Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции — Статьи об энергетике

Принцип работы гидроэлектростанций (ГЭС)

Гидроэлектрические станции для выработки электрической энергии используют энергию падающей воды. Речная вода из-за разности уровней непрерывным потоком перемещается от истока к устью. Если построить такое сооружение как плотина, которая перекроет движение воды реки, то уровень воды перед плотиной будет намного больше чем после нее.

Разность между верхним и нижним уровнем (бьефом) называют напором, или еще могут называть высотой падения. Принцип работы гидроэлектростанции довольно прост – на уровне нижнего бьефа устанавливают турбину и направляют на ее лопатки поток воды с верхнего бьефа. Под действием силы падающего водяного потока турбина начнет вращаться, приводя в движение ротор электрического генератора, с которым связана механически. Мощность гидроэлектростанций напрямую зависит от величины напора, а также от количества воды, которая пройдет через все турбины гидроэлектрической станции. Коэффициент полезного действия (КПД) гидроэлектрических станций значительно выше тепловых и составляет порядка 85%.

По характеру воздвигнутых сооружений гидроэлектростанции разделяют на:

  • Приплотинные – в них напор создается плотиной. Такие сооружения строятся на равнинных реках с небольшим напором. Это связано с тем, что для получения большого напора необходимо создавать водохранилища, которые затопляют значительные территории;
  •  Деривационные – значительный напор здесь создается за счет деривационных (обходных) каналов. Гидроэлектростанции такого типа сооружают на горных реках, из-за больших уклонов, которые создают нужный напор при относительно малом расходе воды;

Крупные гидроэлектростанции не работают изолировано от других электрических станций. Наиболее часто применяют работу гидроэлектростанций параллельно с тепловыми, тем самым создавая оптимальный режим потребления топлива ТЭС и гидроэнергии ГЭС. Это процесс заключатся в следующем – зимой, когда уровень воды в реках идет на спад и, соответственно, ГЭС не могут работать на полную мощность, тогда часть нагрузки ГЭС берет на себя ТЭС, а летом, когда уровень воды в реках увеличивается, ГЭС начинают работать на полную мощность, а ТЭС снижает выработок электрической энергии, снижая тем самым потребления органического топлива.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Таким образом происходит экономия средств на твердом топливе, что снижает стоимость электрической энергии.

Гидроэлектростанции имеют ряд преимуществ над тепловыми электростанциями, а именно:

  • Процесс выработки электроэнергии на гидроэлектростанции намного проще, чем на тепловой;
  • КПД гидроэлектростанции значительно выше ТЭС;
  • Себестоимость производства электроэнергии на крупных ГЭС примерно в 5 раз ниже чем на ТЭС сравнимой мощности. Это объясняется очень просто – на ГЭС нет необходимости в подвозе органического топлива, а это минус цена за само топливо и транспортировку его. На ГЭС нет топливных устройств и служб, которые необходимо для его обслуживания, что уменьшает количество обслуживающего персонала и затраты на запасные части и техническое обслуживание.

Главным недостатком ГЭС является их длительное сооружения и очень высокая стоимость.

Как работает гидроэлектростанция? Это понятно даже детям!

ДЛЯ ГЭС НУЖЕН НАПОР

«Люди давно научились использовать энергию движущейся воды. Если до половины погрузить в реку колесо с лопастями на ободе, то оно начнет вращаться, потому что вода будет увлекать за собой нижние лопасти колеса. Примерно так работали (и кое-где работают до сих пор) водяные мельницы. Водяное колесо в них насажено на вал жернова. Вращает вода колесо — вращается и жернов, мелет зерно.

Но вот сто с лишним лет назад появился более совершенный водяной двигатель — гидравлическая турбина (сокращенно — гидротурбина). Появились генераторы, превращающие механическую работу в электрическую энергию. И к концу XIX в. началось сооружение гидроэлектрических станций — ГЭС.

Прямо в русле реки, даже с быстрым течением, ставить большие турбины нельзя: у реки не хватает силы проворачивать тяжелую турбину.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Другое дело на водопадах: там вода стремительно летит вниз, у нее большой напор.

Но водопадов не так много, да и не очень удобно ставить возле них турбины. Поэтому придуманы искусственные водяные «ступеньки» — плотины.

Напор создается разностью уровней воды. Поэтому говорят, что водяное колесо вращается под напором в столько-то метров.

Если перегородить реку прочной плотиной, а в теле плотины оставить только небольшое отверстие, то вся вода, что есть в реке, должна будет протекать через это отверстие. Значит, перед плотиной река поднимется и разольется, а за плотиной останется на прежнем уровне. Появится разница уровней, возникнет напор воды.

Поставим у отверстия плотины гидротурбину — и она начнет вращаться, используя напор воды. Соединим турбину с генератором— его ротор тоже придет в движение, в обмотке статора появится ток.

Заметьте: напор перед плотиной сохраняется круглый год, потому что вода запасается в водохранилище, искусственном море, и стекает равномерно, хотя зимой и летом река несет меньше воды, а осенью и весной — больше.

Впрочем, есть и гидроэлектростанции без плотин. Например, на горных реках плотины получаются очень высокими и дорогими. В этих случаях воду из реки подводят к электростанциям каналом или тоннелем, называемыми деривационными. В конце деривационного отвода строят здание ГЭС и соединяют трубами канал и гидроэлектростанцию. Теперь часть воды идет по своему руслу, а часть совершает такой маршрут: канал — трубы — турбины ГЭС — русло. Конечно, все это самотеком, потому что канал начинается гораздо выше ГЭС, а впадает обратно в реку ниже».

ЛЮБОЙ ГИДРОУЗЕЛ — СЛОЖНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

«Принцип работы любой ГЭС прост. Но устройство ее, конечно, не простое. Современная ГЭС — сложное предприятие, насыщенное разнообразными автоматами. Недаром здание машинного зала, плотину, шлюзы, трансформаторные станции, рыбоподъемники называют общим словом гидроузел.

Плотину строят из грунта или бетона. Очень часто грунт и бетон работают рука об руку: там, где надо просто удержать воду, можно применить землю, а для водосливов, турбинных камер и вообще «активных» участков плотины нужен железобетон.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике В теле плотины на заранее рассчитанной высоте делают окна для пропуска воды во время паводка, иначе вода прорвала бы плотину. В остальное время окна закрыты стальными щитами.

Иногда, если нет надобности строить плотину очень высокой, ее делают ниже уровня максимального подъема воды во время паводка. И тогда каждую весну излишняя вода просто-напросто переливается через водосливный участок гребня плотины.

В подводной части плотины проложены трубы для подвода воды к турбинам. Они прикрыты решетками, улавливающими камни, поленья, ветки. В трубах устроены затворы.

Нажим кнопки — и путь воде закрыт. Это нужно при остановках турбины.

Поток воды под напором входит в трубу и отсюда в спиральную камеру, напоминающую улитку. Двигаясь внутри камеры все ближе и ближе к центру, водяная масса закручивается. А в центре камеры — колесо турбины. Но вода не сразу попадает на колесо, потому что оно обнесено «забором» — крепкими стальными лопатками, направляющими воду (направляющим аппаратом). Каждая лопатка может поворачиваться на своей оси. Повернутся лопатки так, что плотно сомкнутся одна с другой,— и вода в турбину не пройдет. Приоткроются чуть-чуть — воды пойдет немного. А станут по движению воды — она почти беспрепятственно будет проникать в турбину. Это, как говорят энергетики, режим полной нагрузки».

ВОДА ВРАЩАЕТ ТУРБИНУ

«Но вот вода прошла сквозь направляющий аппарат. На ее пути — лопасти рабочего колеса турбины. Понятно, что вода заставит лопасти двигаться, отдаст им свою энергию. А этого нам только и надо. Вода вращает турбину!

Теперь воде нужно уйти. Куда? Опять в трубу, но только в другую — отсасывающую. Очень важно, чтобы вода шла по этой трубе спокойно, без вихрей и препятствий, тогда турбина будет хорошо использовать напор. Поэтому отсасывающие трубы делают гладкими и немного расширяющимися к нижнему концу. Из этого открытого конца вода вытекает в русло реки и уходит по течению.

Не всегда турбины находятся в теле плотины или поблизости от нее.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Иногда воду под напором подают из водохранилища к турбинам по длинным трубам или тоннелям. Так, например, сделано на ГЭС при высотной Асуанской плотине на р. Ниле».

С ГЕНЕРАТОРА НА ТРАНСФОРМАТОР И ДАЛЬШЕ ПО ПРОВОДАМ

«Итак, рабочее колесо турбины вращается. С ним вращается и вал, связывающий рабочее колесо с ротором электрической машины — генератора переменного тока.

Генератор вырабатывает переменный ток напряжением от 10 до 18 тыс. вольт.

Но, оказывается, электроэнергию в таком виде невыгодно передавать на большие расстояния. Вот если повысить напряжение в 10 — 15 раз, тогда другое дело: сила тока упадет, и он, проходя по проводам, будет меньше нагревать их. Станет меньше потерь, не понадобятся толстые и тяжелые провода.

Напряжение повышают на электростанции простые приборы — трансформаторы. Это стержни-сердечники, собранные из тонких листов мягкой стали. На каждом — две обмотки: одна с небольшим числом витков толстой медной проволоки, вторая с немногочисленными витками более тонкого провода. Мы подаем напряжение, скажем, в 10 тыс. вольт на первичную обмотку, а со вторичной получаем сразу 100 или 200 тыс. вольт — во столько раз больше, во сколько больше витков на вторичной обмотке. Чтобы трансформаторы не сильно нагревались при работе, их погружают в баки с жидким маслом, хорошо отводящим тепло. Итак, чем выше напряжение (и, значит, меньше сила тока), тем выгоднее передавать энергию».

