Vesivoimalan laite ja toimintaperiaate

Muinaisista ajoista lähtien ihmiset ovat käyttäneet veden käyttövoimaa. He jauheivat jauhoja myllyissä, jotka käyttivät virtaa vesivirralla, koskivat raskaita puiden runkoja alavirtaan ja käyttivät yleensä vesivoimaa monenlaisiin tehtäviin, mukaan lukien teollisiin.

Ensimmäiset vesivoimalat

1800-luvun lopulla, kun kaupunkien sähköistäminen alkoi, vesivoimalat alkoivat saada suosiotaan erittäin nopeasti maailmassa. Vuonna 1878 Englannissa ilmestyi maailman ensimmäinen vesivoimala, joka tuolloin sai virtaa vain yhdelle kaarilampulle keksijä William Armstrongin taidegalleriassa... Ja vuoteen 1889 mennessä pelkästään Yhdysvalloissa oli jo 200 vesivoimalaa.

Yksi vesivoiman kehityksen tärkeimmistä vaiheista oli Hooverin padon rakentaminen Yhdysvaltoihin 1930-luvulla. Venäjän osalta jo vuonna 1892 rakennettiin ensimmäinen neljän turbiinin vesivoimala, jonka kapasiteetti on 200 kW, täällä Rudnia Altaissa Berezovka-joen varrelle, ja se oli suunniteltu toimittamaan sähköä Ziryanovsky-kaivoksen kaivoksen viemäröintiin.Joten kun ihmiskunta kehitti sähköä, vesivoimalat merkitsivät teollisuuden nopeaa kehitystä.

Vesivoimalan toimintaperiaate

Nykyään modernit vesivoimalat ovat valtavia rakenteita, joiden asennettu kapasiteetti on gigawatti. Minkä tahansa vesivoimalan toimintaperiaate on kuitenkin yleensä melko yksinkertainen ja lähes täsmälleen sama kaikkialla. Hydrauliturbiinin siipiin kohdistettu vedenpaine saa sen pyörimään, ja generaattoriin kytketty hydrauliturbiini puolestaan ​​kääntää generaattoria. Generaattori tuottaa sähköä, joka ja syötetään muuntajaasemalle ja sitten sähkölinjaan.

Hydrogeneraattorin roottori:

Vesivoimalaitoksen turbiinihalliin on asennettu hydrauliyksiköt, jotka muuttavat vesivirran energian sähköksi ja kaikki tarvittavat jakelulaitteet sekä vesivoimalaitoksen toimintaan tarvittavat ohjaus- ja valvontalaitteet. suoraan vesivoimalaitoksen rakennuksessa.

Vesivoimalan teho riippuu turbiinien läpi kulkevan veden määrästä ja paineesta. Suora paine saadaan aikaan vesivirtauksen suunnatusta liikkeestä. Tämä voi olla vettä, joka on kertynyt patoon, kun pato rakennetaan tiettyyn paikkaan jokea, tai paine syntyy virtauksen suunnanmuutoksesta eli kun vesi ohjataan kanavasta erityisen tunnelin tai kanavan kautta. Joten vesivoimalat ovat pato, johdannainen ja pato.

Yleisimmät patovesivoimalat perustuvat patoon, joka sulkee joen uoman.Padon takana vesi nousee, kerääntyy luoden eräänlaisen vesipatsaan, joka tuottaa painetta ja painetta. Mitä korkeampi pato, sitä voimakkaampi paine. Maailman korkein pato, 305 metriä korkea, on 3,6 GW:n Jinpingin pato Yalongjiang-joella Länsi-Sichuanissa Lounais-Kiinassa.

Vesivoimaloita on kahta tyyppiä. Jos joessa on pieni notko, mutta se on suhteellisen runsas, niin jokea tukkivan padon avulla syntyy riittävä vedenkorkeusero.

Padon yläpuolelle muodostetaan säiliö, joka varmistaa aseman yhtenäisen toiminnan ympäri vuoden. Lähelle padon alla olevaa rantaa, sen välittömään läheisyyteen, on asennettu vesiturbiini, joka on kytketty sähkögeneraattoriin (lähellä patoasemaa) Jos joki on purjehduskelpoinen, niin vastakkaiselle rannalle tehdään sulku padon läpikulkua varten. laivoja.

Jos joki ei ole kovin rikas vesi, mutta siinä on suuri upotus ja nopea virtaus (esimerkiksi vuoristojoet), osa vedestä ohjataan erityistä kanavaa pitkin, jonka kaltevuus on paljon pienempi kuin joella. Tämä kanava on joskus useita kilometrejä pitkä. Joskus kenttäolosuhteet pakottavat kanavan korvaamaan tunnelilla (voimaloita varten). Tämä aiheuttaa merkittävän tasoeron kanavan ulostulon ja joen alavirran välillä.

