Как се генерира електричество във водноелектрическа централа. Характеристики на работата на водноелектрическа централа. Хидравлични централи

водноелектрическа централа (ВЕЦ)- набор от конструкции и оборудване, чрез които енергията на водния поток се преобразува в електрическа енергия. Водноелектрическите централи обикновено се изграждат на реки чрез изграждане на язовири и резервоари. За ефективно производство на електроенергия във водноелектрическите централи са необходими два основни фактора: гарантирано снабдяване с вода през цялата година и евентуално големи речни склонове. Каньоновидният терен е благоприятен за хидротехническо строителство.

Водноелектрическият комплекс на равнинна река включва: язовир, сграда на електроцентрала, преливници, навигационни врати (шлюзове), съоръжения за преминаване на риба и др.

Принцип на действие. Принципът на работа на водноелектрическа централа е доста прост (фиг. D.1). Верига от хидравлични конструкции осигурява необходимото налягане на водата, а енергийното оборудване преобразува енергията на водата, движеща се под налягане, в механичната енергия на движението на турбината, която задвижва генератори, които произвеждат електричество.

Фигура D.1 - Диаграма на водноелектрическа централа

Мощността на водноелектрическата централа се определя от дебита и налягането на водата. Във водноелектрическа централа, като правило, водното налягане се генерира чрез изграждането на язовир или отклонение - естествения поток на водата. В някои случаи и язовир, и отклонение се използват заедно, за да се получи необходимото водно налягане. Водната площ пред язовира се нарича горна, а под язовира - долна. Разликата между нивата на горния басейн (UWB) и долния басейн (UNB) определя налягането N. Горният басейн образува резервоар, в който се натрупва вода, използвана при необходимост за генериране на електричество.

Цялото енергийно оборудване се намира директно в самата сграда на водноелектрическата централа. В зависимост от предназначението си има свое специфично разделение. В машинното помещение има хидравлични агрегати, които директно преобразуват енергията на водния поток в електрическа енергия. Има и всякакъв вид допълнително оборудване, устройства за управление и наблюдение за работата на водноелектрически централи, трансформаторна станция, разпределителни уредби и много други.

Класификация на водноелектрическите централи . Водноелектрическите централи се разделят в зависимост от:

1) генерирана мощност:

мощни - произвеждат от 25 MW и повече;

средна - до 25 MW;

малки водноелектрически централи - до 5 MW.

2) максимално използване на налягането на водата:

високо налягане - повече от 60 m;

средно налягане - от 25 m;

ниско налягане - от 3 до 25 m.

3) принципът на използване на природните ресурси, и съответно получената концентрация на вода:

Речни и язовирни водноелектрически централи. Това са най-често срещаните видове водноелектрически централи. Водното налягане в тях се създава чрез инсталиране на язовир, който напълно блокира реката или повишава нивото на водата в нея до необходимото ниво. В същото време някои наводнения на долината на реката са неизбежни. Такива водноелектрически централи се изграждат на пълноводни равнинни реки, както и на планински реки, на места, където речното корито е по-тясно и по-компресирано.

Язовирни водноелектрически централи. Изградени са при по-високи водни налягания. В този случай реката е напълно преградена от язовир, а самата сграда на водноелектрическата централа се намира зад язовира, в долната му част. Водата в този случай се подава към турбините през специални напорни тунели, а не директно, както в речните водноелектрически централи.

Отклонителни водноелектрически централи. Такива електроцентрали се изграждат на места с висок наклон на реката. Необходимата водна концентрация във водноелектрическа централа от този тип се създава чрез отклоняване. Водата се отвежда от коритото на реката чрез специални дренажни системи. Последните са изправени, като наклонът им е значително по-малък от средния наклон на реката. В резултат на това водата се подава директно към сградата на водноелектрическата централа. Деривационните водноелектрически централи могат да бъдат различни видове - безнапорни или с напорно отклонение. При напорно отклонение водопроводът се полага с голям надлъжен наклон. В друг случай, в началото на отклонението, на реката се създава по-висок язовир и се създава резервоар - тази схема се нарича още смесено отклонение, тъй като се използват и двата метода за създаване на необходимата концентрация на вода.

Помпено-акумулиращи електроцентрали. Такива помпено-акумулиращи електроцентрали са в състояние да акумулират генерираната електроенергия и да я използват при пикови натоварвания. Принципът на работа на такива електроцентрали е следният: през определени периоди (без пиково натоварване) помпено-акумулиращите електроцентрали работят като помпи от външни енергийни източници и изпомпват вода в специално оборудвани горни басейни. Когато възникне търсене, водата от тях навлиза в напорния тръбопровод и задвижва турбините.

Турбина. В зависимост от налягането на водата във водноелектрическите централи се използват различни видове турбини. За високонапорни - ковшови и радиално-аксиални турбини с метални спирални камери. Във водноелектрически централи със средно налягане се монтират въртящи се лопатки и радиално-аксиални турбини, във водноелектрически централи с ниско налягане турбини с въртящи се лопатки се монтират в стоманобетонни камери. Принципът на работа на всички видове турбини е сходен - вода под налягане (водно налягане) навлиза в лопатките на турбината, които започват да се въртят. По този начин механичната енергия се прехвърля към хидрогенератор, който генерира електричество. Турбините се различават по някои технически характеристики, както и по камери - стоманени или стоманобетонни, и са предназначени за различни водни налягания.