Источник: «Техника и производство». Том 5 (Детская энциклопедия 1965 г.в.) — Афанасенко Е.И., и др.

Виды, устройство и принцип работы гидроэлектростанций (ГЭС), потенциал гидроэнергетики | ВМире

Гидроэнергетика представляет процесс преобразования энергии водного ресурса в электрическую. Он экологически чистый, потому что он не выделяет парниковых газов в атмосферу, которые вносят значительный вклад в загрязнение окружающей среды и глобальное потепление. Однако даже у гидроэлектростанции есть преимущества и недостатки.

Особенности получения гидроэнергии

Поскольку источник гидроэнергии — вода, гидроэлектростанции должны располагаться на водном источнике.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Электричество производится с помощью направления движущейся воды в электрические генераторы.

Гидроэнергетика – это универсальная, гибкая отрасль, которая в самом малом размере может питать один дом, а в самом большом — снабжать промышленность и население возобновляемой электроэнергией в национальном и даже региональном масштабе. Энергия рек нескончаема, также для получения электричества используется вода в океанах, природных бассейнах. Также в промышленных целях используются и большие водопады.

Классификация гидроэлектростанций

Гидростанции распространены в России и мест для их размещения много. В зависимости от типа задач, которые нужно решать, ГЭС делятся по:

· принципу действия;

· вырабатываемой мощности;

· напору воды.

По принципу действия

Выделяют русловые гидроэлектростанции. Если напор воды на равнинных реках небольшой, то сооружают русловые гидроэлектростанции. В данном случае здание, в котором размещены гидроагрегаты, представляет продолжение плотины.

Приплотинные ГЭС отличаются от предыдущих тем, что у них напористый фон перекрывается плотиной, а само здание ГЭС находится за ней и примыкает к нижнему бьефу. Это их преимущество. Между верхним и нижним бьефами приплотинных ГЭС размещают гидравлические трассы, включающие глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, турбинный водовод, спиральную камеру, отсасывающую трубу.

Деривационные ГЭС устанавливаются на реках с большими уклонами. Например, в горных и предгорных районах. Напор воды в них создаётся благодаря использованию естественного перепада уровней водотока из русла.

https://www.shutterstock.com/image-photo/clatteringshaws-loch-reservoir-galloway-forest-park-169482320

По вырабатываемой мощности

Все ГЭС поддаются разделению на различные классификации: мощные, средние и малые. Чаще идёт строительство средних или малых. Для строительства мощных ГЭС необходимо расположение водопада или мощного потока воды поблизости.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Мвт-мощность ГЭС зависит от водного потенциала, то есть от природных условий.

По напору воды

Существует четыре широкие типологии гидроэнергетики:

  • Речная гидроэлектростанция: объект, который направляет текущую воду из реки через канал или шток для вращения турбины. Проект «бег по реке» имеет небольшое или вообще не имеет хранилища. Русло реки обеспечивает непрерывную подачу электроэнергии (базовая нагрузка), с некоторой гибкостью работы при суточных колебаниях спроса за счет расхода воды, который регулируется объектом. Энергия воды в данном случае играет главную роль.
  • Гидроэнергетика хранения: большая система, которая использует запруду, чтобы хранить воду в резервуаре. Электричество вырабатывается путем выпуска воды из резервуара через турбину, которая приводит в действие генератор. Накопительная гидроэлектростанция обеспечивает базовую нагрузку, а также возможность отключения и запуска в краткие сроки в соответствии с требованиями системы.
  • Гидроэнергетика с насосным хранилищем: обеспечивает пиковую подачу нагрузки, используя воду, которая циркулирует между нижним и верхним резервуаром и насосами, которые используют избыточную энергию из системы в периоды низкого спроса. Когда спрос на электроэнергию высок, вода выпускается обратно в нижний резервуар через турбины для производства электроэнергии.
  • Морская гидроэнергетика: менее устоявшаяся, но растущая группа. В данном случае используются приливные течения или мощность волн для производства электроэнергии из морской воды.

Плюсы и минусы гидроэлектростанций

Преимущества ГЭС:

  • не тратятся природные ресурсы;
  • низкая цена этой энергии;
  • при работе ГЭС нет вредных выбросов.

Недостатки ГЭС также есть. Главный недостаток ГЭС заключается в том, что они затапливают ближайшие земли, возможны несчастные случаи, когда страдают целые поселки.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

Важно также понимать, что существуют как плюсы, так и минусы водохранилищ.

Устройство и конструкция ГЭС

Обычные гидроэлектростанции включают четыре основных компонента:

  • Дамба. Поднимает уровень воды в реке, чтобы создать энергию падающей воды. Также контролирует подачу воды. Образующийся резервуар – это, по сути, накопленная энергия.
  • Турбина. Сила падающей воды, толкающей на лопатки турбины, заставляет турбину вращаться. Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия обеспечивается падающей водой вместо ветра. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию.
  • Генератор Соединенный с турбиной, валами и, возможно, шестернями поэтому, когда турбина закручивается, генератору нужно также ей раскрутить. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как и генераторы на других типах электростанций, он нужен.
  • Линии электропередач. Проводят электричество от гидроэлектростанции до жилых домов и предприятий.
  • Запруда.

Это лишь краткий обзор ГЭС, на самом деле компонентов больше.

Принцип работы и получения энергии

Чтобы производить гидроэлектричество, должны присутствовать три вещи: движущаяся вода, турбина и генератор. Энергия воды играет главную роль. ГЭС используют кинетическую энергию движущейся воды. Тогда как работают гидроэлектростанции? Это заводы, которые преобразуют энергию падающей воды в поток электронов, обычно известных как электричество. Плотина строится через реку, чтобы поднять уровень воды, с которого может осуществляться падение, необходимое для развития движущей силы.

В этом заключается принцип работы ГЭС, направленный на получение гидравлической энергии. Падая вода после этого направлена к колесу турбины на более низком уровне. Проточная вода поворачивает колесо турбины, которое соединено с генератором.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Генератор имеет ротор, который вращается турбиной. Поворот ротора генератора производит электричество. КПД используемых турбин и генераторов повышается с помощью ограничения влажности.

Условия для строительства ГЭС

Гидроагрегаты различаются по размеру от «микро-гидрос», которые отдают энергию нескольким сооружениям, до огромных платин, охватывающих не несколько домов, и даже не десяток, а целые города. Размер гидроэлектростанции влияет на её мощность, однако это далеко не все важные характеристики, влияющие на эффективность ГЭС.

Важно место расположения ГЭС. Материалы, которые используются для создания стен плотины, должны быть прочными, чтоб удерживать поток воды. Электростанция должна быть расположена вдоль реки, озера, моря или другой воды.

Чтобы построить ГЭС нужны большие вложения и в дальнейшем постоянный надзор над работой станции.

Существующие крупные ГЭС

Самые крупные гидроэлектростанции известны во всём мире.

В России

Гидроэнергетические ресурсы России обширны, так как в России много рек, озер. История гидроэнергетики РФ насчитывает не один век.

Богучанская ГЭС большая и уникальная. Ступенчатый выброс воды помогает во время паводка. Станция не будет затоплена, а это, по расчётам учёных возможно через 10 000 лет.

Усть-Илимская ГЭС расположена в Красноярском крае. Это одна из самых больших станций в России. Однако знаменитой делает её не это, а тот факт, что на ней работают уникальные агрегаты.

В мире

Черчилл-Фолс в Канаде ГЭС одна из двух гидростанций в мире, имеющих машинный вал, расположенный под землёй. Симона Боливара или «Гури» находится в штате Боливар, Венесуэла. Высота плотины составляет 162 м, длина – 1,3 км.

Много крупных ГЭС расположены в США, Канаде и в целом в Европе. Они работают более 100 лет.

Способы применения гидроэнергии

Гидроэнергетика решает многие вопросы. Водные и гидроэнергетические ресурсы широко используются в России и во всем мире.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Строительство ГЭС требует финансовых расходов, но они все оправданы, так как в итоге государство получает много преимуществ:

  • Энергия поступает постоянно и не требует дополнительного (помимо строительства станции) вмешательства.
  • Энергия необходима для быстрого и качественного развития производства.
  • ГЭС решает проблему водоснабжения различных районов страны.
  • Появляется пресная вода. Более того, на некоторых станциях начали устанавливать фильтры для очистки воды.
  • Так как дамба перекрывает циркуляцию воды, то это способствует разведению рыб, что удачно сказывается на рыболовстве.

Этот список далеко не полон. Существует много преимуществ ГЭС, которые позволяют назвать данный способ получения энергии наиболее комфортным для населения и экологии страны.

Влияние ГЭС на экологию

Хотя гидроэнергетика более экологична, чем другие источники, она не лишена своих проблем. Плотины могут оказывать негативное воздействие на окружающие экосистемы, например, снижать численность рыбных популяций, а также снижать качество самой воды. Работа ГЭС шумная и может помешать таким отраслям как: сельское хозяйство. В связи с этим гидроэлектростанции должны строиться с учетом окружающей среды, с гарантиями восстановления любых возможных потерь, которые они могут понести, наряду с постоянным мониторингом воздействия на окружающую среду. Однако при всех минусах также есть и важные плюсы, которые заключаются в экологичности метода.Проблемы данной области энергетики

Гидроэнергетика имеет достоинства и недостатки. Часто происходят случаи затапливание ближайших районов. Также страдает экосистема, что несомненно является недостатком.

Перспективы и потенциал гидроэнергетики

Гидроэнергетика — наиболее эффективный и удобный метод производства электроэнергии. Современные гидротурбины настолько инновационные, что способны конвертировать более 90% доступной энергии в электроэнергию.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Это намного лучше по сравнению с лучшим объектом ископаемого топлива, который является только на 50% эффективным.

