Розробка гідроелектростанцій на малих ріках

Размещено на http://www.allbest.ru/

Херсонський національний технічний університет

Кафедра енергетики, електротехніки і фізики

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни „Нетрадиційна енергетика та акумулювання»

на тему: „Розробка гідроелектростанцій на малих ріках»

Студента 1 курсу групи 1Ел(с)

Дроговоза І.І. .

Керівник доцент кафедри енергетики,

електротехніки і фізики

доцент, к.т.н. Андронова О.В.

м. Херсон - 2017 рік



ЗМІСТ

ВСТУП

1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Класифікація та історія малих ГЕС

1.2 Способи створення зосередженого напору

1.3 Класифікація гребель

1.4 Гідротурбіни й оборотні гідромашини

1.5 Висновки

2. РОЗРАХУНОК МАЛОЇ ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

2.1 Вихідні дані

2.2 Основні показники гідрологічних розрахунків

2.3 Визначення об'єму водосховища

2.4 Розрахунок регулювання стоку

2.5 Підбір гідротурбін при проектуванні ГЕС

2.6 Кавітація і допустима висота відсмоктування

2.7 Висновки

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ДОДАТОК

гребля гідротурбіна кавітація

Вступ

Актуальність даної роботи обумовлена ??тим, що забезпеченість України енергією і водою, їх раціональне використання є важливим фактором розвитку економіки і країни в цілому, допомагає забезпечити добробут і життєвий комфорт населення.

В умовах підвищення цін на енергоресурси і зниження запасів джерел для вироблення електроенергії, а також вичерпності водних ресурсів гостро постають питання ресурсозбереження. Реальним виходом із ситуації може стати відновлення і

зміцнення ролі малої гідроенергетики в розвитку продуктивних сил суспільства як альтернативного джерела енергії.

За радянських часів в Україні були сотні малих Гідроелектростанцій (МГЕС) [1], які забезпечували електроенергією підприємства, райони, селища. Однак, в зв'язку з розвитком централізованого електропостачання в республіці і стійкою тенденцією до концентрації виробництва електроенергії на потужних електростанціях, що працюють на вугіллі, газі та ядерному паливі, будівництво малих ГЕС було зупинено. Зараз тенденція знову змінилася і до проектів малої енергетики потрібно повертатися. Україна вже зіткнулася з проблемою дефіциту і дорожнечі традиційних енергоносіїв. Тому потрібна комплексна програма розвитку альтернативної електроенергії.

В умовах нестачі коштів, характерних для сучасного стану економіки України, переваги МГЕС очевидні: малі обсяги капітальних вкладень, скорочені терміни будівництва, ефективне використання наукового, проектного та будівельного досвіду на рівні регіонів, використання місцевої будівельної бази і матеріалів. Малі ГЕС можуть працювати як ізольовано, так і в загальній енергосистемі. При цьому вони є майже абсолютно чистими джерелами енергії.

Пояснювальна записка складається із вступу, 2 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 10 найменувань, 3 додатків, повний обсяг пояснювальної записки складається з 51 стор., містить 29 рисунків, 6 таблиць.



1. Огляд літератури

1.1 Класифікація та історія малих ГЕС

В даний час немає загальноприйнятого у всіх країнах світу поняття малої ГЕС. Пропонуються класифікації за різними параметрами, що відображає особливості цих станцій: за потужністю, напором, режимом роботи, ступенем автоматизації, за способом створення напору.

У багатьох країнах в якості основної кількісної характеристики малої ГЕС прийнята її встановлена ??потужність [2]. Найбільш часто до малих ГЕС відносять ГЕС, потужність яких не перевищує 5 МВт (Австрія, Іспанія, Індія, Канада, Франція, Німеччина). У деяких країнах малими називають ГЕС потужністю до 2 МВт (Італія, Норвегія, Швеція, Швейцарія).

Різноманіття класифікації малих ГЕС викликано наступними факторами: розходженням природних умов, рівнем розвитку енергетичного господарства країни, особливістю процедури погодження та затвердження проектів малих ГЕС та іншими. Іноді відбувається зміна прийнятої класифікації (пропоновані класифікації досить умовні і відображають сучасний рівень проектно-конструкторських розробок, тому в подальшому вони можуть бути змінені). Так, в США, де було вжито заходи для стимулювання розвитку малої гідроенергетики, двічі законодавчо змінювалось обмеження щодо граничної потужності малих ГЕС: спочатку до малих ГЕС відносили електростанції потужністю до 5 МВт, потім цю межу було збільшено до 15 МВт, а в 1980 році максимальна потужність малих ГЕС була обмежена до 30 МВт.

ГЕС із загальною встановленою потужністю від 1 до 30 МВт відносять до малих ГЕС. На малих ГЕС введено додаткове обмеження по діаметру робочого колеса гідротурбіни, для малих гідроелектростанцій він прийнятий не більше 3 метрів.

Прийнята наступна класифікація малих ГЕС:

1. За напором: низьконапірні, Н <20 метрів; середньонапірні, Н = 20-75 метрів; високонапірні, Н> 75 метрів;

2. За режимом роботи: що працюють паралельно з енергосистемою, на ізольованого споживача паралельно з іншим джерелом (наприклад: з дизельною або вітрової електростанціями);

3. За ступенем автоматизації: напівавтоматизованого (працюють при наявності чергового персоналу), автоматизовані (працюють без чергового персоналу);

4. За умовами створення: стаціонарні, мобільні (мікроГЕС).

5. За використанням водних ресурсів і концентрації напорів ГЕС поділяють на: руслові, пригреблеві, дериваційні, гідроакумулюючі та припливні.

6. За потужністю розрізняють потужні, середні і малі.

Руслові ГЕС -- це зазвичай низьконапірні станції, де напір води створюється безпосередньо за рахунок побудованої греблі, яка повністю перегороджує річку і піднімає рівень води на потрібну величину. Будівля ГЕС входить до складу греблі і безпосередньо приймає напір води. Інколи це єдина споруда, що здатна пропускати воду, оскільки в греблі не передбачені інші спеціальні водоспускні отвори чи шлюзи. Такі гідрооб'єкти будують на повноводних рівнинних річках та гірських річках, у місцях, де є вузьке русло з високими берегами.

Пригреблеві ГЕС -- високонапірні станції, в яких будівля ГЕС розміщена за греблею, в її нижній частині. Вода до турбін станції подається через спеціальні напірні лотки чи тунелі, а не безпосередньо як в руслових. Висота греблі в даному випадку значно вища, ніж у руслових ГЕС, інколи це може бути і дві греблі. Обмежувальним чинником висоти греблі і водночас потужності таких ГЕС є площа затоплення і підтоплення навколишніх земель.

Дериваційна ГЕС -- станції, напір води для яких створюється за рахунок напірної чи безнапірної деривації. Під деривацією у гідротехніці розуміють сукупність гідротехнічних споруд, що відводять воду з річки, водосховища або іншої водойми і підводять її до відповідних гідротехнічних споруд. Розрізняють такі типи дериваційних споруд -- безнапірні (канал, тунель, лоток) і напірні (трубопровід, напірний тунель). Напірний тип застосовується в тому разі, якщо є істотні (більше кількох метрів) сезонні або тимчасові коливання рівня води в місці її забору. Воду трубою, каналом чи лотком відводять з русла на певну відстань до споруди ГЕС, яка розміщена нижче за течією. Такі станції доцільно будувати у тих місцях, де великий похил річки. У випадку напірної деривації водовід прокладається під великим похилом, або ж будується гребля, яка створює водосховище -- змішана деривація, бо використовує два способи створення необхідної концентрації води.

Гідроакумулюючі ГЕС -- здатні акумулювати вироблену надлишкову електроенергію в системі та генерувати її в періоди інтенсивнішого споживання.

З початку ХХ ст. в Україні були побудовані МГЕС на багатьох малих річках. На кінець 1940-х -- першу половину 50-х років чисельність малих гідроелектростанцій в Україні становила понад 950 із загальною встановленою потужністю 300 МВт[2] (у 70-ті -- понад 1500 малих (і середніх; тобто усіх малих, які тоді не поділялись) ГЕС[3]). Однак у зв'язку з розвитком централізованого електропостачання і тенденцією виробництва електроенергії на потужних ТЕС (ТЕЦ), ГЕС та АЕС, будівництво МГЕС в середині 60-х років минулого століття було майже повністю призупинено, а пізніше було припинено зовсім. Більшість існуючих малих ГЕС були згодом демонтовані, сотні з них зруйновані.

В Україні відновлення малої гідроелектрогенерації розпочалось лише на початку нового тисячоліття. Особливо сприяє даній тенденції впровадження в Україні «зеленого тарифу». Рентабельність генерації і досить швидка окупність проектів (близько 5-7 років) зацікавила приватного інвестора. Станом на кінець 2011 року в Україні працює близько 70 малих гідроелектростанцій загальною потужністю 72 (близько 100) МВт, які виробляють від 275 до 400 млн кВт-год. електроенергії на рік.

Більшість обладнання малих ГЕС, що не було демонтоване 70-90 р.р. минулого століття, було встановлене до експлуатації більш ніж 60 років тому, технічний стан основного гідроагрегатного, гідротехнічного та електросилового устаткування характеризується повним або істотним спрацюванням і у більшості випадків потребує повної заміни. Відповідальним при будівництві або відновленні малої ГЕС є вибір обладнання. По суті, підбирати техніку потрібно індивідуально під кожну станцію, адже умови скрізь різні.

За 2009 рік в Україні введено в експлуатацію 2 малих ГЕС: Лоташовська МГЕС потужністю 315 кВт в Черкаській області та Яблунецька МГЕС потужністю 1000 кВт в Чернівецькій області (на межі з Івано-Франківською обл.). В 2010-2011 році розпочалось будівництво близько 10 малих ГЕС в Карпатському регіоні України [1]. За даними асоціації «Укргідроенерго», при сприятливих інвестиційних умовах, в Україні є можливість отримати додатково близько 2000 МВт встановленої маневрової потужності на відроджених та знову-збудованих малих гідроелектростанціях.

Станом на 2012 рік в Україні діють близько 30 приватних компаній, що інвестують у відновлювальну енергетику. Найбільші з них: ЗЕА «Новосвіт», ТОВ «Енергоінвест» та інші. Інвестиції направлені були переважно у Вінницьку, Черкаську, Хмельницьку, Тернопільську та Житомирську області. На сьогодні тут розташовано 64% загальної кількості станцій, тоді як технічний гідропотенціал малих річок в цих областях становить всього 14% загального. Дуже перспективними є Закарпатська та Львівська області, де зосереджено близько 70% гідропотенціалу малих річок.



1.2 Способи створення зосередженого напору

У природних умовах енергія річок розсіюється по їх довжині, і використовувати її практично неможливо. За допомогою штучних гідротехнічних споруд перепад ділянки річки можна зосередити в одному створі і отримати певний натиск Н, близький до перепаду ділянки. Встановивши турбіни і пропускаючи через них витрата води Q під напором Н, можна отримати відповідну потужність N. Будівництво ГЕС малої потужності здійснюється за трьома відомими схемами, що дозволяє створити зосереджений напір [4]: гребельна, дериваційна і комбінована. Гребельна схема полягає в тому, що в кінці розглянутого ділянки (створ В на рис. 1.1) річку перегороджують греблею, яка створює підпір води, що поширюється до початку ділянки (створ А), при цьому перепад між створами Н_АВ зосереджується в створі В, а перед греблею утворюється водосховище - штучна водойма, утворена підпірними спорудами. Водний простір, що прилягає до верхової сторони підпірних споруд, називається верхнім б'єфом, до низовій стороні - нижнім б'єфом. Рівень верхнього б'єфу, або підпірних рівень, позначається УВБ, рівень нижнього б'єфу - УНБ. Різниця рівнів верхнього і нижнього б'єфів називається статичним напором.

Рис. 1.1. Греблева схема створення напору:

1- гребля;

2- будівля ГЕС;

3- водосховище.



Статичний напір Н дещо менше перепаду рівнів Н_АВ, так як вода в верхньому б'єфі має не горизонтальну, а увігнуту поверхню, що утворить криву підпору. Втрати напору витрачаються на переміщення води у верхньому б'єфі.

У створі В споруджують гідроелектростанцію, через турбіни якої пропускають під напором Н воду для вироблення електроенергії.

Побудувати таку греблю, яка дозволила б використовувати відразу весь перепад річки від гирла до її верхів'я, зазвичай неможливо, до того ж це призвело б до непомірних затоплень. Тому річку розбивають на кілька ділянок по довжині і в

кінці кожної ділянки створюють греблю, підпір від якої поширюється до вище розміщеної греблі.

Сукупність гідровузлів, розташованих на одній річці, називають каскадом, а кожна окремо використовувана ділянка з гідроелектростанцією на ньому - сходинкою каскаду (рис.1.2). Напір, створюваний греблею в рівнинних умовах, як правило, не перевищує 30-40 м, але в гірських умовах він може досягати 300 м.

Рис. 1.2. Схема каскаду гідровузлів:

1 - розташування греблі при одноступінчатій схемі;

2 - ступені каскаду.

На річках з порівняно невеликою витратою води і зі значними ухилами русла, як правило, в гірських умовах, може застосовуватися дериваційний спосіб створення напору. Він полягає в тому, що на початку використовуваного ділянки (створ А) воду відводять з природного русла в штучний водовід, званий деривацією, і підводять її до кінця ділянки (створ В). Напір створюється за рахунок різниці ухилів дериваційного водоводу і природного русла. Якщо в якості дериваційного водоводу застосований канал (або безнапірний тунель), деривація називається безнапірною (рис.1.3, а). Канал або тунель трасує з мінімальним ухилом, використовуючи сприятливі топографічні умови. У цій схемі також не використовується частина перепаду ділянки АВ через неминучих втрат h_дер в деривації. Якщо деривація виконана у вигляді напірного тунелю (або трубопроводу), то вона називається напірної (рис.1.3, б).

Рис.1.3. Схема розташування споруд дериваційного гідровузла: а) безнапірна деривація; б) з напірною підводящою деривацією. 1- гребля; 2-підвідний дериваційний канал; 3- напірний басейн; 4- холостий водоскид; 5- будівля ГЕС; 6- відвідний дериваційний канал; 7- турбінний водовід; 8- водосховище; 9- напірний дериваційний водовід; 10- зрівняльний резервуар; 11- відвідний дериваційний водовід.

На (рис. 1.3, а) в будівлі ГЕС розташовується в кінці деривації, званої в цьому випадку підводящою. Можливо інше рішення (рис.1.4) - розміщення будівлі ГЕС на низьких позначках і відведення від нього води за допомогою безнапірної або напірної відводящої деривації.



Рис.1.4. Схема розташування споруд гідровузла з напірною відводящою деривацією:

1- гребля; 2- будівля ГЕС; 3- турбінний водовід; 4- водосховище; 5- відвідний дериваційний водовід.

Частина напору Н_пл в дериваційних схемах може створюватися греблею(рис.1.3, б, рис.1.4). Дериваційного способом можна створити будь-який забезпечений природними умовами натиск, можливе створення каскадів гідровузлів. Дериваційні схеми зі створенням великих потужностей можливі тільки на гірських річках

Природні умови дозволяють іноді використовувати напір, що утворюється за рахунок різниці рівнів близько розташованих річок або озер різних басейнів. В цьому випадку воду перекидають в нижче розташований водотік або водойм через тунель або канал(рис.1.5).

Рис. 1.5. Використання напору між суміжними водотоками

Існують також гідроелектростанції, робота яких не пов'язана з застосуванням гідравлічної енергії річок.

Припливні електростанції (ПЕС) використовують енергію морських припливів, що виникають під впливом сил тяжіння в космічній системі Земля - ??Місяць - Сонце і створюють на окремих ділянках узбережжя коливання рівня моря, що досягають 10-15 м, з періодичністю 6 ч 12 хв. Якщо на такому узбережжі немає достатніх розмірів затоку, з'єднані з морем вузьким протокою, то цю протоку можна перегородити греблею і спорудити при ній ПЕС (рис.1.6). Коли настає приплив, між морем і затокою утворюється перепад рівнів - натиск. Наповнюючи затоку через турбіни ПЕС, можна протягом деякого часу отримувати електроенергію. Потім відбувається зворотний цикл, коли вода, затримана в затоці на найвищому рівні припливу, вливається в море в години відпливу через турбіни при тому ж напорі.

