Гидро- и гидроаккумулирующие станции

Общие положения. Гидроэнергетические ресурсы – запасы водной энергии рек, используемые для производства электрической энергии, являются возобновляемыми источниками энергии. Это самый дешевый источник получения электрической энергии, а гидроэлектростанции считаются наиболее эффективным направлением развития энергетики России.

Гидроэлектростанция (ГЭС) – это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия водотока преобразуется в электрическую энергию. Она состоит из гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание сосредоточенного напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в электрическую энергию.

В зависимости от напора воды ГЭС подразделяют на высоконапорные (более 80 м), средненапорные (от 25 до 80 м) и низконапорные (до 25 м).

Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т. е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидротурбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование.

Упрощенная схема ГЭС представлена на рис. 3.8.

Плотина 1 создает напор Н между верхним и нижним бьефом. По водоводу 2 вода поступает на гидротурбину 4, на валу которой размещен генератор 3.

Вода под действием силы тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидротурбина соединена валом с ротором электрического генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидрогенератор. В турбине энергия водотока преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Рис. 3.8. Схема ГЭС

Гидроэлектростанции как источник электрической энергии имеют существенные преимущества перед тепловыми и атомными электростанциями. Они лучше приспособлены для автоматизации, маневренны и требуют меньшего количества обслуживающего персонала.

При работе гидротурбины имеют место потери энергии. Суммарные потери мощности учитываются КПД гидротурбины η_т. Для современных турбин характерны значения η_т = 0,85…0,9.

Важным преимуществом гидроэнергетики является высокая маневренность гидроагрегатов – их можно запустить на полную мощность за короткое время (40…50 секунд). Тепловые и атомные станции этим свойством не обладают.

Агрегаты ГЭС, благодаря их высокой мобильности, идеально приспособлены для покрытия пиковых нагрузок. Работа ГЭС в пиковом режиме не связана с дополнительными потерями, технически надежна и экономически выгодна.

Высокая эффективность покрытия пиковых нагрузок установками ГЭС вызывает необходимость сооружать в районах страны с бедными гидроэнергетическими ресурсами так называемые гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). ГАЭС предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии за счет повышения уровня верхнего бьефа. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбину в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему.

Выработку энергии на ГЭС и мощность принято измерять на выводах гидрогенератора с учетом КПД гидротурбины и электрогенератора.

Мощность на валу гидротурбины, кВт

N_т = 9,81Q_тH , (3.14)

где Q_т – расход воды через гидротурбину, м³/с;

Н – напор турбины с учетом потерь;

– КПД турбины (у современных крупных гидротурбин = 0,93…0,96).

Электрическая мощность гидрогенератора

N_ген = N_т ; (3.15)

где – КПД гидрогенератора, обычно = 0,97.

Электрическая мощность, подведенная к потребителю, меньше мощности, производимой гидроэлектростанцией, N_ГЭС. Сумму всех потерь можно оценить с помощью КПД системы передачи и преобразования , обычно = 0,92…0,93.

Установленная мощность ГЭС N_уст определяется как сумма номинальных (паспортных) мощностей установленных на ней генераторов. Она соответствует максимальной мощности, которую может развивать гидроэлектростанция.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные типы котельных в зависимости от характера тепловых нагрузок.

2. Укажите преимущества ТЭЦ по выработке теплоты по сравнению с котельными.

3. Дайте определение котельной установки.

4. Укажите особенности котельных: энергетических, производственных, отопительных.

5. Изобразите схему рабочих процессов в паровой котельной установке.

6. Укажите типы отопительных котельных и применяемых в них типы котлов.

7. Изобразите схему котельной с чугунными водогрейными котлами.

8. Укажите элементы отопительной котельной со стальными водогрейными котлами.

9. Укажите особенности элементов схемы промышленной котельной.

10. Приведите принципиальную тепловую схему паровой котельной.

11. Приведите принципиальную тепловую схему котельной с паровыми и водогрейными котлами.

12. Перечислите типы электростанций по производству электрической энергии.

13.Опишите тепловую схему ТЭС и основной принцип ее работы.

14. Перечислите основные способы увеличения КПД тепловой паротурбинной станции.

15. Как влияет КПД турбинной установки на КПД электростанции?

16. Какие показатели тепловой экономичности ТЭС наряду с КПД характеризуют станцию?

17. Укажите основной термодинамический принцип теплофикации.

18. Дайте определение коэффициента использования теплоты ТЭЦ.

19. Какие турбины используются на ТЭЦ?

20. Что такое для ТЭЦ КПД по выработке электроэнергии и теплоты?

21. Перечислите основные типы ГЭС.

22. Какие параметры характеризуют водоток?

23. Какой формулой определяется мощность ГЭС?

24. Перечислите типы гидротурбин.

25. С чем связаны потери энергии при работе гидротурбины?

26. Почему не используют паротурбинные установки для покрытия пиков нагрузки в энергосистеме?

27. Как работают гидроаккуммулирующие станции?

28. Укажите величину КПД ГЭС и ГАЭС.

Дата добавления: 2015-07-25