Гидроаккумулирующие (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС): принципиальные схемы и общая характеристика

Реферат

 

  «Гидроаккумулирующие (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС): принципиальные схемы и общая характеристика.» 
 
 
 

                                        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание 
 

1. Гидроэлектростанции(ГЭС)
1. ГЭС. Особенности и принцип работы.
2. Виды ГЭС.
2. Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)
1. ГАЭС. Принцип работы.
2. Классификация ГАЭС.
3. Приливные электростанции(ПЭС)
1. ПЭС. Принцип работы.
2. Появление и развитие ПЭС.
3. Преимущества и недостатки.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Гидроэлектростанции (ГЭС) 

Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. 

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС  необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Особенности

• Себестоимость электроэнергии на российских ГЭС более чем в два раза ниже, чем на тепловых электростанциях.[1]
• Турбины ГЭС допускают работу во всех режимах от нулевой до максимальной мощности и позволяют быстро изменять мощность при необходимости, выступая в качестве регулятора выработки электроэнергии.
• Сток реки является возобновляемым источником энергии.
• ГЭС не оказывает вредного влияния на экологию.
• Строительство ГЭС обычно более капиталоёмкое, чем тепловых станций.
• Часто эффективные ГЭС более удалены от потребителей, чем тепловых станций.
• Водохранилища часто занимают значительные территории, но примерно с 1963 г. начали использоваться защитные сооружения (Киевская ГЭС), которые ограничивали площадь водохранилища, и, как следствие, ограничивали площадь затопляемой поверхности (поля, луга, поселки).
• Плотины зачастую изменяют характер рыбного хозяйства, поскольку перекрывают путь к нерестилищам проходным рыбам, однако часто благоприятствуют увеличению запасов рыбы в самом водохранилище и осуществлению рыбоводства.
• Водохранилища ГЭС, с одной стороны, улучшают судоходство, но с другой — требуют применения шлюзов для перевода судов с одного бьефа на другой.
• Водохранилища делают климат более умеренным.

 
 

Принцип работы

 

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый  напор воды, поступающей на лопасти  гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством  строительства плотины, и как  следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции  располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое. 

Гидроэлектрические  станции разделяются в зависимости  от вырабатываемой мощности: 

мощные —  вырабатывают от 25 МВт и выше;

средние —  до 25 МВт;

малые гидроэлектростанции  — до 5 МВт. 

Мощность ГЭС  зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции. 
 

Типичная для  горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с  горы по чёрному трубопроводу

Гидроэлектростанции также делятся в зависимости от максимального использования напора воды: 

высоконапорные  — более 60 м;

средненапорные  — от 25 м;

низконапорные — от 3 до 25 м. 

В зависимости  от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Виды  ГЭС 
 

• русловые  и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.

 

• плотинные ГЭС. Строятся при более высоких  напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается  за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.

 

• деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик  уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается  посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

 
 
 
 

• гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты  пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

 

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или  судоподъемники, способствующие навигации  по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что  для производства электрической  энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что  потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Гидроаккумулирующая электростанция

(ГАЭС) 

Гидроаккумулирующая электростанция-   насосно-аккумулирующая электростанция или Гидроэлектрическая станция, принцип действия (аккумулирования) которой заключается в преобразовании электрической энергии, получаемой от др. электростанций, в потенциальную энергию воды; при обратном преобразовании накопленная энергия отдаётся в энергосистему главным образом для покрытия пиков нагрузки. Гидротехнические сооружения ГАЭС состоят из двух бассейнов, расположенных на разных уровнях, и соединительного трубопровода. Гидроагрегаты, установленные в здании ГАЭС у нижнего конца трубопровода, могут быть трёхмашинными, состоящими из соединённых на одном валу обратимой электрической машины (двигатель-генератор), гидротурбины и насоса, или двухмашинными — обратимая электромашина и обратимая гидромашина, которая в зависимости от направления вращения может работать как насос или как турбина. В конце 60-х гг. 20 в. на вновь вводимых ГАЭС стали устанавливать более экономичные двухмашинные агрегаты.

         Электроэнергия, вырабатываемая недогруженными  электростанциями энергосистемы  (в основном в ночные часы суток), используется ГАЭС для перекачивания насосами воды из нижнего водоёма в верхний, аккумулирующий бассейн. В периоды пиков нагрузки вода из верхнего бассейна по трубопроводу подводится к гидроагрегатам ГАЭС, включенным на работу в турбинном режиме; выработанная при этом электроэнергия отдаётся в сеть энергосистемы, а вода накапливается в нижнем водоёме. Количество аккумулированной электроэнергии определяется ёмкостью бассейнов и рабочим напором ГАЭС. Верхний бассейн ГАЭС может быть искусственным или естественным (например, озеро); нижним бассейном нередко служит водоём, образовавшийся вследствие перекрытия реки плотиной. Одно из достоинств ГАЭС состоит в том, что они не подвержены воздействию сезонных колебаний стока. Гидроагрегаты ГАЭС в зависимости от высоты напора оборудуются поворотно-лопастными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми гидротурбинами. Время пуска и смены режимов работы ГАЭС измеряется несколькими минутами, что предопределяет их высокую эксплуатационную манёвренность. Регулировочный диапазон ГАЭС, из самого принципа её работы, близок двукратной установленной мощности, что является одним из основных её достоинств.

         Способность ГАЭС покрывать пики  нагрузки и повышать спрос  на электроэнергию в ночные  часы суток делает их действенным средством для выравнивания режима работы энергосистемы и, в частности, крупных паротурбинных энергоблоков. ГАЭС могут быть с суточным, недельным и сезонным полными циклами регулирования. Наиболее экономичны мощные ГАЭС с напором в несколько сотен м, сооружаемые на скальном основании. Общий кпд ГАЭС в оптимальных расчётных условиях работы приближается к 0,75; в реальных условиях среднее значение кпд с учётом потерь в электрической сети не превышает 0,66.

         ГАЭС целесообразно строить вблизи центров потребления электроэнергии, т.к. сооружение протяжённых линий электропередачи для кратковременного использования экономически не выгодно. Обычный срок сооружения ГАЭС около 3 лет.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Гидроаккумулирующая электростанция (схема): а — вертикальный разрез; б — план: 1 — верхний аккумулирующий бассейн; 2 — водоприёмник; 3 — напорный водовод; 4 — здание электростанции; 5 — нижнее питающее водохранилище; 6 — плотина с водосбросом; 7 — нормальный подпорный уровень воды; 8 — уровень сработки. 
 

Классифицикация гидроаккумулирующих  электростанций: 

• по  схеме аккумулирования,
• по длительности цикла аккумулирования,
• по схеме основного гидросилового оборудования

 
 
 

По  схеме аккумулирования:  

1. ГАЭС простого аккумулирования, иногда их называют чистыми ГАЭС (рис. 17.1 I). Характерным признаком ГАЭС такого типа является отсутствие притока воды в верхний бассейн;
2. ГАЭС смешанного типа, или ГЭС-ГАЭС, при этой схеме имеется приток воды в верхний бассейн, который, срабатываясь в турбинном режиме, дает дополнительную выработку энергии (рис. 17.1 II);
3. ГАЭС в схеме переброски стока (рис. 17.1 III), или ГАЭС с неполной высотой подкачки в бассейн или канал на водоразделе. Характерным для этой схемы является раздельное расположение насосной и гидроэлектрической станций, в связи с чем У схему иногда называют раздельной.

 

По  длительности цикла  аккумулирования, т. е. по периоду сработки и наполнения бассейна различают ГАЭС: