды.

Общий расход воды можно регулировать через напорный шток в соответствии с требованиями. Если необходимо вырабатывать больше энергии, через него может проходить большее количество воды.

Методы создания

Типичная турбина и генератор

Обычная энергия

от гидроэнергетики водяная турбина и генератор.Мощность, извлекаемая из воды, зависит от объема и разницы в высоте между источником и выходом воды. Эта разница в высоте называется головой. Количество потенциальной энергии в воде пропорционально голове. Для подачи воды к турбине при поддержании давления, возникающего из напора, может использоваться большая труба, называемая затвором.

Насосный накопитель

Этот метод вырабатывает электроэнергию для удовлетворения высоких пиковых нагрузок за счет перемещения воды между резервуарами на разной высоте.Во времена низкого спроса на электроэнергию избыточная генерирующая мощность используется для закачки воды в более высокий резервуар. При повышенном спросе вода сбрасывается обратно в нижний резервуар через турбину. В настоящее время схемы гидроаккумулирования представляют собой наиболее коммерчески важные средства хранения энергии в крупных сетях и улучшают суточный коэффициент мощности системы генерации.

Русловые

Русловые гидроэлектростанции — это гидроэлектростанции со сравнительно меньшей емкостью резервуаров, что делает невозможным хранение воды.

Прилив

Приливная электростанция использует ежедневный подъем и опускание воды из-за приливов; такие источники очень предсказуемы, и, если условия позволяют строительство резервуаров, они также могут быть управляемыми для выработки электроэнергии в периоды высокого спроса. Менее распространенные типы гидроэлектростанций используют кинетическую энергию воды или неповрежденные источники, такие как подводные водяные колеса.

Схема расположения гидроэлектростанций

Гидроэлектростанции преобразуют гидравлическую потенциальную энергию воды в электрическую.Такие растения подходят там, где имеется вода с подходящим напором напор . Схема, описанная в этой статье, проста и охватывает только важные части гидроэлектростанции. Различные части гидроэлектростанции:

( 1) Плотина
Плотины — это сооружения, построенные над реками для остановки потока воды и образуют резервуар. В резервуаре хранится вода, текущая по реке. Эта вода направляется в турбины электростанций. Плотины собирают воду в сезон дождей и накапливают ее, что обеспечивает постоянный поток через турбины в течение всего года.Плотины также используются для борьбы с наводнениями и орошением. Плотины должны быть водонепроницаемыми и выдерживать давление, оказываемое на них водой. Существуют различные типы плотин, такие как арочные плотины, гравитационные плотины и контрфорсы. Высота воды в плотине называется , напор .

(2) Водосброс
Водосброс, как следует из названия, можно назвать способом для разлива воды из плотин. Используется для обеспечения сброса паводковой воды из плотины.Он используется для предотвращения переполнения плотин, которое может привести к повреждению или разрушению плотин. Водосбросы могут быть контролируемого или неконтролируемого типа. Неконтролируемые типы начинают выделять воду, когда вода поднимается выше определенного уровня. Но в случае регулируемого типа регулирование расхода возможно.

(3) Заглушки и туннель
Заглушки — это трубы, по которым вода из резервуара поступает к турбинам внутри электростанции. Обычно они изготавливаются из стали и оснащены воротными системами.Вода под высоким давлением течет через затвор. Туннель служит той же цели, что и напорный водовод. Он используется, когда между плотиной и электростанцией есть препятствие, например гора.

• Напорный вал / напорный шток представляет собой закрытую трубу / канал, используемый для подачи / подачи воды к гидротурбинам гидроэлектростанции.
• Туннели давления должны быть намного ниже минимально возможного гидравлического градиента, чтобы избежать создания вакуума и связанных с этим рисков нестабильного потока, кавитации и обрушения футеровки.
• Общие потери на трение в туннеле не должны быть достаточно большими, чтобы снизить производительность и регулировку машин.

(4) Электростанция

Электростанция — станция по выработке электроэнергии. В нем размещается оборудование и персонал, работающий на электростанции.

Основные компоненты здания электростанции:

a) Машинный зал.