Гидроэлектростанция играет важнейшую роль в современном балансе электроэнергии, обеспечивая более 16% выработки электроэнергии во всем мире. Хотя есть и другие возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и геотермальная ожидается, что благодаря быстрому накоплению пара гидроэнергетика будет обеспечивать энергией большинство мировых экономик в течение многих последующих лет.

их преимущества и недостатки, разновидности, классификация

Электростанцией называется комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенный для выработки электрической энергии. То есть, электростанции преобразуют различные виды энергий в электрическую. Наиболее распространенными типами электростанций являются:

  •  гидроэлектростанции;
  • тепловые;
  • атомные.

Гидроэлектростанция (ГЭС)

Гидроэлектростанция (ГЭС) — это электростанция, преобразующая энергию движущейся воды в электрическую энергию. Устанавливаются ГЭС на реках. При помощи плотины создается перепад высот воды (до и после плотины). Возникающий напор воды приводит в движение лопасти турбины. Турбина приводит в действие генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

В зависимости от мощности вырабатываемой электроэнергии, гидроэлектростанции подразделяются на: малые (до 5 МВт), средние (5-25 МВт) и мощные (свыше 25 МВт). По максимально используемому напору они делятся на: низконапорные (максимальный напор — от 3 до 25 м), средненапорные (25-60 м) и высоконапорные (свыше 60 м). Также ГЭС классифицируют по принципу использования природных ресурсов: плотинные, приплотинные, деривационные и гидроаккумулирующие.

выработка дешевой электроэнергии

использование возобновляемой энергии

простота управления

быстрый выход на рабочий режим

ГЭС не загрязняют атмосферу

привязанность к водоемам

возможное затопление пахотных земель

пагубное влияние на экосистему рек

ГЭС можно строить только на равнинных реках (из-за сейсмической опасности гор)

Тепловая электростанция (ТЭС) вырабатывает электроэнергию за счет преобразования тепловой энергии, полученной в результате горения топлива.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Топливом на ТЭС является: природный газ, уголь, мазут, торф или горячие сланцы.

В результате горения топлива в топках паровых котлов, происходит преобразование питательной воды в перегретый пар. Этот пар с определенной температурой и давлением по паропроводу подается в турбогенератор, где и происходит получение электрической энергии.

Тепловые электростанции подразделяются на:

  • газотурбинные;
  • котлотурбинные;
  • комбинированного цикла;
  • на базе парогазовых установок;
  • на основе поршневых двигателей.

Котлотурбинные ТЭС, в свою очередь делятся на конденсационные (КЭС или ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).

Преимущества теплоэлектростанций

малые финансовые затраты;

высокая скорость строительства;

возможность стабильной работы вне зависимости от сезона.

работа на невозобновляемых ресурсах;

медленный выход на рабочий режим

получение отходов

Недостатки ТЭС

Атомная электростанция (АЭС) — станция, в которой получение электроэнергии (или тепловой энергии) происходит за счет работы ядерного реактора. За 2015 год все АЭС мира выработали почти 11% электроэнергии.

Ядерный реактор при работе передает энергию теплоносителю первого контура. Этот теплоноситель поступает в парогенератор, где нагревает воду второго контура. В парогенераторе происходит преобразование воды в пар, который поступает в турбину и приводит в движение электрогенераторы. Пар после турбины поступает в конденсатор, где охлаждается водой из водохранилища. В качестве теплоносителя первого контура используется, в основном, вода. Однако, для этой цели можно использовать еще свинец, натрий и другие жидкометаллические теплоносители. Количество контуров АЭС может быть разным.

АЭС классифицируются по типу используемого реактора. В атомных электростанциях используются два вида реакторов: на тепловых и на быстрых нейтронах. Реакторы первого типа подразделяются на:

  • кипящие,
  • водоводяные,
  • тяжеловодные,
  • газоохлаждаемые,
  • графито-водные.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

В зависимости от вида получаемой энергии, атомные электростанции бывают двух типов:

  • Станции, предназначенные для выработки электроэнергии.
  • Станции, предназначенные для получения электрической и тепловой энергии (АТЭЦ).

Преимущества атомных электростанций:

  • независимость от источников топлива;
  • экологическая чистота;

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Главный недостаток станций этого типа — тяжелые последствия в случае аварийных ситуаций.

Кроме перечисленных электростанций еще бывают:

  • дизельные,
  • солнечные,
  • приливные,
  • ветровые,
  • геотермальные.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций | Энергия

Преимущества гидроэлектростанций

  • Работа ГЭС не сопровождается выделением угарного газа и углекислоты, окислов азота и серы, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняет почву. Некоторое количество тепла, образующегося из-за трения движущихся частей турбины, передается протекающей воде, но это количество редко бывает большим.
  • Вода — возобновляемый источник энергии. По крайней мере до тех пор, пока ручьи и реки не пересохнут. Гидрологический цикл (круговорот воды в природе) пополняет источники потенциальной энергии за счет дождей, снегопадов и водостока.
  • Производительность ГЭС легко контролировать, изменяя скорость водяного потока (объем воды, подводимый к турбинам).
  • Водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха, порой вокруг них складывается поистине захватывающий пейзаж.
  • Вода в искусственных водохранилищах, как правило, чистая, так как примеси осаждаются на дне. Эту воду можно использовать для питья, мытья, купания и ирригации.

Недостатки гидроэлектростанций

  • Большие водохранилища затопляют значительные участки земли, которые могли бы использоваться с другими целями.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Целые города становились жертвами водохранилищ, что вызывало массовые переселения, недовольство и экономические трудности.
  • Разрушение или авария плотины большой ГЭС практически неминуемо вызывает катастрофическое наводнение ниже по течению реки.
  • Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах.
  • Протяженная засуха снижает и может даже прервать производство электроэнергии. ГЭС.
  • Уровень воды в искусственных водохранилищах постоянно и резко меняется. На их берегах строить загородные дома не стоит!
  • Плотина снижает уровень растворенного в воде кислорода, поскольку нормальное течение реки практически останавливается. Это может привести к гибели рыбы в искусственном водохранилище и поставить под угрозу растительную жизнь в самом водохранилище и вокруг него.
  • Плотина может нарушить нерестовый цикл рыбы. С этой проблемой можно бороться, сооружая рыбоходы и рыбоподъемники в плотине или перемещая рыбу в места нереста с помощью ловушек и сетей. Однако это приводит к удорожанию строительства и эксплуатации ГЭС.

Вопрос

С учетом всех проблем использования природного топлива и ядерной энергии для производства электричества почему бы не сооружать больше гидроэлектростанций? В мире огромное количество рек. Разве не стоит строить как можно больше гидростанций?

Ответ

Большинство мест для строительства гидроэлектростанций уже используются. Количество плотин и водохранилищ, которые можно построить на реке, ограниченно. Энергия, отбираемая электростанцией у реки, уже не может использоваться ниже по течению. Если на реке построить слишком много электростанций, неминуемы экономические конфликты, связанные с распределением энергии.

Принцип работы ТЭЦ, устройство ТЭС


Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике


Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.


И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.


Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.

Принцип работы


Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.


Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.


Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.


Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение


Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе


По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Новые технологии сжигания угля


КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.


Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.


Чистое сжигание угля (Clean Coal)


Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Оставшийся на выходе СО2 закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»


Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»


Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO2 – оксид серы. Далее происходит удаление СО2 с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира


Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Сургутская ГРЭС-2

Энергетика для начинающих. — Энергодиспетчер

   Электрическая энергия  давно вошла в нашу жизнь. Еще греческий философ Фалес в 7 веке до нашей эры обнаружил, что янтарь, потертый о шерсть начинает притягивать предметы. Но долгое время на этот факт никто не обращал внимание. Лишь в 1600 году впервые появился термин «Электричество», а в  1650 году Отто фон Герике создал электростатическую машину в виде насаженного на металлический стержень серного шара, которая позволила наблюдать не только эффект притягивания, но и эффект отталкивания. Это была первая простейшая электростатическая машина.

  Прошло  много лет с тех пор, но даже сегодня, в мире, заполненном терабайтами информации, когда можно самому узнать все, что тебя интересует, для многих остается загадкой как производится электричество, как его доставляют к нам в дом, офис, на предприятие…

В несколько частей рассмотрим эти процессы.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

Часть I. Генерация электрической энергии.

  Откуда же берется электрическая энергия? Появляется эта энергия   из других видов энергии – тепловой, механической, ядерной, химической и многих других. В промышленных масштабах электрическую энергию получают на электростанциях. Рассмотрим только самые распространенные виды электростанций.

  1) Тепловые электростанции. Сегодня из можно объединить одним термином – ГРЭС (Государственная Районная Электростанция). Конечно, сегодня этот термин потерял первоначальный смысл, но он не ушел в вечность, а остался с нами.

Тепловые электростанции делятся на несколько подтипов:

А) Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию, своим названием этот тип электростанций обязан особенностям принципа работы.

Рис.1

Принцип работы: В котел  при помощи насосов подается воздух и топливо (газообразное, жидкое или твердое). Получается топливо-воздушная смесь, которая горит в топке котла, выделяя огромное количество теплоты. При этом  вода проходит по трубной системе, которая располагается внутри котла. Выделяющаяся теплота передается этой воде, при этом ее температура повышается и доводится до кипения. Пар, который был получен в котле снова идет в котел для перегревания его выше температуры кипения воды (при данном давлении), затем по паропроводам он поступает на паровую турбину, в которой пар совершает работу. При этом он расширяется, уменьшается его температура и давление. Таким образом, потенциальная энергия пара передается турбине, а значит, превращается в кинетическую. Турбина же в свою очередь приводит в движение ротор трехфазного генератора переменного тока, который находится на одном валу с турбиной и производит энергию.

Рассмотрим некоторые элементы КЭС поближе.

Паровая турбина.

Рис.2

Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Между рядами лопаток, как видите, есть промежутки. Они есть потому, что этот ротор вынут из корпуса. В корпус  тоже встроены  ряды лопаток, но они неподвижны и служат для создания нужного угла падения пара на движущиеся лопатки.

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум.

Турбина и генератор, которые находятся на одном валу называются турбогенератором. Трехфазный генератор переменного тока (синхронная машина).

Рис.3

Он состоит из:

  1. Электромагнита, вращающегося вместе с валом турбогенератора (это обмотка возбуждения). На данном рисунке электромагнит имеет 1  пару полюсов, а это значит, что для того, чтобы генератор выдавал частоту тока 50 Гц, он должен вращатся с частотой 3000 об/мин. (такие турбогенераторы называют быстроходными). Если бы было 2 пары полюсов, то достаточно было бы вращение с частотой 1500 об/мин, и так далее. Чем больше пар полюсов, тем больше становится турбогенератор. Оптимальную частоту выбирают исходя из параметров теплоносителя. На КЭС устанавливают, в основном, быстроходные турбогенераторы.
  2. 3-х обмоток статора, смещенных относительно друг друга на 120 градусов. Каждая обмотка – это фаза. Концы этих обмоток соединяются специальным образом

    Рис.4

    (обычно в треугольник, а начала выводятся. По токопроводам  выработанная энергия (с  номинальным напряжением до 24 кВ) поступает на повышающий трехфазный трансформатор (или на группу  3-х однофазных трансформаторов.

Рис. 5,6

Который повышает напряжение до стандартного значения (35-110-220-330-500-750 кВ). При этом ток значительно уменьшается (например, при увеличении напряжения в 2 раза, ток уменьшается в 4 раза), что позволяет передавать мощность на большие расстояния. Следует отметить, что когда мы говорим о классе напряжения, то мы имеем в виду линейное (междуфазное) напряжение.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

 Активную мощность, которую вырабатывает генератор, регулируют изменением количеством энергоносителя, при этом изменяется ток в обмотке ротора. Для увеличения выдаваемой активной мощности нужно увеличить подачу пара на турбину, при этом ток в обмотке ротора возрастет.  Не следует забывать, что генератор синхронный, а это значит, что его частота всегда равна частоте тока в энергосистеме, и изменение параметров энергоносителя не повлияет на частоту его вращения.

 Кроме того, генератор вырабатывает и реактивную мощность. Ее можно использовать для регулирования выдаваемого напряжения в небольших пределах (т.е. это не основное средство регулирования напряжения в энергосистеме). Работает это таким образом. При перевозбуждении обмотки ротора, т.е. при повышении напряжения на роторе сверх номинала, «излишек» реактивной мощности выдается в энергосистему, а когда обмотку ротора недовозбуждают, то реактивная мощность потребляется генератором.

 Таким образом, в переменном токе мы говорим о полной мощности (измеряется в вольт-амперах – ВА), которая равна корню квадратному от суммы активной (измеряется в ваттах – Вт) и реактивной (измеряется в вольт-амперах реактивных – ВАР) мощностях.

 Вода в водохранилище служит для отведения тепла от конденсатора. Однако, часто для этих целей используют брызгальные бассейны

Рис.7

или градирни. Градирни бывают башенными Рис.8

или вентиляторными Рис.9

Градирни устроены почти так же как и брызгальные бассейны, с тем лишь различием, что вода стекает по радиаторам, передает им тепло, а уже они охлаждаются нагнетаемым  воздухом. При этом  часть воды испаряется и уносится в атмосферу.
КПД такой электростанции не превышает 30%.

 Б) Газотурбинная электростанция.
Парогазовые установки.

 На газотурбинной электростанции турбогенератор приводится в движение не паром, а непосредственно газами, получаемыми при сгорании топлива. При этом можно использовать только природный газ, иначе турбина быстро выйдет из стоя из-за ее загрязнения продуктами горения.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике КПД на максимальной нагрузке 25-33%

 Гораздо больший КПД (до 60%) можно получить, совмещая паровой и газовый циклы. Такие установки называются парогазовыми. В них вместо обычного котла установлен котел-утилизатор, не имеющий собственных горелок. Теплоту он получает от выхлопа газовой турбины. В настоящее время ПГУ активнейшим образом внедряются  в нашу жизнь, но пока в России их немного.

В) Теплоэлектроцентрали (очень давно стали неотъемлемой частью крупных городов). Рис.11

 ТЭЦ конструктивно устроена как конденсационная электростанция (КЭС). Особенность электростанции такого типа состоит в том, что она может вырабатывать одновременно как тепловую, так и электрическую энергию. В зависимости от вида паровой турбины, существуют различные способы отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разными параметрами. При этом часть пара или полностью весь пар (зависит от типа турбины) поступает в сетевой подогреватель, отдает ему теплоту и конденсируется там. Теплофикационные турбины позволяют регулировать количество пара для тепловых или промышленных нужд что позволяет ТЭЦ работать в нескольких режимах по нагрузке:

 тепловому — выработка электрической энергии полностью зависит от выработки пара для промышленных или теплофикационных нужд.

 электрическому — электрическая нагрузка независима от тепловой. Кроме того, ТЭЦ могут работать и в полностью конденсационном режиме. Это может потребоваться, например, при резком дефиците активной мощности летом. Такой режим является невыгодным для ТЭЦ, т.к. значительно снижается КПД.

 Одновременное производство электрической энергии и тепла (когенерация) – выгодный процесс, при котором КПД станции существенно повышается.  Так, например, расчетный КПД КЭС составляет максимум 30%, а у ТЭЦ – около 80%. Плюс ко всему, когенерация позволяет уменьшить  холостые тепловые выбросы, что положительно сказывается на экологии местности, в которой расположена ТЭЦ (по сравнению с тем, если бы тут была КЭС аналогичной мощности).Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

 Рассмотрим подробнее паровую турбину.

 К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с:

-противодавлением;

-регулируемым отбором пара;

-отбором и противодавлением.

 Турбины с противодавлением работают с выхлопом пара не в конденсатор, как у КЭС, а в сетевой подогреватель, то есть весь пар, пошедший через турбину, идет на теплофикационные нужды. Конструкция таких турбин обладает существенным недостатком: график электрической нагрузки полностью зависит от графика тепловой нагрузки, то есть такие аппараты не могут принимать участия  в оперативном регулировании частоты тока в энергосистеме.

 В турбинах, имеющих регулируемый отбор пара, происходит его отбор в нужном количестве в промежуточных ступенях, при этом выбирают такие ступени для отбора пара, какие подходят в данном случае. Такой тип турбины обладает независимостью от тепловой нагрузки и регулирование выдаваемой активной мощности можно регулировать в больших пределах, чем у ТЭЦ с противодавлением.

 Турбины с отбором и противодавлением совмещают в себе функции первых двух видов турбин.

 Теплофикационные турбины ТЭЦ не всегда не способны за малый промежуток времени изменить тепловую нагрузку. Для покрытия пиков нагрузки ,а иногда и для увеличения электрической мощности путем перевода турбин в конденсационный режим, на ТЭЦ устанавливают пиковые водогрейные котлы.

 2)      Атомные электростанции.

 В России на настоящий момент существует 3 вида реакторных установок. Общий принцип их работы примерно похож на работу КЭС (в былые времена АЭС называли ГРЭС). Принципиальное различие состоит лишь в том, что тепловую энергию получают не в котлах на органическом топливе, а в ядерных реакторах.

        Рассмотрим две самых распространенных типов реакторов в России.

1)      Реактор РБМК.

Рис.12

Отличительная особенность этого реактора состоит в том, что пар для вращения турбины получают непосредственно в активной зоне реактора.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

Активная зона РБМК.  Рис.13

состоит из вертикальных графитовых колонн, в которых находятся продольные отверстия, с вставленными туда трубами из циркониевого сплава и нержавеющей стали. Графит выполняет роль замедлителя нейтронов.  Все каналы делятся на топливные и каналы СУЗ (система управления и защиты). Они имеют разные контуры охлаждения. В топливные каналы вставляют кассету (ТВС – тепловыделяющую сборку) со стержнями (ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент) внутри которых находятся урановые таблетки в герметичной оболочке. Понятно, что именно от них получают тепловую энергию, которая передается непрерывно циркулирующему снизу вверх теплоносителю под большим давлением – обычной, но очень хорошо очищенной от примесей воде.

Рис.14

 Вода, проходя по топливным каналам, частично испаряется , пароводяная смесь поступает от всех отдельных топливных каналов в 2 барабан-сепаратора, где происходит отделение (сепарация) пара от воды. Вода снова уходит в реактор с помощью циркуляционных насосов (всего из 4 на петлю), а пар по паропроводам идет на 2 турбины. Затем пар конденсируется в конденсаторе, превращается в воду, которая снова идет в реактор.

 Тепловой мощностью реактора управляют только с помощью стержней-поглотителей нейтронов из бора, которые перемещаются в каналах СУЗ. Вода, охлаждающая эти каналы идет сверху вниз.

 Как вы могли заметить, я еще ни разу не сказал про корпус реактора. Дело в том, что фактически у РБМК нет корпуса. Активная зона про которую я вам сейчас рассказывал помещена в бетонную шахту, сверху она закрыта крышкой весом в 2000 тонн.

