АльтИЭЭ-Тема 5 ГидроЭС

1.

ТЕМА №5
ГИДРОЭНЕРГЕТИКА
5.1 Общие сведения о гидроэнергетике
Гидроэлектростанция (ГЭС) – это комплекс различных
сооружений и оборудования, использование которых позволяет
преобразовывать энергию воды в электрическую.
ГЭС возводят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
При выборе места строительства ГЭС учитывают необходимость
наличия двух основных факторов:
• гарантированная обеспеченность водой в течение всего года;
• как можно больший уклон реки.
ГЭС делят на:
• плотинные (необходимый уровень реки обеспечивается за счет
строительства плотины);
• деривационные (производится отвод воды из речного русла к
месту с большой разностью уровней).
1

2.

Схема плотинной ГЭС
2

3.

Плотинные ГЭС
3

4.

Деривационные ГЭС
4

5.

Работа гидроэлектростанций основана на использовании
кинетической энергии падающей воды.
Для преобразования этой энергии применяются турбина и
генератор. Сначала они вырабатывают механическую энергию, а затем
электрическую.
Индикаторами мощности гидроэлектростанций являются:
• расход воды;
• гидростатический напор (разность между верхним и нижним
уровнями падающей воды).
Мощность ГЭС напрямую зависит от:
• напора падающей воды;
• КПД используемого гидрогенератора.
Напор воды ГЭС подвержен сезонным колебаниям из-за
изменения уровня воды в верхнем водохранилище. Различают
следующие сезонные циклы работы ГЭС:
• годичный;
• месячный;
• недельный;
5
• суточный.

6.

Важнейшим элементом работы ГЭС является плотина –
массивная перемычка (барьер) между верхним и нижним уровнями
воды, которая должна удерживать водный поток и обеспечивать
необходимый напор.
Развитие большой гидроэнергетики (строительство крупных
ГЭС) возможно тогда, когда есть необходимость централизованного
энергопотребления.
Малые гидроэлектростанции обладают всеми преимуществами
больших, но при этом предоставляют возможность подавать энергию
децентрализовано.
В настоящее время гидроэнергетика обеспечивает до 63%
возобновляемой энергии в мире, что составляет около 19% всей
мировой электроэнергии.
6

7.

5.2 Малая гидроэнергетика
Малая гидроэнергетика обеспечивает устойчивое локальное
электроснабжение, не представляя угрозы для экосистемы и обладая
следующими достоинствами:
- малые ГЭС позволяют сохранить природный ландшафт;
- не нарушаются пути миграции рыбы;
- качество воды в реке сохраняется и она может использоваться
для водоснабжения населения;
- малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных
условий и способна обеспечивать устойчивое электроснабжение.
В зависимости от вырабатываемой мощности малые ГЭС делят
на:
• мини-ГЭС (100 кВт – 5 МВт);
• микро-ГЭС (1,5 кВт – 100 кВт).
По принципу использования энергии воды малые ГЭС
подразделяют на 2 типа:
- использующие потенциальную энергию водостока;
7
- использующие кинетическую энергию водостока.

8.

Малые
водостока
ГЭС,
использующие
потенциальную
энергию
В зависимости от максимального использования напора такие
малые ГЭС делят на:
- высоконапорные (напор высотой более 60 м);
- средненапорные (от 25 м до 60 м);
- низконапорные (от 3 м до 25 м).
В зависимости от принципа использования воды и,
соответственно, образующейся ее концентрации можно выделить
следующие малые ГЭС:
- русловые (низконапорные);
- плотинные (низконапорные);
- приплотинные (средненапорные и высоконапорные);
- деривационные;
- гидроаккумулирующие (закачивают воду в специальные
верхние бассейны в периоды минимума нагрузки энергосистемы, и
сбрасывают её в гидротурбины в режимах пиковых нагрузок).
8

9.

Схема русловых
малых ГЭС
9

10.

Русловые и плотинные малые ГЭС
10

11.

Приплотинные малые ГЭС
11

12.

Малая ГЭС с безнапорной
деривацией
12

13.

Малая ГЭС с напорной
(смешанной) деривацией
13

14.

Искусственное водохранилище гидроаккумулирующей
электростанции (ГАЭС)
14

15.

ГАЭС
15

16.

Микро-ГЭС,
водостока
использующие
кинетическую
энергию
ГЭС такого типа устанавливаются непосредственно
водостоке.
Можно выделить основные типы микро-ГЭС:
- гирляндные свободно-проточные;
- рукавные (переносные);
- погружные;
- с колеблющимися цилиндрами.
в
Гирляндные свободно-проточные работают без специальных
устройств для направления водного потока и без гидротехнических
сооружений. Их мощность составляет от 0,5 кВт до 5 кВт.
Рукавная микро-ГЭС подходит для малых ручьев с расходом
воды не менее 50 л/с. Для нее нужна небольшая плотина с отверстием,
к которому прикрепляется труба-шланг (рукав). Перепад высот от
16
плотины до генератора должен быть не менее 4-5 м.

17.

Погружные микро-ГЭС состоят из капсулы с гидроагрегатом,
рабочего колеса и защитного кожуха. Такие микро-ГЭС погружаются в
воду под поверхность или на нужную глубину и использует скоростной
напор речного потока, что исключает необходимость возведения
водоподпорной плотины и практически не оказывает влияния на
природную среду.
Принцип работы микро-ГЭС с колеблющимися цилиндрами
основан на том, что кинетическая энергия течения воды приводит в
колебательное движение цилиндр, передавая ему часть энергии.
Цилиндр закрепляется на упругой подвеске. При колебании он
приводит в движение штоки элементов упругой подвески, а те – масло
в гидроцилиндрах. Колебательное движение масла преобразуется с
помощью специального выпрямителя, подается на гидромотор и
вращает вал электрогенератора.
17

18.

Гирляндные
микро-ГЭС
18

19.

Рукавные
микро-ГЭС
19

20.

Погружные
микро-ГЭС
20

21.

Микро-ГЭС с колеблющимися цилиндрами
21

22.

Оборудование малых ГЭС
Основными элементами любой малой ГЭС являются:
- гидротурбина;
- электрогенератор.
Гидротурбины подразделяются по ряду признаков.
1. По типу:
- пропеллерные (для низконапорных ГЭС);
- поворотно-лопастные (для средне- и низконапорных микроГЭС);
- радиально-осевые (для высоконапорных ГЭС, средне- и
низконапорных микро-ГЭС);
- ковшовые (для высоконапорных ГЭС);
- диагональные (разновидность поворотно-лопастных);
- капсульные (гидротурбина и генератор в одной герметичной
капсуле).
2. По конструктивному исполнению:
- с неподвижными лопатками направляющего аппарата
22 и
лопастями рабочего колеса;

23.

- с неподвижными лопастями рабочего колеса и
регулируемым направляющим аппаратом;
- с регулируемыми лопастями рабочего колеса и
неподвижным направляющим аппаратом;
- с регулируемым направляющим аппаратом и поворотными
лопастями рабочего колеса.
3. По скорости течения воды (расходу воды):
- на малых водостоках (расход до 5 м3/с, длина до 10 км);
- на средних водостоках (расход до 50 м3/с, длина до 100 км);
- на больших водостоках (расход более 50 м3/с, длина более
100 км).
4. По единичной мощности:
- от 1 кВт до 100 кВт (для микро-ГЭС);
- от 100 кВт до 1 МВт (мини-ГЭС).
5. По расходу воды: от 0,1 м3/с до 100 м3/с.
6. По номинальному напряжению:
- низкого напряжения (230 В, 400 В);
- высокого напряжения (6 кВ, 10 кВ).
23
7. По частоте вращения турбины: от 200 до 1500 об/мин.

24.

Пропеллерная
гидротурбина
24

25.

Поворотно-лопастная
гидротурбина
25

26.

Радиально-осевая
гидротурбина
26

27.

Ковшовая
гидротурбина
27

28.

Капсульная
гидротурбина
(в одном корпусе с
генератором)
28

29.

На малых ГЭС применяют электрогенераторы:
- синхронные (чаще всего);
- асинхронные (реже).
Электрические гидрогенераторы
29