Мощността, развивана от хидравличния агрегат, е пропорционална на налягането H и водния поток Q:

Турбините и генераторите могат да бъдат монтирани директно в или близо до язовира. В някои случаи се използва тръбопровод, през който се подава вода под налягане под нивото на язовира или към водоприемника на водноелектрическа централа.

язовир . Язовирът е хидравлична конструкция, която блокира водно течение или резервоар, за да повиши нивото на водата. Той също така служи за концентриране на налягането на мястото на конструкцията и създаване на резервоар.

Язовирите могат да се различават в зависимост от дизайна и се разделят на гравитационни, аркови и др. Гравитационните язовири изглеждат като каменни или бетонни прегради. Конструкции от този тип предотвратяват потока на водата с теглото си. Сводестите изпълняват задълженията си благодарение на специален дизайн. Успешната експлоатация на язовирите зависи от три показателя: устойчивостта на вертикалните елементи на конструкцията, масата и характеристиките на сводестата конструкция, която лежи върху крайбрежните опори. При изграждането на язовир е необходимо да се вземе предвид влиянието на определени външни фактори. Това са така наречените сили на срязване, чиято поява се дължи на въздействието на водата, вятъра, вълните и температурните промени. Пренебрегването от строителите на горните фактори може да доведе до разрушаване на язовира. Поради това се правят определени изчисления, за да се предотвратят отрицателните ефекти от силите на срязване.

Отпадъци . Източниците на образуване на отпадъци са сградите и съоръженията на водноелектрическата централа, дейността на подразделенията на централата, както и свързаните с тях дейности, насочени към осигуряване на други стопански дейности. По правило на територията на гарите се намират и филиали, които извършват ремонтни и поддържащи работи.

Основните отпадъци (4–5 клас на опасност) са отпадъци (утайки), образувани при механично и биологично пречистване на отпадъчни води, текстилни, строителни и други отпадъци, хетерогенни отпадъци от хартия и картон, стъкло, асфалтобетон или асфалтобетонна смес, стоманобетон, т.н. както и натрошени строителни тухли и стоманобетонни изделия, стърготини и дървесни отпадъци, отпадъци от защитни решетки на електроцентрали и др. Основният начин за управление на отпадъците от тези класове е предаването им на други организации за обезвреждане.

Отпадъци от класове на опасност 1 и 2 (живачни лампи, флуоресцентни живачни тръби с изтекъл срок на годност и заменени с енергоспестяващи) се предават на специализирани организации за обезвреждане.

Принципът на работа на водноелектрическата централа е доста прост. Хидравличните конструкции на водноелектрическа централа осигуряват необходимия поток вода, влизаща в лопатките на хидравличната турбина, което води до генератор, който генерира електричество.

Фиг. 1. Диаграма на един от видовете хидравлични турбини

Необходимото водно налягане се генерира от язовир (в случай на водноелектрическа централа от язовирен тип) или отклонение - естествения воден поток (отклонни водноелектрически централи). В някои случаи, за да се получи необходимото водно налягане, се използват заедно язовир и отклонение:

• язовирни водноелектрически централи (фиг. 2). Това са най-често срещаните видове големи водноелектрически централи в Киргизстан. Водното налягане в тях се създава чрез инсталиране на язовир, който напълно блокира реката и повишава нивото на водата в нея до необходимата височина. В този случай самата сграда на водноелектрическата централа се намира зад язовира, в долната му част. Водата в този случай се подава към турбините през специални тунели под налягане.
• отклонителни водноелектрически централи (фиг. 3). Такива електроцентрали се изграждат на места, където има наклон на реката. Необходимото количество вода за създаване на натиск се отвежда от коритото на реката чрез специални дренажни системи (канали, клонове, канавки). Техният наклон е значително по-малък от средния наклон на реката. В резултат на това водата след известно разстояние се издига до необходимата височина и се събира в напорен басейн. Оттам по напорен тръбопровод водата постъпва в турбината и в крайна сметка отново се озовава в същата река. В някои случаи в началото на отклонителния канал се създава язовир и малък резервоар.

Ориз. 2. Язовирна водноелектрическа централа

Ориз. 3. Водноелектрическа централа от деривационен тип

Цялото енергийно оборудване се намира директно в самата сграда на водноелектрическата централа. В зависимост от предназначението си има свое специфично разделение. Хидрогенераторите са разположени в машинната зала, директно преобразувайки водната енергия в електрическа. Има и електрическо оборудване, което включва устройства за управление и наблюдение на работата на водноелектрически централи, трансформаторна станция, разпределителни уредби и много други.

Водноелектрическите централи се разделят в зависимост от генерираната мощност:

• мощни - произвеждат от 30 MW и повече;
• малки водноелектрически централи - от 1 MW до 30 MW;
• мини водноелектрическа централа - от 100 kW до 1 MW;
• микро ВЕЦ - от 5 kW до 100 kW;
• пико водноелектрическа централа - до 5 kW.

Мощността на водноелектрическата централа зависи от налягането и дебита на водата, както и от ефективността (коефициента на полезно действие) на използваните турбини и генератори. Поради факта, че по естествени причини водният поток постоянно се променя в зависимост от сезона, както и поради редица други причини, обичайно е цикличната мощност да се приема като израз на мощността на водноелектрическа централа. Например има годишни, месечни, седмични или дневни цикли на работа на водноелектрическа централа.

