Ūdens plūsmas enerģijas izmantošana, hidroelektrostaciju (HES) hidrotehnisko būvju iekārta

Ūdens plūsmas enerģija

Ūdens plūsmas enerģiju (potenciālu) nosaka divi lielumi: plūstošā ūdens daudzums un tā krišanas augstums uz muti.

Dabiskā stāvoklī upes plūsmas enerģija tiek tērēta kanāla erozijai, augsnes daļiņu pārnesei, berzei krastos un dibenā.

Tādā veidā ūdens plūsmas enerģija tiek sadalīta pa visu plūsmu, lai arī nevienmērīgi — atkarībā no dibena nogāzēm un ūdens sekundārā plūsmas ātruma. Lai izmantotu plūsmas enerģiju noteiktā apgabalā, ir nepieciešams to koncentrēt vienā sadaļā - vienā sakārtojumā.

Dažkārt šādu koncentrāciju daba rada ūdenskritumu veidā, taču vairumā gadījumu tā jāveido mākslīgi, ar hidrotehniskās būves.

Itaipu hidroelektrostacija ir pasaulē lielākā hidroelektrostacija elektroenerģijas ražošanai

Enerģija tiek koncentrēta būvlaukumā hidroelektrostacijas (HES) divi veidi:

• dambis, kas aizsprosto upi un paceļ ūdeni baseinā augštecē — augštecē N metrus no baseina līmeņa lejtecē — lejtecē. Atšķirību augštecē un lejtecē H sauc par galvu. Hidroelektrostacijas, kur galvu veido aizsprosts, sauc par gandrīz aizsprostu un parasti tiek būvētas uz līdzenām upēm;

• ar speciāla apvadkanāla — atvasināšanas kanāla — palīdzību. Atvasināšanas stacijas galvenokārt tiek būvētas kalnu apvidos. Novirzes kanālam ir ļoti mazs slīpums, tāpēc tā galā gandrīz pilnībā ir koncentrēta visa kanāla ieskautā upes posma augšgala.

Plūsmas spēks struktūras izlīdzināšanā nosaka ūdens daudzums, kas vienā sekundē iziet cauri vārtiem, Q un galva H. Ja Q mēra m3/sek, bet H metros, tad plūsmas ātrums posmā būs vienāds ar:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Tikai daļa no šīs jaudas, kas vienāda ar iekārtas efektivitāti, tiks izmantota hidroelektrostacijas elektroģeneratoros. Tāpēc spēkstacijas jauda pie galvas H un ūdens plūsma caur turbīnām Q būs:

P = 9,81*B* H* efektivitāte kW.

Mašīntelpa hidroelektrostacijai

Reālos hidroelektrostaciju darbības apstākļos daļa ūdens var tikt novadīta garām turbīnām.

Straumju enerģija ir izmantota gadsimtiem ilgi. Plaša ūdens enerģijas izmantošana kļuva iespējama tikai 19. gadsimta beigās, kad tā tika izgudrota elektriskais transformators un radīja trīsfāzu maiņstrāvas sistēma... Spēja pārraidīt enerģiju lielos attālumos ļāva izmantot visspēcīgāko ūdens straumju enerģiju.

Ķīnas Trīs aizu hidroelektrostacija, kas atrodas Jandzi upē, ir lielākā pasaulē uzstādītās jaudas ziņā.

Hidroelektrostaciju hidrotehnisko objektu sastāvs un izvietojums

Dambja hidroelektrostacijas konstrukciju bloka struktūrā parasti ietilpst:

• dambja galva. Dambja augštecē atkarībā no topogrāfiskajiem apstākļiem un dambja augstuma veidojas lielāka vai mazāka tilpuma ūdenskrātuve, kas regulē ūdens plūsmu caur turbīnām atbilstoši noslogojuma grafikam;

• hidroelektrostaciju ēka;

• notekas, kam ir cits mērķis un attiecīgi atšķirīgs dizains: lai novadītu lieko ūdeni, kas netiek izmantots turbīnās, piemēram, plūdu (pārplūdumu) laikā; ūdens horizonta pazemināšanai pārplūdes ūdeņos, kas dažkārt nepieciešams, piemēram, remontējot hidrotehniskos objektus (drenāžas); ūdens sadalei starp ūdens lietotājiem (ūdens ņemšanas iekārtām);

• transporta iespējas — kuģojamas slūžas, kas nodrošina kuģošanu pa upi, plaukti un plosti koka pludināšanai;

• zivju caurbraukšanas iespējas.

Sadaļa par hidroelektrostacijas ēku

Atvasinātās hidroelektrostacijas tipiskās struktūras — novirzīšanas kanāls un cauruļvadi no kanāla uz turbīnām.

