Vodní elektrárny jsou součástí hydroelektrárenských komplexů. Hydraulický agregát je komplex vodních staveb, které zajišťují využití vodních zdrojů k získání elektrická energie, zásobování vodou, zavlažování, ale i protipovodňová ochrana, zlepšování podmínek pro plavbu, chov ryb, rekreaci atd.
Skladba a účel staveb vodních elektráren. Pokud je hlavním cílem vytvoření hydroelektrického komplexu výroba elektřiny, pak se obvykle nazývá vodní elektrárna nebo vodní zařízení. Komplex hydroelektrických komplexních staveb zahrnuje hlavní a pomocné stavby. Pro zajištění stavebních a instalačních prací se po dobu výstavby staví dočasné stavby.
V závislosti na vykonávaných funkcích se hlavní struktury dělí na:
Konstrukce zadržující vodu a drenáž,
určeno v závislosti na provedení vodní elektrárny k vytvoření nádrže, celého nebo části tlaku vodní elektrárny, průchod provozních nákladů do spodního bazénu včetně povodně (včetně přehrad a přelivů různého typu) , jakož i pro vypouštění ledu, rozbředlého sněhu, promývání sedimentů (včetně pro tyto účely v některých případech speciálních zařízení). Na řekách s velkou vodou mohou maximální povodňové průtoky dosáhnout 100 tisíc m3/s a více. Tedy v největší vodní elektrárně světa „Tři soutěsky“ na řece. Vodní zařízení Yangtze (Čína) jsou navržena tak, aby zvládla maximální návrhovou povodeň 102,5 tis. m3/s během FPU, na VE Cheboksary na Volze je maximální návrhový průtok s pravděpodobností 0,01 % 48 tis. m3/s, při vodní elektrárna Dněpr - 25,9 tis. m3/s.Energetické stavby určené k výrobě elektřiny a jejímu dodávání do energetického systému, včetně přívodů vody; vodovodní potrubí přivádějící vodu z horního bazénu do hydraulických turbín v budově vodní elektrárny a odvádějící vodu z budovy vodní elektrárny do dolní nádrže; budovy vodních elektráren s energetickým zařízením (hydraulické turbíny, hydrogenerátory, transformátory atd.), mechanickým, manipulačním, pomocným zařízením, řídicím systémem; otevřená (ORU) nebo uzavřená (ZRU) distribuční zařízení pro příjem a rozvod elektřiny do elektrizační soustavy a také nouzové odstavení elektrického vedení.
Lodní a raftingové stavby určené pro průjezd lodí a vorů hydraulickým systémem včetně plavebních komor, lodních výtahů s nájezdovými a výstupními kanály, raftových lodí atd.
Přijímače vody pro zavlažování, zásobování vodou, zajišťování potřebného zásobování vodou a včetně přívodů vody, čerpacích stanic atd.
Rybí přechody a ryboochranné stavby navržené tak, aby umožňovaly přechod stěhovavých ryb na trdliště v horním toku i v opačném směru, včetně rybích přechodů a rybích výtahů.
Dopravní stavby určené k vzájemnému propojení vodních staveb, jakož i k průjezdu silnic a železnic, včetně mostů, dálnic a železnic atd.
V závislosti na přírodních podmínkách místa, kde se hydroelektrický komplex nachází (hydrologické, topografické, geologické, klimatické), schématu vytváření tlaku a typu vodní elektrárny lze některé hlavní stavby hydroelektrického komplexu kombinovat s navzájem (například přelivové budovy vodní elektrárny, kde je budova vodní elektrárny kombinována s přelivem).
Pomocné stavby jsou navrženy tak, aby zajišťovaly nezbytné podmínky pro běžný provoz vodárny a práci personálu údržby a zahrnují administrativní budovy, vodovody, kanalizace atd.
Dočasné stavby nutné pro stavební a instalační práce lze rozdělit do dvou skupin.
Do první skupiny patří stavby, které zajišťují průchod říčních toků během výstavby, obcházejí jámy a stavby ve výstavbě a chrání je před zaplavením, včetně stavebních kanálů, potrubí, tunelů, překladů, odvodňovacích systémů atd.
Do druhé skupiny patří podniky pomocné výroby, včetně betonáren se sklady cementu, betonového kameniva, armatur, dřevozpracujících a mechanických dílen, základny mechanizace a autodopravy, sklady, provizorní komunikace, provizorní napájecí systémy, komunikace, vodovod atd.
V mnoha případech je část provizorních staveb po dokončení stavby využívána při provozu vodní elektrárny. Z konstrukcí první skupiny lze tedy stavební kanály a tunely začlenit zcela nebo zčásti do přelivů nebo vodovodních potrubí vodní elektrárny a překlady do přehrad.
Objekty druhé skupiny lze zcela nebo zčásti využít jako výchozí infrastrukturu územních výrobních celků na bázi vodních elektráren.
Pro zajištění spolehlivého a trvalého provozu vodních elektráren v provozních podmínkách, s přihlédnutím ke komplexnímu využití, dosažení maximálního ekonomického efektu snížením nákladů, zkrácením doby výstavby a urychlením uvádění hydraulických jednotek do provozu, volbou racionálního uspořádání a typů konstrukcí, na základě přírodních podmínek a parametrů nádrže, je důležité a vodní elektrárny, provozní režimy.
S ohledem na dlouhou dobu výstavby velkých vodních elektráren, dosahující 5–10 let, se obvykle plánuje výstavba a uvádění hydraulických bloků do provozu ve frontách s nedokončenými stavbami a sníženými tlaky, čímž se zvyšuje ekonomická efektivita.
HPP a PSPP se dělí na:
Podle způsobu vytváření tlaku, na základě schémata zapojení využití vodní energie na vodních elektrárnách, umístění budovy vodní elektrárny jako součásti staveb: vodní elektrárna s objekty koryta; Vodní elektrárna s přehradními budovami; diverzní vodní elektrárny.
Podle instalovaného výkonu (u přečerpávacích elektráren výkonem v generátorovém režimu) pro: vysoký výkon - více než 1000 MW, průměrný výkon od 30 do 1000 MW, nízký výkon - méně než 30 MW.
Tlakově (maximálně): vysokotlaké – více než 300 m, středotlaké – 30–50 až 300 m, nízkotlaké – méně než 30–50 m.
Vodní elektrárny s průtočnou zástavbou se obvykle používají na nížinných řekách na měkkých a skalnatých základech s tlaky do 50 m a vyznačují se tím, že budovy vodních elektráren jsou součástí tlakové fronty a vnímají tlak vody od strana proti proudu. Komplex staveb vodních elektráren obvykle zahrnuje betonové konstrukce, včetně budovy vodní elektrárny, přelivné hráze a plavební komory a zemní hráze, které tvoří většinu tlakové fronty. V mnoha případech jsou budovy průtočných vodních elektráren stavěny v kombinaci s přelivy. Využití kombinovaných průtočných budov ve vodních elektrárnách Kyjevskaja, Kanevskaja, Dněstr (Ukrajina), Pljavinskaja (Lotyšsko), Saratovská (Rusko) a řadě dalších umožnilo opustit betonové přepadové hráze, snížit průčelí betonových konstrukcí a získat značné úspory. Volbu celkového uspořádání objektů vodních elektráren s průtočnými budovami používaných na velkých vodních tocích, kde odhadované povodňové průtoky během výstavby mohou dosáhnout 10–20 tisíc m3/s, je výrazně ovlivněna průtokové schéma řeky v době výstavby.
V závislosti na umístění betonových konstrukcí vodní elektrárny se rozlišují následující dispozice (obr. 4.1):
Pobřežní a záplavové uspořádání.
Takové dispozice se vyznačují tím, že hlavní betonové stavby (budova vodní elektrárny, přepadová hráz atd.) jsou umístěny mimo koryto řeky, jejich jáma je oplocena překlady a při jejich výstavbě jsou náklady na výstavbu včetně povodní vedená podél koryta řeky. Při stavbě betonových konstrukcí je koryto zablokováno slepou hrází, nejčastěji hliněnou, a tok řeky je veden betonovými konstrukcemi. Při pobřežním uspořádání je výška překladů menší, a když se jáma nachází v části pobřeží, která není během výstavby zaplavena povodněmi, není nutné překlady instalovat vůbec. Významnou nevýhodou pobřežního uspořádání je potřeba provádět velké objemy výkopových prací pro výkop zeminy v jámě, vtokových a odtokových kanálech. Při náplavovém uspořádání je jáma betonových konstrukcí umístěna v záplavovém území blíže ke korytu, což vede na jedné straně ke zvýšení výšky překladů obepínajících jámu a na straně druhé ke snížení v objemu výkopových prací.
Rozvržení kanálu. Při tomto uspořádání se do koryta ukládají betonové konstrukce. V tomto případě se používají následující konstrukční schémata:
V jedné jámě, oplocené překlady, se stavebními náklady procházejícími korytem vytvořeným v břehu.
Ve dvou (výjimečně třech) etapách, kdy je část koryta oplocena překlady a jsou v ní postaveny betonové konstrukce 1. etapy a náklady na stavbu se přenášejí přes další část koryta. Při výstavbě objektů 1. etapy jsou jimi zprovozněny toky řeky a druhá část koryta je oplocena překlady a jsou zřízeny betonové konstrukce 2. etapy.
Smíšené rozložení. Při tomto uspořádání se betonové konstrukce umisťují částečně v korytě a na břehu (v záplavovém území) nebo v korytě po celé jeho šířce a částečně na břehu (v záplavovém území).
Volba dispozičního řešení VE je v každém konkrétním případě dána přírodními podmínkami lokality umístění VE, zajištěním příznivých provozních podmínek, zkrácením doby výstavby, náklady na komplex hydroelektrárny a je provedena na základě technicko-ekonomického srovnání. možností.
Jako příklad na Obr. 4.2 ukazuje uspořádání Kyjevské vodní elektrárny. Betonové stavby umístěné na pravém břehu zahrnují: budovu koryta vodní elektrárny s 20 horizontálními kapslovými vodními bloky o celkovém instalovaném výkonu 360 MW s průměrným ročním výkonem 0,64 miliardy kWh za rok v kombinaci s povrchovými přelivy, jednokomorové stavidlo. Zemní hráz blokující kanál a levobřežní hráz mají celkovou délku asi 54 km. Maximální spád vodní elektrárny je 11,8 m, návrhová 7,6 m. Odhadovaný maximální povodňový průtok objekty vodní elektrárny je 14,8 tis. m3/s, maximální měrný průtok na nádrži je 90 m3/ s. V podmínkách písčitého podkladu pro zajištění spolehlivého provozu objektu vodní elektrárny koryta jsou zajištěna protifiltrační opatření včetně jílového srázu, štětového závěsu pod základovou deskou objektu vodní elektrárny, za kterou na dolní je napojena drenáž. Pro zamezení nebezpečné eroze dna při provozu vodní elektrárny a průchodu povodní ve spodním toku bylo provedeno upevnění včetně vodní nádrže a zástěry ze železobetonových desek o tloušťce 2,5 až 1,5 m a vědro naplněné kamennou výplní, která, když se vytvoří erozní trychtýř, zabrání další erozi.
Komplex staveb zahrnuje Kyjevskou přečerpávací elektrárnu, která se nachází na břehu Kyjevské nádrže, 3,5 km od vodní elektrárny.
Vodní elektrárny s přehradními objekty jsou budovány na nížinných a horských řekách převážně na skalnatém podloží s tlaky od 30 do 300 m a vyznačují se tím, že budova vodní elektrárny je umístěna za přehradou.
Délka potrubí tlakové vody a dispozice objektu vodní elektrárny závisí na typu, výšce a dalších parametrech hráze a přírodních podmínkách lokality.
V podmínkách nížinných řek je dispozice vodních elektráren s přehradními objekty podobná dispozičním řešením s korytovými budovami a liší se od nich tím, že před budovou je betonová hráz s odběrem a tlakem vody. přivaděče (nádražní hráz), oddělené od budovy vodní elektrárny dilatační spárou. Zajímavým příkladem takového uspořádání je vodní elektrárna Dněpr (obr. 4.3).
Po výstavbě vodní elektrárny Kremenčug s nádrží o užitečné kapacitě 9 km3, zajišťující sezónní regulaci průtoku Dněpru, se odhadovaný maximální povodňový průtok vodní elektrárny Dněpr za podmínek regulovaného průtoku snížil ze 40 na 25,9 tis. m3 / s, díky čemuž se uvolnila část přelivových otvorů (rozpětí) hráze, což umožnilo jejich využití jako jímače vody pro druhý objekt vodní elektrárny o celkovém výkonu 888 MW a zvýšení celk. kapacita vodní elektrárny Dněpr na 1595 MW. Voda je do každé turbíny přiváděna ze dvou polí (přívodních otvorů) dvěma železobetonovými tlakovými potrubími uloženými na hrázi a oddělenými od objektu vodní elektrárny dilatační spárou.
A 
b 
PROTI 
Rýže. 4.3. Dněproges: a – plán; b, c – strojovna GES-1 a GES-2; 1 – budova GES-1; 2 – gravitační hráz; 3 – budova GES-2; 4 – brána
Při vyšších tlacích, obvykle v podmínkách horských řek, má uspořádání vodních elektráren s betonovými hrázemi a hrázemi z půdních materiálů své zvláštnosti.
Dispozice s betonovými hrázemi jsou zpravidla průtočné nebo smíšené s umístěním budovy vodní elektrárny za gravitační, opěrné nebo obloukové hráze a vyznačují se umístěním přivaděčů tlakové vody v tělese hráze, na jeho předních nebo dolních stranách (obr. 4.4). Součástí hydroelektrárenského komplexu je nádražní hráz s budovou vodní elektrárny u hráze, přelivná hráz a slepé hráze, které mohou být betonové nebo z půdních materiálů.
V úzkých úsecích vznikají potíže s umístěním budovy vodní elektrárny a přelivu. V těchto případech lze přeliv provést samostatně na břehu (např. vodní elektrárna Chirkey) nebo formou povrchového přelivu umístěného na podlaze přehradní budovy vodní elektrárny (např. vodní elektrárna Toktogul). Je velmi vzácné, že se v tělese přehrady nachází strojovna vodní elektrárny (např. vodní elektrárna Monteynard ve Francii, kde je umístěna turbínová hala se čtyřmi hydraulickými jednotkami o celkovém výkonu 320 MW v dutině uvnitř obloukové gravitační hráze o výšce 153 m a délce koruny 210 m a povrchovém přelivu na dolních okrajových hrázích). Takovéto vestavěné budovy, umístěné v dutině uvnitř betonové hráze (viz obr. 4.4, d), tvoří samostatnou skupinu a jsou konvenčně klasifikovány jako budovy u hráze.