Рис.15

 На приведенном рисунке видна верхняя биологическая защита реактора. Но не стоит ожидать, что приподняв один из блоков, можно будет увидеть желто-зеленое жерло активной зоны, нет. Сама крышка располагается значительно ниже, а над ней, в пространстве до верхней биологической защиты остается промежуток для коммуникаций каналов и полностью извлеченных стержней поглотителей.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

 Между графитовыми колоннами оставляют пространство для теплового расширения графита. В этом пространстве циркулирует смесь газов азота и гелия. По ее составу судят о герметичности топливных каналов. Активная зона РБМК рассчитана на разрыв не более 5 каналов, если разгерметизируется больше – произойдет отрыв крышки реактора и раскрытие остальных каналов.  Такое развитие событий вызовет повторение Чернобыльской трагедии (тут я имею в виду не саму техногенную катастрофу, а ее последствия).

Рассмотрим плюсы РБМК:

—Благодаря поканальному регулированию тепловой мощности есть возможность менять топливные сборки, не останавливая реактор. Каждый день, обычно, меняют несколько сборок.

—Низкое давление в КМПЦ (контур многократной принудительной циркуляции), что способствует более мягкому протеканию аварий, связанных с его разгерметизацией.

—Отсутствие сложного в изготовлении корпуса реактора.

Рассмотрим минусы РБМК:

—В ходе эксплуатации  были обнаружены многочисленные просчеты в геометрии активной зоны, устранить которые на действующих энергоблоках 1-го и 2-го поколений (Ленинград, Курск, Чернобыль, Смоленск) полностью не возможно. Энергоблоки РБМК 3-его поколения (он один – на 3 энергоблоке Смоленской АЭС) лишен этих недостатков.

—Реактор одноконтурный. То есть турбины вращает пар, полученный непосредственно  в реакторе. А это значит, что он содержит радиоактивные компоненты.  При разгерметизации турбины (а такое было на Чернобыльской АЭС в 1993 году) ее ремонт будет сильно усложнен, а, может быть, и невозможен.

—Срок службы реактора определяется сроком службы графита (30-40 лет). Затем наступает его деградация, проявляющаяся в его разбухании. Этот процесс  уже вызывает серьезные опасения на старейшем энергоблоке РБМК Ленинград-1, построенном в 1973 году (ему уже 39 лет). Наиболее вероятный выход из ситуации – заглушение n-нного количества каналов для уменьшения теплового расширения графита.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

—Графитовый замедлитель является горючим материалом.

—Ввиду огромного количества запорной арматуры, реактор сложен в управлении.

— На 1 и 2 поколениях существует неустойчивость при работе на малых мощностях.

В целом можно сказать, что РБМК – хороший реактор для своего времени. В настоящее время принято решение не строить энергоблоки с этим типом реакторов.

2) Реактор ВВЭР.

Рис. 16

       На смену РБМК в настоящее время приходит ВВЭР. Он обладает значительными плюсами по сравнению с РБМК.

 Активная зона полностью находится в очень прочном корпусе, который изготавливают на заводе и привозят железнодорожным, а затем и автомобильным  транспортом на строящийся энергоблок в полностью готовом виде. Замедлителем является чистая вода под давлением. Реактор состоит из 2-х контуров: вода первого контура под большим давлением охлаждает топливные сборки, передавая тепло 2-му контуру с помощью  парогенератора (выполняет функцию теплообменника между 2-ми изолированными контурами). В нем вода второго контура кипит, превращается в пар и идет на турбину. В первом контуре вода не кипит, так как она находится под очень большим давлением.  Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и снова идет в парогенератор. Двухконтурная схема обладает значительными плюсами по сравнению с одноконтурной:

 -Пар, идущий на турбину не радиоктивен.

 -Мощностью реактора можно управлять не только стержнями-поглотителями, но и раствором борной кислоты, что делает реактор более устойчивым.

 -Элементы первого контура располагаются очень близко друг от друга, поэтому их можно поместить в общую защитную оболочку. При разрывах в первом контуре радиоактивные элементы попадут в гермооболочку и не выйдут в окружающую среду. Кроме того гермооболочка защищает реактор от внешнего воздействия (например от падения небольшого самолета или взрыва за периметром станции).

-Реактор не сложен в управлении.

 Имеются так же и минусы:

—В отличие от  РБМК, топливо нельзя менять при работающем реакторе, т.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике к. оно находится в общем корпусе, а не в отдельных каналах, как в РБМК.  Время перезагрузки топлива обычно совпадает со временем текущего ремонта, что уменьшает воздействие этого фактора на КИУМ (коэффициент используемой установленной мощности).

—Первый контур находится под большим давлением, что потенциально может вызвать больший масштаб аварии при разгерметизации, чем РБМК.

—Корпус реактора очень сложно перевезти с завода-изготовителя на стройплощадку АЭС.

Что же, работу тепловых электростанций мы рассмотрели, теперь рассмотрим работу
гидравлических электростанций.

Рис.17

 Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

 Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. ГЭС обладают очень высокой маневренностью вырабатываемой мощности, а также малой стоимостью вырабатываемой электроэнергии. Эта особенность ГЭС привела с созданию другого типа электростанции – ГАЭС. Такие станции способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (обычно ночью), гидроагрегаты ГАЭС работают как насосы, потребляя электрическую энергию из энергосистемы, и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность (в пики нагрузки), вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины. ГАЭС выполняют исключительно важную функцию в энергосистеме (регулирование частоты), но они не получают широкого распространения у нас в стране, т.к. в итоге они потребляют больше мощности, чем выдают. То есть станция такого типа убыточна для владельца.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Например, на Загорской ГАЭС мощность гидрогенераторов в генераторном режиме 1200 МВт, а в насосном – 1320 МВт. Однако такой тип станции наилучшем образом подходит для быстрого увеличения или уменьшения вырабатываемой мощности, поэтому их выгодно сооружать около, например, АЭС, так как последние работают в базовом режиме.

 Мы с вами рассмотрели  как именно производится электрическая энергия. Пора задать себе серьезный вопрос: «А какой тип станций наилучшем образом отвечает всем современным требованиям по надежности, экологичности, а кроме этого, еще и будет отличаться малой стоимостью энергии?» Каждый ответит на этот вопрос по-разному. Приведу свой список «лучших из лучших».

 1)      ТЭЦ на природном газе. КПД таких станций очень высок, высока и стоимость топлива, но природный газ – один из самых «чистых» видов топлива, а это очень важно для экологии города, в черте которых обычно и располагаются ТЭЦ.

 2)      ГЭС и ГАЭС. Преимущества над тепловыми станциями очевидно, так как этот тип станции не загрязняет атмосферу и производит самую «дешевую» энергию, которая плюс ко всему является возобновляемым ресурсом.

 3)      ПГУ на природном газе. Самый высокий КПД среди тепловых станций, а так же малое количество потребляемого топлива, позволит частично решить проблему теплового загрязнения биосферы и ограниченных запасов ископаемого топлива.

4)      АЭС. В нормальном режиме работы АЭС выбрасывает в окружающую среду в 3-5 раз меньше радиоактивных веществ, чем тепловая станция той же мощности, поэтому частичное замещения тепловых электростанций атомными вполне оправдано.

 5)      ГРЭС. В настоящее время на таких станциях в качестве топлива используют природный газ. Это является абсолютно бессмысленным, так как с тем же успехов в топках ГРЭС можно утилизировать попутный нефтяной газ (ПНГ) или сжигать уголь, запасы которого огромны, по сравнению с запасами природного газа.

 На этом я завершаю первую часть статьи. В следующей части мы узнаем, как электрическая энергия приходит к потребителям.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

Материал подготовил:
студент группы ЭС-11б ЮЗГУ Агибалов Сергей.

Гидроэлектроэнергетика: как это работает

• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы водопользования •

Падающая вода производит гидроэлектроэнергию.

Кредит: Управление долины Теннесси

Так как же нам получить электричество из воды? Фактически, гидроэлектростанции и угольные электростанции производят электроэнергию одинаковым образом. В обоих случаях источник энергии используется для вращения пропеллероподобной детали, называемой турбиной, которая затем вращает металлический вал в электрическом генераторе, который является двигателем, вырабатывающим электричество.На угольной электростанции пар вращает лопасти турбины; тогда как гидроэлектростанция использует падающую воду для вращения турбины. Результаты такие же.

Взгляните на эту схему (любезно предоставленную Управлением долины Теннесси) гидроэлектростанции, чтобы увидеть подробности:

Теория состоит в том, чтобы построить плотину на большой реке с большим перепадом высоты (в Канзасе или Флориде не так много гидроэлектростанций). Плотина хранит много воды позади себя в водохранилище.У подножия стены дамбы находится водозабор. Гравитация заставляет его проваливаться через напорный водовод внутри дамбы. В конце напорного есть турбина пропеллер, который повернут на двигающейся воду. Вал турбины идет вверх в генератор, который производит мощность. К генератору подключены линии электропередач, по которым электричество доставляется в ваш дом и в мой. Вода проходит мимо гребного винта через отводной канал в реку мимо плотины. Кстати, играть в воде прямо под плотиной, когда выходит вода, — не лучшая идея!

Турбина и генератор вырабатывают электроэнергию

Схема гидроэлектрической турбины и генератора.

Кредит: Инженерный корпус армии США

Что касается того, как работает этот генератор, Инженерный корпус объясняет это следующим образом:
«Гидравлическая турбина преобразует энергию текущей воды в механическую энергию.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Гидроэлектрический генератор преобразует эту механическую энергию в электричество. Работа генератора основана на принципы, открытые Фарадеем. Он обнаружил, что, когда магнит проходит мимо проводника, он вызывает прохождение электричества. В большом генераторе электромагниты создаются путем циркуляции постоянного тока через петли из проволоки, намотанные на стопки пластин из магнитной стали.Они называются полевыми полюсами и устанавливаются по периметру ротора. Ротор прикреплен к валу турбины и вращается с фиксированной скоростью. Когда ротор вращается, он заставляет полюса поля (электромагниты) проходить мимо проводников, установленных в статоре. Это, в свою очередь, вызывает прохождение электричества и повышение напряжения на выходных клеммах генератора ».