В зависимост от дебита и налягането на водата във водноелектрическите централи се използват различни видове турбини. За високонапорни - ковшови и радиално-аксиални турбини с метални спирални камери. Във водноелектрически централи със средно налягане се монтират въртящи се лопатки и радиално-аксиални турбини, във водноелектрически централи с ниско налягане турбини с въртящи се лопатки се монтират в стоманобетонни или стоманени камери. Принципът на работа на всички видове турбини е един и същ - вода под налягане (водно налягане) навлиза в лопатките на турбината, които започват да се въртят. По този начин механичната енергия се прехвърля към генератора, който генерира електричество. Турбините се различават по някои технически характеристики, както и по камери - стоманени или стоманобетонни, и са предназначени за различни водни налягания.

Водноелектрическите централи, в зависимост от тяхното предназначение, могат да включват и допълнителни структури, като шлюзове, рибни проходи, водовземни конструкции, използвани за напояване, и много други.

Стойността на водноелектрическите централи се крие във факта, че те използват възобновяеми природни ресурси за производство на електрическа енергия. Поради факта, че няма нужда от допълнително гориво за водноелектрическите централи, крайната цена на произведената електроенергия е значително по-ниска, отколкото при използване на други видове електроцентрали.

Характеристики на водноелектрическите централи (плюсове и минуси)

• (+) цената на електроенергията във водноелектрическите централи е повече от два пъти по-ниска от тази в топлоелектрическите централи.
• (+) водноелектрическите турбини позволяват работа във всички режими от нула до максимална мощност и ви позволяват бързо да промените мощността, ако е необходимо, действайки като регулатор на производството на електроенергия.
• (+) речният поток е възобновяем енергиен източник
• (+) значително по-малко въздействие върху въздуха и ледниците в сравнение с други видове електроцентрали.
• (-) често ефективните водноелектрически централи са по-отдалечени от потребителите и изискват изграждането на скъпи електропроводи (PTL).
• (-) Резервоарите често заемат големи площи.
• (-) язовирите често променят характера на риболова, тъй като блокират пътя към местата за хвърляне на хайвера на мигриращи риби, но често благоприятстват увеличаването на рибните запаси в самия резервоар и прилагането на рибовъдство.

Хората отдавна са се научили да използват енергията на водата, за да въртят работните колела на мелници, машинни инструменти и дъскорезници. Но постепенно делът на хидроенергията в общото количество енергия, използвана от хората, намалява. Това се дължи на ограничената способност за пренос на водна енергия на големи разстояния. С появата на електрическата турбина, задвижвана от вода, хидроенергията има нови перспективи.

 Водноелектрическата централа е комплекс от различни конструкции и оборудване, чието използване прави възможно преобразуването на водната енергия в електричество. Хидравличните конструкции осигуряват необходимата концентрация на водния поток, а по-нататъшните процеси се извършват с помощта на подходящо оборудване.

Водноелектрическите централи се изграждат на реки чрез изграждане на язовири и резервоари. Изборът на местоположение е от голямо значение за ефективността на станцията. Необходими са два фактора: гарантирано водоснабдяване през цялата година и възможно най-голям наклон на реката. Водноелектрическите централи се делят на язовирни (чрез изграждането на язовир се осигурява необходимото ниво на реката) и деривационни (водата се отклонява от коритото на реката до място с голяма разлика в нивата).

Местоположението на структурите на станцията също може да се различава. Например сградата на гара може да бъде част от структура за водно налягане (така наречените речни станции) или разположена зад язовир (станции отстрани на язовира).

Определение за водноелектрическа централа

Водноелектрическата централа (ВЕЦ) е електроцентрала, която използва енергията на водния поток като източник на енергия. Водноелектрическите централи обикновено се изграждат на реки чрез изграждане на язовири и резервоари.

За ефективното производство на електроенергия във водноелектрическа централа са необходими два основни фактора: гарантирано снабдяване с вода през цялата година и евентуално големи наклони на реката; типовете терени, подобни на каньон, са благоприятни за хидравлично строителство.

Технологии

Работата на водноелектрическите централи се основава на използването на кинетичната енергия на падащата вода. За преобразуването на тази енергия се използват турбина и генератор. Първо, тези устройства генерират механична енергия, а след това и електричество. Турбините и генераторите могат да бъдат монтирани директно в или близо до язовира. В някои случаи се използва тръбопровод, през който се подава вода под налягане под нивото на язовира или към водоприемника на водноелектрическа централа.

Индикаторите за мощността на водноелектрическите централи са две променливи: воден поток, който се измерва в кубични метри и хидростатичен напор. Последният индикатор е разликата във височината между началната и крайната точка на водопада. Проектът на инсталацията може да се основава на един или двата от тези показатели.

Съвременните технологии за производство на водноелектрическа енергия позволяват да се получи доста висока ефективност. Понякога тя е два пъти по-висока от тази на конвенционалните ТЕЦ. В много отношения тази ефективност се осигурява от характеристиките на оборудването на водноелектрическите централи. Той е много надежден и лесен за използване.

Освен това цялото използвано оборудване има още едно важно предимство. Има дълъг експлоатационен живот, което се дължи на липсата на топлина по време на производствения процес. И наистина, няма нужда да сменяте оборудването често, повреди са изключително редки. Минималният експлоатационен живот на електроцентралите е около петдесет години. И в огромните пространства на бившия Съветски съюз станциите, построени през двадесетте или тридесетте години на миналия век, работят успешно. Водноелектрическите централи се управляват чрез централен център и в резултат на това в повечето случаи имат малък персонал.