A 
b
PROTI 
G
Rýže. 4.4. Dispozice vodních elektráren s přehradními objekty a betonovými přehradami: a – uspořádání kanálu – vodní elektrárna Tři soutěsky: 1 – přelivná hráz; 2 – levobřežní a pravobřežní nádražní hráze a objekty vodních elektráren; 3 – lodní výtah; 4 – dvouvláknová brána; b – smíšené uspořádání – VE Itaipu: 1 – levobřežní hráz z půdních materiálů; 2 – kanál pro přechod stavebních nákladů; 3 – dočasný přeliv; 4 – spodní propojka; 5 – budova vodní elektrárny; 6 – vrchní propojka; 7 a 8 – betonová hráz; 9 – přeliv; 10 – pravobřežní hráz z půdních materiálů; c – možnosti umístění tlakových vodovodních potrubí vodní elektrárny s přehradním objektem; g – varianta s vestavbou
b 
Rýže. 4.5. Vodní elektrárna Krasnojarsk: a – plán; b – průřez nádražní hrází a budovou vodní elektrárny; 1 – budova vodní elektrárny; 2 – hráz nádraží; 3 – přelivná hráz; 4–7 – slepé přehrady; 8 – místo instalace; 9 a 10 – plavební trasy proti proudu a po proudu; 11 – otočné zařízení; 12 – lodní kamera; 13 – vlnová ochranná stěna
V poměrně širokých úsecích probíhá výstavba obvykle ve dvou etapách, kdy se nejprve vybuduje betonová přepadová hráz (nebo část hráze) a průchod stavebních nákladů zúženým korytem řeky a po jeho zablokování ve druhé zatáčce přes přelivné otvory ve vybudované přepadové hrázi a dostavba staveb vodních elektráren.
V úzkých úsecích se pro uhrazení stavebních nákladů provádí stavební tunel, který lze za provozních podmínek použít k vybudování protipovodňového přelivu.
A 
b
Rýže. 4.6. Chirkeyskaya HPP: a – průřez; b – plán; 1 – hráz; 2 – příjem vody; 3 – tlakové vodovodní potrubí; 4 – budova vodní elektrárny; 5 – přístupový tunel; 6 – provozní přeliv kombinovaný se stavebním tunelem
Příklady vodních elektráren s přehradní budovou v poměrně širokém zarovnání jsou největší světová vodní elektrárna „Tři soutěsky“ s výkonem 18,2 mil. kW (viz obr. 4.4, a), vodní elektrárna Itaipu s kapacitou 12,6 mil. kWh, (viz obr. 4.4,b), VE Sayano-Shushenskaya o kapacitě 6,4 mil. kW, VE Krasnojarsk o kapacitě 6 mil. kW s průměrným ročním výkonem 20,4 mld. kWh. Objekty vodní elektrárny Krasnojarsk zahrnují gravitační hráz o délce 1065 m a maximální výšce 125 m (obr. 4.5), skládající se ze staničních a slepých hrází, přelivové hráze, zajišťující průchod povodňového průtoku 14,6 tisíc m3 / s (s přihlédnutím k přeměně povodně na nádrž při vynucení hladiny), stejně jako lodní výtah.
Příkladem vodní elektrárny s přehradní budovou v úzké linii je vodní elektrárna Chirkey o výkonu 1,0 mil. kW s obloukovou hrází o délce koruny 333 ma maximální výškou 233 ma s dvojitým -řadové uspořádání hydraulických jednotek v objektu (obr. 4.6). Na levém břehu je tunelový provozní přeliv navržený pro zvládnutí povodňového průtoku 3,5 tis. m3/s.
Na vodní elektrárně Toktogul o výkonu 1,2 mil. kW s budovou hráze v úzké linii s dvouřadým uspořádáním hydraulických jednotek v budově vodní elektrárny a gravitační hrází o maximální výšce 216 m tlaková voda V tělese hráze jsou umístěny přivaděče vodní elektrárny a hlubinný přeliv, na spodním okraji hráze je povrchový přeliv (obr. 4.7).
V úzkých úsecích s betonovými přehradami a půdními materiály lze použít konfigurace s budovami pozemních a podzemních vodních elektráren.
Hlavní dispozice vodních elektráren s přehradami z půdních materiálů jsou na obr. 4.8. V tomto případě může být budova vodní elektrárny umístěna přímo za hrází (a) nebo jsou použity nejčastěji používané dispozice s pevninským (b) a podzemním (c) objektem vodní elektrárny.
Uspořádání vodních elektráren s přehradami z půdních materiálů je charakterizováno umístěním provozních přelivů na pevninu k přelivu povodňových toků: ve formě pobřežního povrchového přelivu s vysokým průtokem nebo tunelového přelivu. Pro překlenutí stavebních nákladů se obvykle používají stavební tunely.
Komplex hydroenergetických staveb, včetně přivaděče vody, vodovodních přivaděčů a budovy vodní elektrárny, vybudovaný mimo přehradu, se nazývá tlaková stanice (PSU) vodní elektrárny.
Příkladem vysokotlaké vodní elektrárny s přehradní budovou a hrází z půdních materiálů je vodní elektrárna Nurek o výkonu 2,7 mil. kW s průměrným ročním výkonem 11,2 mld. kWh za rok (obr. 4.9). . Voda je do turbín přiváděna z věžových přívodů vody přes tlakové tunely. Pro urychlení zprovoznění vodní elektrárny byly první tři hydraulické bloky provozovány za sníženého tlaku, kdy hráz byla vybudována pouze do výšky 143 m (s návrhovou výškou 300 m), pro kterou byl dočasný odběr vody a byl postaven tunel. Během výstavby byl tok řeky veden třemi řadami stavebních tunelů umístěných na levém břehu. Povodňové průtoky v provozní době (maximální průtok 5,4 tis. m3/s pravděpodobností 0,01 %) jsou vedeny tunelovým přelivem napojeným na koncový úsek stavebního tunelu III.
Diverzní vodní elektrárny se používají v širokém rozsahu tlaků, od několika metrů u malých vodních elektráren do 2000 m (vodní elektrárna Reissek v Rakousku má tlakovou výšku 1767 m), a jsou obvykle stavěny v podhůří resp. horských oblastech.
Vodní elektrárny s gravitačním odklonem lze využít při mírném kolísání hladiny vody v nádrži. V takových vodních elektrárnách je voda přiváděna z přivaděče do odvodňovacího kanálu podél pobřeží (za vhodných topografických a geologických podmínek) nebo do volně průtočného svodného tunelu.
Vodní elektrárny s tlakovým odklonem se používají pro velké i menší výkyvy hladiny vody v nádrži. U takových vodních elektráren je voda přiváděna z odběru vody do tlakového rozvodného potrubí umístěného na povrchu, případně do tlakového rozvodného tunelu (obr. 4.10). Stavby přehradní vodní elektrárny, jakož i vodních elektráren s přehradně-převodním (kombinovaným) schématem, ve kterých je tlak vytvářen přehradou a přehradou (viz 2.4), zahrnují:
Hlavní jednotka, která je navržena tak, aby vytvořila vzdutou vodu v řece a nasměrovala tok do odbočky, stejně jako čištění vody od sedimentů, nečistot, v některých případech z ledu, rozbředlého sněhu, se skládá z přehrady, přepadu, přívodu vody , usazovací nádrž, vymývací a ledové konstrukce.
Hlavové jednotky s nízkotlakými přehradami, stavěnými obvykle na horských řekách, mají nádrže s omezeným objemem, a proto jsou přijímána opatření, která zabrání jejich naplnění sedimentem. Za tímto účelem je v rámci hydraulického komplexu zhotovena betonová přelivová hráz opatřená vraty s nízkým prahem a dostatečnou šířkou čela přelivu, která zajišťuje proplachování sedimentů při průchodu povodňových průtoků. Na velké množství ve vodě suspendovaných sedimentů, což může vést k rychlému otěru průtokové části hydroturbin, jsou instalovány usazovací nádrže ve formě komory, ve které se při snižování rychlosti proudění suspendované částice usazují na dně a jsou následně odváděny .
Slepá část hráze může být vyrobena z betonu nebo zemin. Odběr vody může být kombinovaný s přehradou nebo umístěn na břehu.
Nádrže obvykle provádějí denní regulaci a vyznačují se malou vypouštěcí hloubkou, která umožňuje jak volné proudění, tak odklon tlaku.
Hlavové celky se středotlakými a vysokotlakými přehradami se vyznačují velkým objemem nádrže (s možností ukládání sedimentů v mrtvém objemu) a výrazným čerpáním nádrže při sezónní nebo dlouhodobé regulaci průtoku. V tomto ohledu jsou přívody vody hluboké a odklon je tlak.
Přehrady mohou být betonové (gravitační, opěrné, obloukové) s přelivem a v mnoha případech s odběrem vody pro vodní elektrárnu instalovanou v nich, jakož i z místních materiálů s přelivem a odběrem vody umístěným mimo těleso přehrady.
Svodná vodovodní potrubí a stavby po jejich trase (derivace), které přivádějí vodu do staničního uzlu, se dělí na tlakové (tunely, potrubí) a netlakové (kanály, tunely), po jejichž trase se rozlévají, sifony a další objekty. lze nainstalovat.
V případě beztlakové derivace je součástí staničního bloku tlaková jímka s přední komorou, odběr vody, havarijní přeliv a bez ohledu na typ derivace obecné konstrukce: turbínové tlakové vodovodní potrubí, v případě potřeby s rázem nádrž, budova vodní elektrárny, výstupní vodovodní potrubí v podobě kanálu nebo tunelu (tlakového nebo volně průtočného), rozvodné zařízení.
V rámci staničního uzlu jsou budovy vodních elektráren na pevnině otevřené, podzemní a méně často polopodzemní.
Typickým příkladem přehradní vodní elektrárny je vodní elektrárna Inguri (Gruzie) o výkonu 1,3 mil. kW (obr. 4.11), jejíž hlavní blok tvoří oblouková hráz vysoká 271 m s navrženým protipovodňovým přelivem. pro průtok 1900 m3/s. Nádrž má užitný objem 0,68 km3 s hloubkou odtoku 70 m. Z hlubinného vtoku dimenzovaného na průtok 450 m3/s vychází přetlaková štola o průměru 9,5 m a délce 15,3 km. Staniční jednotka vodní elektrárny zahrnuje šachtovou vyrovnávací nádrž, klapkovou místnost, vodovodní potrubí tunelové turbíny, podzemní budovu vodní elektrárny, výpustný průtočný tunel a kanál o celkové délce 3,2 km.
Celkový statický spád vodní elektrárny Inguri, rovný 409,5 m, je tvořen zhlavím vytvořeným hrází (226 m) a přeložkou (183,5 m). Konstrukční výška je 325 m a průměrný roční výkon je 5,4 miliardy kWh za rok.
Typy budov vodních elektráren a jejich hlavní prvky. Budova vodní elektrárny je vodní stavba, ve které se pomocí hydraulické energie, elektrických, hydromechanických, pomocných zařízení a řídicích systémů mechanická energie vody přeměňuje na elektřinu přenášenou do energetického systému spotřebitelům. Zároveň musí být zajištěn spolehlivý provoz, pevnost a stabilita objektu vodní elektrárny při působení vnějších zatížení (hydrostatický a hydrodynamický tlak, filtrační tlak, teplota, seismické vlivy atd.), jakož i zatížení od provoz technologických zařízení.
Typové a konstrukční řešení objektů vodních elektráren je dáno celkovým uspořádáním objektů vodních elektráren a hlavního energetického zařízení. V budovách vodních elektráren jsou v závislosti na tlaku a provozních podmínkách instalovány turbíny rotační lopatkové, axiální, radiálně-axiální, diagonální a korečkové.
Spodní část budovy, kde je umístěna průtoková dráha, včetně spirálové komory, sacího potrubí, zařízení turbíny a řady technologických systémů, se nazývá agregátová část a horní část budovy s horní konstrukcí, kde je umístěna strojovna s hydrogenerátory a jeřábovým zařízením a silovými transformátory, jeřábové zařízení pro odběr vody (v objektech koryta), opravné ventily sacích potrubí a další technologická zařízení - nad agregátovou částí.
Provedení a rozměry objektu vodní elektrárny v půdorysu a výšce, hloubka do základny jsou výrazně ovlivněny rozměry hydraulického agregátu, spirálové (turbínové) komory a sacího potrubí, hloubkou osy oběžného kola hydraulické turbíny pod hladina zadní vody a počet hydraulických jednotek. V budově vodní elektrárny jsou zpravidla instalovány dvě nebo více hydraulických jednotek (například v budově vodní elektrárny Saratov - 23 hydraulických jednotek, vodní elektrárna Kanevskaya - 24 hydraulických jednotek), zřídka - jedna hydraulického agregátu, protože po jeho opravě přestane vodní elektrárna zcela fungovat.
Součástí budovy vodní elektrárny je místo instalace, na kterém jsou instalovány a za provozu opravovány hydraulické agregáty. V místě instalace jsou také umístěny některé pomocné systémy.
Budovy víceblokových vodních elektráren, které mají značnou délku, jsou rozděleny do samostatných částí dilatačními spárami: teplotně-sedimentární pro měkký podklad, teplotní pro skalnatý podklad. Budova vodní elektrárny Volžskaja o výkonu 2530 MW s 22 hydraulickými jednotkami je tak rozdělena na úseky dlouhé 60 m, z nichž každý má dvě energetické jednotky s rotačními lopatkovými turbínami o průměru oběžného kola 9,3 m (s konstrukčním spád 19 ma výkon 115 MW).
Blok místa montáže je obvykle také oddělen od budovy švem.
Agregátní část objektu vodní elektrárny se vyznačuje výraznou mohutností. Vnímá hydrostatický a hydrodynamický tlak v průtočné části, zatížení od zařízení a nadlehlých stavebních konstrukcí a přenáší je do základny. Geologické poměry mají významný vliv na řešení kameninové části stavby. Takže se skalnatým podkladem je to výrazně jednodušší. V agregované části objektu jsou systémy pro zásobování technickou vodou, odvodnění průtočné cesty, odvodnění objektu atd.