Гидроаккумулятор: повторное использование воды для пикового потребления электроэнергии

Спрос на электроэнергию не «плоский», а постоянный.Спрос повышается и понижается в течение дня, и за ночь потребность в электричестве в домах, на предприятиях и других объектах снижается. Например, здесь, в Атланте, штат Джорджия, в 17:00 в жаркий августовский выходной день можно поспорить, что существует огромный спрос на электроэнергию для работы миллионов кондиционеров! Но 12 часов спустя, в 5:00 … не так уж и много. Гидроэлектростанции более эффективны в обеспечении пиковой потребности в энергии в течение коротких периодов времени, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе и атомные электростанции, и один из способов сделать это — использовать «гидроаккумулятор», который повторно использует одну и ту же воду более одного раза.

Насосный накопитель — это метод сохранения воды в резерве на период пиковой нагрузки за счет перекачки воды, которая уже прошла через турбины, в резервный бассейн над электростанцией в то время, когда потребность потребителей в энергии низка, например, во время полночь. Затем воде позволяют течь обратно через турбогенераторы в периоды, когда потребность высока и на систему ложится большая нагрузка.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

Накопитель: повторное использование воды для пикового спроса на электроэнергию

Резервуар действует как батарея, накапливая энергию в виде воды, когда потребности в ней низкие, и вырабатывая максимальную мощность в периоды суточных и сезонных пиков.Преимущество гидроаккумулирующего оборудования заключается в том, что гидроагрегаты могут быстро запускаться и быстро регулировать мощность. Они работают эффективно при использовании в течение одного или нескольких часов. Поскольку гидроаккумуляторы относительно малы, затраты на строительство обычно невысоки по сравнению с обычными гидроэнергетическими сооружениями.

Как работает гидроэнергетика | Компания по благоустройству долины Висконсин

Гидроэлектростанции улавливают энергию падающей воды для производства электроэнергии.Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую. Затем генератор преобразует механическую энергию турбины в электрическую.

Гидравлические установки различаются по размеру от «микрогидроэлектростанций», питающих лишь несколько домов, до гигантских плотин, таких как плотина Гувера, которые обеспечивают электричеством миллионы людей.

На фотографии справа показана Александровская гидроэлектростанция на реке Висконсин, электростанция среднего размера, которая производит достаточно электроэнергии, чтобы обслуживать около 8000 человек.

Части гидроэлектростанции

Большинство традиционных гидроэлектростанций состоит из четырех основных компонентов (см. Рисунок ниже):

  1. Плотина. Поднимает уровень воды в реке для создания падающей воды. Также контролирует поток воды. Образующийся резервуар — это, по сути, запасенная энергия.
  2. Турбина. Сила падающей воды, толкающей лопасти турбины, заставляет турбину вращаться.Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия вырабатывается падающей водой, а не ветром. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике
  3. Генератор. Связан с турбиной валами и, возможно, шестернями, поэтому, когда турбина вращается, она заставляет вращаться и генератор. Преобразует механическую энергию турбины в электрическую. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как генераторы на других типах электростанций.
  4. Линии передачи. Проведите электричество от гидроэлектростанции до домов и предприятий.
Сколько электроэнергии может производить гидроэлектростанция?

Количество электроэнергии, производимой гидроэлектростанцией, зависит от двух факторов:

  1. Как далеко падает вода. Чем дальше падает вода, тем больше у нее силы. Как правило, расстояние, на которое падает вода, зависит от размера плотины. Чем выше плотина, тем дальше падает вода и тем больше у нее мощности.Ученые сказали бы, что сила падающей воды «прямо пропорциональна» расстоянию, на которое она падает. Другими словами, вода, падающая вдвое дальше, имеет в два раза больше энергии.
  2. Количество падающей воды. Больше воды, попадающей через турбину, дает больше энергии. Количество доступной воды зависит от количества воды, текущей по реке. В больших реках больше проточной воды, и они могут производить больше энергии. Мощность также «прямо пропорциональна» расходу реки. Река с вдвое большим объемом проточной воды, чем другая река, может производить вдвое больше энергии.
Могу ли я определить, сколько энергии может производить плотина в моем районе?

Конечно. Это не так уж и сложно.

Допустим, в вашем районе есть небольшая плотина, которая не используется для производства электроэнергии. Возможно, плотина используется для обеспечения водой для орошения сельскохозяйственных угодий, а может быть, она была построена для создания озера для отдыха. Как мы объясняли выше, вам нужно знать две вещи:

  1. Как далеко падает вода. Из разговора с человеком, который управляет плотиной, мы узнаем, что высота плотины 10 футов, поэтому вода падает на 10 футов.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике
  2. Количество воды, протекающей в реке. Мы связываемся с Геологической службой США, агентством в США, которое измеряет речной сток, и узнаем, что средний объем воды, протекающей в нашей реке, составляет 500 кубических футов в секунду.

Теперь все, что нам нужно сделать, это немного математики. Инженеры выяснили, что мощность плотины можно рассчитать по следующей формуле:

Мощность = (Высота плотины) x (Сток реки) x (Эффективность) / 11.8

Мощность Электрическая мощность в киловаттах (один киловатт равен 1000 ватт).
Высота плотины Расстояние, с которого падает вода, измеряется в футах.
Речной поток Количество воды, текущей в реке, измеряется в кубических футах в секунду.
КПД Насколько хорошо турбина и генератор преобразуют энергию падающей воды в электроэнергию.Для старых, плохо обслуживаемых гидростанций этот показатель может составлять 60% (0,60), в то время как для более новых, хорошо эксплуатируемых заводов этот показатель может достигать 90% (0,90).
11,8 Преобразует футы и секунды в киловатты.

Допустим, для плотины в нашем районе мы покупаем турбину и генератор с КПД 80%.

Тогда мощность нашей плотины будет:

Мощность = (10 футов) x (500 кубических футов в секунду) x (0.80) / 11,8 = 339 киловатт

Чтобы понять, что такое 339 киловатт, давайте посмотрим, сколько электроэнергии мы можем произвести за год.

Поскольку электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах, мы умножаем мощность нашей плотины на количество часов в году.

Электроэнергия = (339 киловатт) x (24 часа в сутки) x (365 дней в году) = 2 969 000 киловатт-часов.

Среднегодовое потребление энергии в жилищах в США.С. составляет около 3000 киловатт-часов на каждого человека. Таким образом, мы можем вычислить, сколько людей могла бы обслуживать наша плотина, разделив годовое производство энергии на 3000.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

обслуженных людей = 2 969 000 киловатт-часов / 3 000 киловатт-часов на человека) = 990 человек.

Таким образом, наша местная ирригационная или рекреационная плотина могла бы обеспечить достаточно возобновляемой энергии для удовлетворения жилищных потребностей 990 человек, если бы мы добавили турбину и генератор.

Примечание. Прежде чем вы решите добавить гидроэлектростанцию ​​к плотине, попросите инженера-гидроэнергетика проверить ваши расчеты и проконсультироваться с местными агентствами ресурсов, чтобы убедиться, что вы можете получить все необходимые разрешения.

Как работает гидроэлектростанция? Краткая история и основы механики

Современная гидроэлектростанция — это удивительное новшество, основанное на тысячелетней человеческой изобретательности. В этой статье, первой из серии из трех частей, исследуется история этой технологии и основные принципы работы гидроэлектростанции.

Люди давно используют энергию воды для работы механизмов. По сей день гидроэнергетика остается важным источником электроэнергии во всем мире.Для обеспечения безопасности и эффективности современные гидроэлектростанции полагаются на набор измерительных приборов для контроля уровня, расхода, давления и температуры на протяжении всех процессов.

На протяжении тысячелетий вода была основным источником энергии для работы систем измельчения зерна, орошения полей и обработки древесины. В конце 1800-х годов люди начали использовать гидроэнергию для производства электроэнергии. Первая коммерческая гидроэлектростанция в США была построена на Ниагарском водопаде в 1879 году. Постоянные усовершенствования сделали гидроэлектростанции более безопасными и эффективными, чем когда-либо.

Плотина «Три ущелья» на реке Янцзы в центрально-восточном Китае — крупнейшая в мире электростанция.

Сегодня гидроэнергетика является крупным и надежным источником электроэнергии. Более того, он чистый и возобновляемый. Поскольку они не зависят от погодных условий (кроме засухи), гидроэлектростанции могут обеспечить более надежное обслуживание, чем солнечные или ветряные электростанции.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Кроме того, возможность управлять потоком позволяет каждому предприятию адаптировать свою производительность в соответствии с требованиями рынка. Неудивительно, что 9 из 10 крупнейших энергетических предприятий мира работают на энергии воды.(Касивадзаки-Карива в Японии, шестая по величине, является атомной электростанцией.)

Как работает гидроэлектростанция

Схема плотины гидроэлектростанции

По сути, современная гидроэлектростанция состоит из водохранилища, плотина, водозаборники, турбины и генераторы. Резервуар хранит «топливо» и позволяет операторам контролировать, сколько воды подается в турбины. Он также служит в качестве графина: большая часть грязи и мусора в воде оседает на его дне, вдали от зоны забора.

Вода из водохранилища подается на турбины через водозабор (затворы плотины) и напорный водовод. Система фильтрации на входе дополнительно очищает воду, чтобы гарантировать, что она относительно свободна от взвешенных твердых частиц, которые могут повредить лопасти турбины. Гидравлические системы — регулятор, тормоза, управление заслонками и т. Д. — работают вместе, открывая и закрывая отверстия, которые позволяют воде течь вниз по потоку от резервуара.

