Гидроаккумулирующие электростанции

Раздел 1. Способы выработки электрической энергии и экологические аспекты при её производстве

Виды энергии

Энергия – это способность производить работу. Например, при использовании электрических машин энергия совершает механическую работу.

Источники энергии (основные): ископаемое органическое топливо; вода; ядерное топливо.

Виды энергии: 1) потенциальная (вода); 2) кинетическая (ветер); 3) химическая (аккумуляторы); 4) электромагнитная; 5) электрическая; 6) световая; 7) ядерная (термоядерная).

Преимущества электрической энергии (ЭЭ) как вида:

· достаточно просто преобразовать в другие виды энергии (в механическую, световую и тепловую энергию) и обратно;

· электрическая энергия, при сравнении с другими видам энергии, достаточно просто передаётся потребителям и распределяется между ними.

Недостатки ЭЭ: нет источника, трудно аккумулируется.

Способы выработки электрической энергии

Классифицировать современные электростанции можно по способам выработки электрической энергии – традиционные способы выработки электроэнергии и возобновляемые источники энергии.

Традиционные способы выработки электроэнергии

Производство электроэнергии в ЕЭС России осуществляется тепловыми электростанциями (ТЭС) на органическом топливе – конденсационными электростанциями (КЭС, иногда их называют государственными районными электростанциями – ГРЭС) и теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), атомными электростанциями (АЭС), гидроэлектростанциями (ГЭС) и гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС).

На долю ТЭС здесь приходится более 68 % (46 % – доля КЭС и 22 % – ТЭЦ), на долю АЭС – более 11 % и на долю ГЭС (включая ГАЭС) – около 21 %.Структура генерирующих мощностей ЕЭС в течение последнего десятилетия изменялась в основном за счёт повышения доли АЭС.

Структура топливоснабжения ТЭС характеризуется данными табл. 1.1. Из этих данных видно, что происходит существенное увеличение доли газа, потребляемого электростанциями, и снижение доли мазута и угля. Основным генерирующим оборудованием на ТЭС России являются конденсационные энергоблоки мощностью от 150 до 800 МВт. Максимальная мощность энергоблока ТЭС составляет 1200, АЭС – 1000, ГЭС – 640 МВт. К концу 1997 г. эксплуатировалось 7 блоков мощностью по 500 МВт, 14 блоков мощностью по 800 МВт, 1 блок мощностью 1200 МВт. Единая энергосистема России характеризуется высокой концентрацией мощностей на электростанциях. Более 65 % установленной мощности ЕЭС России составляют крупные электростанции мощностью более 1 ГВт (к концу 1997 г. 35 ТЭС, 7 АЭС и 12 ГЭС). Мощность наиболее крупной ТЭС (Сургутской ГРЭС-2) достигла 4,8 ГВт, наиболее крупных АЭС (Балаковской, Калининской, Ленинградской) – 4, наиболее крупной ГЭС (Саяно-Шушенской) – 6,4 ГВт.

Таблица 1.1 Структура топливоснабжения ТЭС России*

* – в 1980 и 1985 гг. указаны данные по ЕЭС бывшего СССР.

Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанции (ГЭС) предназначены для преобразования энергии воды в электрическую энергию.

Технологический процесс преобразования энергии воды в электрическую энергию показан на рисунке 1.

Рис. 1. Технологический процесс ГЭС

Вода из верхнего бьефа (ВБ) по напорному водоводу подводится к турбине и из неё выпускается в нижний бьеф (НБ). В турбине энергия воды преобразуется в механическую энергию вращения вала, от которого приводится во вращение ротор электрического генератора (гидрогенератора), где механическая энергия преобразуется в электрическую. Турбина, соединенная с генератором, называется агрегатом ГЭС, или гидроагрегатом. Характерными его параметрами являются напор (он определяется в основном разностью отметок ВБ и НБ) и мощность. Напоры на различных ГЭС изменяются в широком пределе – от нескольких метров (низконапорные ГЭС) до 700 – 1000 м.

ГЭС классифицируются по также по типу турбин.

1. Осевые турбины (за рубежом их обычно называют турбины Каплана) являются низконапорными турбинами, они используются при малых напорах – от 1-3 до 60-70 м.

2. Диагональные турбины, разработанные в последние десятилетия, отличаются от осевых турбин тем, что лопасти рабочего колеса установлены с наклоном к оси вращения (угол 45 – 60º). Они используются при напорах до 200 м.

3. Радиально – осевые турбины (за рубежом их обычно называют турбины Френсиса) являются средненапорными турбинами. Они используются при напорах в диапазоне от 40-60 до 500-700 м.

4. Ковшовые турбины (за рубежом их называют турбины Пельтона, иногда «свободноструйные») – это высоконапорные турбины, используемые при напорах более 400 – 600м.

Области использования турбин различных классов и видов по напорам представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Области использования турбин различных классов

Гидроаккумулирующие электростанции

Разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), представляющие собой гидромашины обратимого типа (насосотурбины), и предназначенных для выравнивания графика нагрузки энергосистем. В ночные часы, когда в энергосистеме имеется избыток мощности, агрегаты ГАЭС работают в насосном режиме и аккумулируют энергию, перекачивая воду из нижнего бассейна в верхний бассейн. В часы максимума нагрузки – пика они включаются в турбинный режим и выдают энергию в энергосистему. Таким образом, обратимая гидромашина может использоваться и как насос, и как турбина.

Гидроаккумулирующие электростанции строятся либо изолированно, либо в составе электрических (гидроэнергетических) комплексов, представляющих собой совокупность двух или нескольких электрических станций, объединенных совместным технологическим использованием водоёмов, электротехнических и других устройств, а также совместной эксплуатацией.

По аналогии с гидроэлектростанциями, работающими в активном режима, ГАЭС подразделяются на станции приплотиного типа, использующие концентрированный перепад уровней, создаваемый плотиной, и станции деривационного типа, использующие перепад между двумя бассейнами, соединенными наземными или туннельными водоводами.

В отечественной практике строительства ГАЭС получили станции деривационного типа. Их можно подразделить по следующим признакам:

- по напорам: на низконапорные – до 40-60 м, средненапорные – до 120 – 150 м и высоконапорные;

- по расположению здания ГАЭС: на надземные, подземные или полуподземные;

- по конструкции и назначению бассейнов: с использованием специальных бассейнов (наземных или подземных) и с использованием в качестве бассейнов естественных или искусственных водоемов;

- по конструкции водопроводящих сооружений: с открытым расположением стальных или железобетонных трубопроводов и с туннелями;

- по составу основного гидроэнергетического оборудования: с обратимыми гидромашинами и двигателями-генераторами по двухмашинной схеме, с насосами и гидротурбинами при обратимых двигателях-генераторах по трёхмашиннной схеме и с отдельным турбинно-генераторным и насосно-двигательным оборудованием по четырёхмашинной схеме.

Поиск по сайту: