Общий принцип работы гидроэлектростанции известен, наверное, всем. Вода, переходя из верхнего бьефа в нижний, вращает колесо турбины. От турбины приводится в движение генератор, который собственно и производит электричество. Но все самое интересное – в подробностях.
Кстати, для того чтобы получить 1 квт-ч электрической энергии, требуется спуск 14 тонн воды с высоты 27 м.
В отличие, например, от тепловых станций, устроенных совершенно однотипно, каждая гидроэлектростанция устроена со своими особенностями. То есть, не существует некоей однотипной ГЭС. Они отличаются по расходу и напору воды, обьему водохранилища, по географическим критериям местности: климат, грунт, рельеф, близость моря.
Вот машинный за, вполне обычный, разве что окна искусственные (с подсветкой): зал находится на глубине 76 м внутри скалы.
Это машинный зал первой в СССР подземной гидроэлектростанции, к ней с поверхности земли подведены четыре водовода, имеющие диаметр 6 м.
Для извлечения из зала оборудования при необходимости его замены или ремонта в скале вырублена шахта:
Сбросные сооружения и затворы
Не всегда и не вся вода может использоваться для выработки энергии: часть ее сбрасывается мимо ГЭС. Это бывает необходимо при паводке весной (если отсутствует водохранилище многолетнего регулирования), при ремонте агрегатов, при необходимости холостого сброса воды для пропуска мальков рыб по течению и по другим причинам. На Беломорской ГЭС холостой водосброс – это три затвора.
Вопрос резервирования очень важен, ведь если вовремя не понизить в водохранилище уровень воды, это будет иметь серьезные последствия. Для поднятия и опускания затворов предусмотрены козловые краны и электрические лебедки, есть и ручной привод.
Когда затвор поднят, происходит холостой сброс воды для Беломорского водозабора, который расположен ниже по течению.
При обледенении затвора используется индукционный подогрев: обогрев одного затвора требует 150кВт.
Для этой же цели возможно применение барботажа – пропускание воздуха вдоль затвора из глубины, с помощью шлангов системы сжатого воздуха.
Для гашения кинетической энергии воды при сбросе используются различные способы: столкновение потоков, ступени, водобойные колодцы. Например, на Волховской ГЭС – водобойная плита с гасителями.
О рыбе
Нижнетуломская ГЭС для того, чтобы семга могла подняться вверх по течению на нерест, имеет специальный рыбоход, имитирующий горный ручей. В его конструкции предусмотрены и камни на дне, и зигзагообразные проходы, и места для отдыха рыбы.
В период нереста ближайший к рыбоходу гидроагрегат отключают, чтобы его шум не мешал рыбе найти ручей и плыть в правильном направлении.
Безопасность
В результате аварийного прорыва воды ГЭС может остаться без электричества даже для собственных нужд, поэтому предусматриваются резервные источники: аккумуляторы, аварийные дизель-генераторы.
Еще один компонент системы обеспечения безопасности – аэрационные трубы, которые есть к примеру в верхней части водоводных труб Кондопожской ГЭС.
Аэрационные трубы монтируются для защиты водоводов при образовании в них глубокого вакуума, от которого их стальные стенки могут разорваться. Этот вакуум возникает в ситуации резкого опорожнения водовода после закрытия верхних затворов. По аэрационным же трубам они заполняются воздухом, что предотвращает деформацию.
Остатки водовода 1930-х годов из дерева.
Защитная стенка (в центре кадра) предусмотрена для той ситуации, если водовод все-таки прорвется.
Стенка перенаправит водный поток так, что он обойдет станцию с левой стороны, а не через здание администрации и уйдет в нижний бьеф по выемке.
Контроль и управление
На следующем фото видны турбина, генератор и вал, который их соединяет. Слева виднеется схема гидроагрегата, на которую выведены гидроманометры, которые показывают давление в системе смазки.
Внизу – гидравлические приводы направляющего аппарата.
В машинном зале можно проследить за другими параметрами: уровни воды в бьефах, температура воздуха и воды.
Мнемосхема
Данный гидроагрегат не работает. Мощность и частота вращения ротора равны нулю, закрыт направляющий аппарат.
Вода из спиральной камеры турбины снизу забирается и подается на охладители генератора (охладитель – в центре схемы, он красного цвета, охладители А и Б), а также на смазку подпятника, верхнего (ВГП) и нижнего (НГП) генераторных подшипников. Подшипники смазываются водой, нагреваемая вода отправляется на рыбзавод. Справа – красный бак с маслом – относится к гидравлической системе управления направляющим аппаратом. Также здесь можно видеть уровни и расходы и давления всех жидкостей.
Вибрация
Вибрация очень опасна: к примеру, на Саяно-Шушенской станции гидроагрегат был разрушен именно из-за нее. Точнее, из-за усталостного разрушения шпилек крепления крышки турбины по причине вибраций, которые возникли при переходе гидроагрегата через диапазон «запрещенной зоны».
На центральном пульте управления ГЭС можно увидеть, где эта «запрещенная зона» расположена.
Гидроагрегаты Г1, Г3, Г4 работают. Г2 – остановлен. На черном фоне отображается мощность, вырабатываемая генераторами 38,1/38/38 МВт соответственно. Красные столбики Г3 и Г4 свидетельствуют о работе на полную мощность, в Г1 еще имеется резерв. Красная зона за столбиками – диапазон мощности, при которой нежелательна работа гидроагрегата, при пуске и остановке ее необходимо быстро миновать.
Узнать, какой гидроагрегат не работает можно еще до входа в здание.
Когда противовесы подняты – значит, затворы на соответствующих турбинных водоводах опущены. Активно внедряется удаленное управление. При этом диспетчер должен держать под контролем и учитывать взаимное влияние ГЭС в каскаде, значения уровней воды в водохранилищах, потребности потребителей по электричеству и воде. На основании этих сведений происходит распределение выработки электроэнергии между станциями.
Экспериментальный пост, можно сказать:)
Гидроэлектростанции меня привлекали давно. А теперь меня продали туда в рабство и появилась возможность спокойно посмотреть на всё своими глазами.
Поскольку я не вхожу в разряд блоггеров и прочих журналистов, экскурсию в стиле «посмотрите, как у нас красиво» нам никто не проводил, зеркалки у меня нет, и заморачиваться получением красивых картинок без штатива было просто некогда. Зато узнала много интересных вещей:) И их явно больше, чем приемлимый формат жж-постов. Поэтому, начиная рассказ, даже не знаю, что получится. Первый блин комом, и смотрибельных фотографий с Угличской ГЭС у меня вышло немного. Наверно потому, что большую часть времени я просто радостно бегала туда-сюда, забыв про всё на свете.
Немного о старой станции, и чем они вообще уникальны, эти ГЭС:)
Зачем нужны ГЭС?
На гидроэнергетику сейчас приходится около 16% мирового производства электроэнергии, и около 80% электроэнергии из возобновимых источников. Россия по производству гидроэлектроэнергии занимает пятое место.
На вопрос о преимуществах ГЭС перед другими типами электростанций, как правило, отвечают, что это сравнительно дёшево, экологично, надёжно и почти вечно. Да, это так. Но, на самом деле, есть и другой, гораздо более важный момент.
Наверно, многие помнят системную аварию 2005 года в Москве. Выход из строя подстанции «Чагино» привёл к отключению связанной с ней ТЭЦ-22. А вскоре, с наступлением утреннего пика энергопотребления, от перегрузок - к сбоям в работе московского энергокольца и всей объединённой с ним энергосистемы.
А вот если бы в этом кольце была ГЭС... :)
Впрочем,
«Для обеспечения надежного функционирования Единой энергетической системы России и компенсации неравномерного потребления электроэнергии в условиях увеличения доли базисных АЭС в европейской части страны необходимо ускорить сооружение гидроаккумулирующих электростанций»
, — говорится в документе об энергетической стратегии России до 2020г, утвержденной в 2008 году.
Дело в том, что из всех существующих типов электростанций именно ГЭС являются наиболее манёвренными, и только они способны при необходимости существенно увеличить объемы выработки в считанные минуты, покрывая пиковые нагрузки. Для тепловых станций этот процесс измеряется часами, а для атомных — целыми сутками. И само по себе создание Единой Энергетической Сети России стало возможным именно благодаря вводу в эксплуатацию мощных ГЭС Волжско-Камского каскада.
ГЭС в зависимости от условий размещения делятся на: русловые, приплотинные и деревационные. Волжские являются именно русловыми. Строятся такие на равнинных реках, с напором воды не больше 40 метров. Точнее, строятся-то они, конечно, изначально на речной пойме, а уже потом после перекрытия основного русла и поднятия уровня оказываются в воде.
Угличская ГЭС.
Вторая ступень Волжского каскада.
Первая в СССР крупная гидроэлетростанция. В каком-то смысле, даже экспериментальная, что нашло отражение в её необычной конструкции.
Решение о её строительстве было принято 14 сентября 1935 г. Строительство велось в 1938-1943 годы. Пуск первого гидроагрегата состоялся в 1940 году, второго - в 1941. В годы войны Угличская и соседняя Рыбинская ГЭС были главными источниками электроэнергии для Москвы, поскольку тепловые станции были законсервированы. И если первые работы в Угличе выполняли заключенные ВолгоЛАГа, то к окончанию строительства наряду с ними трудились 4 тысячи пленных немцев. И все, что построено тогда, стоит до сих пор. Сейчас ГЭС реконструируют, но то самое оборудование 40-х годов всё ещё работает.
Про саму конструкцию и устройство ГЭС... не знаю, писать подробно или нет. В другой раз, наверно:)
Торцевая сторона здания ГЭС. Прям сталинка...) Только сфотографировалось как-то криво...
Большой мостовой кран грузоподъемностью 310т для извлечения гидроагрегатов был спроектирован внутри здания ГЭС, отчего машинный зал построен довольно высоким (потом так больше не делали). Поскольку он отапливался станционным же генератором, оказалось, что при таких размерах тепло быстро улетучивается и зимой становится весьма холодно. Тогда над машзалом сделали вторую крышу меньшего размера. Простите, забыла отдельно сфотографировать...)
Маслонапорная установка
Пособие по дёрганью рычажков и тыканью кнопочек...
А вот - колонка управления турбиной ГА №1! Старая, рабочая! Еще та самая.
Изначально на станции были установлены два гидроагрегата, каждый мощностью 55 МВт, диаметр рабочего колеса - 9 метров, 60 оборотов в минуту. Общая мощность станции составляла 110 МВт. К 2011 году был заменён гидроагрегат №2 на более мощный (65МВт), причем заменен полностью - вместе со всеми прилежащими системами. На новых станциях реконструкция проходит обычно лишь частично и последовательно.
Выработка электроэнергии, особенно в маловодные периоды, не является приоритетом гидроэнергетиков. Режимы работы ГЭС устанавливаются таким образом, чтобы соблюсти интересы всех водопользователей. Так, в связи с маловодной весной этого года и падением уровня в реке, Угличская ГЭС была на несколько дней остановлена, чтобы наполнить водохранилища станции до минимально допустимой навигационной отметки - 111м.
Вот, кстати, на этой страничке всегда можно посмотреть текущую ситуацию с наполнением водохранилищ.
Гидроэнергетики ждали дождей, а мне наоборот повезло - довелось залезть в шахту второго агрегата:)
Где-то между турбиной и генератором... Вы же знаете как оно устроено, да? :) Если что, следующий раз расскажу. Но вот эта вертикальная штука впереди - вал, их соединяющий.
А снизу видны - поворотное кольцо, сервопривод и лопатки направляющего аппарата - то есть часть агрегата, отвечающая за поступление воды на рабочее колесо турбины.
Вот схема оттуда же, для понятности. Вот мы - по серединке)
И разрез здания целиком.
Ой, что это?..
Тема кабельников не раскрыта:)
Вообще под машзалом была куча всяких трубопроводов и приборчиков, которые я, совершенно в них не понимая, по глупости своей даже не фоткала. Предполагаю, что здесь должны бы быть какие-то насосные и напорные установки.
Куда больше меня привлекла ремонтная площадка. Своими просторами и сталинским духом:)
Уииии! Глубинные затворы!..
И прочая запорная арматура....
Да, кстати. Какие бы стереотипы ни ходили, но на этих ГЭС бетонные водосбросные плотины для как такового сброса воды почти не используются, разве что для пропуска больших паводков и сброса льда через верхний затвор. А всё лишнее в штатном режиме проходит через специальные придонные отверстия (примерно там же внизу, где турбина, только мимо неё. Размером 5х8,5 метров). Угличскую ГЭС построили такой первой - то ли из соображений предвоенной маскировки, то ли из-за отсутствия достаточного количества информации по расчету перестраховаться решили. Но потом так дальше и строили.
Вот схема у меня откуда-то.
К сожалению, я так запрыгалась от радости что совсем забыла сфотографировать, но вот в этой стене (справа) щитового отделения раположена еще куча быстропадающих затворов, скидывающихся для перекрытия... подводящего канала) Вдали - кран на 50т для тягания еще одной разновидности затворов или решеток.
Вид в другую сторону. Нашли лопатку турбины?)
Чуть-чуть меня для масштаба:)
Подробности Опубликовано 04.06.2014 14:36Казалось бы, гидроэлектростанция - идеальное инженерное сооружение.