Provedení agregátové části závisí na typu objektu vodní elektrárny.
Podle typů vodních elektráren se rozlišují:
Objekty průtočných vodních elektráren, které jsou součástí tlakové fronty a vnímají tlak z návodní strany. V průběžných objektech se spádem do 50 m lze použít turbíny s rotačními lopatkami a se spádem nad 30 m i radiálně-axiální turbíny.
Přehradní budovy umístěné za přehradou, která přijímá tlak z horní strany. Zásobování vodou do nich je zajištěno turbínovými vodovodními potrubími. V přehradních objektech se spádem 30 až 300 m se používají především radiálně-axiální turbíny a za určitých podmínek i vysokotlaké rotační lopatkové turbíny (např. na vodní elektrárně Orlík s tlakovým rozsahem 45–71 ma jednotkový výkon 90 MW) a diagonální (např. vodní elektrárna Zeya s tlakovým rozsahem 78,5–97 ma jednotkovým výkonem 215 MW).
Pobřežní budovy používané v přehradních a odklonových schématech vodních elektráren se prakticky neliší od budov v blízkosti přehrady.
Podzemní budovy, které se používají i v přehradních a svodných schématech vodních elektráren, mají výstupní tunely (tlakové nebo netlakové). V objektech diverzních vodních elektráren s vysokým spádem se používají radiálně-axiální turbíny do spádu 600 m a korečkové turbíny od spádu 500 m a více. Všechny výše uvedené typy staveb nacházejí uplatnění jak u vodních elektráren, tak u přečerpávacích elektráren.
Hlavní schémata agregované části budov vodních elektráren (kromě budov podzemních vodních elektráren) jsou na Obr. 4.12. Schémata I a II znázorňují agregované části budovy nízkotlaké průtočné vodní elektrárny s vertikálními hydraulickými jednotkami a zakřivenými sacími potrubími nekombinovaného a kombinovaného typu s hlubokým přelivovým potrubím a schémata IV a V zobrazit horizontální a šikmé hydraulické jednotky kombinovaného typu s povrchovým přelivem.
Na obrázku III je znázorněna agregovaná část hráze nebo převáděcí budovy vodní elektrárny s kovovou turbínovou (spirálovou) komorou kruhového průřezu.
Na schématu VII je znázorněna agregovaná část diverzní vodní elektrárny s nízkovýkonovými hydraulickými jednotkami využívajícími vertikální kuželové a zvonovité sací potrubí. V tomto případě je pro odvod vody vytvořen odvodňovací kanál obdélníkového průřezu.
Na schématu VI je znázorněna agregovaná část diverzní vodní elektrárny s korečkovými (aktivními) hydraulickými turbínami, která se vyznačuje absencí klasických turbínových komor a sacích potrubí, čímž je agregátová část výrazně zjednodušena.
Parametry superagregátní části objektu vodní elektrárny závisí na provedení a rozměrech vrchní stavby.
Uzavřenou horní stavbou s vysokou strojovnou v rámci objektu vodní elektrárny a místa instalace jsou zajištěny nejpříznivější podmínky pro provoz, instalaci a opravy hlavního zařízení za různých klimatických podmínek. Výška a šířka turbínové haly je v tomto případě dána jak podmínkami umístění zařízení v ní, tak i jejím dodáním jeřáby turbínové haly na blok bloku nebo na místo instalace při instalaci nebo opravě hlavního zařízení.
Horní konstrukce se obvykle skládá z nosného rámu ve formě soustavy sloupů, na kterých spočívají jeřábové nosníky a podlahové vazníky, stěny, desky a podlahové střechy.
Většina budov vodních elektráren je postavena s vysokou strojovnou (obr. 4.13 – 4.15).
U horní stavby polootevřeného typu se sníženou strojovnou v rámci objektu vodní elektrárny a místa instalace je hlavní zařízení umístěno ve strojovně, kromě hlavního těžkého jeřábu, který je umístěn mimo ni. Při montáži a opravě se montáž a demontáž hydraulických agregátů provádí přes odnímatelný strop nad každým hydraulickým agregátem (ve formě odnímatelných krytů) pomocí externího portálového jeřábu. U velkých vodních elektráren je ve většině případů ve snížené strojovně instalován jeřáb se sníženou nosností, s jehož pomocí se provádějí montážní a opravárenské práce nevyžadující použití hlavního jeřábu (obr. 4.16 - 4,18).
V horní stavbě otevřeného typu bez turbínovny je hydrogenerátor umístěn pod odnímatelným krytem a zbytek zařízení je umístěn v technologických místnostech agregátové části objektu vodní elektrárny a místě instalace. Instalace a opravy se provádějí pomocí externího jeřábu. Vzhledem ke stále složitějším provozním podmínkám, montáži a opravám hydraulických jednotek se tento typ horní konstrukce používá velmi zřídka.
Budovy průtočných vodních elektráren(obr. 4.19). Objekty průtočných vodních elektráren jsou zatíženy stejným zatížením jako betonové hráze a jsou na ně kladeny stejné požadavky na pevnost, stabilitu, filtrační podmínky v základu, které jsou zajištěny vhodnými rozměry objektu, proti -filtrační a drenážní zařízení v základně. Korytní stavby se dělí na nekombinované a kombinované s přelivem.
Vzhledem k tomu, že proudění vstupující do výstupního kanálu z nekombinovaného a zejména kombinovaného objektu má přebytek kinetické energie, je ve výstupním kanálu provedeno upevnění proti erozi (viz obr. 4.2).
Rýže. 4.17. Stavba koryta přelivu s horizontálními kapslovými hydraulickými bloky Vodní elektrárny Kyjev: a – příčný řez; b – strojovna; 1 – portálový jeřáb; 2 – kapslová hydraulická jednotka; 3 – drážka mřížky na odpadky
Spojení budovy vodní elektrárny s přilehlou hliněnou hrází nebo s břehem se provádí pomocí protilehlých opěr ve formě opěrných zdí (gravitační, rohové, opěrné, komůrkové a jiné typy).
V průtočných stavbách nekombinovaného typu s vertikálními hydraulickými jednotkami je součástí průtokové části přívod vody, spirálová komora převážně T průřezu a sací potrubí, jehož rozměry určují rozměry jednotkový blok. V tomto případě může být šířka bloku s turbínou s rotačními lopatkami 2,6–3,2 násobek průměru oběžného kola turbíny (D1). Rozměry vtoku jsou dány požadovanou hloubkou pod ULV, zajištěním příznivých hydraulických poměrů na vtoku a při rozhraní se spirálovou komorou, přípustnými rychlostmi proudění na roštech (obvykle 0,8–1,2 m/s), umístěním mřížka, ventily pro nouzové opravy a opravy, jejichž drážky lze kombinovat s drážkami mřížky. Na vstupní části odběru vody je zpravidla vyrobena zásuvka s nasávací stěnou, která zajišťuje bezproblémový přívod vody.
Zapuštění objektu vodní elektrárny pod hladinu zadní vody závisí na požadované hloubce osy oběžného kola pod hladinou vody (sací výška) a rozměrech sacího potrubí, jakož i na inženýrských a geologických podmínkách založení.
Hlavní zvyšovací transformátory jsou instalovány na stropě nad zpracovatelskými místnostmi na straně po proudu.
Průtokové stavby kombinovaného typu, ve kterých jsou kromě turbínových rozvodů umístěny i přelivy, lze provést: se spodními přelivy umístěnými pod spirálovou komorou nad sacím potrubím - vodní elektrárny Volgograd, Novosibirsk, Kakhovskaya (obr. 4.19, b);
- se spodními přelivy a vysokým odběrem vody turbínových vodovodních potrubí - Čeboksary, vodní elektrárna Golovnaja (viz obr. 4.13);
- s hlubokými přelivy umístěnými nad spirálovou komorou (mezi ní a generátorem) - vodní elektrárny Irkutsk, Saratov, Dubossary (viz obr. 4.16);
- přelivy s vertikálními hydraulickými jednotkami - Pavlovskaja, Pljavinskaja (viz obr. 4.14), vodní elektrárna Dněstr;
- přelivy s horizontálními hydraulickými jednotkami - vodní elektrárny Kyjev, Kanevskaja (viz obr. 4.17);
- býkové hlavice s umístěním hydraulických jednotek v hlavicích přepadové hráze - Ortochalskaya (Gruzie), Wells (USA).
Stavby kombinovaného typu umožňují výrazně snížit délku přepadových hrází nebo je úplně odstranit, což je důležité zejména při výstavbě vodních elektráren na měkkých základech, což zajišťuje snížení nákladů na výstavbu. Na vodní elektrárně Novosibirsk se tak délka přepadové hráze zkrátila o 50 %. U vodních elektráren Irkutsk, Pavlovsk, Pljavinskaja a Dněstr kapacita přelivů budovy vodní elektrárny zajišťuje průchod výpočtového povodňového průtoku bez přepadových hrází. V objektech kombinovaných vodních elektráren je součástí odběru vody turbínový odběr vody a odběrová část přelivů.
Nevýhody takových budov zahrnují složitost návrhu, značné dodatečné hydrodynamické zatížení při provozu přelivů a komplikaci provozních podmínek.
V budovách kombinovaného typu s horizontálními kapslovými jednotkami používanými při nízkých spádech (do 25 m), v důsledku absence spirálové komory a použití přímého axiálního kuželového sacího potrubí, došlo k výraznému snížení šířky kameniva. bloku a je dosaženo zvýšení hloubky základny budovy. Kromě toho zlepšení geometrie a hydraulických podmínek průtokové cesty, včetně přívodní části bez spirálové komory složité konfigurace a nahrazení zakřivené sací trubky rovnou axiální kuželovou, která má vyšší energetickou náročnost, umožňuje snížit tlakové ztráty, zvýšit průchodnost horizontální jednotky o 20–30 % a při stejném výkonu tedy zmenšit průměr oběžného kola. Obecně platí, že použití horizontálních kapslových jednotek oproti vertikálním snižuje šířku agregátové jednotky až o 35 % a zvyšuje účinnost. o 2–4 %.
Rýže. 4.19. Budovy koryta řeky. Průřezy a pohledy ze spodní strany: a – Kremenčug ab – vodní elektrárna Kakhovskaja: 1 – základová deska; 2 – kovový jazýček; 3 – spodní přeliv
Povrchový přeliv poskytuje příznivé podmínky pro průchod povodní a umožňuje v mnoha případech upustit od výstavby přelivové hráze. V takových budovách je kovová kapsle s uzavřeným generátorem vodíku umístěna v průtočné části budovy na straně proti proudu. Přístup do kapsle se provádí speciálními dutinami ve vertikálním býku. Montáž a demontáž hydraulické jednotky se provádí pomocí mostového jeřábu, který je umístěn ve strojovně pod přelivem, a externího portálového jeřábu přes poklopy s odnímatelnými kryty v prahu přelivu (viz obr. 4.17).
U řady malých vodních elektráren je generátor umístěn volně v strojovně, osa hydraulického agregátu je nakloněna a voda je do turbíny přiváděna potrubím procházejícím pod generátorem (viz obr. 4.12, schéma V )
Průtokové stavby býčího typu se používají extrémně vzácně, hlavně na řekách s velkým množstvím sedimentů, které poskytují příznivé podmínky pro průchod ledu, sedimentů a povodňových toků přes drenážní pole. Na býčí vodní elektrárně Wells (USA) o výkonu 870 MW se spádem 30 m je instalováno 10 hydraulických jednotek v hlavicích hráze, odhadovaný povodňový průtok je 33,4 tis. m3/s. Nevýhody takových vodních elektráren zahrnují nedostatek společné turbínové místnosti, prodloužení technologických komunikací a obecně komplikace provozních podmínek.
Budovy přehrad vodní elektrárny. V budovách vodních elektráren v blízkosti přehrady je voda k turbínám přiváděna přes turbínové vodovodní potrubí (kovové nebo železobetonové), procházející převážně v tělese nebo na spodním okraji betonových přehrad, přičemž odběr vody je umístěn na horním okraj hrází, budova vodní elektrárny přímo sousedící s hrází a samostatný sloj (viz obr. 4.3, 4.5–4.7). U přehrad, které jsou v půdorysu přímočaré, je budova vodní elektrárny také přímočará; pokud je umístěna za klenutými nebo obloukovými gravitačními přehradami, může mít budova vodní elektrárny v půdorysu přímočarý nebo zakřivený obrys podél oblouku odpovídající obrysu spodního okraje přehrady.
Pro zajištění plynulého přívodu vody z vodovodního potrubí turbíny do spirálové komory se před něj obvykle instaluje vodorovná část vodovodního potrubí o délce (4–6)D 1, v rámci které jsou uspořádány zpracovatelské místnosti s stupňovité transformátory umístěné v horním patře.
U přehrad vyrobených z místních materiálů je voda k turbínám přiváděna turbínovými přivaděči procházejícími tělesem přehrady nebo jej obtékajícími ve formě tunelů či otevřených přivaděčů, se samostatným odběrem vody na horním toku a s budovou vodní elektrárny. nachází v určité vzdálenosti od přehrady.
Na rozdíl od koryt vodních objektů přehradní objekty nevnímají tlak horní vody a tlak, který je na ně přenášen potrubím turbínové vody, je malý, což odlehčuje konstrukci budovy.
Spirálové komory takových staveb mají kruhový průřez a jsou vyrobeny z kovu nebo železobetonu s kovovým opláštěním.
Šířka bloku agregátu u vertikálních radiálně-axiálních (nebo diagonálních) hydraulických turbín je dána rozměry turbínové (spirální) komory a je minimálně 4D 1 (průměry oběžného kola).
Typickým příkladem stavby přehrady je budova vodní elektrárny Krasnojarsk o celkové délce spolu s místem instalace 428,5 m, kde je instalováno 12 hydraulických jednotek o celkovém výkonu 6 mil. kW (viz obr. 4.5). Stacionární hráz má odběr vody s 24 otvory pro odběr vody. Voda je do jednotky přiváděna dvěma železobetonovými vodovodními potrubími o průměru 7,5m.
Na vodní elektrárně Chirkey s obloukovou hrází vybudovanou v úzké soutěsce je snížení délky budovy hráze dosaženo dvouřadým uspořádáním hydraulických jednotek (viz obr. 4.6). Obě turbínové haly jsou obsluhovány jedním mostovým jeřábem, který se překládá z jedné turbínové haly do druhé po jeřábových drahách v místě instalace. Umístěním sacích potrubí do dvou pater dochází k dodatečnému prohloubení budovy vodní elektrárny.