Запаси приливної енергії СРСР визначені за потужністю в 113 млн. КВт з можливою річним виробленням електроенергії 270 млрд. КВт год. Однак зручних для будівництва ПЕС заток в природі мало, тому використання приливної енергії поки не отримало широкого поширення; крім того, ПЕС дуже дорогі.

Рис. 1.6. Схема припливної електростанції:

а) план;

б) схема роботи при приливі;

в) теж саме при відпливі.

Гідроакумулюючі електростанції мають в своєму складі верхній і нижній басейни, з'єднані трубопроводами і проточною частиною гідравлічних машин, які можуть працювати по черзі в якості турбін або насосів (див. рис.1.6).

У періоді надлишку енергії в енергосистемі агрегати ГАЕС працюють в насосному режимі і закачують воду з нижнього у верхній басейн, споживаючи електроенергію, вироблену іншими електростанціями. Піднята на висоту Н вода набуває запас потенційної енергії. У періоди найбільшого споживання енергії ця вода зливається в нижній басейн, проходячи через турбіни і виробляючи електроенергію. ГАЕС - поки єдині освоєння технікою акумулятори, здатні запасати енергію в промислових масштабах. В цілому ГАЕС споживає електроенергії більше, ніж виробляє, але при цьому економить паливо на теплових електростанціях, що забезпечують роботу її в насосному режимі. Ставлення виробленої електроенергії до витраченої називається коефіцієнтом корисної дії (ККД) гідроаккумулювання і становить 0,73 - 0,8.

Рис. 1.7. Схема гідроакумулюючої електростанції:

1- верхній басейн;

2- напірний трубопровід;

3- нижній басейн;

4- будівля ГЕС;

h_ср - глибина спрацювання.

1.3 Класифікація гребель

Гребля - гідротехнічна споруда, що перегороджує водотік для підйому рівня води, також служить для зосередження напору в місці розташування споруди і створення водосховища.

Зазвичай греблі входять в комплекс гідротехнічних споруд (гідровузол), що споруджується в конкретному місці для використання водних ресурсів в різних цілях: меліорації, гідроенергетики, обводнення пасовищ і іншого. Найчастіше греблі входять в групу річкових гідротехнічних споруд (ніж в групу внутрішньосистемних, розташованих на каналах). Якщо при цьому комплекс споруд пов'язаний з забором води з річки, то його називають водозабірним гідровузлом.

У загальному випадку склад гідровузла, де розташовують греблю, наступний[5]:

1. Власне самі греблі (водопропускні або глухі);

2. Головний водозабірних регулятор або водопідйомна установка;

3. Споруда гідроелектростанцій;

3. Судноплавні шлюзи, колодоспуски;

4. Споруди по боротьбі з наносами (відстійники, промивники, струмонапрямлені системи);

5. Рибоходи і рибопід'ємники;

6. Водозлив;

7. Берегоукріплювальні і виправні споруди (дамби).

За призначенням греблі бувають водосховищні, водоспускаючі та водопідйомні. Підпір рівня води у водопідйомних гребель невисокий, метою влаштування таких гребель є поліпшення умов водозабору з річки, використання водної енергії та ін. Водосховища греблі відрізняються помітно більшою висотою, як наслідок, більшим обсягом створюваного водосховища. Відмінною особливістю великих водосховищ є здатність регулювати стік. Малі греблі, за допомогою яких створюють, наприклад, ставки, стік не регулюють. Найчастіше подібний функціональний розподіл гребель на водосховищні і водопідійомні є умовним, в силу труднощів визначення більш важливої ??функції. Замість цього може використовуватися поділ гребель по висоті підйому води: низьконапірні (глибина води перед дамбою до 15 м), середньонапірні (15-50 м), високонапорні (більше 50 м).

Класифікація гребель за видами матеріалів: насипні, суцільнокам'яні, металеві, дерев'яні та комбіновані.