план:

Въведение

• 1 Характеристики
• 2 Принцип на действие
• 3 Хидроенергия в света
  • 3.1 Най-големите водноелектрически централи в света
• 4 Водноелектрически централи на Русия
  • 4.1 Най-големите водноелектрически централи в Русия
  • 4.2 Други водноелектрически централи в Русия
  • 4.3 Предистория на развитието на хидротехническото строителство в Русия
• 5 ползи
• 6 Недостатъци
• 7 Големи аварии и инциденти
Бележки

Въведение

Една от най-големите руски водноелектрически централи по отношение на мощността е Братская.

Язовирът Serron Grande в Ел Салвадор, вдлъбнат за увеличаване на здравината на тялото на язовира

водноелектрическа централа (ВЕЦ)- електроцентрала, която използва енергията на водния поток като източник на енергия. Водноелектрическите централи обикновено се изграждат на реки чрез изграждане на язовири и резервоари.

За ефективното производство на електроенергия във водноелектрическа централа са необходими два основни фактора: гарантирано снабдяване с вода през цялата година и евентуално големи наклони на реката; типовете терени, подобни на каньон, са благоприятни за хидравлично строителство.

1. Характеристики

• Цената на електроенергията в руските водноелектрически централи е повече от два пъти по-ниска, отколкото в топлоелектрическите централи.
• Хидроелектрическите турбини позволяват работа във всички режими от нула до максимална мощност и ви позволяват бързо да промените мощността, ако е необходимо, действайки като регулатор на производството на електроенергия.
• Оттокът на реката е възобновяем източник на енергия.
• Водноелектрическата централа не оказва вредно въздействие върху околната среда.
• Изграждането на водноелектрически централи обикновено е по-капиталоемко от топлоелектрическите централи.
• Често ефективните водноелектрически централи са по-отдалечени от потребителите, отколкото топлоелектрическите централи.
• Резервоарите често заемат големи площи, но от около 1963 г. започват да се използват защитни конструкции (Киевска водноелектрическа централа), които ограничават площта на резервоара и в резултат на това ограничават площта на наводнената повърхност ( ниви, ливади, села).
• Язовирите често променят естеството на риболова, тъй като блокират преминаването на мигриращите риби към местата за хвърляне на хайвер, но често допринасят за увеличаването на рибните запаси в самия резервоар и осъществяването на рибовъдство.
• Водноелектрическите резервоари, от една страна, подобряват навигацията, но от друга изискват използването на шлюзове за прехвърляне на кораби от един басейн в друг.
• Водоемите правят климата по-умерен.

2. Принцип на действие

Диаграма на водноелектрическия язовир

Принципът на работа на водноелектрическата централа е доста прост. Верига от хидравлични конструкции осигурява необходимото налягане на водата, която тече към лопатките на хидравлична турбина, която задвижва генератори, които произвеждат електричество.

Необходимото водно налягане се формира чрез изграждане на язовир и в резултат на концентрацията на реката на определено място или чрез отклонение - естествения воден поток. В някои случаи и язовир, и отклонение се използват заедно, за да се получи необходимото водно налягане.

Цялото енергийно оборудване се намира директно в самата сграда на водноелектрическата централа. В зависимост от предназначението си има свое специфично разделение. В машинното помещение има хидравлични агрегати, които директно преобразуват енергията на водния поток в електрическа енергия. Има и всякакъв вид допълнително оборудване, устройства за управление и наблюдение за работата на водноелектрически централи, трансформаторна станция, разпределителни уредби и много други.

Водноелектрическите централи са разделени в зависимост от генерирана мощност:

• мощни - произвеждат от 25 MW и повече;
• средна - до 25 MW;
• малки водноелектрически централи - до 5 MW.

Мощността на водноелектрическата централа зависи от налягането и потока на водата, както и от ефективността на използваните турбини и генератори. Поради факта, че според природните закони нивото на водата се променя постоянно в зависимост от сезона, както и поради редица други причини, е обичайно да се приема цикличната мощност като израз на мощността на водноелектрическа станция . Например има годишни, месечни, седмични или дневни цикли на работа на водноелектрическа централа.

Малка водноелектрическа централа, типична за планинските райони на Китай (водноелектрическа централа Houzibao, окръг Xingshan, област Yichang, провинция Hubei). Водата идва от планината по черен тръбопровод

Водноелектрическите централи се разделят и според максималното използване водно налягане:

• високо налягане - повече от 60 m;
• средно налягане - от 25 m;
• ниско налягане - от 3 до 25 m.

В зависимост от налягането на водата във водноелектрическите централи се използват различни видове турбини. За високонапорни - ковшови и радиално-аксиални турбини с метални спирални камери. Във водноелектрически централи със средно налягане се монтират въртящи се лопатки и радиално-аксиални турбини, във водноелектрически централи с ниско налягане турбини с въртящи се лопатки се монтират в стоманобетонни камери. Принципът на работа на всички видове турбини е сходен - вода под налягане (водно налягане) навлиза в лопатките на турбината, които започват да се въртят. По този начин механичната енергия се прехвърля към хидрогенератор, който генерира електричество. Турбините се различават по някои технически характеристики, както и по камери - стоманени или стоманобетонни, и са предназначени за различни водни налягания.

Водноелектрическите централи също се разделят в зависимост от принципизползване на природните ресурси и съответно получената водна концентрация. Тук могат да се разграничат следните водноелектрически централи:

• речни и язовирни водноелектрически централи. Това са най-често срещаните видове водноелектрически централи. Водното налягане в тях се създава чрез инсталиране на язовир, който напълно блокира реката или повишава нивото на водата в нея до необходимото ниво. Такива водноелектрически централи се изграждат на пълноводни равнинни реки, както и на планински реки, на места, където речното корито е по-тясно и по-компресирано.
• язовирни водноелектрически централи. Изградени са при по-високи водни налягания. В този случай реката е напълно преградена от язовир, а самата сграда на водноелектрическата централа се намира зад язовира, в долната му част. Водата в този случай се подава към турбините през специални напорни тунели, а не директно, както в речните водноелектрически централи.
• отклонителни водноелектрически централи. Такива електроцентрали се изграждат на места с висок наклон на реката. Необходимата водна концентрация във водноелектрическа централа от този тип се създава чрез отклоняване. Водата се отвежда от коритото на реката чрез специални дренажни системи. Последните са изправени, като наклонът им е значително по-малък от средния наклон на реката. В резултат на това водата се подава директно към сградата на водноелектрическата централа. Деривационните водноелектрически централи могат да бъдат различни видове - безнапорни или с напорно отклонение. При напорно отклонение водопроводът се полага с голям надлъжен наклон. В друг случай, в началото на отклонението, на реката се създава по-висок язовир и се създава резервоар - тази схема се нарича още смесено отклонение, тъй като се използват и двата метода за създаване на необходимата концентрация на вода.
• помпено-акумулиращи електроцентрали. Такива помпено-акумулиращи електроцентрали са в състояние да акумулират генерираната електроенергия и да я използват при пикови натоварвания. Принципът на работа на такива електроцентрали е следният: през определени периоди (без пиково натоварване) помпено-акумулиращите електроцентрали работят като помпи от външни енергийни източници и изпомпват вода в специално оборудвани горни басейни. Когато възникне търсене, водата от тях навлиза в напорния тръбопровод и задвижва турбините.

Водноелектрическите централи, в зависимост от тяхното предназначение, могат да включват и допълнителни конструкции, като шлюзове или корабни асансьори, които улесняват навигацията през резервоар, рибни пасажи, водовземни конструкции, използвани за напояване, и много други.

Стойността на водноелектрическата централа е, че използва възобновяеми природни ресурси за производство на електрическа енергия. Поради факта, че няма нужда от допълнително гориво за водноелектрическите централи, крайната цена на произведената електроенергия е значително по-ниска, отколкото при използване на други видове електроцентрали.

3. Хидроенергията в света

Към 2006 г. хидроенергията осигурява производството на до 88% от възобновяемата енергия и до 20% от цялата електроенергия в света, инсталираният водноелектрически капацитет достига 777 GW.

Исландия е абсолютен лидер по производство на водноелектрическа енергия на глава от населението. Освен това този показател е най-висок в Норвегия (делът на водноелектрическите централи в общото производство е 98%), Канада и Швеция. В Парагвай 100% от произведената енергия идва от водноелектрически централи.

Най-активното хидротехническо строителство в началото на 2000-те се извършва от Китай, за който хидроенергията е основният потенциален източник на енергия. В тази страна се намират до половината от малките водноелектрически централи в света, както и най-голямата водноелектрическа централа в света, Трите клисури на река Яндзъ, и най-голямата каскада от водноелектрически централи в процес на изграждане. Още по-голяма водноелектрическа централа Grand Inga с капацитет от 39 GW е планирана за изграждане от международен консорциум на река Конго в Демократична република Конго (бивш Заир).

Към 2008 г. най-големите производители на водна енергия (включително преработка в помпено-акумулиращи електроцентрали) в абсолютно изражение са следните страни:

3.1. Най-големите водноелектрически централи в света

4. Водноелектрически централи на Русия

Към 2009 г. в Русия има 15 водноелектрически централи с мощност над 1000 MW (работещи, в процес на изграждане или замразено строителство) и повече от сто водноелектрически централи с по-малък капацитет.

4.1. Най-големите водноелектрически централи в Русия

Бележки:

1. 1 2 Възстановен след аварията (2009 г.), стойността преди аварията е посочена в скоби.
2. Обекти в строеж.
3. 1 2 3 4 Капацитет и добив на проектно ниво на резервоара; В момента действителната мощност и мощност са значително по-ниски, показани в скоби.

4.2. Други водноелектрически централи в Русия

4.3. Предистория на развитието на хидротехническото строителство в Русия

Първият етап от изграждането на водноелектрическа централа:

През съветския период на развитие на енергетиката се подчертава специалната роля на единния народностопански план за електрификация на страната - ГОЕЛРО, който е одобрен на 22 декември 1920 г. Този ден е обявен за професионален празник в СССР - Ден на енергетиката. Главата от плана, посветена на хидроенергията, се нарича „Електрификация и водна енергия“. Той посочи, че водноелектрическите централи могат да бъдат икономически изгодни, главно в случай на комплексно използване: за производство на електроенергия, подобряване на условията за корабоплаване или рекултивация на земя. Предполагаше се, че в рамките на 10-15 години ще бъде възможно да се построи водноелектрическа централа в страната с общ капацитет от 21 254 хиляди конски сили (около 15 милиона kW), включително в европейската част на Русия - с капацитет 7394 , в Туркестан - 3 020, в Сибир - 10 840 хил. к.с. За следващите 10 години беше планирано изграждането на водноелектрическа централа с мощност от 950 хиляди kW, но впоследствие беше планирано изграждането на десет водноелектрически централи с обща работна мощност на първите етапи от 535 хиляди kW.