Při umístění objektů vodních elektráren v úzké soutěsce, kde je obtížné realizovat pobřežní přelivy, přelivy procházejí tělesem hráze, na jejím potočním okraji a na střeše objektu. Toto uspořádání bylo provedeno na VE Toktogul s dvouřadým uspořádáním jednotek v budově VE (viz obr. 4.7). V tomto případě jsou stupňovité transformátory umístěny uvnitř. Při tomto uspořádání je proud procházející přelivem odhazován od budovy vodní elektrárny odrazovým můstkem na značnou vzdálenost a energie je absorbována především provzdušňováním proudu.
Typickým příkladem stavby přehrady umístěné za hrází z místních materiálů se zásobováním vodou tunely je budova vodní elektrárny Nurek (viz obr. 4.9, 4.18). Budova vodní elektrárny má 9 bloků o výkonu 300 MW každý s maximálním spádem 275 m. Voda je přiváděna třemi tunely o průměru 9 m, každý rozdělený na 3 turbínové vodovodní potrubí. Objekt je navržen se sníženou strojovnou s odnímatelnými kryty ve stropě nad hydraulickými agregáty a montážní plošinou. V strojovně a ve ventilové místnosti jsou instalovány mostové jeřáby pro údržbu a opravy zařízení a pro instalaci a kompletní demontáž hydraulické jednotky a kulového kohoutu je použit portálový jeřáb.
Diverzní budovy vodní elektrárny s radiálně-axiálními turbínami se prakticky neliší od přehradních staveb. Při instalaci korečkových turbín se mění konstrukce agregátní části objektu vodní elektrárny. Místo turbínové komory je provedeno tlakové rozvodné potrubí ve formě kovového pláště, na kterém jsou namontovány turbínové trysky s mechanismy pro regulaci průtoku a voda je z turbíny vypouštěna přes beztlaké patro. V závislosti na výkonu hydraulické turbíny a počtu trysek může být osa hydraulické jednotky umístěna svisle nebo vodorovně. Vzhledem k tomu, že oběžné kolo korečkových turbín je umístěno nad maximální hladinou po proudu, jejich instalace výrazně snižuje hloubku objektu.
V objektech vysokotlakých svodných vodních elektráren s velkou délkou nebo rozvětvením tlakových vodovodních potrubí jsou před turbíny instalovány kotoučové nebo kulové ventily v závislosti na tlaku a průměru (pro tlaky nad 600 m pouze kulové ventily), které umožňují nouzově uzavřít potrubí a zastavit hydraulický agregát při poruše vodicí lopatky, jakož i při běžném provozu a opravách.
V poslední době se místo předturbinových ventilů používají vestavěné prstencové ventily, umístěné mezi sloupy statoru a rozváděcími lopatkami, což umožňuje snížit rozměry budovy, hmotnost a cenu zařízení.
Budovy podzemních vodních elektráren. V posledních desetiletích se rozšířila výstavba podzemních budov vodních elektráren. Z nich největší byly postaveny v Kanadě: Churchill Falls o výkonu 5225 MW se spádem 320 m, Mika - 2610 MW se spádem 183 m. Vodní elektrárna Inguri o výkonu 1300 MW v Gruzii ( obr. 4.20), Verchnětulomskaja - 248 MW a Usť-Chantajskaja - 441 MW v Rusku atd. V podzemních budovách stavební práce nezávisí na klimatických podmínkách, což je důležité při stavbě v severních oblastech s tuhými zimami nebo v tropech s dlouhé období dešťů. Podzemní stavby se využívají i v případech, kdy v důsledku nepříznivých přírodních podmínek v rokli (strmé svahy náchylné k sesuvu půdy, vysoká hladina vody při průchodu povodní), ale i velká hloubka osy oběžného kola turbíny pod hladinou zadní vody , výstavba otevřených budov může vést k nestabilitě pobřežních svahů, k prudkému nárůstu objemu práce.
Mezi nevýhody podzemních staveb patří: v případě nepříznivých inženýrských a geologických podmínek značné zkomplikování podzemních prací; komplikace provozních podmínek v důsledku prodloužení technologických komunikací, složitější schémata dodávky energie; zvýšení nákladů na energie pro vlastní potřebu, které je způsobeno nutností neustálého větrání prostor, jejich osvětlení atp.
Rozměry a uspořádání budov podzemních vodních elektráren závisí především na parametrech a umístění hydroenergetických, elektrických a hydromechanických zařízení. U velkých vodních elektráren, kde velikost chodu turbínové haly dosahuje velkých rozměrů (rozpětí až 30 m a více), bývá hlavní hydroenergetické zařízení umístěno v turbínové hale, která je obsluhována mostovými jeřáby, a před -ventily turbín jsou instalovány v samostatné místnosti umístěné v určité vzdálenosti od strojovny. U dlouhých výtokových tunelů jsou v samostatné místnosti umístěny i následné opravné vrata a jejich obslužné mechanismy pro uzavření sacího potrubí. Při větším počtu jednotek se instaluje více výstupních tunelů, nejčastěji volně průtočných nebo tlakových (s velkým kolísáním hladiny zadní vody) s vyrovnávací nádrží. U krátkých tunelů, které odvádějí vodu z každého bloku odděleně, jsou ve výstupních portálech tunelů instalována vrata po proudu.
Jedním z důležitých faktorů určujících uspořádání budov podzemních vodních elektráren je volba umístění hlavních zvyšovacích transformátorů: v samostatné podzemní místnosti (Kariba HPP v Zimbabwe, Yali HPP ve Vietnamu), v rozšířené podzemní hale turbín (HPP Timet I a II v Austrálii), otevřené na zemském povrchu ve venkovních rozváděčích (Borisoglebskaya, Ingurskaya).
Otevřené uspořádání transformátorů se využívá především při mělkém umístění podzemního objektu (v hloubce 200–300 m) a při vhodných topografických a geologických podmínkách lokality. V tomto případě jsou proudové vodiče od generátorů k transformátorům, které mají značnou délku, uloženy ve speciálních galeriích a šachtách se speciálními opatřeními pro odvod tepla kvůli velkému uvolňování tepla vodiči.
Přenos elektrické energie do venkovního rozváděče a uzavřených rozváděčů z hlavních transformátorů, pokud jsou umístěny pod zemí, se provádí při napětí 110–500 kV olejovými kabely se speciálními opatřeními pro odvod tepla a nově i plynem -izolované vodiče.
V podzemních budovách jsou instalovány instalační plošiny, které jsou ve většině případů pokračováním strojovny, umístěné zpravidla na jejím konci a spojené s povrchem země pomocí dopravních tunelů a nákladních šachet.
Pro odvod tepla a větrání podzemních prostor budovy vodní elektrárny jsou instalovány ventilátory a klimatizace.
Návrhy vyzdívek strojoven závisí na inženýrských a geologických podmínkách. Ve většině turbínových hal je provedena nosná klenba kruhového tvaru s navýšením tloušťky železobetonového ostění u pat. V dostatečně pevných horninách se stěny upevňují stříkaným betonem a v méně pevných horninách se instaluje souvislý betonový nebo železobetonový obklad o tloušťce do 0,5 m a více s výztuží s kotvami, v místech oslabených hornin - se zpevňujícím cementováním, v místech se zpevněním betonu a betonu. a v některých případech jsou zajištěna odvodňovací opatření.
V podzemním objektu vodní elektrárny Inguri o délce 145,5 m, rozpětí 21,2 m a vylamovací výšce 53,7 m je instalováno 5 hydraulických agregátů. Voda je do bloků přiváděna pomocí turbínových vodovodních potrubí umístěných půdorysně pod úhlem k podélné ose bloků, což umožnilo umístit ventily předturbíny v rámci strojovny prakticky bez zvětšení jejího rozpětí (viz obr. 4.20). . Voda je vypouštěna tlakovým tunelem.
Polopodzemní budovy vodních elektráren. Za příznivých inženýrsko-geologických a topografických podmínek a velkého kolísání hladiny odpadní vody lze stavět polopodzemní objekty umístěné v výkopových otvorech a horní stavby turbínových hal lze stavět na zemském povrchu. Řešení pro polopodzemní budovy je možné s umístěním jednoho nebo více bloků do samostatných šachet, nad kterými je na zemském povrchu vztyčena horní stavba strojovny jako u přečerpávací elektrárny Dněstr.
Polopodzemní budova vodní elektrárny Vilyuiskaya o výkonu 648 MW, vybudovaná ve výkopu hlubokém 60 m, je zcela umístěna pod povrchem země (obr. 4.21).
Budovy malých vodních elektráren. Mezi malé vodní elektrárny patří obvykle vodní elektrárny s výkonem do 10–30 MW. Spolu s využíváním vodních zdrojů velkých řek ve středních a velkých vodních elektrárnách, které ve většině případů vyžadují vytvoření velkých nádrží a fungují v integrovaných energetických systémech, se ve světě rozšířily malé vodní elektrárny. Takové vodní elektrárny využívají hydroenergetický potenciál malých řek, přítoků a vypouštěcích kanálů a mají extrémně omezený dopad na životní prostředí. Mohou dodávat elektřinu do elektrické sítě nebo pracovat pro konkrétního spotřebitele, což je důležité zejména pro vzdálené oblasti, kde není rozvinutá síť pro přenos energie.
Malé vodní elektrárny, stejně jako velké, se dělí na vodní elektrárny s průtočnými a přehradními objekty a odklonové.
Na malých vodních elektrárnách lze pro zjednodušení konstrukcí v budovách s instalací vertikálních hydraulických jednotek použít kónické sací potrubí s přímou osou, horizontální jednotky včetně kapslových jednotek i ty se šikmou osou jednotky (viz obr. 4.12, diagramy IV, V, VII) jsou široce používány.
Na straně 283 (foto) a na Obr. Obrázek 4.22 ukazuje diverzní vodní elektrárny - Tereblya-Rikskaya o výkonu 27 MW se spádem 215 m a Egorlykskaja s výkonem 30 MW se spádem 32 m. Obr.
Rozmanitost možností a jedinečnost technických řešení používaných při výstavbě vodních elektráren je úžasná. Ve skutečnosti není tak snadné najít dvě stejné stanice. Stále však existuje jejich klasifikace na základě určitých charakteristik - kritérií.
Způsob vytváření tlaku
Snad nejviditelnějším kritériem je způsob vytváření tlaku:
- průtočná vodní elektrárna (HPP);
- diverzní vodní elektrárna;
- přečerpávací elektrárna (PSPP);
- přílivová elektrárna (TPP).
Mezi těmito čtyřmi hlavními typy vodních elektráren jsou charakteristické rozdíly. Říční vodní elektrárna se nachází na řece a blokuje její tok přehradou, aby vytvořil tlak a nádrž. Derivační vodní elektrárna obvykle se nachází na klikatých horských řekách, kde je možné propojit ramena řeky potrubím, aby část toku mohla téci kratší cestou. V tomto případě je tlak vytvářen přirozeným rozdílem v terénu a nádrž může zcela chybět. Přečerpávací elektrárna se skládá ze dvou bazénů umístěných na různých úrovních. Bazény jsou propojeny potrubími, kterými může voda proudit do spodního bazénu z horního a být čerpána zpět. přílivová elektrárna nachází se v zátoce blokované přehradou, aby vytvořila nádrž. Na rozdíl od přečerpávací elektrárna Provozní cyklus TES závisí na přílivovém jevu.
Hodnota tlaku
Na základě velikosti tlaku vytvářeného vodní stavbou (HTS) jsou vodní elektrárny rozděleny do 4 skupin:
- nízký tlak - do 20 m;
- střední tlak - od 20 do 70 m;
- vysoký tlak - od 70 do 200 m;
- ultravysoký tlak - od 200 m.
Stojí za zmínku, že klasifikace podle hodnota tlaku je relativní a liší se od jednoho zdroje k druhému.
Instalovaný výkon
Podle instalovaného výkonu stanice - součet jmenovitých výkonů na ní instalovaných výrobních zařízení. Tato klasifikace má 3 skupiny:
- mikrovodní elektrárna - od 5 kW do 1 MW;
- malé vodní elektrárny - od 1 kW do 10 MW;
- velké vodní elektrárny - nad 10 MW.
Klasifikace podle instalovaná kapacita stejně jako z hlediska tlaku není přísný. Stejná stanice může být klasifikována v různých skupinách v různých zdrojích.
Design přehrady
Existují 4 hlavní skupiny vodních elektráren:
- gravitační;
- opěra;
- klenutý;
- oblouková gravitace.
Gravitační přehrada Jedná se o masivní konstrukci, která díky své hmotnosti zadržuje vodu v nádrži. Opěrná přehrada využívá trochu jiný mechanismus - relativně nízkou hmotnost kompenzuje tíhou vody, která tlačí na šikmý líc hráze z návodní strany. Oblouková přehrada , snad nejelegantnější, má tvar oblouku, základna spočívá na březích a zaoblená část je vypouklá směrem k nádrži. Voda je zadržována u obloukové hráze díky přerozdělení tlaku z čela hráze na břehy řeky.
Umístění strojovny
Přesněji podle umístění strojovny vzhledem k přehradě, nezaměňovat s rozložením! Tato klasifikace je relevantní pouze pro průtočné, odbočné a přílivové elektrárny.
- typ kanálu;
- typ přehrady.
Na typ kanálu strojovna je umístěna přímo v tělese přehrady, typ přehrady - je vztyčen odděleně od tělesa hráze a bývá umístěn bezprostředně za ním.
Rozložení
Slovo „uspořádání“ v tomto kontextu znamená umístění turbínové místnosti vzhledem ke korytu řeky. Buďte opatrní při čtení další literatury na toto téma, protože slovo layout má širší význam. Klasifikace platí pouze pro průtočné a odklonné elektrárny.
- kanál;
- niva;
- pobřežní.
Na rozložení kanálu budova turbínové haly je umístěna v korytě řeky, rozložení záplavového území - v nivě řeky, a kdy pobřežní rozložení - na břehu řeky.
Nadměrná regulace
Totiž míra regulace toku řeky. Klasifikace je relevantní pouze pro průtočné a diverzní vodní elektrárny.
- denní regulace (provozní cyklus - jeden den);
- týdenní regulace (pracovní cyklus - jeden týden);
- roční regulace (provozní cyklus - jeden rok);
- dlouhodobá regulace (provozní cyklus - několik let).
