Гидроаккумулирующие электростанции ГАЭС Гидроаккумулирующие электростанции ГАЭС перераспределяют

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) • Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) перераспределяют электроэнергию, вырабатываемую другими электростанциями, во времени в соответствии с требованиями потребителей. • По длительности цикла аккумулирования, т. е. по периоду сработки и наполнения бассейна различают ГАЭС • суточного, • недельного, • сезонного аккумулирования. •

Гидроаккумулирующие электростанции можно классифицировать по следующим признакам. По схеме аккумулирования: • ГАЭС простого аккумулирования, иногда их называют чистыми ГАЭС (I). Характерным признаком ГАЭС такого типа является отсутствие притока воды в верхний бассейн; • ГАЭС смешанного типа, или ГЭС-ГАЭС, при этой схеме имеется приток воды в верхний бассейн, который, срабатываясь в турбинном режиме, дает дополнительную выработку энергии (II); • ГАЭС в схеме переброски стока (III), или ГАЭС с неполной высотой подкачки в бассейн или канал на водоразделе. Характерным для этой схемы является раздельное расположение насосной и гидроэлектрической станций, в связи с чем У схему иногда называют раздельной.

• ГАЭС предназначены для работы в составе энергосистемы совместно с другими гидроэлектростанциями или совместив с одной-двумя ТЭС или АЭС. На рис показано, что при отсутствии ГЭС или ГАЭС суммарные колебания нагрузок ТЭС и АЭС ( +/-Δ NТЭС +АЭС) энергосистемы достигают 40 -50 % максимальной нагрузки (Σ N) и с ростом бытовых нагрузок имеют тенденцию к дополнительному относительному росту. Работа ГЭС и ГАЭС в графике суточной нагрузки.

Малая гидроэнергетика По принятой классификации к малым формам гидроэнергетики относят микро- (до 100 квт), мини- (до 1000 квт) и малые ГЭС (до 25 мвт). Классификация МГЭС • • 1) Плотинные; 2) Русловые; 3) Деривационные; 4) На существующем напорном фронте микро ГЭС Свободнопроточные 1. Гирляндные 2. Подвесные Использование потениальной энергии воды Рукавного типа

ЭНЕРГИЯ ВЕТРА • Мощность ветрового потока пропорциональна кубу скорости • Для выбора места установки ВЭУ надо знать среднюю годовую скорость ветра • Различают сетевые и автономные ВЭУ • Единичная мощность сетевой ВЭУ достигает 5 МВт. Расчетная скорость ветра для них 12 -14 м/с. Такие ВЭУ объединяются в фермы мощностью в несколько сот МВт • Диапазон мощностей автономных ВЭУ от 100 Вт до десятков к. Вт • Большинство ВЭУ имеют турбину с горизонтальным валом (ГВТ), есть и ВВТ

• Количество энергии, которое можно получить от ветра, прямо пропорционально скорости потока в третьей степени. Существование такой зависимости заставляет очень тщательно выбирать место расположения ветроустановки. Если можно найти участок, где скорость ветра больше хотя бы на 1 м/с, чем на остальной территории, то это гарантирует выработку заметно большего количества энергии. • Существуют два основных вида данных, характеризующих ветровые условия каждого конкретного участка. К ним относятся: • сведения об участках, на которых отмечались самые большие скорости ветра; • направления преобладающих ветров; • сведения о характере изменений скорости ветра за годы наблюдений; • данные о годовом ветровом режиме; • данные о максимальной скорости ветра в периоды затишья и о продолжительности таких периодов.

• Если по данным наблюдений среднегодовая скорость ветра меньше 2, 8 м/с, то дальнейшие разработки вести бессмысленно, хотя известно, что в отдельные периоды скорость ветра может превышать среднее значение. Следует искать участки, на которых скорость ветра обычно выше средних скоростей за счёт топографических условий. Любые данные, полученные через метеослужбу, пригодны только для проработки основных решений. Каждый конкретный участок может иметь ветровые характеристики, отличные от тех, что даёт метеослужба, т. к. этот участок и метеостанция находятся в различных топографических условиях.