Водяное колесо прошлого превратилось в современную турбину.Три основных типа, различающиеся в основном формой и конфигурацией лопастей, — это турбина Фрэнсиса, турбина Каплана и турбина Пелтона, названные в честь своих изобретателей. Независимо от конструкции турбина преобразует кинетическую энергию движущейся или падающей воды в механическую. Турбина соединена валом с ротором генератора, преобразующего механическую энергию в электричество. Для максимальной эффективности турбины изготавливаются индивидуально для каждой гидроэлектростанции.

В то время как концепции гидроэнергетики просты и понятны, операции совсем не такие.Каждая современная гидроэлектростанция опирается на множество сложных систем, которые отслеживают, контролируют и улучшают условия для обеспечения надлежащей работы.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Подшипники и системы смазки сводят к минимуму трение и износ движущихся частей. Фильтры задерживают частицы, которые могут истирать лопатки турбины. Мощные гидравлические системы открывания и закрывания ворот усиленных трубопроводов. Системы охлаждения поддерживают контроль температуры, чтобы предотвратить перегрев и возгорание трансформаторов, кабелей, распределительных устройств и других электрических и механических механизмов.

Не пропустите следующую статью: Как контролировать и поддерживать гидроэлектростанцию ​​для обеспечения оптимальной эффективности.

гидроэнергетика | Определение и факты

Гидроэнергетика, также называемая гидроэнергетикой, электричество, вырабатываемое генераторами, приводимыми в действие турбинами, которые преобразуют потенциальную энергию падающей или быстро текущей воды в механическую энергию. В начале 21 века гидроэнергетика была наиболее широко используемой формой возобновляемой энергии; в 2019 году на его долю приходилось более 18 процентов от общей мощности по выработке электроэнергии в мире.

Подробнее по этой теме

Китай: гидроэнергетический потенциал

Разветвленная речная сеть Китая и гористая местность предоставляют широкие возможности для производства гидроэлектроэнергии. Большая часть …

При производстве гидроэлектроэнергии вода собирается или хранится на более высоком уровне и направляется вниз по большим трубам или туннелям (водозаборникам) на более низкую отметку; разница в этих двух высотах известна как голова.В конце своего прохождения по трубам падающая вода заставляет турбины вращаться. Турбины, в свою очередь, приводят в действие генераторы, которые преобразуют механическую энергию турбин в электричество. Затем трансформаторы используются для преобразования переменного напряжения, подходящего для генераторов, в более высокое напряжение, подходящее для передачи на большие расстояния. Строение, в котором размещаются турбины и генераторы и в которое питаются трубы или водозаборники, называется электростанцией.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике

Гидроэлектростанции обычно расположены в плотинах, которые наводняют реки, тем самым повышая уровень воды за плотиной и создавая максимально возможный напор.Потенциальная мощность, которая может быть получена из объема воды, прямо пропорциональна рабочему напору, так что установка с высоким напором требует меньшего объема воды, чем установка с низким напором, чтобы производить равное количество энергии. В некоторых плотинах электростанция сооружается на одном фланге плотины, причем часть плотины используется как водосброс, через который во время паводков сбрасывается избыточная вода. Там, где река течет в узком крутом ущелье, ГЭС может располагаться внутри самой плотины.

В большинстве населенных пунктов потребность в электроэнергии значительно варьируется в разное время суток. Для выравнивания нагрузки на генераторы периодически строятся гидроаккумулирующие гидроэлектростанции. В периоды непиковой нагрузки часть доступной дополнительной мощности подается на генератор, работающий в качестве двигателя, заставляя турбину перекачивать воду в приподнятый резервуар. Затем, в периоды пиковой нагрузки, воде снова позволяют течь через турбину для выработки электроэнергии.Системы гидроаккумулирования эффективны и обеспечивают экономичный способ выдерживать пиковые нагрузки.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

В некоторых прибрежных районах, таких как устье реки Ранс в Бретани, Франция, были построены гидроэлектростанции, чтобы использовать преимущества приливов и отливов. Когда наступает прилив, вода накапливается в одном или нескольких резервуарах. Во время отлива вода в этих резервуарах сбрасывается для приведения в действие гидравлических турбин и связанных с ними электрических генераторов (см. Приливная энергия).

приливная сила

Схема плотины приливной силы.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Падающая вода — один из трех основных источников энергии, используемых для выработки электроэнергии, два других — ископаемое топливо и ядерное топливо.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Гидроэнергетика имеет определенные преимущества перед этими другими источниками. Он постоянно возобновляем благодаря повторяющемуся характеру гидрологического цикла. Не вызывает теплового загрязнения. (Однако некоторые плотины могут выделять метан в результате разложения растительности под водой.) Гидроэлектроэнергия является предпочтительным источником энергии в районах с сильными дождями, а также в холмистых или горных районах, которые находятся в разумной близости от основных центров нагрузки. Некоторые крупные гидроузлы, удаленные от центров нагрузки, могут быть достаточно привлекательными, чтобы оправдать строительство длинных высоковольтных линий электропередачи. Небольшие местные гидроэлектростанции также могут быть экономичными, особенно если они сочетают хранение воды во время небольших нагрузок с выработкой электроэнергии во время пиковых нагрузок. Многие из негативных воздействий гидроэлектроэнергии на окружающую среду происходят из-за связанных с ними плотин, которые могут препятствовать миграции нерестовых рыб, таких как лосось, и навсегда затоплять или вытеснять экологические и человеческие сообщества по мере заполнения водохранилищ.

Плотина Норрис

Плотина Норрис, эксплуатируемая Управлением долины Теннесси, Норрис, Теннесси.

© Bryan Busovicki / Shutterstock.com

Объяснение гидроэнергетики — Управление энергетической информации США (EIA)

Гидроэнергетика — энергия движущейся воды

Люди давно используют силу воды, текущей в ручьях и реках, для производства механической энергии. Гидроэнергетика была одним из первых источников энергии, используемых для производства электроэнергии, и до 2019 года гидроэнергетика была крупнейшим источником общего годового U.S. возобновляемые источники электроэнергии.

В 2019 году на долю гидроэлектроэнергии приходилось около 6,6% от общего объема производства электроэнергии в коммунальном масштабе США 1 и 38% от общего объема производства электроэнергии из возобновляемых источников в коммунальном масштабе.Принцип работы гэс кратко: Принцип работы гидроэлектростанции - Статьи об энергетике Доля гидроэлектроэнергии в общем объеме производства электроэнергии в США со временем снизилась, в основном из-за увеличения производства электроэнергии из других источников.

Гидроэнергетика зависит от круговорота воды

  • Солнечная энергия нагревает воду на поверхности рек, озер и океанов, что приводит к ее испарению.
  • Водяной пар конденсируется в облака и выпадает в виде осадков — дождя и снега.
  • Осадки собираются в ручьях и реках, которые впадают в океаны и озера, где они испаряются и снова начинают цикл.

Количество осадков, которые стекают в реки и ручьи в географической области, определяет количество воды, доступной для производства гидроэлектроэнергии. Сезонные колебания количества осадков и долгосрочные изменения в структуре осадков, такие как засухи, могут иметь большое влияние на доступность производства гидроэлектроэнергии.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Источник: Управление долины Теннесси (общественное достояние)

Гидроэлектроэнергия вырабатывается с помощью движущейся воды

Поскольку источником гидроэлектроэнергии является вода, гидроэлектростанции обычно располагаются на источнике воды или рядом с ним. Объем водного потока и изменение высоты — или падения, часто называемого напором — от одной точки к другой определяют количество доступной энергии в движущейся воде.Как правило, чем больше расход воды и чем выше напор, тем больше электроэнергии может производить гидроэлектростанция.

На гидроэлектростанциях вода течет по трубе или водопроводу, затем толкает лопасти турбины и вращает их, вращая генератор для производства электроэнергии.

Обычные гидроэлектростанции включают:

  • Русловые системы, в которых сила течения реки оказывает давление на турбину.Сооружения могут иметь водослив в водотоке для отвода потока воды к гидротурбинам.
  • Системы хранения, в которых вода накапливается в резервуарах, созданных плотинами на ручьях и реках, и сбрасывается через гидротурбины по мере необходимости для выработки электроэнергии. Большинство гидроэнергетических объектов США имеют плотины и водохранилища.

Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором представляют собой тип гидроаккумулирующей системы, в которой вода перекачивается из источника воды в водохранилище на более высокой высоте и сбрасывается из верхнего водохранилища в гидротурбины, расположенные ниже верхнего водоема.Электроэнергия для перекачки может поставляться гидротурбинами или другими типами электростанций, включая ископаемое топливо или атомные электростанции. Обычно они перекачивают воду в хранилище, когда спрос на электроэнергию и затраты на ее производство и / или когда оптовые цены на электроэнергию относительно низкие, и высвобождают накопленную воду для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса на электроэнергию, когда оптовые цены на электроэнергию относительно высоки. Гидроэлектростанции с гидроаккумулятором обычно используют больше электроэнергии для перекачки воды в верхние водохранилища, чем они производят с накопленной водой.Таким образом, гидроаккумулирующие сооружения имеют чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Управление энергетической информации США классифицирует выработку электроэнергии на гидроаккумулирующих гидроэлектростанциях как отрицательную.

История гидроэнергетики

Гидроэнергетика — один из старейших источников энергии для производства механической и электрической энергии, и до 2019 года она была крупнейшим источником общего годового производства электроэнергии из возобновляемых источников в США.Тысячи лет назад люди использовали гидроэнергетику, чтобы крутить гребные колеса на реках для измельчения зерна. До того, как в Соединенных Штатах стали доступны паровая энергия и электричество, зерновые и лесопильные заводы питались напрямую от гидроэлектроэнергии. Первое промышленное использование гидроэлектроэнергии для выработки электроэнергии в Соединенных Штатах было в 1880 году для питания 16 щеточно-дуговых ламп на фабрике стульев Росомахи в Гранд-Рапидс, штат Мичиган. Первая в США гидроэлектростанция для продажи электроэнергии открылась на реке Фокс недалеко от Аплтона, штат Висконсин, 30 сентября 1882 года.