Кроме того, что они дают электроэнергию не выбрасывая угарного газа и не оставляя после себя радиоактивных отходов, есть еще много преимуществ.
В результате постройки ГЭС создаются водохранилища, в которых успешно можно разводить рыбу. На берегу этих искусственных водоемов высаживаются деревья, образуя парки для отдыха людей.
Иногда кажется что создав ГЭС человек наконец научился использовать в своих целях окружающую среду, не разрушая её.
Правительства всех стран активно финансируют строительство новых гидроэлектростанций, демонстрируя свое стремление к экологическому прогрессу.
Но используют ли данные электростанции "возобновляемые ресурсы планеты", как их принято называть. Ведь круговорот воды в природе не останавливаются и реки продолжают наполнятся водой.
Есть некоторые аспекты, которые руководства стран не любят придавать гласности. А именно, как влияют на природу огромные платины, строящиеся для работы электростанций. Ведь для того, чтобы ГЭС начала давать электроэнергию необходимо накапливать воду в искусственных водохранилищах, а затем сбрасывать её через гидротурбины.
Так ли безвредны эти платины для природы на самом деле?
Так, например, в Бразилии уникальный тропический лес Шингу оказался на грани вымирания после начала строительства там платины электростанции на местной реке.
В апреле 2014 года в Малазии проходила энергетическая неделя, на которой обсуждался проект строительства плотин на реке Барам на острове Барнео. Строительство патин должно осуществляться в рамках программы "коридора возобновляемой энергетики". Электроэнергия, получаемая от ГЭС будет использована как для своих нужд, так для экспорта.
Многие участники скептически отнеслись к такой инициативе, указывая на то, что строительство приведет к глобальным изменениям экосистемы. По мнению некоторых ученых термин "возобновляемые ресурсы" здесь не применим, поскольку такие масштабные вмешательства в природу могут привести к вымиранию некоторых видов животных и растений.
По мнению критиков, нельзя трогать русла таких крупных рек как Барам и Шингу, лучше строить гидроэлектростанции на менее крупных реках, тогда последствия будут не настолько разрушительными. Электроэнергия полученная на этих ГЭС должна быть использована для питания прилегающих регионов, а не идти на экспорт.
Гидроэлектростанция - это комплекс сложных гидротехнических сооружений и оборудования. Его назначение - преобразовывать энергию потока воды в электрическую энергию. Гидроэнергия относится к числу так называемых возобновляемых источников энергии, т. е. практически неиссякаема.
Важнейшее гидротехническое сооружение - плотина . Она задерживает воду в водохранилище, создает необходимый напор воды. Гидравлическая турбина - главный двигатель на ГЭС. С ее помощью энергия воды, движущейся под напором, превращается в механическую энергию вращения, которая затем (благодаря электрическому генератору) преобразуется в электрическую энергию. Гидравлическая турбина , гидрогенератор, устройства автоматического контроля и управления - пульты размещены в машинном зале ГЭС. Повышающие трансформаторы могут располагаться и внутри здания, и на открытых площадках. Распределительные устройства чаще всего устанавливаются на открытом воздухе рядом со зданием электростанции.
В Советском Союзе, обладающем большими гидроэнергоресурсами (11112% от мировых), развернуто широкое строительство гидростанций. По установленной мощности гидроэлектриций. Только за 30 послевоенных лет, с 1950 станции подразделяют на малые - по 1980 год, выработка электроэнергии на до 5 МВт, средние - от 5 до 25 и крупные - ГЭС выросла более чем в 10 раз. свыше 25 МВт. В нашей стране действуют 20 ГЭС, на каждой из которых установленная мощность превышает 500 МВт. Крупнейшие из них - Красноярская (6000 МВт) и Саяно-Шушенская (6400 МВт) ГЭС.
Строительство ГЭС немыслимо без комплексного решения многих задач. Надо удовлетворять нужды не только энергетики, но и водного транспорта , водоснабжения, ирригации, рыбного хозяйства. Лучше всего этим задачам отвечает принцип каскадности когда на реке строят не одну, а ряд ГЭС, расположенных по течению реки. Это позволяет создать на реке несколько последовательно расположенных на разных уровнях водохранилищ, а значит, полнее использовать сток реки, ее энергетические ресурсы й маневрировать мощностью отдельных ГЭС. Каскады гидроэлектрических станций сооружены на многих реках. Кроме Волжского, каскады построены на Каме, Днепре, Чирчике, Раздане, Иртыше, Риони, Свири. Наиболее мощный Ангаро-Енисейский каскад с крупнейшими в мире ГЭС - Братской, Красноярской, Саяно-Шушенской и Богучанской общей мощностью около 17 ГВт и годовой выработкой 76 млрд. кВт- ч электроэнергии.
Существует несколько видов электростанций, использующих энергию потока воды. Помимо гидроэлектростанций строят еще гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). С первого взгляда едва ли заметишь разницу между обычной гидроэлектростанцией и гидро-аккумулирующей электростанцией. Такое же здание, где размещено главное энергетическое оборудование, такие же линии электропередачи. Нет принципиальной разницы и в способе производства электроэнергии. В чем же особенности ГАЭС?
В отличие от ГЭС гидроаккумулирующая станция требует два водохранилища (а не одно) емкостью по нескольку десятков миллионов кубических метров. Уровень одного должен быть на несколько десятков метров выше другого. Оба водохранилища сообщаются между собой трубопроводами. На нижнем водохранилище строится здание ГАЭС. В нем так называемые обратимые гидроагрегаты - гидравлические турбины и электрические генераторы размещены на одном валу . Они могут работать и как генераторы тока, и как электрические водяные насосы . Когда потребление энергии уменьшается, например в ночные часы , гидравлические турбины выполняют роль насосов , перекачивая воду из нижнего водохранилища в верхнее. При этом генераторы работают как электрические двигатели , получающие электрическую энергию от тепловых и атомных электростанций. Когда же потребление электроэнергии возрастает, гидроагрегаты ГАЭС переключаются на обратное вращение. Падающая из верхнего водохранилища в нижнее вода вращает гидравлические турбины, генераторы вырабатывают электрическую энергию. Таким образом, ГАЭС в ночные часы как бы накапливает электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, а днем отдает ее. Поэтому ГАЭС обычно служит, как говорят энергетики, для покрытия «пиков» нагрузки, т. е. она дает энергию тогда, когда в ней особо нуждаются. На земном шаре действуют более 160 ГАЭС. У нас в стране первая ГАЭС построена под Киевом. Она имеет малый напор, всего 73 м, и суммарную мощность 225 МВт.
Вступила в строй более крупная ГАЭС в Московской области, мощностью 1,2 ГВт, с напором 100 м.
Обычно ГАЭС строят на реках. Но, как оказалось, подобные электростанции можно строить на берегах морей и океанов. Только там они получили иное название - приливные электростанции (ПЭС).
Два раза в сутки в одно и то же время уровень океана то поднимается, то опускается. Это гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня воды не превышают 1 м, но у самого берега они могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.
Если залив или устье реки перегородить плотиной, то в момент наибольшего подъема воды в таком искусственном водохранилище можно запереть сотни миллионов кубических метров воды. Когда же в море наступает отлив, между уровнями воды в водохранилище и в море создается перепад, достаточный для вращения гидротурбин, установленных в зданиях ПЭС. Если водохранилище одно, ПЭС может вырабатывать электрическую энергию непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами соответственно по 1-2 ч четыре раза за сутки (столько раз меняется уровень воды в водохранилище при приливах и отливах).
Чтобы устранить неравномерность выработки электроэнергии, водохранилище станции делится плотиной на 2-3 меньших. В одном поддерживают уровень отлива, в другом - уровень прилива, третье служит резервным.
На ПЭС устанавливают гидроагрегаты, которые способны работать с высоким КПД как в генераторном (производить электроэнергию), так и в насосном режиме (перекачивать воду из водохранилища с низким уровнем воды в водохранилище с высоким уровнем). В насосном режиме ПЭС работает тогда, когда в энергосистеме появляется избыточная электроэнергия. В этом случае агрегаты подкачивают или откачивают воду из одного водохранилища в другое.
В 1968 г. на побережье Баренцева моря в Кислой губе сооружена первая в нашей стране опытно-промышленная ПЭС. В здании электростанции размещено 2 гидроагрегата мощностью 400 кВт.
Десятилетний опыт эксплуатации первой ПЭС позволил приступить к составлению проектов Мезенской ПЭС на Белом море, Пенжинской и Тугурской на Охотском море.
Использование великих сил приливов и отливов Мирового океана, даже самих океанских волн - интересная проблема. К решению ее еще только приступают. Тут многое предстоит изучать, изобретать, конструировать.
Строительство крупных энергетических гигантов - будь то ГЭС, ГАЭС или ПЭС - каждый раз экзамен для строителей. Здесь соединяется труд рабочих самой высокой квалификации и разных специальностей - от мастеров бетонных работ до монтажников-верхолазов.