Galvenā vērtība, tehniski atbildīgākais un dārgākais posms hidroelektrostaciju blokā ir dambis. Ūdens pārejas ceļā izšķir aizsprostus:

• kurlskas neļauj plūst ūdenim;

• spillwaykurā ūdens plūst pāri dambja virsotnei;

• paneļa dēliskas, atverot vairogus (vārtus), ielaiž ūdeni.

Cornalvo ir dambis Spānijā, Badahosas provincē, kas darbojas gandrīz 2000 gadus.

Dambji parasti ir māla un betona.

Zemes dambja šķērsprofils: 1 — zobs; 2 — smilts un grants aizsargkārta; 3 — māla režģis: 4 — dambja korpuss; 5 — ūdensizturīgs pamatnes slānis

Attēlā parādīts māla dambja profils, kas būvēts uz maza biezuma caurlaidīga slāņa. Dambja korpuss tiek izvadīts no jebkuras augsnes, kas nesatur lielu daudzumu organisko piemaisījumu un ūdenī šķīstošo sāļu.

Aizpildot aizsprostu ar caurlaidīgām augsnēm, dambja korpusā tiek ievietots māla režģis, lai novērstu ūdens filtrāciju. Caurlaidīgo slāni, uz kura ir uzbūvēts dambis, to pašu iemeslu dēļ nogriež ūdensizturīgs zobs.

Ja aizsprosts ir pilnībā piepildīts ar māla vai smilšainu augsni, tad nav nepieciešama sūces barjera. Virspusē aizsegs ir pārklāts ar smilšu un grants aizsargkārtu, ko savukārt no viļņu erozijas aizsargā akmens bruģis (no dambja virsotnes līdz atzīmei, kas atrodas 0,5–0,7 m zem zemākā iespējamā ūdens horizonta). augšējos ūdeņos).

Aizpildot māla aizsprostu, katru slāni rūpīgi sablīvē ar rullīšiem. Nav pieļaujama ūdens novadīšana caur māla dambja virsotni, jo pastāv tā erozijas risks. Ceļš parasti tiek būvēts gar māla dambja virsotni, kas nosaka cekules platumu. Kore ir asfaltēta ierastajā veidā.

Dambja pamatnes platums ir atkarīgs no tā augstuma un pieņemtā nogāžu slīpuma pret horizontu. Augšteces nogāze kļūst lēzenāka nekā lejteces nogāze.

Šobrīd lielu zemes aizsprostu būvniecībā plaši tiek izmantota hidromehanizācijas metode.

Willow Creek Dam, Oregonas štatā, ASV, gravitācijas tipa aizsprosts, kas izgatavots no betona

Aklā betona dambja shēma: 1 — dambja drenāža; 2 — skatu galerija; 3 — savācējs; 4 — pamatu drenāža

Attēlā redzams tukšs betona dambis ar regulāru profilu ar satiksmes joslu augšpusē. Lai nodrošinātu uzticamāku dambja savienojumu ar augsni un krastiem, dambja pamats tiek veidots vairāku dzegas veidā. Spiediena pusē atrodas zobs ar dziļumu 0,05 — 1,0 Z.

Lai cīnītos pret filtrāciju, zem zoba tiek novietoti pretfiltrācijas aizkari, kuriem caur urbumu sistēmu ar diametru 5 - 15 cm cementa šķīdumu ievada pamatnes (augsnes) plaisās.

Lai gan dambja korpuss veidots no cieta betona, caur to vienmēr sūcas ūdens. Lai novadītu šo ūdeni lejtecē, dambī ierīkota drenāžas sistēma, kas sastāv no vertikālām akām - drenām (ar diametru 20 - 30 cm), kas veidotas dambja korpusā ik pēc 1,5 - 3 m.

Caur tiem novadītais ūdens nonāk novērošanas galerijas 2 kivetēs, no kurienes caur horizontāliem kolektoriem 3 tiek novadīts uz apakšējo baseinu. Novērošanas galerija, kas iet dambja korpusā visā tā garumā, izveidota, lai uzraudzītu betona stāvokli un ūdens filtrāciju.

Atvasinātās ūdensapgādes konstrukcijas visbiežāk tiek īstenotas atvērta kanāla veidā. Mīkstās augsnēs kanāla sekcija parasti ir trapecveida. Kanāla sienas un apakša ir izklāta ar betonu vai asfaltu, lai samazinātu filtrāciju, novērstu eroziju, samazinātu raupjumu un ar to saistītos spiediena zudumus. Izmanto arī bruģakmens apšuvumu.

Novirzīšanas kanāliem akmeņainās augsnēs ir taisnstūra šķērsgriezums Ja nav iespējams veikt atvērtu kanālu, izmanto padziļinājumus ar taisnstūra vai apļveida šķērsgriezumu. Ūdens no novirzīšanas kanāla uz turbīnām tiek padots pa cauruļvadiem Cauruļvadi ir metāla, dzelzsbetona un koka.