Насипні греблі (рис.1.8) -- це насипи з місцевих ґрунтів (пісок, супісок, суглинок, камінь). Основу такої греблі роблять значно ширшою ніж гребінь, тому що напір води є найбільшим саме біля основи греблі. Шар каменю захищає греблю від розмивання. У товщині греблі міститься водонепроникний бар'єр -- бетонні куліси. Такі греблі будуються зазвичай на широких ріках, тому що матеріал для їхнього спорудження порівняно дешевий. Такі греблі стійкі проти зміщення основи, проте схильні до підмиву та руйнування. Земляні греблі з напором до 15 м називають низькими, 15--50 м -- середньонапірними, понад 50 м -- високонапірними; кам'яні і камінно-земляні з напором до 20 м називають низькими, 20--70 м -- середньонапірними, 70--150 м -- високонапірними і понад 150 м -- надвисоконапірними.

Рис. 1.8. Основні типи земляних гребель:

а - з однорідного грунту; б - з різнорідних грунтів (з водонепроникної верхової призмою); в - з екраном з грунтового матеріалу; г - з екраном з негрунтового матеріалу (бетону, залізобетону, металу та ін); д - з ядром; е - з діафрагмою.

Насипні греблі з каменя (рис.1.9) в залежності від конкретних умов будівництва можуть зводитися насипанням, накидкою вибухом, механічною накидкою та сухою кладкою. Обов'язковим елементом насипної греблі є дренаж -- система каналів, що призначена для збору та транспортування у задане місце фільтраційної води, яка проходить через тіло греблі.

Всі насипні греблі мають трапецієвидний поперечний переріз з ламаним профілем напірного і низового укосів. Верхні кромки укосів на рівні гребеня називають брівками, а нижні, зумовлені топографією створу греблі -- підошвами. На укосах через певні розрахункові висотні інтервали розташовують горизонтальні ділянки -- берми, що призначені для забезпечення проїзду транспортно-будівельної техніки при будівництві та експлуатації, а також для підвищення стійкості укосів. Для захисту укосів насипних гребель від руйнування хвилями застосовують різні матеріали -- бетонні або залізобетонні плити, камінь, асфальтобетон, біологічне укріплення (висаджування швидкозростаючих багаторічних трав і рослин).

Рис. 1.9. Типи кам'яних гребель:

а, б - кам'яно-накидні; в - з кам'яної сухої кладки; г - полунабросная (з напірної частиною з сухої кладки і низовий - з кам'яної начерки); д - накидна (з бетонної напірної стінкою).

Суцільнокам'яні греблі (рис. 1.10) здебільшого будують із бетону або залізобетону. Їх споруджують у вузьких, глибоких ущелинах, оскільки тільки бетон здатен витримати сильний напір на основу греблі. Найпростіший тип такої греблі, посилена гребля, основа якої набагато ширша, ніж гребінь. Бетонні та залізобетонні греблі на не скельних основах можна будувати висотою не більше 45 м. На скельних основах висота греблі не обмежується і визначається конкретними геологічними, гідрогеологічними та сейсмічними умовами району будівництва.

Дерев'яні греблі -- це греблі, основні конструктивні елементи якої виконані з дерева переважно хвойних порід (сосна, ялина). Дерев'яні греблі будуються для невеликих напорів (2-4 м, рідше 4-8 м і, як виняток, до 16-20 м). Дерев'яні греблі будують дуже рідко, в основному в місцевостях, що мають недорогий і якісний ліс.

Рис. 1.10. Схеми бетонних гребель:

а - гравітаційа; б - аркова; в - контрфорсована; 1 - верхова грань; 2 - бик; 3 - затвор; 4 - гребінь водозливу; 5 - носок; 6 - водоспуск; 7 - низова грань; 8 - плоске напірне перекриття; 9 - контрфорс; 10 - балки жорсткості; 11 - протифільтраційна завіса; 12 - дренаж.

Металеві греблі (щитові, розбірно-щитові) будують вкрай рідко через високу вартість металу, зате він широко використовується в гідротехнічних спорудах у вигляді прокату (для засувок, закладних елементів, трубопроводів, резервуарів і т. д.) і як арматура в залізобетонних конструкціях (армопакети, армоферми, каркаси, сітки).

