Uporaba energije vodnega toka, naprava hidravličnih konstrukcij hidroelektrarn (HE)

Energija vodnih tokov

Energijo (potencial), ki jo ima vodni tok, določata dve količini: količina tekoče vode in višina njenega padca do ustja.

V naravnem stanju se energija rečnega toka porabi za erozijo struge, prenos delcev zemlje, trenje ob brežine in dno.

Na ta način se energija vodnega toka porazdeli po celotnem toku, čeprav neenakomerno — odvisno od naklona dna in sekundarnega pretoka vode. Da bi izkoristili energijo toka znotraj določenega območja, jo je potrebno koncentrirati v enem odseku - v eni poravnavi.

Včasih takšno koncentracijo ustvari narava v obliki slapov, največkrat pa jo je treba ustvariti umetno, s pomočjo hidravlične konstrukcije.

Hidroelektrarna Itaipu je največja hidroelektrarna na svetu za proizvodnjo električne energije

Energija je koncentrirana na gradbišču hidroelektrarne (HE) dva načina:

• jez, ki blokira reko in dviguje vodo v porečju upstream — gorvodno N metrov od gladine porečja downstream — dolvodno. Razlika v zgornji in spodnji ravni H se imenuje višina. Hidroelektrarne, pri katerih je višina ustvarjena z jezom, se imenujejo blizu jeza in so običajno zgrajene na ravnih rekah;

• s pomočjo posebnega obvodnega kanala — derivacijskega kanala. Odvodne postaje so v glavnem zgrajene v gorskih območjih. Obvodni kanal ima zelo majhen naklon, zato je na njegovem koncu skoraj v celoti zgoščena celotna glava rečnega odseka, ki ga obdaja kanal.

Sila toka pri poravnavi strukture je določena s količino vode, ki preteče skozi vrata v eni sekundi, Q in višino H. Če se Q meri v m3/s in H v metrih, bo pretok v odseku enak:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Le del te zmogljivosti, enak izkoristku naprave, bo uporabljen v električnih generatorjih hidroelektrarne. Zato bosta moč elektrarne na glavi H in pretok vode skozi turbine Q:

P = 9,81*B* H* učinkovitost kW.

Strojnica za hidroelektrarno

V realnih pogojih delovanja hidroelektrarn se lahko del vode izpusti mimo turbin.

Energija potokov se uporablja že stoletja. Široka uporaba vodne sile je postala mogoča šele konec 19. stoletja, ko so jo izumili električni transformator in ustvarili trifazni sistem izmeničnega toka... Sposobnost prenosa energije na velike razdalje je omogočila izkoriščanje energije najmočnejših vodnih tokov.

Kitajska hidroelektrarna Three Gorges, ki se nahaja na reki Jangce, je največja na svetu glede na nameščeno zmogljivost.

Sestava in ureditev hidrotehničnih objektov hidroelektrarn

Struktura enote objektov hidroelektrarne jezu običajno vključuje:

• glava jezu. V zgornjem toku jezu se glede na topografske razmere in višino jezu oblikuje zadrževalnik z večjo ali manjšo prostornino, ki uravnava pretok vode skozi turbine v skladu z razporedom obremenitev;

• zgradba hidroelektrarne;

• žlebovi, drugačen namen in temu primerno drugačna zasnova: za odvajanje odvečne vode, ki ni porabljena v turbinah, na primer ob poplavah (razlivih); za znižanje vodnega horizonta v prelivnih vodah, kar je včasih potrebno, na primer pri popravilu hidrotehničnih objektov (odvodnjavanje); za distribucijo vode med uporabniki vode (vodozajem);

• prometne zmogljivosti — plovne zapornice, ki zagotavljajo plovbo po reki, police in splave za lesene raftinge;

• ribji prehodi.

Odsek o zgradbi hidroelektrarne

Tipične konstrukcije derivacijske hidroelektrarne — odvodni kanal in cevovod od kanala do turbin.

Glavna vrednost, tehnično najodgovornejši in najdražji člen v bloku hidroelektrarn je jez. Na poti pretoka vode ločimo jezove:

• gluhki ne dopuščajo prehajanja vode;

• prelivno poljev katerem se voda preliva čez greben jezu;

• panelna ploščaki prepuščajo vodo, ko se odprejo ščiti (vrata).