Въпреки че вече година по-рано, през 1919 г., Съветът по труда и отбраната признава изграждането на водноелектрическите централи Волхов и Свир като обекти от отбранително значение. През същата година започва подготовката за изграждането на Волховската водноелектрическа централа, първата от водноелектрическите централи, построени по плана GOELRO.

Въпреки това, дори преди началото на строителството на Волховската водноелектрическа централа, Русия имаше доста богат опит в промишленото хидротехническо строителство, главно чрез частни компании и концесии. Информацията за тези водноелектрически централи, построени в Русия през последното десетилетие на 19 век и първите 20 години на 20 век, е доста разпокъсана, противоречива и изисква специално историческо изследване.

Счита се за най-достоверно, че първата водноелектрическа централа в Русия е Березовската (Зыряновская) водноелектрическа централа, построена в Рудния Алтай на река Березовка (приток на река Бухтарма) през 1892 г. Той беше с четири турбини с обща мощност 200 kW и беше предназначен да осигури електричество за отводняване на мината от мина Зиряновски.

Водноелектрическата централа Нигри, която се появи в провинция Иркутск на река Нигри (приток на река Въча) през 1896 г., също претендира да бъде първата. Силовото оборудване на станцията се състоеше от две турбини с общ хоризонтален вал, които въртяха три динама с мощност 100 kW всяка. Първичното напрежение се трансформира от четири трифазни токови трансформатора до 10 kV и се предава по два високоволтови проводника към съседните рудници. Това бяха първите високоволтови електропроводи в Русия. Едната линия (с дължина 9 км) беше положена през локвите до мина Негаданни, другата (14 км) - нагоре по долината Нигри до устието на извора Сухой Лог, където в онези години работи мина Ивановски. В мините напрежението беше преобразувано на 220 V. Благодарение на електричеството от водноелектрическата централа Nygrinskaya в мините бяха инсталирани електрически асансьори. В допълнение, железопътната линия на мината, която служи за отстраняване на отпадъчни скали, беше електрифицирана, което стана първата електрифицирана железопътна линия в Русия.

5. Ползи

• използване на възобновяема енергия.
• много евтин ток.
• работата не е придружена от вредни емисии в атмосферата.
• бърз (спрямо CHP/CHP) достъп до режим на работна мощност след включване на станцията.

6. Недостатъци

• наводняване на обработваема земя.
• строителството се извършва там, където има големи запаси от водна енергия.
• на планинските реки са опасни поради високата сеизмичност на районите.

7. Големи аварии и инциденти

• Най-голямата авария в историята на водноелектрическите централи беше провалът на язовирната стена на китайския резервоар Banqiao през 1975 г. Броят на загиналите беше повече от 170 000 души, 11 милиона бяха ранени.
• 17 май 1943 г. - Британските войски взривяват язовирите на реките Möhne (язовир Mönesee) и Eder (язовир Edersee) по време на операция Chastise, което води до смъртта на 1268 души, включително около 700 съветски военнопленници.
• 9 октомври 1963 г. - една от най-големите хидравлични аварии на язовир Вайонт в Северна Италия.
• В нощта на 11 февруари 2005 г. в провинция Белуджистан в югозападен Пакистан 150-метров язовир на водноелектрическа централа близо до град Пасни се спука поради проливни дъждове. В резултат на това бяха наводнени няколко села и загинаха над 135 души.
• На 5 октомври 2007 г. на река Чу във виетнамската провинция Тан Хоа, след рязко покачване на нивото на водата, язовирът на строящата се водноелектрическа централа Киадат се спука. Около 5 хиляди къщи бяха в зоната на наводнението, 35 души загинаха.
• 17 август 2009 г. - голяма авария в Саяно-Шушенската ВЕЦ (Саяно-Шушенската ВЕЦ е най-мощната електроцентрала в Русия). В резултат на аварията загинаха 75 души и бяха нанесени сериозни щети на оборудването и помещенията на станцията.

Бележки

1. Интервю с професор Дмитрий Селютин, 22.08.2009 г., „НОВИНИ” - www.youtube.com/watch?v=y6Vw0wTt1Iw
2. водноелектрическа централа (ВЕЦ)
3. Т.М. L"état paufine l"ouverture des barrages à la concurrence - www.lesechos.fr/info/energie/020239999544.htm // Les échos. - Париж: 27/11/2009. - № 20561. - С. 21.
4. „Електроенергетика. Строителите на Русия. XX век." М.: Майстор, 2003. С.193. ISBN 5-9207-0002-5
5. По материали на комисия ГОЕЛРО
6. Березовская ВЕЦ - syrjanowsk.narod.ru/html/beresowskajages.html
7. Електрическата индустрия на Иркутска област. Вестник “Наука в Сибир” № 3-4 (2139-2140) 23 януари 1998 г. - www-sbras.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?26 170 1
8. Водноелектрическите централи като оръжие - Технологии: Hi-Tech / infox.ru - www.infox.ru/hi-tech/tech/2009/08/21/Krupnyeyshiye_GES.phtml

Какво е водноелектрическа централа?

Водноелектрическите централи са много ефективни източници на енергия. Те използват възобновяеми ресурси – механичната енергия на падащата вода. Необходимият воден резерв за това се създава от язовири, които са издигнати на реки и канали. Хидравличните инсталации позволяват да се намали транспортирането и да се спести минерално гориво (приблизително 0,4 тона въглища се консумират на 1 kWh). Те са доста лесни за работа и имат много висока ефективност (повече от 80%). Цената на този тип инсталации е 5-6 пъти по-ниска от ТЕЦ-овете и изискват много по-малко персонал за поддръжка.