Види гребель за способом сприйняття навантажень: гравітаційні, контрфорсні, аркові та комбіновані (арочно-гравітаційні).

Гравітаційна гребля -- бетонна або кам'яна гребля, стійкість якої по відношенню до сил зсуву (тиск води, льоду, хвиль та ін.) забезпечується в основному силами тертя у підошві, пропорційними власній вазі греблі. Такі греблі мають значну масу і значний поперечний переріз, за ??рахунок якого забезпечується більша стійкість.

Це досить поширений тип гребель, що використовується як на скельних (Красноярська ГЕС), так і на нескельних (водозливні греблі волзьких гідровузлів) ґрунтах. Найекономічніші форми контуру поперечного профілю гравітаційних гребель близькі до трикутника або трапеції. Основний параметр гравітаційної греблі -- відношення товщини греблі по підошві до її висоти -- залежить від характеру ґрунту чи порід підошви і коливається від 0,6 (скеля) до 1,2 (глина). Найбільшу висоту (300 м) має камінно-земляна насипна гребля Нурецької ГЕС (Таджикистан). За нею за висотою йде гравітаційна бетонна гребля Гранд Діксенс (висота 285 м, довжина 700 м, ширина в основі 200 м, ширина по гребеню - 15 м) у Швейцарії.

Контрофорсна гребля -- це гребля, в якій тиск води верхнього б'єфа, сприймається напірним перекриттям (у вигляді плит, склепінь тощо), передається контрфорсам і через останні -- підошві. Такі греблі споруджують переважно з бетону та залізобетону. Контрфорси бувають двох типів: масивні (бетонні та бутобетоні) і тонкі (бетонні і залізобетонні) суцільні або наскрізні. Для забезпечення стійкості тонких контрфорсів між ними розташовують балки жорсткості (розпірки), що протидіють подовжньому вигину контрфорсів.

Контрфорсні греблі (рис. 1.11) легші порівняно з гравітаційними[6]. Ці греблі можуть виконуватися з окремих контрфорсів, що примикають один до одного і які мають розширення з боку верхнього б'єфа (масивні оголовки), в цьому випадку греблю називають масивно-контрфорсною (Дніпровська ГЕС). Якщо простір між окремо розташованими контрфорсами перекривають арками, то таку греблю називають багатоарковою контрфорсною. Контрфорсні греблі всіх видів зводять на міцних підошвах.



Рис. 1.11. Типи контрфорсних гребель:

а - масивно-контрфорсних; б - з плоскими перекриттями; в - багатоарочна.

Аркова гребля -- криволінійна в плані гребля, міцність якої забезпечується в основному роботою її як арки з передачею горизонтального тиску води майже повністю берегам або уступам. Їх відносно, тонкостінні конструкції мають поперечний переріз складного профілю (двоякої кривини або купольного типу), звернене опуклістю в бік верхнього б'єфа. Аркові греблі споруджують переважно з бетону за наявності міцної (скельної) підошви і скелястих берегів. Аркові греблі можуть бути глухими, тобто без скидання води, або водоскидними. Це найлегші греблі, які застосовуються в певних природних умовах і служать для створення високих (до 300 м) і надвисоких напорів.

Залежно від відношення товщини b греблі внизу до її висоти h аркові греблі поділяються на власне аркові (b/h = 0,35) і гравітаційно-аркові (b/h = 0,35…0,6).

За способом пропускання води греблі поділяють на глухі, водозливні та фільтрувальні.

У глухих греблях немає спеціальних пристроїв для пропуску води у нижній б'єф.

У водозливних греблях (рис. 1.12) воду в нижній б'єф пропускають через гребінь дамби або поверхневі водозливні отвори. Розрізняють:

водозливи без затвора -- пропускна здатність водозливу не регулюється і залежить тільки від рівня води у водосховищі;

водозливи із затвором (рис. 1.13) -- пропускна здатність водозливу регулюється.