Klasifikace odráží, jak velká je nádrž vodní nádrže ve vztahu k objemu ročního průtoku řeky.
Všechna výše uvedená kritéria se vzájemně nevylučují, to znamená, že stejná vodní elektrárna může být říčního, vysokotlakého, středního výkonu, průtočného uspořádání se strojovnou přehradního typu, obloukovou přehradou a roční regulační nádrž.
Seznam použitých zdrojů
- Bryzgalov, V.I. Vodní elektrárny: učebnice. příspěvek / V.I. Bryzgalov, L.A. Gordon - Krasnojarsk: IPC KSTU, 2002. - 541 s.
- Hydraulické konstrukce: ve 2 svazcích / M.M. Grishin [a další]. - Moskva: Vyšší škola, 1979. - T.2 - 336 s.
Definice
Zvláštnosti
Princip činnosti
Vodní energie ve světě
Největší vodní elektrárny na světě
Tucurui vodní elektrárna
Grand Coulee
Sayano-Shushenskaya vodní elektrárna
Vodní elektrárna Krasnojarsk
Churchill Falls (HPP)
Hooverova přehrada
Asuánské přehrady
Vodní elektrárny (HPP) Ruská Federace
Zázemí rozvoje vodního stavitelství v Ruská Federace
Největší vodní elektrárny (VVE) Ruská Federace
Vodní elektrárna Bratsk
Ust-Ilimskaya HPP
Boguchanskaya HPP
Volzhskaya HPP
Žigulevskaja HPP
Bureyskaya HPP
Nehody a mimořádné události ve vodních elektrárnách
Přehrada Vayont
Novosibirská vodní elektrárna
Nehody na VE Sayano-Shushenskaya
Malá vodní elektrárna (HPP)
Vodní elektrárna (HPP)) je elektrárna, která jako zdroj energie využívá energii proudění vody. Vodní elektrárny (VVE) se obvykle staví na řekách výstavbou přehrad a nádrží.
Pro efektivní výrobu elektřiny ve vodní elektrárně jsou nutné dva hlavní faktory: celoroční zaručená dodávka vody a případně velké svahy řeky, kaňonovité typy terénu jsou příznivé pro vodní stavby.
Zvláštnosti
Původní cena elektřina u ruských vodních elektráren je více než dvakrát nižší než u tepelných elektráren.
Vodní generátory lze zapínat a vypínat poměrně rychle v závislosti na spotřebě energie
Obnovitelný zdroj energie
Výrazně nižší dopad na ovzduší než u jiných typů elektráren
Výstavba vodních elektráren je obvykle kapitálově náročnější
Účinné vodní elektrárny jsou často od spotřebitelů vzdálenější
Nádrže často zabírají velké plochy
Přehrady často mění charakter rybářství, protože blokují přechod stěhovavých ryb na místa tření, ale často přispívají ke zvýšení rybí obsádky v samotné nádrži a realizaci chovu ryb.
Zásada práce
Zásada práce Vodní elektrárna je poměrně jednoduchá. Řetězec hydraulických struktur zajišťuje potřebný tlak vody proudící k lopatkám hydraulické turbíny, která pohání generátory produkující elektřina.
Potřebný tlak vody se vytváří stavbou přehrady a v důsledku koncentrace řeky v určitém místě nebo odklonem - přirozeným tokem vody. V některých případech se k získání požadovaného tlaku vody používá jak přehrada, tak přeložka společně.
Veškeré energetické zařízení je umístěno přímo v budově vodní elektrárny (VVE). Podle účelu má své specifické dělení. Ve strojovně jsou hydraulické jednotky, které přímo přeměňují energii proudění vody na elektrickou energii. Nechybí ani všemožná doplňková zařízení, řídicí a monitorovací zařízení pro provoz vodních elektráren, trafostanice, rozvaděče a mnoho dalšího.
Vodní elektrárny se dělí podle vyrobené energie:
výkonný - vyrábí od 25 MW do 250 MW a více;
střední - do 25 MW;
malé vodní elektrárny (VVE) - do 5 MW.
Výkon vodní elektrárny přímo závisí na tlaku vody a také na účinnosti použitého generátoru. Vzhledem k tomu, že podle přírodních zákonitostí se hladina vody neustále mění v závislosti na ročním období, ale i z řady dalších důvodů, je zvykem brát cyklický výkon jako vyjádření výkonu vodní elektrárny. . Jedná se například o roční, měsíční, týdenní nebo denní cykly provozu vodní elektrárny (VVE).
Vodní elektrárny (VVE) se také dělí v závislosti na maximálním využití tlaku vody:
vysoký tlak - více než 60 m;
střední tlak - od 25 m;
nízký tlak - od 3 do 25 m.
V závislosti na tlaku vody se ve vodních elektrárnách (VVE) používají různé typy turbín. Pro vysokotlaké - korečkové a radiálně-axiální turbíny s kovovými spirálovými komorami. Na středotlakých vodních elektrárnách jsou instalovány rotační lopatkové a radiálně-axiální turbíny, na nízkotlakých vodních elektrárnách jsou rotační lopatkové turbíny instalovány v železobetonových komorách. Princip činnosti všech typů turbín je podobný - voda pod tlakem (tlakem vody) vstupuje do lopatek turbíny, které se začnou otáčet. Mechanická energie se tak přenáší do hydrogenerátoru, který vyrábí elektřinu. Turbíny se v některých ohledech liší technická charakteristika, stejně jako komory - železo nebo železobeton, a jsou určeny pro různé tlaky vody.
Vodní elektrárny se také dělí v závislosti na principu využití přírodních zdrojů a podle toho i na výsledné koncentraci vody. Zde lze rozlišit následující vodní elektrárny:
říční a přehradní vodní elektrárny. Jedná se o nejběžnější typy vodních elektráren. Tlak vody v nich vzniká instalací hráze, která řeku zcela zablokuje nebo v ní zvedne hladinu vody na požadovanou úroveň. Takové vodní elektrárny (VVE) se budují na rovinatých řekách s vysokou vodou, stejně jako na horských řekách, v místech, kde je koryto užší a stlačenější.
přehradní vodní elektrárny. Staví se na vyšší tlak vody. V tomto případě je řeka zcela zablokována přehradou a samotná budova vodní elektrárny se nachází za hrází, v její spodní části. Voda je v tomto případě přiváděna k turbínám speciálními tlakovými tunely, nikoli přímo, jako v průtočných vodních elektrárnách.
diverzní vodní elektrárny (HPP). Takové elektrárny se staví v místech, kde je spád řeky vysoký. Potřebná koncentrace vody ve vodní elektrárně tohoto typu se vytváří odklonem. Voda je z koryta odváděna speciálními drenážními systémy. Ty jsou narovnány a jejich sklon je mnohem menší než průměrný sklon řeky. Voda je tak přiváděna přímo do budovy vodní elektrárny. Směrné vodní elektrárny mohou být různého typu, beztlakové, nebo s tlakovým svodem. V případě tlakového svodu se vodovodní potrubí pokládá s velkým podélným sklonem. V jiném případě se na začátku odklonu vytvoří na řece vyšší hráz a vznikne nádrž - toto schéma se také nazývá smíšený odklon, protože se používají oba způsoby vytváření požadované koncentrace vody.
přečerpávacích elektráren. Takovéto přečerpávací elektrárny jsou schopny akumulovat vyrobenou elektřinu a zprovoznit ji v době špičkového zatížení. Princip fungování takových elektráren je následující: v určitých okamžicích (nešpičkových dobách zatížení) fungují bloky přečerpávacích elektráren jako čerpadla a čerpají vodu do speciálně vybavených horních bazénů. Když vznikne poptávka, voda z nich vstupuje do tlakového potrubí a pohání další turbíny.
Vodní elektrárny, v závislosti na jejich účelu, mohou také zahrnovat další konstrukce, jako jsou zdymadla nebo lodní výtahy, které usnadňují plavbu přes nádrž, rybí průchody, struktury pro příjem vody používané pro zavlažování a mnoho dalšího.
Hodnota vodní elektrárny je ta, že k výrobě elektrické energie využívají obnovitelné zdroje Přírodní zdroje. Vzhledem k tomu, že pro vodní elektrárny není potřeba další palivo, jsou konečné náklady na vyrobenou elektřinu výrazně nižší než při použití jiných typů elektráren.
Vodní energie ve světě
Lídry ve výrobě vodní energie na obyvatele jsou Kanada a Kanada. Nejaktivnější vodní stavbu na počátku 20. století provedlo Rusko, pro které je vodní energie hlavním potenciálním zdrojem energie, v této zemi se nachází až polovina světových malých vodních elektráren (VVE).
Největší vodní elektrárny na světě
Od roku 2005 zajišťuje vodní energie výrobu až 63 % obnovitelné elektřiny a až 19 % veškeré elektřiny na světě, instalovaný výkon vodních elektráren dosahuje 715 GW.
Lídrem ve výrobě vodní energie na obyvatele je Norsko, Island a Kanadě. Nejaktivnější hydraulickou konstrukcí na počátku 21. století je Čína, pro kterou je vodní energie hlavním potenciálním zdrojem energie, v témž země se nachází až polovina světových malých vodních elektráren (VVE).
Itaipu
Itaipu je velká vodní elektrárna na řece Paraná, 20 km od města Foz do Iguacu na hranici Brazílie a Paraguaye.
Projektové a přípravné práce začaly v roce 1971, poslední dva z plánovaných 18 generátorů byly uvedeny do provozu v roce 1991 a další dva generátory byly uvedeny do provozu v roce 2007.
Skladba konstrukcí vodních elektráren:
Kombinovaná hráz má celkovou délku 7 235 m, šířku 400 m a výšku 196 m;
Betonový přeliv s maximálním průtokem 62 200 m/s.
Výkon stanice je 14 000 MW. Průměrná roční produkce je 69,5 miliard kWh, po dokončení výstavby v roce 2007 - 90-95 miliard kWh ročně.
Energetické zařízení stanice tvoří 20 hydraulických jednotek o výkonu 700 MW, z důvodu překročení projektového tlaku dosahuje výkon generátorů 750 MW po více než polovinu provozní doby.
Vodní přehrada (HPP) tvořila relativně malou – v poměru k výkonu – nádrž o délce 170 km, šířce 7 až 12 km, ploše 1 350 km² a objemu 29 km².
Pro jeho výstavbu vláda přesídlila asi 10 tisíc rodin žijících na březích Parany, z nichž mnozí se přidali k Hnutí bezzemků.
Cena Výstavba Itaipu byla původně odhadována odborníky na 4,4 miliardy dolarů, ale kvůli neúčinné politice po sobě jdoucích diktátorských režimů ve skutečnosti činila 15,3 miliardy dolarů.
Guri
„Guri“ je velká vodní elektrárna ve Venezuelské republice v departementu Bolivar na řece Caroni, 100 km před jejím soutokem s Orinokem.
Oficiální název je vodní elektrárna (HPP) pojmenovaná po Simonu Bolivarovi (v letech 1978-2000 - pojmenovaná po Raul Leoni).
Třetí stanice na světě z hlediska síly po čínské „Sanxii“ a brazilském „Itaipu“.
Stavba vodní elektrárny začala v roce 1963, první etapa byla dokončena v roce 1978, druhá v roce 1986.
Skladba konstrukcí vodních elektráren:
hráz o celkové délce 1300 m a výšce 162 m;
dvě strojovny po 10 hydraulických jednotkách;
betonový přeliv s maximální kapacitou 25 500 m/s.
Výkon stanice je 10 300 MW. V první strojovně je 10 jednotek o výkonu 400 MW každý, ve druhé - 10 jednotek o výkonu 630 MW každý. Maximální roční produkce je 46 miliard kWh. Tlakové stavby vodní elektrárny (celková délka dosahuje 7 000 m) tvoří velkou nádrž Guri o délce 175 km, šířce 48 km, ploše až 4 250 km² a celkovém objemu 138 km³. . Vodočára nádrže se nachází v nadmořské výšce 272 m nad mořem.
Od roku 2000 probíhá rekonstrukce: do roku 2007 bylo vyměněno 5 turbín a hlavní součásti druhé turbínové haly, od roku 2007 byly vyměněny čtyři bloky v první hale.
Stěny druhé strojovny zdobí venezuelský umělec Carlos Cruz-Diez.
Vodní elektrárna Tukurui
Vodní elektrárna Tucuruí (Guarani, portugalsky: Tucurún, Usina Hidrelétrica de Tucurún) je vodní elektrárna (HPP) na řece Tocantins, která se nachází v hrabství Tucurui, Tocantins, .
Vodní elektrárna je pojmenována po městě Tucurui, které existovalo poblíž staveniště. Nyní pod přehradou existuje město se stejným názvem. Instalovaný výkon vodní elektrárny (VE) je 8 370 MW, celkem je umístěno 24 generátorů.
V roce 1970 vznikla z brazilských společností ENGEVIX a THEMAG, které získaly mezinárodní za vývoj a realizaci projektu. Práce začaly v roce 1976 a byly dokončeny v roce 1984. Délka přehrady byla 11 km, výška 76 m. Přepad byl vyvinut laboratoří Francisco Rodrigues Saturnino de Brito (Rio de Janeiro) a má největší průtočnou kapacitu na světě 120 000 m² /s
Vodní elektrárna byla uvedena ve filmu z roku 1985 „Smaragdový les“.
Grand Coulee
Grand Coulee je vodní elektrárna (HPP) nacházející se v Severní Americe, největší ve Spojených státech a pátá největší na světě.
Stavba vodní elektrárny byla dokončena v červnu 1942. Nádrž o objemu 11,9 km3 byla vybudována za účelem výroby elektřiny a zavlažování pouštních oblastí na severozápadním pobřeží. Vody nádrže zavlažují asi 2000 km² zemědělské plochy.
Betonová gravitační hráz vodní elektrárny, v jejímž tělese bylo položeno 9,16 mil. m betonu, má délku 1592 m a výšku 168 m. Šířka přelivové části hráze je 503 m. V r. ve čtyřech turbínovnách vodní elektrárny je instalováno celkem 33 turbín o celkovém výkonu 6809 MW, které ročně vyrobí 20 TWh elektřiny.