Хидравличните инсталации са представени от водноелектрически централи (ВЕЦ), помпено-акумулиращи електроцентрали (ПАЕЦ) и приливни електроцентрали (ТЕЦ). Разположението им до голяма степен зависи от природните условия, например естеството и режима на реката. В планинските райони обикновено се изграждат водноелектрически централи с високо налягане; в равнинните реки се използват инсталации с по-ниско налягане, но по-висок воден дебит. Хидравличното строителство в равнините е по-трудно поради преобладаването на меки основи под язовири и необходимостта от големи резервоари за регулиране на потока. Изграждането на водноелектрически централи в равнините води до наводняване на прилежащи територии, което причинява значителни материални щети.

Водноелектрическа централа се състои от последователна верига от хидравлични конструкции, които осигуряват необходимата концентрация на водния поток и създаването на налягане, и енергийно оборудване, което преобразува енергията на водата, движеща се под налягане, в механична ротационна енергия, която от своя страна се преобразува в електрическа енергия.

Налягането на водноелектрическа централа се създава от концентрацията на падането на реката върху мястото, което се използва от язовир, или отклонение, или язовир и отклонение заедно. Основното енергийно оборудване на водноелектрическа централа е разположено в сградата на водноелектрическата централа: в машинната зала на електроцентралата - хидравлични агрегати, спомагателно оборудване, устройства за автоматично управление и наблюдение; в централния контролен пост има контролен панел за оператор-диспечер или автоматичен оператор на водноелектрическата централа. Повишаващата трансформаторна подстанция е разположена както в сградата на водноелектрическата централа, така и в отделни сгради или на открити площи. Разпределителните уредби често се намират на открити площи. Сградата на водноелектрическа централа може да бъде разделена на секции с един или повече агрегати и спомагателно оборудване, отделени от съседните части на сградата. В сградата на водноелектрическата централа или вътре в нея се създава монтажна площадка за монтаж и ремонт на различно оборудване и за спомагателни операции за поддръжка на водноелектрическата централа.

Въз основа на инсталираната мощност (в MW) водноелектрическите централи се разграничават на мощни (над 250), средни (до 25) и малки (до 5). Мощността на водноелектрическата централа зависи от налягането Nb (разликата между нивата на горния и долния басейн), водния поток Q (m3/sec), използван в хидравличните турбини, и ефективността на хидравличния агрегат hg. Поради редица причини (например поради сезонни промени в нивото на водата в резервоарите, колебания в натоварването на електроенергийната система, ремонт на хидравлични агрегати или хидротехнически съоръжения и др.), налягането и потокът на водата непрекъснато се променят , и освен това дебитът се променя при регулиране на мощността на водноелектрическа централа. Има годишен, седмичен и дневен цикъл на работа на водноелектрическата централа.

Според максималното използвано налягане водноелектрическите централи се разделят на водноелектрически централи с високо налягане (над 60 m), средно налягане (от 25 до 60 m) и ниско налягане (от 3 до 25 m). В равнинните реки наляганията рядко надвишават 100 m, в планинските условия с помощта на язовир могат да се създадат налягания до 300 m или повече, а с помощта на отклонение - до 1500 m. Класификацията по налягане приблизително съответства на видовете на използваното енергийно оборудване: във водноелектрически централи с високо налягане се използват кофови и радиални водноелектрически централи аксиални турбини с метални спирални камери; при средно налягане - въртящи се лопатки и радиално-аксиални турбини със стоманобетонни и метални спирални камери, при ниско налягане - въртящи се лопаткови турбини в стоманобетонни спирални камери, понякога хоризонтални турбини в капсули или в отворени камери. Разделянето на водноелектрическите централи според използваното налягане има приблизителен, условен характер.

Според схемата на използване на водните ресурси и концентрацията на налягането водноелектрическите централи обикновено се разделят на речни, язовирни, отклоняващи с напор и отклоняващи, смесени, помпено-акумулиращи и приливни. При водноелектрическите централи с речно течение и язовири водното налягане се създава от язовир, който прегражда реката и повишава нивото на водата в горния басейн. В същото време някои наводнения на долината на реката са неизбежни. Ако се построят два язовира на един и същ участък от реката, площта на наводнението се намалява. При равнинните реки най-голямата икономически допустима зона на наводнение ограничава височината на язовира. Проточните и крайязовирните водноелектрически централи се изграждат както на равнинни пълноводни реки, така и на планински реки, в тесни сгъстени долини.

В допълнение към язовира, структурите на речната водноелектрическа централа включват сградата на водноелектрическата централа и преливните конструкции. Съставът на хидротехническите съоръжения зависи от височината на главата и инсталираната мощност. При речна водноелектрическа централа сградата с разположените в нея хидроагрегати служи като продължение на язовира и заедно с него създава напорен фронт. В същото време горният басейн е в непосредствена близост до сградата на водноелектрическата централа от едната страна, а долният басейн е в непосредствена близост до него от другата. Захранващите спирални камери на хидравличните турбини с техните входни секции са положени под нивото на горния поток, докато изходните секции на смукателните тръби са потопени под нивото на низходящия поток.