• Существуют два основных вида установок: ветроустановки с вертикальной осью вращения и ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Ветроустановки с горизонтальной осью составляют около 95 % всех ветроустановок, подключенных к сетям энергосистем Классификация всех возможных ветроустановок непроста, однако легко осуществляется при использовании трех критериев: положение оси вращения ветроустановки (горизонтально/вертикально); вид силы, возникающей под действием набегающего потока (Подъемная сила/Напор); быстроходность (Z -- Окружная скорость/Скорость ветра) т. е. Тихоходные/Быстроходные ветроустановки.

Способы закрепления грунтов 1. Подушка из более прочного грунта 2. Грунтовые сваи. 3. Цементизация– это способ закрепления грунтов основанный на нагнетании цементного раствора в трещины и пустоты. Для его осуществления используются различные растворы на основе цемента, которые застывают и становятся весьма прочными. 4. Уплотнение грунтов Различают четыре способа уплотнения: трамбование, укатка, вибрирование и вибротрамбование. 5. Силикатизация 6. Обжиг грунта • 7. Замораживание грунтов Основания ВЭУ Грунты: скальные, полускальные, супеси, пески. Естественные – не подвергаются дополнительной обработке – скальные, полускальные; Искуственные – требуют упрочнения или заменой другим грунтом – суглинки, глины, супеси Фундаменты: 1. Монолитный 2. Одиночный(ленточный) 3. Свайный 4. Глубокого залегания (опускные колодцы)

Пассивные системы (ПССО) • эффективные архитектурнопланировочные решения проектирование • учет местных новых зданий климатических факторов + • современные строительные материалы • современные конструкции реконструкция старых зданий = существенное снижение затрат энергии на отопление, освещение помещений и поддержание более комфортного микроклимата в здании Пассивная солнечная архитектура = энергоэффективные здания Используется непосредственное нагревание строительных элементов за счет теплоты, поступающей от солнечной радиации. Пассивные системы рассчитаны на аккумулирование солнечного тепла в массивных конструкциях зданий естественным образом — через окна, обращенные на юг. Экономия энергии составляет 25. . . 30%, в перспективе — до 50% Пассивная солнечная архитектура не предусматривает использования специальных устройств, например, солнечных коллекторов, для утилизации солнечной энергии. Все решается за счет архитектурно-планировочных решений, применения строительных материалов и конструкций с определенными физическими свойствами.

Применение наружной массивной стены Метод присоединенного солнечного пространства 1. Здание длинной стороной предпочтительно должно быть ориентировано по оси запад-восток. 2. Южный фасад здания (для северного полушария) в отопительный сезон должен быть максимально открыт для облучения солнечным излучением. 3. Внутренние помещения здания, требующие наибольшей освещенности, а также нуждающиеся в обеспечении наиболее комфортного микроклимата должны располагаться преимущественно в южной части здания. Вспомогательные помещения - с северной стороны здания. 4. Необходимо по возможности стремиться к большей открытости внутреннего пространства, сокращению числа внутренних глухих стен и перегородок. 5. Световые проемы здания должны быть снабжены солнцезащитными устройствами (козырьки, экраны и т. п. ), размеры и геометрия которых должны определяться исходя из того, чтобы они препятствовали прохождению прямого солнечного излучения внутрь здания в жаркое летнее время, и, наоборот, в зимнее время они не должны затенять световые проемы.

• Приливная электростанция (ПЭС) – электростанция, преобразующая энергию морских приливов в электрическую. ПЭС использует перепад уровней «полной» и «малой» воды во время прилива и отлива. Перекрыв плотиной, залив или устье впадающей с море (океан) реки (образовав водоём, называют бассейном ПЭС), можно при достаточно высокой амплитуде прилива (> 4 м) создать напор, достаточный для вращения гидротурбин и соединённых с ними гидрогенераторов, размещенных в теле плотины. При одном бассейне и правильном полусуточном цикле приливов ПЭС может вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4— 5 ч с перерывами соответственно 2— 1 ч четырежды за сутки (такая ПЭС называется однобассейновой двустороннего действия). Для устранения неравномерности выработки электроэнергии бассейн ПЭС можно разделить плотиной на два или три меньших бассейна, в одном из которых поддерживается уровень «малой» , а в другом — «полной» воды; третий бассейн — резервный; гидроагрегаты устанавливаются в теле разделительной плотины. Но и эта мера полностью не исключает пульсации энергии, обусловленной цикличностью приливов в течение полумесячного периода. При совместной работе в одной энергосистеме с мощными тепловыми (в т. ч. и атомными) электростанциями, энергия, вырабатываемая ПЭС, может быть использована для участия в покрытии пиков нагрузки энергосистемы, а входящие в эту же систему ГЭС, имеющие водохранилища сезонного регулирования, могут компенсировать внутримесячные колебания энергии приливов.

. Циклы работы однобассейновой ПЭС одностороннего действия В момент времени, соответствующий точке А, водопропускные отверстия открываются, вода из моря поступает в бассейн, турбины останавливаются. В точке Б, когда отлив уже начался, уровни воды в море и в бассейне сравниваются. В этот момент затворы водопропускных отверстий закрываются, поэтому уровень в бассейне сохраняется неизменным. Турбины ПЭС могут быть пущены в момент времени, соответствующий точке В, когда благодаря понижению уровня моря будет достигнут напор Hмин. В период времени В-Г агрегаты ПЭС работают, уровень в бассейне постепенно понижается, водопропускные отверстия остаются закрытыми. Когда напор опять понизится до технического минимума (точка Г), турбины останавливаются, уровень воды в бассейне опять сохраняется постоянным. В точке А 1 уровень воды в бассейне вновь сравнивается с уровнем моря и работа ПЭС продолжается в той же последовательности.

Волновая электростанция - установка, расположенная в водной среде, целью которой является получение электричества из кинетической энергии волн. Рабочей конструкцией здесь является поплавок ( «утка» ), профиль которого рассчитан по законам гидродинамики. В проекте шотландца предусматривался монтаж большого количества крупных поплавков, последовательно укрепленных на общем валу. Под действием волн поплавки приходят в движение и возвращаются в исходное положение под силой собственного веса. При этом приводятся в действие насосы внутри вала, заполненного специально подготовленной водой. Через систему труб различного диаметра создается разность давления, приводящая в движение турбины, установленные между поплавками и поднятые над поверхностью моря. Вырабатываемая электроэнергия передается по подводному кабелю. Для более эффективного распределения нагрузок на валу следует устанавливать 20‑ 30 поплавков.

Плот Коккереля секции устройства, соединенные шарнирно, под воздействием волн изгибаются, что приводит в действие гидроцилиндры, которые перекачивают масло на гидромоторы привода генераторов. Вырабатываемая электроэнергия по кабелю, опущенному на дно, передается на берег.

• Водяной столб Другой вид волновых установок – с пневматическим преобразователем – использует энергию колеблющегося водяного столба. Принцип действия здесь таков. При набегании волны на частично погруженную полость, открытую под водой, столб жидкости в полости колеблется, вызывая изменения давления в газе над жидкостью. Полость может быть связана с атмосферой через турбину. Поток регулируется так, чтобы проходить через турбину в одном направлении. Как вариант – используется турбина Уэльса. Это воздушная турбина низкого давления, имеющая симметричную аэродинамическую поверхность лопаток, позволяющую им вращаться всегда в одну сторону, независимо от направления потока воздуха или жидкости. Достигается это тем, что рабочее тело, попадая на лопатку, разделяется непропорционально – отклонение в одну сторону всегда больше, чем в другую. Принцип работы турбины Уэльса схож с принципом подъема крыла самолета. Главное преимущество устройств на принципе водяного колеблющегося столба состоит в том, что скорость воздуха перед турбиной может быть значительно увеличена за счет уменьшения проходного сечения канала. Это позволяет сочетать медленное волновое движение с высокочастотным вращением турбины. Кроме того, здесь создается возможность удалить генерирующее устройство из зоны непосредственного воздействия соленой морской воды.

Классификация зданий ГЭС • • По напору: Низконапорные – до 10 м; Средненапорные – до 35 -40 м; Высоконапорные - 35 -1800 м • По расположению в составе гидроузла: • Русловые (низко и средненапорные) • Приплотинные (высоконапорные) • Деривационные (обычно высоконапорные) • подземные • • По расположению агрегатов: Вертикальные; Горизонтальные; наклонные • • По типу верхнего строения: Открытые; Полуоткрытые; Закрытые

• По режиму работы: • • ГЭС; ГАЭС; ПЭС; Комбинированные (ГЭС-ГАЭС, ПЭС_ГЭС) • По мощности: • Обычные (большие) • Малые до 30 МВТ • Микро ГЭС до 100 к. Вт

Предназначение зданий ГЭС • • • Расположение : основного силового гидрооборудования; Вспомогательного оборудования; Электрических цепей собственных нужд; Дренажных и противофильтрационных устройств; • Гидромеханического оборудования

Основные технологические элементы • • • Водопроводящие тракты гидравлических турбин; Генераторы и силовые электрические цепи; Подгенераторные конструкции; Электрические цепи СН; Монтажные и погрузочные площадки; Дренажные устройства; Контрольно-измерительные цепи и устройства; Мастерские и лаборатории; Проходы горизонтальные и лестничные; Противофильтрационные устройства; Водосбросные устройства

На конструкцию и комплектацию зданий ГЭС влияют: • • Напор; Типы и размеры основного силового оборудования; Элементы проточного тракта; Расположение основного агрегата; Климатические условия; Геологические условия; Водный режим

Генераторы: 1. Подвесные 2. Зонтичные 3. С опорой на крышку турбины Нагрузку несет подгенераторная конструкция Подвесной: (русловые) 1. Подпятчник 2. Верхняя крестовина 3. Статор 4. Ротор 5. Система охлаждения 6. Вал агрегата 7. Фланец 8. Направляющий подшипник 9. Направл-й подшипник на крышк турбины 10. Крышка турбины 11. Рабочее колесо турбины

Целесообразно использовать. когда велики колебания НБ и большая отрицательная величина отсасывающей трубы С опорой на крышку Малое колебание НБ; Hs меньше 5 м; Скальное основание

Для приплотинных 1. Кожух подпятника 2. Корпус маслянной ванны 3. Масло 4. Вал 5. Опорная ступица 6. Зеркальный диск 7. Сильфоны 8. Сальник 9. Диск из сегментов (под ним рессоры)

Схемы охлаждения генераторов Разомкнутая (или открытая)- для генераторов до 4000 к. В*А + дешево - Плохой контроль, постоянные токи воздуха в маш. зале Протяжная – генераторы до 15000 к. В*А + дешево, регулирует (частично) температуру -Много пыли и других загрязнений (н-р мошок), -Невозможно полностью регулировать температуру и токи воздуха. Закрытые – генераторы свыше 15000 КВ*А + минимум загрязнений, хорошая регулирование температур - Удорожание конструкции Так же применяют комбинированные конструкции

Подгенераторная конструкции – строительная конструкции, воспринимающая все виды нагрузок от основного и вспомогательного оборудования, находящегося в зоне работы агрегата, а также нагрузки воды на РК и передает их на фундаментную плиту конструкции Нагрузки: • Вес • Момент от работы генератора • Вибрация Монолитная цилиндрическая конструкция + хорошее восприятие вертикальной моментной составляющей нагрузки - Повышенная материалоемкость и необходимость дополнительных выводо на крышку Рамная -Недостаточно жестко воспринимает моментные нагрузки + Дешевая, легкий доступ на крышку турбины

Коническая кольцевая -Сложность изготовления + оптимальное кап. вложение. Легкий доступ в магнитный зал. Кольцевая на наклонных равных опорах + дешево, выход на крышку турбины - Плохое восприятие моментной нагрузки

Верхние строения здания ГЭС • Открытые • Полуоткрытые • Закрыте Открытые Полуоткрытые Когда нет возможности сделать полное верхнее строение. Проходит дорога. Значительные колебания нижнего бьефа

Закрытые – наиболее удобные и часто встречаемые 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Кровля Ферменная конструкция Балка Стеновые блоки Колонны Подкрановые балки Кран Тележка крана Башмаки колонн Колонны – ж/б, кровля из ж/б элементов

Монтажные площадки Постоянные и временные(разгрузочные) Если в – ширина здания ГЭС, то l – длина l=(0, 8 – 1, 5)в 0, 8 -1, 2 – до 10 агрегатов 1. Трансформаторная платформа 2. трансформаторная ямя 3. РК турбины 4. Подпятник 5. Ротор генератора 6. Нижняя крестовина 7. Агрегат 8. Возбудитель 9. Детали верхней крестовины 10. Детали вала 11. Трансформатор 12. МНУ 13. Колонка управления 14. Выход на крышку турбины 15. Подкрановые балки здания ГЭС, опираются на колоны с консолью 16. Подкрановые балки низового крана 17. Рельсы для выкатки трасформатора 18. Затворохранилище 19. Выездная дорога к МП 20. Деформационные швы 21. Подпорная стенка

Размещение оборудование здания ГЭС САР – система авт. Регулирования СКУ система контроля и управления( индив. Для агр) КУ колонка управления МНУ маслонапорная установка МХ масляное хозяйства СВ система возбуждения СО система охлаждения ТВ техническое водоснабжение ПХ пневматическое хозяйства СОВ система откачки воды САР – на турбине – лопасти турбины, частота вращения вала турбины 1 – сервоматоры 2 – насосы 3 – откачка воды 4 - галерея Складские помещения ок. 200 м 2, цеха 100 м 3, адм. хозяйство 400 м 2, пульт управления 100 м 2, аккумуляторные 120 м 2, помещение зарядного агрегата 40 м 2, лаборатории 40 м 2, высокочастотная связь 30, компрессорные 30, насосная ТВ 50, насосная СОВ 30

Основы организации наблюдений за безопасностью энергетических сооружений. Технический регламент (закон) Международный стандарт Цель: Защита безопасности: • Жизни; • Имущества • Экологических ресурсов Национальный стандарт • Безопасность управления Закон о безопасности ГТС Стандарт предприятия Корпоративный стандарт

• Основной задачей эксплуатации гидротехнических сооружений является обеспечение их работоспособного состояния при соблюдении требований по охране окружающей среды и создании условий для бесперебойной и экономичной работы основного технологического оборудования гидроэлектростанций. • Эксплуатация гидротехнических сооружений ГЭС осуществляется производственными подразделениями, организуемыми на каждой ГЭС в соответствии с принятой производственной структурой, - гидротехническими цехами и участками. Для осуществления систематического контроля за состоянием и работой гидротехнических сооружений в составе эксплуатационного подразделения должна быть создана группа наблюдений (или назначены специалисты-смотрители). Деятельность эксплуатационных подразделений и группы наблюдений регламентируется местными производственными и должностными инструкциями. Гидротехнические сооружения закрепляются за инженерно-техническими работниками, которые несут ответственность за их эксплуатацию.

Требования создать: • Критерии безопасности (несколько показателей работы сооружения, которые определяют его состояние; • Натурные испытания • Декларация безопасности • Инструкции по эксплуатации ГЭС

• Специальные исследования проводятся для решения конкретных задач, возникающих при эксплуатации плотин (определение физико-механических характеристик бетона и основания, особенностей фильтрационного режима в скальном массиве, химического состава воды и т. д. ). • Экологические условия района гидроузла оцениваются по изменению уровня грунтовых вод, затоплению территории в зоне действия водохранилища, появлению оползней, изменению климата. • Расход воды (вертушки) • Сейсмологические • Тахиометриеские (скорость вращения вала и его отклонение) • Наблюдения за работой агрегатов – электрическая мощность, частота и т. д.

• На бетонных и железобетонных сооружениях должны проводится следующие виды наблюдений : • - за осадками; • - смещениями; • - температурным режимом высоких бетонных плотин; • - фильтрацией в основании и теле сооружений; • - монолитностью бетонных сооружений; • - состоянием бетона; • - динамикой сооружений.

• На гидротехнических сооружениях из грунтовых материалов должны выполняться следующие виды наблюдений: • - за осадками; • - смещениями; • - фильтрационным режимом сооружений; • - напряженным состоянием грунтов (для высоких плотин I и II классов); • - визуальные наблюдения за состоянием откосов и их креплений, путями отвода профильтровавшейся воды; отсутствием осадок просадок, трещин; наличием и характером растительности

• При организации и проведении наблюдений за гидротехническими сооружениями необходимо соблюдать следующие требования: • - регистрация уровней бьефов и среднесуточной температуры воздуха в створе гидроузла, измеряемых ежедневно; • - обеспечение достаточной частоты снятия отсчетов с приборов КИА в зависимости от интенсивности изменения нагрузок. При высокой скорости наполнения и опорожнения водохранилища, резких температурных изменениях частота отсчетов по приборам, откликающимся на эти изменения, должна быть повышена по сравнению с периодом медленно изменяющихся воздействий; • - осуществление наблюдений в одни и те же календарные сроки за параметрами, связанными между собой причинно-следственными зависимостями (раскрытие швов - температуры, уровень верхнего бьефа - фильтрационный расход и т. д. ); • - обеспечение достоверности показаний КИА, квалификации операторов, поверки приборов и вторичной аппаратуры; • - осуществление осмотров сооружений по графику, учитывающему сезонность раскрытия трещин и швов, фильтрации и водопроявлений через бетон, специфику поведения конкретного сооружения (появление наледей, выход воды на низовую грань, зарастание откосов, влияние атмосферных осадков и т. д. ).

• Гидравлической турбиной называется двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в механическую энергию вращения его рабочего колеса. 1 Е 1 2 Е 2 ГМ 1 E=Hg 2 энергия единицы массы Н на входе в рабочее колесо составляет на выходе из рабочего колеса Отданная водой рабочему колесу энергия равна разности энергий в потоке до и после рабочего колеса

В зависимости от того, какие из трех членов уравнения Бернулли главным образом использованы в конструкции машины, различаются типы турбин. Вся энергия потока состоит из энергии положения z 1 -z 2, энергии давления (образующих вместе потенциальную энергию), а также кинетической энергии Турбины, хотя бы частично использующие потенциальную энергию, называются реактивными. В таких турбинах процесс преобразования энергии на рабочем колесе происходит с избытком давления. Кроме того, в рабочем колесе частично используется и кинетическая энергия потока Если в гидротурбинах используется только кинетическая энергия потока, то они называются активными. В таких турбинах z 1=z 2, p 1=p 2, т. е. вода поступает на рабочее колесо без избыточного давления. Для достижения высокого КПД в них почти весь напор преобразуется в скорость. Мощность турбины может быть выражена Nт=9, 81 Qт. Hтηт

В практике принято гидротурбины подразделять на классы, системы, типы и серии. Существует два класса гидротурбин: активные и реактивные В класс активных турбин входят системы ковшовых, наклонно-струйных турбин и турбин двойного действия. Последние две системы не имеют столь широкого распространения, как ковшовые. Рабочее колесо ковшовой турбины В ковшовых турбинах вода подается через сопла по касательной к окружности, проходящей через середину ковша. При этом вода, проходя через сопло, формирует струю, летящую с большой скоростью и ударяющую о лопатку турбины, после чего колесо проворачивается, совершая работу. После отклонения одной лопатки под струю подставляется другая. Процесс использования энергии струи происходит при атмосферном давлении, а производство энергии осуществляется только за счет кинетической энергии воды. Лопатки турбины имеют двояковогнутую форму с острым лезвием посередине; задача лезвия — разделять струю воды с целью лучшего использования энергии и предотвращения быстрого разрушения лопаток. На рабочем колесе может быть установлено до 40 лопаток.

Класс реактивных турбин объединяет следующие системы: осевые-пропеллерные и поворотно-лопастные, диагональные, поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины. Реактивными называют турбины, в которых рабочее колесо находится целиком в потоке воды под напором и приводится во вращение реактивным давлением струй, протекающих между его изогнутыми лопатками, причем это давление передается на все лопатки одновременно. Рабочее колесо насажено, как правило. на вертикальный вал, через который приводится в действие электрический генератор. Наиболее распространенными реактивными турбинами явится радиальноосевые турбины (РО) и поворотно-лопастные (ПЛ). Реже применяются пропеллерные турбины (ПР)

Гидротурбинная установка с реактивной турбиной имеет следующие основные элементы: рабочее колесо, направляющий аппарат, турбинную камеру и отсасывающую трубу. Гидротурбинная установка с реактивной турбиной. 1 - камера водоприемника; 2 - статор турбины; 3 - направляющий аппарат; 4 генератор; 5 -рабочее колесо турбины; 6 - турбинная (спиральная) камера; 7 отсасывающая труба.