Sayano-Shushenskaya HPP
Vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya pojmenovaná po. P.S. Neporozhniy je nejvýkonnější elektrárna v Ruské federaci, šestá nejvýkonnější vodní elektrárna (HPP) na světě. Nachází se na řece Jenisej, ve vesnici Cheryomushki (Khakassia), nedaleko Sayanogorsku.
Je to nejvýkonnější elektrárna v Ruské federaci. Před havárií v roce 2009 vyráběla 15 procent energie vyrobené v ruských vodních elektrárnách (HPP) a 2 procent celkový objem elektřiny. Skladba konstrukcí vodních elektráren:
betonová klenbová gravitační hráz 245 m vysoká, 1 066 m dlouhá, 110 m široká u paty, 25 m široká na koruně. 189 m dlouhá ,6 m a pravobřežní slepá část 298,5 m dlouhá.
budova přehradní vodní elektrárny
pobřežní přeliv ve výstavbě.
Výkon vodní elektrárny je 6 400 MW (spolu s hlavním vodním komplexem - 6 721 MW), průměrná roční výroba je 24,5 miliardy kWh. V roce 2006 vyrobila elektrárna kvůli velké letní povodni 26,8 miliardy kWh elektřiny.
V budově vodní elektrárny bylo umístěno 10 radiálně-axiálních hydraulických bloků o výkonu 640 MW každý, pracujících při projektové výšce 194 m. Maximální statická výška na hrázi byla 220 m. Hráz vodní elektrárny je unikátní; pouze jedna další vodní elektrárna v Ruské federaci má podobný typ přehrady – Gergebilskaja, je však výrazně menší.
Kapacita přelivu přehrady je 13 600 m³/sec, maximální zaznamenaný přítok do lokality je 24 400 m³/sec, budovaný přeliv by měl zvýšit maximální vypouštěcí průtok o 8 000 m³/sec.
Pod VE Sayano-Shushenskaya je její protiregulátor - VE Mainskaya o výkonu 321 MW, která je organizačně součástí hydroenergetického komplexu Sayano-Shushenskaya.
Vodní přehrada tvoří velkou nádrž Sayano-Shushenskoye o celkovém objemu 31,34 metrů krychlových. km (užitný objem - 15,34 kubických km) a plocha 621 m2. km. Voda v nádrži je vysoce kvalitní, což umožnilo organizovat pod vodní elektrárnou rybí farmy specializované na chov pstruhů. Při vytváření nádrže bylo zaplaveno 35,6 tisíce hektarů zemědělské půdy a přesunuto 2 717 objektů. V oblasti nádrže se nachází biosférická rezervace Sayano-Shushensky.
Vodní elektrárna Sayano-Shushenskaya byla navržena institutem Lenhydroproekt.
Vodní elektrárna Krasnojarsk
Vodní elektrárna Krasnojarsk se nachází na řece Jenisej, čtyřicet kilometrů od Krasnojarsku, poblíž města Divnogorsk, území Krasnojarsk. Druhá největší vodní elektrárna v Ruské federaci. Zahrnuto v kaskádě vodních elektráren Jenisej.
Vodní elektrárna Krasnojarsk byla navržena institutem Lenhydroproekt.
Výstavba vodní elektrárny začala v roce 1956 a skončila v roce 1972. První blok vodní elektrárny Krasnojarsk byl spuštěn 3. listopadu 1967.
Skladba konstrukcí vodních elektráren:
gravitační betonová hráz o délce 1065 m a výšce 124 m, sestává z levobřežní slepé hráze o délce 187,5 m, přelivu - 225 m, slepého koryta - 60 m, stanice - 360 m a pravobřežní roleta - 232,5 m. Celkem bylo během výstavby na těleso hráze položeno 5,7 mil. m3 betonu.
430 m dlouhá budova vodní elektrárny u hráze.
Elektroinstalace pro příjem a rozvod elektřiny - 220 kV a 500 kV.
Lodní výtah.
Výkon vodní elektrárny je 6000 MW. Průměrná roční produkce elektřiny je 20,4 miliardy kWh. Budova vodní elektrárny obsahuje 12 radiálně-axiálních hydraulických jednotek o výkonu 500 MW každý, pracujících na konstrukční výšce 93 m. Pro proplouvání lodí byl postaven jediný lodní výtah v Ruské federaci.
Vodní přehrada tvoří velkou nádrž Krasnojarsk. Plocha nádrže je asi 2000 km², celkový a užitečný objem je 73,3 a 30,4 km². Nádrž zaplavila 120 tisíc hektarů zemědělské půdy, během výstavby bylo přestěhováno 13 750 objektů.
Churchill Falls (HPP)
Churchill Falls je diverzní vodní elektrárna na řece Churchill v kanadské provincii Newfoundland a Labrador, která by se měla stát součástí projektované kaskády vodních elektráren na řece. Na místě Churchill Falls vysokých 75 m byla postavena vodní elektrárna (VVE), která byla po odklonění řeky v roce 1970 odvodněna, to znamená, že jako vodopád po většinu roku neexistuje. Řeka, vodopád a vodní elektrárna jsou pojmenovány po britském premiérovi W. Churchillovi.
Od roku 2009 má vodní elektrárna Churchill Falls druhou největší podzemní turbínu na světě po vodní elektrárně Robert-Bourassa v severním Quebecu, je první vodní elektrárnou (HPP) v Severní Americe z hlediska průměrné roční výroby. (35 TWh) a druhý palec Kanada podle instalovaného výkonu (5 428 MW).
Stavba vodní elektrárny (VVE) začala po několikaletém plánování 17. července 1967 a byla dokončena 6. prosince 1971. Nádrž o celkové ploše 6 988 km2 a objemu 28 km3 - byla tvořena nikoli jednou hrází, ale 88 přehradními hrázemi o celkové délce více než 64 km, při jejichž výstavbě bylo spotřebováno 20 milionů m3 zeminy. Nejdelší z přehrad je dlouhá 6,1 km. Toto schéma umožnilo zvýšit plochu povodí z 60 000 km2 na 71 700 km2 a zvýšit průměrný roční průtok v oblasti hydroelektrického komplexu na 52 km3 (1 651 m²/s).
Vodní elektrárna (VVE) je postavena na principu odklonu s odkloněním řeky v oblasti vodopádu. Vybaveno přelivem o kapacitě 1 390 m3/sec. Kaše M3 Hala hydroelektrárny, která je navržena jako podzemní, je vybudována ve skalním výkopu v hloubce 310 m. Rozměry strojovny jsou 296 m na délku, 25 m na šířku a 47 m na výšku. Celkem má 11 vodních elektráren o celkovém výkonu 5 428 MW. Každá z radiálně-axiálních turbín, pracující s konstrukční hlavou 312,4 m, má hmotnost 73 tun a pracovní frekvenci 200 ot./min. Výkon generátoru M3 příkop 493,5 MV. Vodovodní potrubí bloků je provedeno formou přívodních tunelů o délce 427 ma průměru 6,1 m a odvodňovacích šachet ke generátorům o výšce 263 m a průměru 2,13 m.
Stanici vlastní Churchill Falls (Labrador) Corporation Ltd, kontrolní podíl (65,8 %), který vlastní Nalcor, a 34,2 % vlastní Hydro-Québec. Existuje projekt rozvoje stanice, který zahrnuje výstavbu nových přehrad a dalších vodních elektráren (VVE), které by měly zajistit zvětšení povodí a přinést celkový instalovaný výkon na 9 252 MW.
Hooverova přehrada
Hoover Dam, Hoover Dam, Hoover Dam, také známý jako Boulder Dam, je unikátní vodní stavba v USA, 221 m vysoká betonová přehrada a vodní elektrárna (HPP), postavená na dolním toku řeky Colorado. Nachází se v Black Canyon, na hranici Arizony a Nevady, 48 km jihovýchodně od Las Vegas; tvoří Lake Mead. Pojmenován na počest 31. prezidenta Spojených států Herberta Hoovera, 31. prezidenta USA, který se na jeho stavbě významně podílel. Stavba přehrady začala v roce 1931 a skončila v roce 1936, dva roky před plánovaným termínem.
Přehradu spravuje americký úřad pro rekultivaci, divize ministerstva vnitra USA. V roce 1981 byla přehrada zařazena do amerického národního registru historických míst. Hoover Dam je jednou z nejznámějších atrakcí v oblasti Las Vegas.
Vodní elektrárna (VVE) je
Úvod
Lidé se již dávno naučili využívat vodní energii k otáčení oběžných kol mlýnů, obráběcích strojů a pil. Postupně však podíl vodní energie na celkovém množství energie spotřebované lidmi klesal. To je způsobeno omezenou schopností přenášet vodní energii na velké vzdálenosti. S příchodem elektrické turbíny poháněné vodou má vodní energie nové perspektivy.
Některé z prvních vodních elektráren s kapacitou pouhých několika set wattů byly postaveny v letech 1876-1881 ve Stangassu a Laufenu (Německo) a v Grayside (Anglie). Rozvoj vodních elektráren a jejich průmyslové využití úzce souvisí s problémem přenosu elektřiny na vzdálenosti. Výstavba elektrického přenosového vedení (170 km) z vodní elektrárny Laufen do Frankfurtu nad Mohanem (Německo) pro dodávku elektřiny Mezinárodní elektrotechnická výstava (1891) otevřela široké možnosti pro rozvoj vodních elektráren. Průmyslový proud zajišťovala v roce 1892 vodní elektrárna postavená na vodopádu v Bülachu (Švýcarsko), téměř současně v roce 1893 byly postaveny vodní elektrárny v Gelschenu (Švédsko), na řece Isar (Německo) a v Kalifornii (USA) . V roce 1896 byla uvedena do provozu Niagarská vodní elektrárna (USA) se stejnosměrným proudem; v roce 1898 dávala proud vodní elektrárna Rheinfeld (Německo) a v roce 1901 se začaly zatěžovat hydroelektrárny vodní elektrárny Jonat (Francie).
Za přesvědčivé informace o první vodní elektrárně světa lze považovat i informaci o první vodní elektrárně v Chorvatsku ve městě Šibenik (1885). Pro osvětlení města sloužilo střídavé napětí 230 kW.
Za nejspolehlivější se považuje, že první vodní elektrárnou v Rusku byla vodní elektrárna Berezovskaja (Zyryanovskaya), postavená v Rudném Altaji na řece Berezovce (přítok řeky Bukhtarma) v roce 1892. Jednalo se o čtyřturbinu o celkovém výkonu 200 kW. Výsledná energie osvětlovala výrobní prostory, zajišťovala provoz telefonní ústředny a poháněla elektrická čerpadla pro čerpání vody z důlních šachet.
Vodní elektrárna Nygri, která se objevila v provincii Irkutsk na řece Nygri (přítok řeky Vacha) v roce 1896, také tvrdí, že je první. Energetické zařízení stanice tvořily dvě turbíny se společným horizontálním hřídelem, které roztáčely tři dynama o výkonu každé 100 kW. Primární napětí bylo transformováno čtyřmi třífázovými transformátory proudu do 10 kV a přenášeno dvěma vysokonapěťovými vedeními do sousedních dolů Negadannyj a Ivanovskij. Na dolech bylo napětí transformováno na 220 V. Díky elektřině z vodní elektrárny Nygrinskaja byly v dolech instalovány elektrické výtahy. Kromě toho byl areál dolu elektrifikován železnice, která sloužila k odvozu hlušiny, která se stala první elektrifikovanou železnicí v Rusku.
Vodní energie dodává k roku 2012 až 21 % veškeré elektřiny na světě, instalovaný energetický výkon vodních elektráren (VVE) dosahuje 715 GW. Absolutními lídry ve výrobě vodní energie jsou: Čína, Kanada, Brazílie; a na obyvatele - Norsko, Island a Kanada. Největší vodní elektrárny na světě jsou:
· Tři soutěsky (Čína, řeka Jang-c'-ťiang) – 22,4 GW,
Itaipu (Brazílie, řeka Parana) – 14 GW,
· Guri (Venezuela, řeka Caroni) 10,3 GW,
Tucurui (Brazílie, řeka Tocantins) - 8,3 GW,
· Grand Coulee (USA, Columbia River) - 6,8 GW,
· Sayano-Shushenskaya (Rusko, řeka Jenisej) 6,4 GW,
· Krasnojarsk (Rusko, řeka Jenisej) 6 GW,
· Robert-Bourassa (Kanada, řeka La Grande) 5,6 GW,
· Churchill Falls (Kanada, Churchill River) – 5,4 GW,
K roku 2011 má Rusko 15 provozovaných, ve výstavbě a pozastavených stavebních vodních elektráren s výkonem přes 1 000 MW a více než sto vodních elektráren menšího výkonu.
Zároveň z hlediska ekonomického potenciálu vodních zdrojů je Rusko na druhém místě na světě (asi 852 miliard kWh) po Číně, avšak z hlediska stupně jejich rozvoje - 20 % - je horší než téměř všechny rozvinuté země a mnoho rozvojových zemí. Stupeň opotřebení vybavení většiny ruských vodních elektráren přesahuje 40 %, u některých vodních elektráren toto číslo dosahuje 70 %, což je spojeno se systémovým problémem celé vodní energetiky a jejím chronickým podfinancováním.
1. Hlavní typy vodních elektráren
Průtočné a přehradní vodní elektrárny
Přehrada; 2 - brány; 3 - maximální hladina horního bazénu; 4 - minimální hladina horního bazénu; 5 - hydraulický zdvih; 6 - mřížka na odpadky; 7 hydrogenerátor; 8 - hydraulická turbína; 9 - minimální hladina zadní vody; 10 - maximální úroveň povodně
Vodní elektrárny Pridam
Staví se na vyšší tlak vody. V tomto případě je řeka zcela zablokována přehradou a samotná budova vodní elektrárny se nachází za hrází, v její spodní části. Voda je v tomto případě přiváděna k turbínám speciálními tlakovými tunely, nikoli přímo, jako v průtočných vodních elektrárnách.
Přehrada; 2 - vodovodní potrubí; 3 - místo pro vysokonapěťová elektrická zařízení; 4 - budova strojovny vodní elektrárny.