Cornalvo je jez v Španiji, v provinci Badajoz, ki deluje že skoraj 2000 let.

Jezovi so običajno zemeljski in betonski.

Prečni profil zemeljskega jezu: 1 - zob; 2 — zaščitna plast peska in gramoza; 3 — glinena mreža: 4 — telo jezu; 5 — vodotesna osnovna plast

Slika prikazuje profil glinenega jezu, zgrajenega na prepustni plasti majhne debeline. Telo jezu se izpusti iz katere koli zemlje, ki ne vsebuje velike količine organskih nečistoč in vodotopnih soli.

Pri polnjenju jezu s prepustno zemljo se v telo jezu položi glinena mreža, ki preprečuje filtracijo vode. Prepustna plast, na kateri je zgrajen jez, je iz istih razlogov prerezana z vodotesnim zobom.

Če je jez v celoti zapolnjen z glineno ali peščeno prstjo, potem pregrada za pronicanje ni potrebna. Na vrhu je zaslon prekrit z zaščitno plastjo peska in proda, ta pa je pred valovno erozijo zaščiten s kamnitim tlakom (od vrha jezu do oznake, ki leži 0,5-0,7 m pod najnižjim možnim vodnim horizontom). v zgornjih vodah).

Pri polnjenju glinenega jezu je vsaka plast skrbno stisnjena z valji. Odvajanje vode skozi greben glinenega jezu je nedopustno, saj obstaja nevarnost njegove erozije. Cesta je običajno zgrajena po grebenu zemeljskega jezu, ki določa širino grebena. Sleme je asfaltirano na običajen način.

Širina podnožja jezu je odvisna od njegove višine in od predvidenega naklona pobočij proti obzorju. Gorvodno pobočje postane bolj položno kot dolvodno.

Trenutno se metoda hidromehanizacije pogosto uporablja pri gradnji velikih zemeljskih jezov.

Willow Creek Dam, Oregon, ZDA, jez gravitacijskega tipa iz betona

Shema slepega betonskega jezu: 1 — drenaža jezu; 2 — ogledna galerija; 3 - zbiralnik; 4 — drenaža temeljev

Slika prikazuje prazen betonski jez pravilnega profila s prometnim pasom na vrhu. Za bolj zanesljivo povezavo jezu s tlemi in bregovi je temelj jezu izdelan v obliki več robov. Na tlačni strani se nahaja zob z globino 0,05 — 1,0 Z.

Za boj proti filtraciji so pod zobom nameščene protifiltracijske zavese, za katere se skozi sistem vrtin s premerom 5-15 cm vbrizga cementna raztopina v razpoke podlage (zemlje).

Čeprav je telo jezu iz trdnega betona, voda vedno pronica skozenj. Za odvajanje te vode dolvodno je v jezu urejen drenažni sistem, sestavljen iz navpičnih vodnjakov - drenaž (s premerom 20 - 30 cm), izdelanih v telesu jezu vsakih 1,5 - 3 m.

Skozi njih odvedena voda vstopa v kivete opazovalne galerije 2, od koder se skozi vodoravne zbiralnike 3 vodi v spodnji bazen. Razgledna galerija, ki poteka v telesu jezu po celotni dolžini, je namenjena spremljanju stanja betona in filtracije vode.

Izpeljane strukture oskrbe z vodo se najpogosteje izvajajo v obliki odprtega kanala. V mehkih tleh je kanalski odsek običajno trapezast. Stene in dno kanala so obložene z betonom ali asfaltom, da se zmanjša filtracija, prepreči erozija, zmanjšajo hrapavost in s tem povezane izgube tlaka. Uporablja se tudi obloga iz tlakovcev.

Odvodni kanali v kamnitih tleh imajo pravokoten prerez.Če odprtega kanala ni mogoče izvesti, se uporabijo vdolbine s pravokotnim ali krožnim prerezom.Voda iz odvodnega kanala do turbin se dovaja po cevovodih.Cevovodi so kovinski, armiranobetonski in leseni.