В зависимост от предназначението на водопровода, той може да включва корабни шлюзове или корабен асансьор, съоръжения за преминаване на риба, водоприемни съоръжения за напояване и водоснабдяване. В речните водноелектрически централи понякога единствената структура, която позволява на водата да преминава, е сградата на електроцентралата. В тези случаи полезната вода преминава последователно през входната секция с решетки за задържане на отпадъци, спирална камера, хидравлична турбина и смукателна тръба, а наводнените потоци на реката се изхвърлят през специални тръбопроводи между съседни турбинни камери. Проточните водноелектрически централи се характеризират с налягания до 30-40 m; Най-простите речни водноелектрически централи също включват построени преди това селски (водноелектрически централи) водноелектрически централи с малък капацитет. На големите низинни реки главният канал е блокиран от земен язовир, в непосредствена близост до който е бетонен преливник и е изградена сграда на водноелектрическа централа. Това разположение е типично за много домашни водноелектрически централи на големи низинни реки. Волжска ВЕЦ на името на. 22-ри конгрес на КПСС - най-голямата сред речните станции.

Най-мощните водноелектрически централи са построени на Волга, Кама, Ангара, Енисей, Об и Иртиш. Каскадата от водноелектрически централи е група от водноелектрически централи, разположени стъпаловидно по течението на водния поток с цел пълно последователно използване на неговата енергия. Инсталациите в каскада обикновено са свързани с общ режим, при който резервоарите от горните етапи оказват регулиращо влияние върху резервоарите от долните етапи. На базата на водноелектрически централи в източните райони се формират промишлени комплекси, специализирани в енергоемки отрасли.

Най-ефективните по технико-икономически показатели ресурси са съсредоточени в Сибир. Един пример за това е Ангаро-Енисейската каскада, която включва най-големите водноелектрически централи в страната: Саяно-Шушенская (6,4 милиона kW), Красноярск (6 милиона kW), Братск (4,6 милиона kW), Усть-Илимская (4,3 милиона). милиона kW). Водноелектрическата централа Богучановская (4 милиона kW) е в процес на изграждане. Общият капацитет на каскадата в момента е повече от 20 милиона kW.

При изграждането на водноелектрически централи обикновено се цели генериране на електроенергия, подобряване на условията за корабоплаване по реката и напояване на земята. Водноелектрическите централи обикновено имат резервоари, които им позволяват да съхраняват водата и да регулират нейния поток, а оттам и работната мощност на станцията, така че да осигурят най-благоприятния режим за енергийната система като цяло.

Процесът на регулиране е както следва. В период от време, когато натоварването на електроенергийната система е ниско (или естественият приток на вода в реката е голям), водноелектрическата централа консумира вода в количество, по-малко от естествения приток. В този случай водата се натрупва в резервоара и работният капацитет на станцията е сравнително малък. В други случаи, когато натоварването на системата е високо (или притокът на вода е малък), водноелектрическата централа използва вода в количество, което надвишава естествения приток. В този случай водата, натрупана в резервоара, се изразходва и работната мощност на станцията се увеличава до максимум. В зависимост от обема на резервоара, периодът на регулиране или времето, необходимо за напълване и експлоатация на резервоара, може да бъде ден, седмица, няколко месеца или повече. През това време водноелектрическата централа може да използва строго определено количество вода, определено от естествения приток.

Когато водноелектрическите централи работят заедно с топлоелектрическите и атомните електроцентрали, натоварването на електроенергийната система се разпределя между тях така, че при даден воден поток през разглеждания период търсенето на електрическа енергия да се задоволи с минимален разход на гориво (или минимални разходи за гориво) в системата. Опитът в експлоатацията на енергийни системи показва, че през по-голямата част от годината е препоръчително водноелектрическите централи да работят в пиков режим. Това означава, че през деня работната мощност на водноелектрическата централа трябва да варира в широки граници - от минимална в часовете, когато натоварването на електроенергийната система е ниско, до максимална в часовете с най-високо натоварване на системата. С това използване на водноелектрически централи натоварването на топлоцентралите се изравнява и работата им става по-икономична.

По време на периоди на наводнения, когато естественият приток на вода в реката е висок, препоръчително е да се използват водноелектрически централи денонощно с оперативна мощност, близка до максималната, и по този начин да се намали празното изхвърляне на вода през язовира. Най-печелившият режим на водноелектрическа централа зависи от много фактори и трябва да се определи чрез подходящи изчисления.

Работата на водноелектрическите централи се характеризира с чести стартирания и спирания на агрегати, бърза промяна на работната мощност от нула до номинална. Хидравличните турбини по своето естество са адаптирани към този режим. За хидрогенераторите този режим също е приемлив, тъй като, за разлика от генераторите на парни турбини, аксиалната дължина на хидрогенератора е сравнително малка и температурните деформации на намотките са по-слабо изразени. Процесът на стартиране на хидравличния агрегат и получаване на мощност е напълно автоматизиран и отнема само няколко минути.

Продължителността на използване на инсталираната мощност на водноелектрическите централи обикновено е по-кратка от тази на топлоелектрическите централи. Той е 1500-3000 часа за пиковите станции и до 5000-6000 часа за базовите станции.

Единичната цена на водноелектрическа централа (RUB/MW) е по-висока от единичната цена на топлоцентрала със същия капацитет поради по-големия обем строителни работи. Времето за изграждане на водноелектрическа централа също е по-дълго от времето за изграждане на топлоцентрала. Въпреки това цената на електроенергията, генерирана от водноелектрическите централи, е значително по-ниска от цената на енергията от топлоелектрическите централи, тъй като оперативните разходи не включват цената на горивото.

Препоръчително е да се изграждат водноелектрически централи на планински и полуцентрални реки. В равнинните реки тяхното изграждане може да доведе до наводняване на големи площи от заливни ливади и обработваеми земи, гори, намаляване на рибните запаси и други последици.