Diverzní vodní elektrárny:
Diverzní vodní elektrárny. Takové elektrárny se staví v místech, kde je spád řeky vysoký. Potřebná koncentrace vody ve vodní elektrárně tohoto typu se vytváří odklonem. Voda je z koryta odváděna speciálními drenážními systémy. Ty jsou narovnány a jejich sklon je výrazně menší než průměrný sklon řeky. Voda je tak přiváděna přímo do budovy vodní elektrárny. Směrné vodní elektrárny mohou být různého typu – průtočné nebo s tlakovým svodem. V případě tlakového svodu se vodovodní potrubí pokládá s velkým podélným sklonem. V jiném případě se na začátku odklonu vytvoří na řece vyšší hráz a vznikne nádrž - toto schéma se také nazývá smíšený odklon, protože se používají oba způsoby vytváření požadované koncentrace vody.
Schéma převáděcí vodní elektrárny: 1 - hráz; 2 vodní výtah; 3 - usazovací nádrž; 4 - derivační kanál; 5 - denní regulační bazén; 6 - tlakový bazén; 7 - vodovodní potrubí turbíny; 8 - rozvaděč; 9 - budova vodní elektrárny; 10 - přeliv; 11 - příjezdové cesty
Přečerpávací elektrárny:
Takovéto přečerpávací elektrárny jsou schopny akumulovat vyrobenou elektřinu a zprovoznit ji v době špičkového zatížení. Princip činnosti takových elektráren je následující: v určitých obdobích (nikoli ve špičce) fungují bloky přečerpávacích elektráren jako čerpadla z externích zdrojů energie a čerpají vodu do speciálně vybavených horních bazénů. Když vznikne poptávka, voda z nich vstupuje do tlakového potrubí a pohání turbíny.
Přílivové vodní elektrárny (TPP):
Speciální typ vodní elektrárny, která využívá energii přílivu a odlivu a vlastně kinetickou energii rotace Země. Přílivové elektrárny využívají rozdíly ve vodních hladinách (kolísání hladiny v blízkosti břehu může dosáhnout 12 metrů), ke kterým dochází během přílivu a odlivu. K tomu je pobřežní pánev oddělena nízkou přehradou, která zadržuje přílivovou vodu při odlivu. Poté se voda uvolní a roztáčí hydraulické turbíny, které mohou pracovat jak v režimu generátoru, tak v režimu čerpadla (pro čerpání vody do nádrže pro následný provoz v nepřítomnosti přílivu a odlivu).
. Princip činnosti vodní elektrárny. Hlavní konstrukce a zařízení vodních elektráren
Vodní elektrárna je komplex staveb a zařízení, kterými se přeměňuje energie proudění vody na elektrickou energii.
Vodní elektrárny jsou nedílnou součástí hydroelektrárenského komplexu - komplexu vodních staveb určených k využívání vodních zdrojů v zájmu národního hospodářství: získávání elektrické energie, zavlažování, zásobování vodou, zlepšování plavebních podmínek, protipovodňová ochrana, chov ryb atd. .
Síla hydraulického průtoku závisí na průtoku a tlaku. Rychlost proudění vody v řece se mění podél její délky se změnami v průřezu koryta a hydraulickém sklonu. Pro soustředění síly a tlaku řeky na jedno místo jsou postaveny hydraulické stavby: přehrada, odklonový kanál.
Přelivové konstrukce převádějí vodu z horního do dolního toku, aby se zabránilo překročení maximální návrhové hladiny vody v období povodní, vypouštění ledu, rozbředlého sněhu apod.
Pokud je řeka splavná, pak přehrada sousedí s plavebními komorami (lodními výtahy) s nájezdovými kanály pro proplouvání lodí a raftů přes vodní dílo, překládku nákladu a přesun cestujících z vody na pozemní dopravu atd.
Pro zajištění výběru a dodávky vody neenergetickým spotřebitelům zahrnuje hydroelektrický komplex zařízení pro odběr vody a čerpací stanice.
Rybářské stavby jsou rybí přechody a rybí vleky pro průchod cenných druhů ryb vodním dílem do míst trvalých trdlišť, ryboochranných objektů a objektů pro umělý chov ryb. Někdy ryby procházejí plavebními komorami během procesu zamykání lodí.
Pro vzájemné propojení vodárenských objektů, jejich propojení se sítí státních silnic a železnic, jakož i pro průjezd těchto komunikací vodárenskými objekty se budují dopravní stavby: mosty, silnice atd.
Pro výrobu elektřiny a její distribuci spotřebitelům zahrnuje hydroelektrický komplex různé energetické struktury. Patří mezi ně: zařízení pro příjem vody a potrubí, která přivádějí vodu z horního bazénu do turbín a odvádějí vodu do spodního bazénu; výstavba vodních elektráren s vodními turbínami, hydrogenerátory a transformátory; pomocná mechanická a zvedací a přepravní zařízení; Dálkové ovládání; otevřená distribuční zařízení určená k příjmu a distribuci energie.
Princip fungování vodní elektrárny je následující: přehrada tvoří nádrž, která zajišťuje konstantní tlak vody. Voda vstupuje do přívodu vody a procházející tlakovým vodním potrubím roztáčí hydraulickou turbínu, která pohání hydrogenerátor. Výstupní napětí hydrogenerátorů zvyšují transformátory pro přenos do distribučních rozvoden a následně ke spotřebitelům.
Tlak vzniká koncentrací spádu řeky v oblasti, kterou využívá přehrada nebo odklon, nebo přehrada a odklon dohromady. Ve vodním stavitelství je odklon soubor staveb, které odvádějí vodu z řeky, nádrže nebo jiného vodního útvaru, dopravují ji do vodní elektrárny, čerpací stanice a také z nich odvádějí vodu. Existují beztlakové a tlakové odklonění. Odklon tlaku - potrubí, tlakový tunel, se používá při výrazném kolísání hladiny vody v místě jejího odběru nebo výstupu. Pro malé kolísání hladiny lze použít jak tlakové, tak netlakové odklonění. Typ odklonu se volí s přihlédnutím k přírodním podmínkám území na základě technicko-ekonomického výpočtu. Délka moderních převáděcích vodovodů dosahuje několika desítek kilometrů, průtočná kapacita je více než 2000 m 3 /sec. Hlavní energetické zařízení je umístěno v budově vodní elektrárny: v strojovně elektrárny - hydraulické agregáty, pomocná zařízení, automatická řídicí a monitorovací zařízení; v centrálním dispečinku je ústředna pro operátora-dispečera nebo autooperátora vodní elektrárny. Stacionární trafostanice je umístěna jak uvnitř objektu vodní elektrárny, tak v samostatných objektech nebo na volném prostranství. Rozváděče jsou často umístěny v otevřených prostorách. Budovu lze rozdělit na části obsahující jednu nebo více jednotek a pomocného zařízení, oddělených od sousedních částí budovy. V budově vodní elektrárny nebo uvnitř je vytvořeno místo instalace pro montáž a opravy různých zařízení a pro pomocné údržbářské práce. Podle instalovaného výkonu se dělí na výkonné (nad 250 MW), střední (do 25 MW) a malé (do 5 MW). Výkon vodní elektrárny závisí na tlaku (rozdíl mezi hladinami horního a dolního průtoku vody Q (m 3 /sec)) používaného v hydraulických turbínách a účinnosti hydraulické jednotky.
Podle maximálního používaného tlaku se vodní elektrárny dělí na vysokotlaké (více než 60 m), středotlaké (od 25 do 60 m) a nízkotlaké (od 3 do 25 m). Na nížinných řekách tlaky zřídka přesahují 100 m, v horských podmínkách lze pomocí přehrady vytvořit tlaky až 300 m a více a pomocí odklonu až 1500 m.
Vodíkové generátory a hydraulické turbíny jsou považovány za jednu z nejdůležitějších součástí vodních elektráren.
Vodní turbíny.
Hydraulická turbína přeměňuje energii vody proudící pod tlakem na mechanickou energii otáčení hřídele.
Na základě principu činnosti se hydraulické turbíny dělí na reaktivní (tlakové) a aktivní (volné proudění). Voda vstupuje do oběžného kola buď tryskami (u aktivních hydraulických turbín) nebo přes rozváděcí lopatku (u tryskových hydraulických turbín).
Nejběžnějším typem aktivní hydraulické turbíny je korečková turbína. Korečkové turbíny se konstrukčně velmi liší od nejběžnějších proudových hydraulických turbín (radiálně-axiální, rotační-lopatkové), u kterých je oběžné kolo umístěno v proudu vody. U korečkových turbín je voda přiváděna tryskami tangenciálně ke kruhu procházejícím středem kbelíku. Voda procházející tryskou vytváří proud, který letí vysokou rychlostí a naráží na lopatku turbíny, načež se kolo otáčí a vykonává práci. Po vychýlení jedné čepele se pod proud umístí další. Proces využití energie paprsku nastává při atmosférickém tlaku a výroba energie se provádí pouze díky kinetické energii vody. Lopatky turbíny jsou bikonkávní s ostrou lopatkou uprostřed; Účelem čepele je oddělit proud vody za účelem lepšího využití energie. Korečkové hydraulické turbíny se používají při tlacích více než 200 metrů (nejčastěji 300-500 metrů a více), při průtoku do 100 m³/sec. Výkon největších korečkových turbín může dosahovat 200-250 MW i více. Ve spádech do 700 metrů korečkové turbíny konkurují radiálně-axiálním turbínám, u vyšších spádů neexistuje alternativa jejich použití. Vodní elektrárny s korečkovými turbínami jsou zpravidla stavěny podle schématu odklonu, protože je problematické získat tak významné tlaky pomocí přehrady. Výhodou korečkových turbín je schopnost používat velmi vysoké tlaky a také nízké průtoky vody. Nevýhodou turbíny je neúčinnost při nízkých tlacích, nemožnost použití jako čerpadlo a vysoké požadavky na kvalitu dodávané vody.
Radiálně-axiální turbína (Francisova turbína) - proudová turbína. U oběžného kola turbín tohoto typu se proudění pohybuje nejprve radiálně (od obvodu ke středu) a poté v axiálním směru (k výstupu). Používá se při tlacích do 600 m. Výkon do 640 MW.
Hlavní výhodou turbín tohoto typu je nejvyšší optimální účinnost ze všech existujících typů. Nevýhodou je, že provozní charakteristika je méně plochá než u hydroturbiny s rotačními lopatkami.
Turbína s rotačními lopatkami (Kaplanova turbína)- proudová turbína, jejíž lopatky se mohou současně otáčet kolem své osy, díky čemuž je regulován její výkon. Výkon lze také nastavit pomocí vodicích lopatek. Lopatky hydraulické turbíny mohou být umístěny buď kolmo k její ose, nebo pod úhlem. Proud vody v turbíně s rotačními lopatkami se pohybuje podél její osy. Osa turbíny může být umístěna buď svisle nebo vodorovně. Se svislou osou je proud před vstupem do pracovní komory turbíny stočen ve spirálové komoře a poté narovnán pomocí kapotáže. To je nezbytné pro rovnoměrné přivádění vody do lopatek turbíny, a tedy pro snížení opotřebení. Používá se především ve středotlakých vodních elektrárnách.
Diagonální turbína- proudová turbína používaná při středních a vysokých tlacích. Diagonální turbína je turbína s rotačními lopatkami, jejíž lopatky jsou umístěny v ostrém (45-60°) úhlu k ose otáčení turbíny. Toto uspořádání lopatek umožňuje zvýšit jejich počet (až na 10-12 kusů) a využívat turbínu při vyšších tlacích. Diagonální turbíny se používají při tlacích od 30 do 200 metrů, konkurují při nízkých tlacích klasickým turbínám s rotačními lopatkami a při vysokých tlacích radiálně-axiálním turbínám. Ve srovnání s posledně jmenovanými mají diagonální turbíny o něco vyšší účinnost, ale jsou konstrukčně složitější a více podléhají opotřebení.
Hydrogenerátor- elektrický stroj určený k výrobě elektřiny ve vodní elektrárně. Typicky je hydrogenerátor vertikální synchronní elektrický stroj s vyčnívajícími póly poháněný hydraulickou turbínou, ačkoli existují také horizontální hydraulické generátory (včetně kapslových hydrogenerátorů).
Vodíkové generátory mají relativně nízkou rychlost otáčení (až 500 ot./min.) a poměrně velký průměr (až 20 m), což primárně určuje vertikální konstrukci většiny hydrogenerátorů, protože u horizontální konstrukce je nemožné zajistit potřebné mechanické pevnost a tuhost jejich konstrukčních prvků.
Přečerpávací elektrárny využívají reverzibilní vodíkové generátory (vodíkové generátory-motory), které dokážou elektrickou energii jak vyrábět, tak i spotřebovávat. Od běžných hydrogenerátorů se liší speciální konstrukcí axiálního ložiska, které umožňuje rotaci rotoru v obou směrech.
Hydrogenerátory pro vodní elektrárny jsou speciálně navrženy podle rychlosti otáčení a výkonu hydraulických turbín, pro které jsou určeny. Hydrogenerátory pro velký blokový výkon jsou obvykle instalovány svisle na axiálních ložiskách s odpovídajícími vodícími ložisky. Obvykle jsou třífázové a určené pro standardní frekvenci. Systém chlazení vzduchem je uzavřený, s výměníky tepla vzduch-voda.
3. Výhody a nevýhody vodních elektráren
Hlavní výhody vodní energie jsou zřejmé. Hlavní výhodou vodních zdrojů je samozřejmě jejich obnovitelnost: zásoby vody jsou prakticky nevyčerpatelné. Vodní zdroje přitom výrazně předbíhají v rozvoji jiných typů obnovitelných zdrojů energie a jsou schopny zásobovat energií velká města i celé regiony.
Tento zdroj energie lze navíc zcela jednoduše využívat, o čemž svědčí dlouhá historie vodní energetiky. Například hydroelektrické generátory lze zapínat nebo vypínat na základě spotřeby energie.
Problematika vlivu vodní energie na životní prostředí je přitom značně kontroverzní. Provoz vodních elektráren na jedné straně nevede ke znečištění životního prostředí škodlivými látkami, na rozdíl od emisí CO 2 produkovaných tepelnými elektrárnami a případných havárií jaderných elektráren, které mohou vést ke globálním katastrofickým následkům.
Ale zároveň tvorba nádrží vyžaduje zaplavení velkých oblastí, často úrodných, a to způsobuje negativní změny v přírodě. Přehrady často blokují rybám cestu do míst tření, narušují přirozený tok řek, vedou k rozvoji stojatých procesů, snižují schopnost „samočištění“ a tím dramaticky mění kvalitu vody.
Náklady na energii vyrobenou ve vodních elektrárnách jsou mnohem nižší než v jaderných a tepelných elektrárnách a po zapnutí jsou schopny rychle dosáhnout provozního režimu výkonu, ale jejich výstavba je dražší.
