Utilizarea energiei debitului de apă, dispozitivul structurilor hidraulice ale centralelor hidroelectrice (HPP)

Energia apei curge

Energia (potenţialul) pe care o are curgerea apei este determinată de două mărimi: cantitatea de apă curgătoare şi înălţimea căderii acesteia la gură.

În stare naturală, energia debitului râului este cheltuită pentru eroziunea canalului, transferul de particule de sol, frecare pe maluri și fund.

În acest fel, energia debitului de apă este distribuită pe tot fluxul, deși neuniform — în funcție de panta fundului și de debitul secundar al apei. Pentru a utiliza energia fluxului într-o anumită zonă, este necesar să o concentrați într-o secțiune - într-un singur aliniere.

Uneori, o astfel de concentrare este creată de natură sub formă de cascade, dar în majoritatea cazurilor trebuie creată artificial, cu ajutorul structuri hidraulice.

Hidrocentrala Itaipu este cea mai mare centrală hidroelectrică din lume pentru producerea de energie electrică

Energia este concentrată pe șantier centrale hidroelectrice (HPP) doua feluri:

• un baraj care blochează râul și ridică apă în bazin în amonte — în amonte N metri de nivelul bazinului în aval — în aval. Diferența dintre nivelurile H din amonte și din aval se numește cap. Centralele hidroelectrice în care capul este creat de un baraj se numesc aproape-baraj și sunt de obicei construite pe râuri plate;

• cu ajutorul unui canal de bypass special — un canal de derivare. Stațiile de derivație sunt construite în principal în zonele muntoase. Canalul de deviere are o pantă foarte mică, astfel încât la capătul său întregul cap de tronson de râu înconjurat de canal este aproape complet concentrat.

Forța de curgere în alinierea structurii este determinată de cantitatea de apă care trece prin poartă într-o secundă, Q și capul H. Dacă Q se măsoară în m3/sec și H în metri, atunci debitul în secțiune va fi egal cu:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Doar o parte din această capacitate, egală cu randamentul instalației, va fi utilizată în generatoarele electrice ale hidrocentralei. Prin urmare, puterea centralei electrice la capul H și debitul de apă prin turbinele Q vor fi:

P = 9,81*B* H* randament kW.

Sala motoare pentru centrala hidroelectrica

În condițiile reale de funcționare ale centralelor hidroelectrice, o parte din apă poate fi evacuată dincolo de turbine.

Energia pârâurilor a fost folosită de secole. Utilizarea pe scară largă a energiei apei a devenit posibilă abia la sfârșitul secolului al XIX-lea, când a fost inventată. transformator electric și creat sistem de curent alternativ trifazat... Capacitatea de a transmite energie pe distanțe lungi a făcut posibilă valorificarea energiei celor mai puternici curenți de apă.

Centrala Hidroelectrică din Trei Chei din China, situată pe râul Yangtze, este cea mai mare din lume în ceea ce privește capacitatea instalată.

Componența și amenajarea instalațiilor hidrotehnice ale centralelor hidroelectrice

Structura unității de structuri a unei centrale hidroelectrice de baraj include de obicei:

• cap de baraj. În cursul superior al barajului se formează un rezervor cu un volum mai mare sau mai mic în funcție de condițiile topografice și de înălțimea barajului, care reglează debitul de apă prin turbine în conformitate cu programul de încărcare;

• clădire hidroelectrică;

• jgheaburi, având un scop diferit și un design corespunzător diferit: pentru a evacua excesul de apă care nu este utilizat în turbine, de exemplu în timpul inundațiilor (deversări); pentru coborârea orizontului apei în apele de preaplin, care este uneori necesar, de exemplu, la repararea instalațiilor hidraulice (drenaj); pentru distribuția apei între utilizatorii de apă (facilități de captare a apei);

• facilitati de transport — ecluze navigabile, asigurate prin navigație pe râu, rafturi și plute pentru rafting din lemn;

• facilități de trecere a peștilor.

Secțiunea privind construcția hidrocentralei

Structuri tipice ale centralei hidroelectrice de derivare — canal de deviere și conducte de la canal la turbine.

Principala valoare, cea mai responsabilă din punct de vedere tehnic și cea mai scumpă verigă din blocul hidrocentralelor este barajul. Barajele se disting de-a lungul căii de trecere a apei:

• Surdcare nu permit trecerea apei;

• deversorîn care apa se revarsă peste creasta barajului;

• panou de bordcare lasă să intre apa când scuturile (porțile) sunt deschise.

Cornalvo este un baraj din Spania, în provincia Badajoz, care funcționează de aproape 2.000 de ani.

Barajele sunt de obicei din pământ și beton.

Profilul transversal al barajului de pământ: 1 — dinte; 2 — strat protector de nisip și pietriș; 3 — grilă de lut: 4 — corp de baraj; 5 — strat de bază impermeabil

Figura prezintă profilul unui baraj de lut construit pe un strat permeabil de grosime mică. Corpul barajului este evacuat din orice sol care nu conține o cantitate mare de impurități organice și săruri solubile în apă.

La umplerea unui baraj cu soluri permeabile, în corpul barajului se pune o grilă de argilă pentru a preveni filtrarea apei. Stratul permeabil pe care este construit barajul este tăiat de un dinte impermeabil din aceleași motive.

Dacă barajul este complet umplut cu sol argilos sau nisipos, atunci nu este nevoie de o barieră de infiltrație. În partea de sus, ecranul este acoperit cu un strat protector de nisip și pietriș, care, la rândul său, este protejat de eroziunea valurilor de un pavaj de piatră (de la creasta barajului până la un semn care se află la 0,5 - 0,7 m sub cel mai jos orizont posibil de apă). în apele superioare).

La umplerea unui baraj de argilă, fiecare strat este compactat cu grijă cu role. Drenarea apei prin creasta unui baraj de lut este inadmisibilă, deoarece există pericolul eroziunii acesteia. Un drum este construit de obicei de-a lungul crestei unui baraj de pământ, care definește lățimea crestei. Creasta este asfaltată în mod obișnuit.

Lățimea bazei barajului depinde de înălțimea acestuia și de înclinarea presupusă a versanților către orizont. Panta din amonte devine mai plată decât versantul din aval.

În prezent, metoda hidromecanizării este utilizată pe scară largă în construcția de baraje mari de pământ.

Willow Creek Dam, Oregon, SUA, un baraj de tip gravitațional din beton

Schema unui baraj orb din beton: 1 — drenarea barajului; 2 — galerie de vizionare; 3 — colector; 4 — drenarea fundației

Figura prezintă un baraj gol din beton, cu profil obișnuit, cu o bandă de circulație deasupra. Pentru o legătură mai fiabilă a barajului cu solul și malurile, fundația barajului se realizează sub forma mai multor corniche. Un dinte cu o adâncime de 0,05 - 1,0 Z este situat pe partea de presiune.

Pentru combaterea filtrării, sub dinte se pun perdele antifiltrare, pentru care printr-un sistem de foraje cu diametrul de 5 — 15 cm se injectează soluția de ciment în fisurile bazei (sol).

Deși corpul barajului este din beton solid, apa se scurge mereu prin el. Pentru drenarea acestei ape în aval se amenajează în baraj un sistem de drenaj format din puțuri verticale - scurgeri (cu diametrul de 20 - 30 cm) realizate în corpul barajului la fiecare 1,5 - 3 m.

Apa scursă prin ele pătrunde în cuvele galeriei de observație 2, de unde este condusă prin colectoarele orizontale 3 spre bazinul inferior. Galeria de observare, care se desfășoară în corpul barajului pe toată lungimea acestuia, este realizată pentru a monitoriza starea betonului și filtrarea apei.

Structurile de alimentare cu apă derivate sunt cel mai adesea implementate sub forma unui canal deschis. În solurile moi, secțiunea canalului este de obicei trapezoidală. Pereții și fundul canalului sunt căptușiți cu beton sau asfalt pentru a reduce filtrarea, a preveni eroziunea, a reduce rugozitatea și pierderile de presiune asociate. Se folosește și placarea din piatră de piatră.

Canalele de deviere în soluri stâncoase au o secțiune dreptunghiulară.Dacă nu este posibilă efectuarea unui canal deschis, se folosesc adâncituri cu secțiune transversală dreptunghiulară sau circulară.Apa de la canalul de deviere la turbine este alimentată prin conducte.Conductele sunt metal, beton armat si lemn.