В Соединенных Штатах работает около 1 460 обычных и 40 гидроаккумулирующих гидроэлектростанций. Самая старая действующая гидроэлектростанция в США — это гидроэлектростанция Whiting в Уайтинге, штат Висконсин, которая была введена в эксплуатацию в 1891 году и имеет общую генерирующую мощность около 4 мегаватт (МВт). Большая часть гидроэлектроэнергии в США производится на крупных плотинах на крупных реках, и большинство из этих плотин гидроэлектростанций были построены до середины 1970-х годов федеральными правительственными агентствами. Самый крупный U.Гидроэнергетический объект Южной и крупнейшая электростанция США по генерирующей мощности — это гидроэлектростанция Гранд-Кули на реке Колумбия в Вашингтоне с общей генерирующей мощностью 7070 МВт.

1 Электростанции коммунального назначения имеют не менее 1 мегаватта общей мощности по выработке электроэнергии.

Последнее обновление: 30 марта 2020 г.

Принцип работы ГЭС

Привет друзья, в этой статье я обсуждаю принцип работы гидроэлектростанции, и надеюсь, вы это оцените.

Электростанция, использующая потенциальную энергию воды для производства электроэнергии, известна как гидроэлектростанция.

Гидроэлектростанции обычно расположены в холмистых районах, где можно легко построить плотины и большие водохранилища. На гидроэлектростанции напор воды создается путем строительства плотины через реку или озеро. С плотины вода подается на водяную турбину.

Гидравлическая турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию на валу турбины.Проще говоря, падающая вода раскручивает водяную турбину. Турбина приводит в действие генератор переменного тока, связанный с ним, и преобразует механическую энергию в электрическую. Это основной «принцип работы гидроэлектростанции».

Гидроэлектростанции очень популярны, потому что запасы топлива (то есть нефти и угля) истощаются день ото дня. Они также полезны для целей орошения и борьбы с наводнениями.

Элементы ГЭС

Основными элементами гидроэлектростанции являются:

Площадь водосбора: Общая площадь за плотиной, в которой собирается вода и создается сток, называется площадью водосбора.

Резервуар: это неотъемлемая часть электростанции, где вода хранится и непрерывно подается в водяную турбину.

Плотина: Плотина — это барьер, который удерживает воду и создает водяной напор.

Скользящий путь: из-за сильных дождей в водосборном бассейне уровень воды может превышать емкость водохранилища. Это может повлиять на устойчивость резервуара.

Вокруг резервуара образуется структура для удаления этой избыточной воды. Эта конструкция известна как скользящая.Скользящий путь обеспечивает устойчивость водоема и снижает уровень воды во время паводка.

Surge Tank: Это небольшой резервуар (открытый вверху). Он предназначен для уменьшения скачков давления в трубопроводе. Он находится у начала водовода.

Водозаборные колонки: Водозаборные колонны представляют собой открытые или закрытые трубопроводы, по которым вода подается к турбинам. Обычно они изготавливаются из RCC или стали. Затворы RCC подходят для малых напоров (<30 м). Стальные затворы идеальны для любого напора, так как они могут быть спроектированы в соответствии с напором воды или рабочим давлением.

Водяные турбины: работает как устройство преобразования энергии. Это машина, с помощью которой потенциальная энергия воды преобразуется в механическую энергию вала. Основные типы гидротурбин:

(i) Импульсные турбины (ii) Реакционные турбины

Импульсные турбины: Такие турбины используются при высоком напоре воды. Он состоит из колеса с эллиптическими ковшами по периферии. Все давление воды в сопле преобразуется в кинетическую энергию, а скорость струи вращает колесо — например, турбину колеса Пелтона.

Реакционные турбины: Важными типами реактивных турбин являются:

(а) турбины Фрэнсиса (б) турбины Каплана

Турбина Фрэнсиса используется для низкого и среднего напора. Турбина Каплана используется для низкого напора и большого количества воды.

Водяные турбогенераторы: это синхронные генераторы с низкой частотой вращения (от 75 до 300) с основными возбудителями, обычно устанавливаемыми вверху на конце вала. Обычно машины имеют воздушное охлаждение с замкнутым контуром охлаждения.

Вспомогательное оборудование электростанции: Гидроэлектростанция требует того же основного вспомогательного оборудования, что и любая другая электростанция, например, система регулятора, возбудители, краны, панели управления и т. Д.Электропитание вспомогательного оборудования, кранов и освещения обычно осуществляется от небольшой независимой гидравлической турбины и генератора.

Преимущества гидроэлектростанции

  • Более надежная силовая установка.
  • Низкие эксплуатационные расходы.
  • Низкое время пуска.
  • Высокая производительность.
  • Стоимость топлива нулевая.
  • Не загрязняет окружающую среду.
  • Возобновляемый источник энергии.
  • Срок службы силовой установки больше.
  • Они также используются для борьбы с наводнениями и орошения.

Недостатки ГЭС

  • Высокие капитальные затраты.
  • Мощность зависит от наличия воды.
  • Обычно встречается на холмах.
  • Аппарату необходима защита от коррозии.

Спасибо, что прочитали о «принципе работы гидроэлектростанции». Для получения более подробной информации посетите Википедию.

ГЭС

: схема, работа и типы

Производство электроэнергии с помощью гидроэнергии (потенциальная энергия в накопленной воде) — один из самых чистых методов производства электроэнергии.В 2012 году гидроэлектростанции произвели около 16% от общего производства электроэнергии в мире. Гидроэлектроэнергия — наиболее широко используемый вид возобновляемой энергии. Это гибкий источник электроэнергии, а стоимость производства электроэнергии относительно невысока. В этой статье рассказывается о компоновке, основных компонентах и ​​работе гидроэлектростанции.

Схема и работа ГЭС

На изображении выше показана типовая схема гидроэлектростанции и ее основные компоненты.

Плотина и водохранилище: Плотина построена на большой реке в холмистой местности, чтобы обеспечить достаточный запас воды на высоте. Позади плотины образует большой водоем. Высота уровня воды (называемая напором воды) в резервуаре определяет, сколько потенциальной энергии в нем хранится.

Управляющий вентиль: Вода из резервуара может течь через напорный трубопровод к турбине. Количество воды, которое должно быть выпущено в напорный можно управлять с помощью управления затвором.Когда регулирующий затвор полностью открыт, через напорный водовод выходит максимальное количество воды.

Напорный водовод: Напорный водовод — это огромная стальная труба, по которой вода из резервуара подается в турбину. Потенциальная энергия воды преобразуется в кинетическую энергию, когда она течет вниз через напорный водовод под действием силы тяжести.

Вода турбины: Вода из водовода берется в воду турбины. Турбина механически связана с электрогенератором.Кинетическая энергия воды приводит в движение турбину и, следовательно, генератор. Есть два основных типа водяных турбин; (i) Импульсная турбина и (ii) Реакционная турбина. Импульсные турбины используются для больших напоров, а реактивные турбины — для малых и средних напоров.

Генератор: Генератор установлен в здании электростанции и механически соединен с валом турбины. Когда лопасти турбины вращаются, она приводит в действие генератор, и вырабатывается электричество, которое затем повышается с помощью трансформатора для передачи.

Расширительный бак:

Расширительные баки обычно поставляются на электростанциях с высоким или средним напором, когда требуется значительно длинный напорный трубопровод. Расширительный бак — это небольшой резервуар или резервуар, открытый сверху. Он устанавливается между резервуаром и электростанцией. Уровень воды в резервуаре поднимается от перенапряжения или падает, чтобы уменьшить колебание давления в напорном трубопроводе. Когда происходит резкое снижение нагрузки на турбину, регулятор закрывает заслонки турбины, чтобы уменьшить поток воды. Это вызывает давление аномально увеличить в напорный.Это предотвращается за счет использования расширительного бачка, в котором уровень воды повышается, чтобы снизить давление. С другой стороны, уравнительный бак обеспечивает избыточную воду, необходимую, когда ворота внезапно открываются, чтобы удовлетворить возросшую нагрузку.

Типы гидроэлектростанций

Обычные установки:

Обычные установки используют потенциальную энергию воды из плотин. Извлекаемая энергия зависит от объема и напора воды. Разница между высотой уровня воды в резервуаре и уровнем истечения воды называется напором воды.

ГАЗ:

В гидроаккумулирующей станции второй резервуар сооружается рядом с выходом воды из турбины. Когда потребность в электроэнергии низкая, вода из нижнего резервуара перекачивается в верхний (основной) резервуар. Это необходимо для обеспечения достаточного количества воды в основном резервуаре для выполнения пиковых нагрузок.

Русловая установка:

На объектах этого типа плотина не строится, следовательно, водохранилище отсутствует. Часть реки отводится через напорный водовод или канал к турбине.Таким образом, для поколения доступна только вода, текущая из реки. А из-за отсутствия резервуара любой избыток воды остается неиспользованным.

Преимущества ГЭС

  • Топливо не требуется, поскольку сохраняется потенциальная энергия Вода используется для производства электроэнергии
  • Чистый и чистый источник энергии
  • Очень маленькие текущие расходы — вода доступна бесплатно
  • Требуется меньше обслуживания и более длительный срок службы
  • Также служит для других целей, например, для орошения
Недостатки
  • Очень высокие капитальные затраты из-за строительства плотины
  • Высокая стоимость передачи — гидроэлектростанции расположены в холмистой местности, удаленной от потребителей

.