Moderní technologie výroby vodní energie umožňují získat poměrně vysokou účinnost. Někdy je dvakrát vyšší než u běžných tepelných elektráren. V mnoha ohledech je tato účinnost zajištěna vlastnostmi zařízení vodních elektráren. Je velmi spolehlivý a snadno se používá.
Veškeré použité vybavení má navíc ještě jednu důležitou výhodu. Má dlouhou životnost, což je způsobeno nedostatkem tepla během výrobního procesu. A skutečně není potřeba často měnit vybavení, poruchy jsou extrémně vzácné. Minimální životnost vodní elektrárny je asi padesát let. A na rozlehlých územích bývalého Sovětského svazu úspěšně fungují stanice postavené ve dvacátých nebo třicátých letech minulého století. Vodní elektrárny jsou řízeny prostřednictvím centrálního uzlu a v důsledku toho mají ve většině případů malý personál.
Závěr
vodní elektrárna turbína náklady na energii
Potenciál vodní energie lze určit sečtením všech říčních toků existujících na planetě. Výpočty ukázaly, že globální potenciál je padesát miliard kilowattů ročně. Tento velmi působivý údaj je však pouze čtvrtinou množství srážek, které ročně spadne na celém světě.
S přihlédnutím k podmínkám každého konkrétního regionu a stavu světových řek se skutečný potenciál vodních zdrojů pohybuje od dvou do tří miliard kilowattů. Tato čísla odpovídají roční produkci energie 10 000 - 20 000 miliard kilowattů za hodinu.
Pro pochopení potenciálu vodní energie vyjádřeného těmito čísly je třeba získané údaje porovnat s ukazateli tepelných elektráren spalujících olej. K výrobě tohoto množství elektřiny by elektrárny spalující ropu potřebovaly asi čtyřicet milionů barelů ropy každý den.
Vodní energie by v budoucnu bezesporu neměla mít negativní dopad na životní prostředí nebo jej snižovat na minimum. Zároveň je nutné dosáhnout maximálního využití vodních zdrojů.
Mnoho odborníků to chápe, a proto je problém zachování přírodního prostředí při aktivní vodohospodářské výstavbě aktuálnější než kdy jindy. V současné době je důležitá především přesná předpověď možných důsledků výstavby hydraulických zařízení. Měla by zodpovědět mnoho otázek týkajících se možnosti zmírnění a překonání nežádoucích ekologických situací, které mohou při výstavbě nastat. Kromě toho je nezbytné provést srovnávací posouzení environmentální účinnosti budoucích vodních elektráren. Je pravda, že realizace těchto plánů je stále daleko, protože dnes se vývoj metod pro stanovení energetického potenciálu životního prostředí neprovádí.
Seznam zdrojů
1. Neporozhny P.S., Obřezkov V.I.; "Úvod do speciality: vodní energie." vyd. Moskva, 1982
Drobnis V.F. "Hydraulika a hydraulické stroje", ed. Moskva, 1987
Vodní elektrárna
Vodní elektrárna (HPP)- elektrárna využívající jako zdroj energie energii proudění vody. Vodní elektrárny se obvykle staví na řekách výstavbou přehrad a nádrží.
Pro efektivní výrobu elektřiny ve vodní elektrárně jsou nutné dva hlavní faktory: celoroční zaručená dodávka vody a případně velké spády řeky, kaňonovité typy terénu jsou příznivé pro vodní stavby.
Zvláštnosti
Princip činnosti
Princip fungování vodní elektrárny je poměrně jednoduchý. Řetězec hydraulických struktur zajišťuje potřebný tlak vody proudící k lopatkám hydraulické turbíny, která pohání generátory vyrábějící elektřinu.
Největší vodní elektrárny na světě
| název | Napájení, GW |
Průměrná roční výkon, miliarda kWh |
Majitel | Zeměpis |
|---|---|---|---|---|
| Tři soutěsky | 22,40 | 100,00 | R. Yangtze, Sandouping, Čína | |
| Itaipu | 14,00 | 100,00 | Itaipu Binacional | R. Parana, Foz do Iguacu, Brazílie / Paraguay |
| Guri | 10,30 | 40,00 | R. Caroni, Venezuela | |
| Churchill Falls | 5,43 | 35,00 | Newfoundland a Labrador Hydro | R. Churchill, Kanada |
| Tucurui | 8,30 | 21,00 | Eletrobrás | R. Tocantins, Brazílie |
Vodní elektrárny v Rusku
Od roku 2009 má Rusko 15 vodních elektráren s výkonem nad 1000 MW (v provozu, ve výstavbě nebo ve zmrzlé výstavbě) a více než sto vodních elektráren menšího výkonu.
Největší vodní elektrárny v Rusku
| název | Napájení, GW |
Průměrná roční výkon, miliarda kWh |
Majitel | Zeměpis |
|---|---|---|---|---|
| Sayano-Shushenskaya HPP | 2,56 (6,40) | 23,50 | JSC RusHydro | R. Jenisej, Sajanogorsk |
| Vodní elektrárna Krasnojarsk | 6,00 | 20,40 | JSC "Krasnojarsk HPP" | R. Jenisej, Divnogorsk |
| Vodní elektrárna Bratsk | 4,52 | 22,60 | OJSC Irkutskenergo, RFBR | R. Angara, Bratsk |
| Ust-Ilimskaya HPP | 3,84 | 21,70 | OJSC Irkutskenergo, RFBR | R. Angara, Usť-Ilimsk |
| Boguchanskaya HPP | 3,00 | 17,60 | JSC "Boguchanskaya HPP", JSC RusHydro | R. Angara, Kodinsk |
| Volzhskaya HPP | 2,58 | 12,30 | JSC RusHydro | R. Volha, Volžskij |
| Žigulevskaja HPP | 2,32 | 10,50 | JSC RusHydro | R. Volha, Žigulevsk |
| Bureyskaya HPP | 2,01 | 7,10 | JSC RusHydro | R. Bureya, vesnice Talakan |
| Čeboksary HPP | 1,40 (0,8) | 3,31 (2,2) | JSC RusHydro | R. Volha, Novocheboksarsk |
| HPP Saratov | 1,36 | 5,7 | JSC RusHydro | R. Volha, Balakovo |
| Zeyskaya HPP | 1,33 | 4,91 | JSC RusHydro | R. Zeya, Zeya |
| Nizhnekamsk HPP | 1,25 (0,45) | 2,67 (1,8) | OJSC "Generating Company", OJSC "Tatenergo" | R. Kama, Naberezhnye Chelny |
| Zagorskaya PSPP | 1,20 | 1,95 | JSC RusHydro | R. Kunya, vesnice Bogorodskoje |
| Votkinskaya HPP | 1,02 | 2,60 | JSC RusHydro | R. Káma, Čajkovskij |
| Vodní elektrárna Chirkey | 1,00 | 2,47 | JSC RusHydro | R. Sulak, vesnice Dubki |
Poznámky:
Další vodní elektrárny v Rusku
Pozadí vývoje hydraulického inženýrství v Rusku
V sovětském období rozvoje energetiky byl kladen důraz na zvláštní roli jednotného národohospodářského plánu elektrifikace země - GOELRO, který byl schválen 22. prosince 1920. Tento den byl v SSSR prohlášen za profesionální svátek – Den energetiků. Kapitola plánu věnovaná vodní energii se jmenovala „Elektrifikace a vodní energie“. Uvedl, že vodní elektrárny mohou být ekonomicky rentabilní, zejména v případě komplexního využití: pro výrobu elektřiny, zlepšení plavebních podmínek nebo rekultivaci půdy. Předpokládalo se, že během 10-15 let bude možné v zemi postavit vodní elektrárnu o celkové kapacitě 21 254 tisíc koňských sil (asi 15 milionů kW), včetně evropské části Ruska - s kapacitou 7 394 , v Turkestánu - 3 020, na Sibiři - 10 840 tisíc hp Na dalších 10 let se počítalo s výstavbou vodní elektrárny o výkonu 950 tis. kW, následně se počítalo s výstavbou deseti vodních elektráren o celkovém provozním výkonu prvních etap 535 tis. kW.
Přestože již o rok dříve, v roce 1919, Rada práce a obrany uznala výstavbu vodních elektráren Volchov a Svir za objekty obranného významu. V témže roce byly zahájeny přípravy na výstavbu vodní elektrárny Volchov, první z vodních elektráren postavených podle plánu GOELRO.
Ještě před zahájením výstavby vodní elektrárny Volchov však mělo Rusko poměrně bohaté zkušenosti s průmyslovou vodní stavbou, především prostřednictvím soukromých společností a koncesí. Informace o těchto vodních elektrárnách postavených v Rusku během posledního desetiletí 19. století a prvních 20 let dvacátého století jsou značně roztříštěné, protichůdné a vyžadují zvláštní historický výzkum.
Za nejspolehlivější se považuje, že první vodní elektrárnou v Rusku byla vodní elektrárna Berezovskaja (Zyryanovskaya), postavená v Rudném Altaji na řece Berezovce (přítok řeky Bukhtarma) v roce 1892. Jednalo se o čtyřturbinu o celkovém výkonu 200 kW a měla zajišťovat elektřinu pro odvodňování dolů z dolu Zyrjanovskij.
Vodní elektrárna Nygri, která se objevila v provincii Irkutsk na řece Nygri (přítok řeky Vacha) v roce 1896, také tvrdí, že je první. Energetické zařízení stanice tvořily dvě turbíny se společným horizontálním hřídelem, které roztáčely tři dynama o výkonu každé 100 kW. Primární napětí bylo transformováno čtyřmi třífázovými transformátory proudu do 10 kV a přenášeno dvěma vysokonapěťovými vedeními do sousedních dolů. Jednalo se o první vedení vysokého napětí v Rusku. Jedna linie (9 km dlouhá) byla položena sekavinami do dolu Negadanny, druhá (14 km) - nahoru údolím Nygri k ústí pramene Sukhoi Log, kde v těch letech fungoval důl Ivanovsky. Na dolech bylo napětí transformováno na 220 V. Díky elektřině z vodní elektrárny Nygrinskaja byly v dolech instalovány elektrické výtahy. Kromě toho byla elektrifikována důlní dráha, která sloužila k odvozu hlušiny, která se stala první elektrifikovanou železnicí v Rusku.
Výhody
- využívání obnovitelné energie.
- velmi levná elektřina.
- práce není doprovázena škodlivými emisemi do ovzduší.
- rychlý (vzhledem k CHP/CHP) přístup do režimu provozního výkonu po zapnutí stanice.
Nedostatky
- zaplavování orné půdy
- výstavba se provádí pouze tam, kde jsou velké zásoby vodní energie
- na horských řekách jsou nebezpečné kvůli vysoké seismicitě oblastí
- snížené a neregulované výdeje vody z nádrží po dobu 10-15 dnů (až do jejich nepřítomnosti) vedou k restrukturalizaci unikátních lužních ekosystémů podél celého koryta, v důsledku čehož dochází ke znečištění řek, snížení trofických řetězců, snížení počtu ryb, odstranění bezobratlí vodní živočichové, zvýšená agresivita složek pakomárů (komáři) v důsledku podvýživy v larválních stádiích, zánik hnízdišť mnoha druhů stěhovavých ptáků, nedostatečná vlhkost lužní půdy, negativní sukcese rostlin (vyčerpání fytomasy), snížení průtoku živin do oceánů.
Velké nehody a incidenty
Poznámky
viz také
| Vodní elektrárna ve Wikislovníku | |
| Vodní elektrárna na Wikimedia Commons |
Odkazy
- Mapa největších vodních elektráren v Rusku (GIF, data z roku 2003)
| Průmyslová odvětví | |
|---|---|
| Elektroenergetika | Jaderná (JE) | Větrná elektrárna (WPP) | Vodní energie (HPP) | Tepelné (TPP) | Geotermální | Vodík | Solární energie | Vlna | Příliv a odliv (TES) |
| Palivo | Plyn | Olej | Rašelina | Uhlí | Rafinace ropy | Závod na zpracování plynu |
| Hutnictví železa | Těžba rudných surovin | Těžba nekovových surovin | Výroba železných kovů | Výroba trubek | Výroba elektroferoslitin | Koksochemický | Recyklace železných kovů | Výroba hardwaru |
| Neželezná metalurgie | Výroba: hliník | oxid hlinitý | fluoridové soli | nikl | měď | olovo | zinek | cín | kobalt | surma | wolfram | molybden | rtuť | titan | hořčík | sekundární neželezné kovy | vzácné kovy | Průmysl tvrdých slitin, žáruvzdorných a žáruvzdorných kovů | Těžba a zušlechťování rud vzácných kovů |
| Strojírenství a obrábění kovů |
Těžký | Železnice | Stavba lodí | Oprava lodí | Letectví | Opravy letadel | Raketa | Traktor | Automobilový průmysl | Průmysl obráběcích strojů | Chemický | Zemědělské | Elektrické | Přístrojové vybavení | Přesně | Obrábění kovů |
| Chemikálie | Těžba a chemie | Základní chemie | Lakování | Průmysl domácí chemie | Výroba sody | Výroba hnojiv | Výroba chemických vláken a nití | Výroba syntetických pryskyřic |
| Chemicko-farmaceutický | |
| Petrochemický | Pneumatika | Guma-azbest |
| Čištění ropy | |
| Lesnaja (komplexy) |
Lesnaja | Zpracování dřeva (Pila, Dřevo a lepenka, Nábytek) | Buničina a papír | Dřevařský chemický |
| Konstrukční materiály | Cement | Železobetonové a betonové konstrukce | Materiály stěn | Nekovové stavební materiály |
| Sklenka | |
| Porcelánová fajáns | |
| Lehká váha | Textilní | Šití | Opalování | Kožešina | Bota |
| Textil | Bavlna | Vlna | Povlečení | Hedvábí | Syntetické a umělé tkaniny | Konopná juta |
| Jídlo | Cukr | Pekárna | Olej a tuk | Výroba másla a sýra | Ryby | Mlékárna | Maso | Cukrovinky | Alkohol | Těstoviny | Pivovarnictví a nealkoholické nápoje | Vinařství | Mlýnek na mouku | Konzervování | Tabák | Solyanaya | Ovoce a zelenina |
| Energie struktura podle produktů a odvětví |
|||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektroenergetika: elektřina |
| ||||||||||||||||||||||||||