Kanavan päässä vesi tulee jyrkästi kaltevaan putkeen, jonka alapäässä on generaattorilla varustettu hydrauliturbiini. Merkittävästä tasoerosta johtuen vesi saa suuren kineettisen energian, joka riittää aseman (johdanta-asemat) tehonlähteeksi.

Tällaisilla asemilla voi olla suuri kapasiteetti ja ne voivat kuulua alueellisten voimalaitosten luokkaan (vrt. Pienet vesivoimalat).Pienimmissä laitoksissa turbiini korvataan joskus vähemmän tehokkaalla, halvemmalla vesipyörällä.

Zhigulevin vesivoimalan rakennus lähteistä

Kaaviokaavio Zhigulev HPP:n sähköliitännöistä

Osuus Zhigulevin vesivoimalan rakennuksen läpi. 1 — lähdöt RU 400 kV:n avaamiseen; 2 — 220 ja 110 kV kaapeleiden lattia; 3 — sähkölaitteiden lattia, 4 — muuntajan jäähdytyslaitteet; 5 — väyläkanavat, jotka yhdistävät muuntajien generaattorin jännitekäämit "kolmioihin"; 6 - nosturi, jonka kantavuus on 2x125 tonnia; 7 — nosturi, jonka kantavuus on 30 tonnia; 8 — nosturi, jonka kantavuus on 2X125 t; 9 — jätteiden säilytysrakenne; 10 - nosturi, jonka kantavuus on 2x125 tonnia; 11 - metallinen kieli; 12 - nosturi, jonka kantavuus on 2x125 tonnia.

Zhigulev HP on Euroopan toiseksi suurin vesivoimalaitos, vuosina 1957-1960 se oli maailman suurin vesivoimalaitos.

Aseman ensimmäinen yksikkö, jonka teho oli 105 tuhatta kW, otettiin käyttöön vuoden 1955 lopussa, vuonna 1956 otettiin käyttöön vielä 11 yksikköä 10 kuukaudeksi. 1957 - loput kahdeksan yksikköä.

Vesivoimaloihin on asennettu ja toiminnassa suuri määrä uusia, joissakin tapauksissa ainutlaatuisia energialaitoksia.

Vesivoimalaitostyypit ja niiden laitteet

Vesivoimalaitokseen kuuluu padon lisäksi rakennus ja kojeisto. Vesivoimalan päälaitteet sijaitsevat rakennuksessa, tähän asennetaan turbiinit ja generaattorit. Vesivoimalassa voi olla padon ja rakennuksen lisäksi sulkuja, valumia, kalakäytäviä ja venehissiä.

Jokainen vesivoimalaitos on ainutlaatuinen rakenne, joten vesivoimalaitosten tärkein erottava piirre muuntyyppisistä teollisuusvoimalaitoksista on niiden yksilöllisyys. Muuten, maailman suurin säiliö sijaitsee Ghanassa, se on Akosombo säiliö Volta-joella. Sen pinta-ala on 8 500 neliökilometriä, mikä on 3,6 % koko maan pinta-alasta.

Jos joen uomaa pitkin on merkittävä rinne, pystytetään johdettu vesivoimala. Padoille ei tarvitse rakentaa suurta säiliötä, vaan vesi ohjataan vain erityisesti pystytettyjen vesikanavien tai tunnelien kautta suoraan voimalaitosrakennukseen.

Johdannaisille vesivoimalaitoksille on joskus järjestetty pieniä päivittäisiä säätöaltaita, jotka mahdollistavat paineen ja siten tuotetun sähkön määrän säätelyn sähköverkon ylikuormituksesta riippuen.

Pumppuvarastot (PSPP) ovat erityinen vesivoimalaitostyyppi. Täällä itse asema on suunniteltu tasoittamaan päivittäisiä vaihteluja ja huippukuormia sähköjärjestelmäja siten parantaa sähköverkon luotettavuutta.

Tällainen asema voi toimia sekä generaattoritilassa että varastotilassa, kun pumput pumppaavat vettä ylempään altaaseen alemmalta altaalta. Allas on tässä yhteydessä vesivoimalaitoksen vieressä oleva altaaseen kuuluva kohde, joka on ylävirtaan, alavirtaan alavirtaan.

Esimerkki pumppuvarastosta on Missourissa sijaitseva Taum Sauk Reservoir, joka on rakennettu 80 kilometriä Mississippistä ja jonka kapasiteetti on 5,55 miljardia litraa, mikä mahdollistaa 440 MW:n huippukapasiteetin.