б) Участок разгрузки и монтажа.

c) Пристройки или пристройки

d) Проходы или каналы для кабелей, шин и труб

e) Комната управления

f) Мастерская

g) Складские помещения

h) Офисные и административные помещения.

(5) Генерирующее оборудование

ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Оценка общей мощности завода

1) Доступный напор: постоянная и вторичная мощность

2) Фактор нагрузки: промышленная и внутренняя нагрузка

3) Оценка затрат: капитальные затраты + амортизация + O&M

4) Ожидаемая выручка ожидается.

Расчетное количество генераторных установок

1) Стоимость первоначального монтажа.

2) Стоимость эксплуатации.

3) Надежность поставок.

a) Изолированная распределительная система

b) Связанная система.

4) Расположение валов

5) Вспомогательная установка

(6) ГИДРОТУРБИНЫ

Разделены на две категории:

Импульсная турбина

1. Использует скорость воды для перемещения рабочего колеса и нагнетания в атмосферное давление.

2. Струя воды попадает в каждое ведро на желобе.

3. На нижней стороне турбины нет всасывания.

4. Вода вытекает из нижней части корпуса турбины после подъема рабочего колеса.

5. Обычно подходит для работы с высоким напором и низким расходом.

Реакционная турбина

Развивает мощность за счет комбинированного действия давления и движущейся воды

Бегунок помещается непосредственно в поток воды, текущий по лопастям, а не поражает каждую из них по отдельности

Используется для участков с более низким напором и выше потоки

Преимущества

• Возобновляемый, нерадиоактивный и экологически чистый источник энергии
• Надежный, чистый и эффективный источник энергии.
• Низкая стоимость генерации
• Низкие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание
• Присущая способность быстрого запуска, останова и мгновенного принятия / отклонения нагрузки
• Соответствует требованиям к пиковой нагрузке.
• Предотвращение выбросов парниковых газов (ПГ) в результате проектов по выработке эквивалентных тепловых и других видов топлива
• Повышение продуктивности сельского хозяйства за счет разработки ирригационных и многоцелевых схем
• Снижение последствий наводнений с помощью крупных водохранилищ

Недостатки

• Ущерб экосистеме и потеря земель
• Заиление
• Дефицит стока
• Выбросы метана (из водохранилищ)
• Перемещение
• Опасность отказа

Гидроэлектростанции должны быть адаптированы к изменению климата

Плотина Гранд Диксенс.Этот гидроэнергетический комплекс вырабатывает около 2 миллиардов кВтч электроэнергии в год. Кредит: LMH

Из всей электроэнергии, производимой в Швейцарии, 56 процентов приходится на гидроэнергетику. Срок службы гидроэлектростанций, которые являются огромными и дорогими в строительстве и обслуживании, измеряется десятилетиями, однако реки и ручьи, от которых они зависят, и окружающая среда постоянно меняются. Эти изменения влияют на оборудование и, следовательно, на количество электроэнергии, которое можно изменить. Лаборатория гидравлических машин EPFL (LMH) работает над проблемой, которая будет очень важной в ближайшие годы: воздействием эрозии наносов на турбины, которые являются основным компонентом этого оборудования.Работа лаборатории может помочь продлить способность этих заводов производить электроэнергию для более чем восьми миллионов жителей Швейцарии.

Одна из целей Энергетической стратегии Швейцарии на период до 2050 года — увеличить производство гидроэлектроэнергии. Поэтому швейцарскому правительству также необходимо спрогнозировать среду, в которой будут работать эти электростанции, чтобы лежащая в их основе технология могла идти в ногу с изменяющимися потребностями и будущими условиями.«В Швейцарии ледники и снег тают все быстрее и быстрее. Это влияет на качество воды с резким увеличением содержания отложений», — говорит Франсуа Авельян, возглавляющий LMH и один из авторов исследования. «Отложения очень агрессивны и разрушают турбины». Это снижает эффективность оборудования, оставляет в оборудовании полости и приводит к увеличению вибрации, а также к увеличению частоты и стоимости ремонтов. В довершение всего сокращается срок службы турбин.Под эгидой Швейцарского центра компетенций в области энергетических исследований — поставка электроэнергии (SCCER-SoE) и при поддержке Комиссии по технологиям и инновациям (CTI) EPFL объединилась с General Electric Renewable Energy, чтобы лучше понять и спрогнозировать процесс размыва наносов. Цель состоит в том, чтобы продлить срок службы гидроэлектростанций за счет улучшения турбин и более эффективных стратегий эксплуатации.

Крошечные частицы с огромным ударом

Одна из проблем, с которыми сталкиваются исследователи в области гидроэнергетики, заключается в том, что они не могут проводить эксперименты непосредственно на электростанциях из-за последствий и стоимости простоя станции.Поэтому они должны ограничить свои исследования моделированием и испытаниями физических моделей уменьшенного масштаба. В ответ на эту проблему LMH разработала новую многомасштабную компьютерную модель, которая предсказывает эрозию наносов в турбинах с гораздо большей точностью, чем другие подходы. Результаты опубликованы в научном журнале Wear. «Эрозия отложений, как и многие другие проблемы в природе, является многомасштабным явлением. Это означает, что поведение, наблюдаемое на макроскопическом уровне, является результатом серии взаимодействий на микроскопическом уровне», — говорит Себастьян Легуисамон, докторант EPFL и ведущий автор. исследования.«Отложения чрезвычайно малы и движутся очень быстро, а их воздействие длится менее микросекунды. С другой стороны, процесс эрозии, который мы наблюдаем, является постепенным, происходит в течение многих рабочих часов и затрагивает всю турбину».

Турбина LMH Pelton подверглась эрозии илом после одного сезона наносов. Фото: Федеральная политехническая школа Лозанны.

Многоуровневое решение

Поэтому исследователи выбрали многомасштабное решение и смоделировали два процесса, участвующих в эрозии, по отдельности.На микроскопическом уровне они сосредоточились на чрезвычайно кратковременном воздействии мельчайших отложений, которые ударяют по турбинам, принимая во внимание такие параметры, как угол, скорость, размер, форма и даже состав суспензии. На макроскопическом уровне они изучали, как отложения переносятся водным потоком, поскольку это влияет на поток, распределение и плотность отложений, достигающих стенок проточных каналов турбины. Затем результаты были объединены для разработки прогнозов эрозии.«Невозможно изучить весь процесс эрозии в целом. Осадки настолько малы, а период времени, в течение которого этот процесс протекает так долго, что воспроизведение процесса потребовало бы сотен лет расчетов и потребовало бы компьютера, который не «пока не существует», — говорит Легуисамон. «Но проблема становится управляемой, когда вы разделяете разные фазы».

Адаптация к будущему

Имея на руках убедительные результаты, LMH перешел к следующему этапу, который заключается в определении характеристик материалов, используемых в турбинах.После этого шага исследователи смогут применить новую модель к существующим гидроэлектростанциям. Ставки глобальны, когда дело доходит до модернизации турбин в ответ на изменение климата, поскольку на гидроэнергетику приходится 17 процентов мирового производства электроэнергии. Турбины предлагают небольшую свободу действий и должны работать в широком диапазоне сред, включая районы с дождем и тропическим климатом до альпийских. Чтобы турбины прослужили долго, необходимо будет внести изменения как в их основную конструкцию, так и в способы их эксплуатации.«Когда я оценивал гидроэлектростанцию ​​в Гималаях, мои знакомые сказали мне, что если турбина выдержит более одного сезона дождей, это будет успех», — говорит Авеллан.

Запуск электростанции на двуокиси углерода вместо пара

Дополнительная информация:
Себастьян Легуизамон и др.Многомасштабная модель для моделирования ударной эрозии наносов с использованием метода частиц конечного объема, Wear (2017). DOI: 10.1016 / j.wear.2017.10.002

Предоставлено
Федеральная политехническая школа Лозанны

Ссылка :
Гидроэлектростанции должны быть адаптированы к изменению климата (2017, 19 октября)
получено 18 ноября 2020
с https: // физ.