Водопропускні споруди можуть розташовуватися як в тілі греблі так і на берегах, забезпечуючи транспортування води в обхід тіла греблі. У деяких випадках греблі з каменю, збудовані без протифільтраційних засобів, забезпечують пропуск розрахункової витрати води в нижній б'єф тільки за рахунок фільтрації потоку крізь тіло греблі (фільтрувальна гребля).

Рис. 1.12. Водозливна гребля

Рис. 1.13. Гребля з регульованим зливом:

1 -- куліса; 2 -- водозлив; 3 -- клапан-регулятор водозливу; 4 -- секторний гідротехнічний затвор

Існують переливні греблі, у яких розрахункові витрати води пропускають в нижній б'єф через поверхневі водозбори або через укріплені укоси греблі. Пропуск води через водозливні отвори на гребені греблі найчастіше регулюється затворами. Водозливні отвори можуть бути використані також для пропуску льоду, іноді дерев'яних лісозаготівельних колод, а при низькому порозі -- наносів і, при відповідних швидкостях течії і габаритах отвору, -- суден.

Величина напору на гребені водозливу призначається з умов досягнення можливо максимальних питомих (на 1 м довжини греблі) витрат води в кінці укріплення русла за греблею (на рисбермі) в нижньому б'єфі (проте з допустимими щодо захисту споруди від підмивання швидкою течією води), одержання мінімальної загальної вартості споруди, прийнятної висоти затворів і недопущення небезпечної вібрації тіла водозливу. На побудованих водозливних греблях величина напору на гребені зазвичай становить 2…8 м, досягаючи в окремих випадках 15…18 м. Питомі витрати приймаються до 50…60 м³/с на 1 погонний метр довжини водозливу для греблі на нескельних ґрунтах і до 100…120 м³/с -- на скельних.

1.4 Гідротурбіни й оборотні гідромашини

У гідротурбіні енергія водного потоку перетворюється в механічну енергію обертання вала, від якого приводиться в обертання ротор гідрогенератора, де механічна енергія перетворюється в електричну. Тип гідротурбін вибирається, виходячи з умов їх роботи, обумовлених напором, енергетичними й кавітаційними показниками, забезпеченням високих значень к.к.д. у заданому діапазоні напорів і навантажень.

Різноманіття природних умов приводить до того, що напори на ГЕС змінюються в широкому діапазоні від декількох метрів до 1000 м і більше, одинична потужність гідроагрегатів досягає 700 МВт і вище[7].

За принципом дії гідротурбіни поділяються на реактивні й активні. Основним робочим органом турбіни, в якому відбувається перетворення енергії, є робоче колесо. Вода до робочого колеса в реактивних турбінах підводиться через напрямний апарат, а в активних - через сопла. У реактивній турбіні тиск води перед робочим колесом більше атмосферного, а за ним може бути як більше, так і менше атмосферного тиску. В активній турбіні вода перед робочим колесом і за ним має тиск, рівний атмосферному.

Основним розміром турбіни, що визначає параметри її проточного тракту, є діаметр робочого колеса D₁, для великих турбін сягаючий більше 10 м.

Існує велика кількість різних видів турбін, однак у практиці гідроенергетичного будівництва широко використовуються чотири види: осьові, діагональні, радіально-осьові, які відносяться до реактивних, і ковшові активні турбіни.

Області застосування турбін різних видів залежно від напору показані на рис.1.14.

Рис. 1.14. Області застосування турбін різних видів

Області застосування турбін деяких видів можуть перекриватися. Так, при напорах 50-70 м можуть застосовуватися й осьові, і діагональні, й радіально-осьові турбіни. Оптимальний тип турбін вибирається на підставі техніко-економічних зіставлень різних варіантів.

Осьові турбіни бувають горизонтальні капсульні при напорах в основному до 25 м; поворотно-лопатеві вертикальні (турбіни Каплана) при напорах до 60 м; пропелерні при напорах до 60 м.

Робоче колесо осьової турбіни складається з лопатей, укріплених у корпусі з обтічником, і з'єднане з валом. Кількість лопатей звичайно становить від 4 до 8 і збільшується з підвищенням напору.

Робоче колесо з валом являють собою обертову частину турбіни.

Турбінна спіральна камера в основному виконується бетонною й має трапецоїдальний поперечний переріз. Тільки при відносно високих напорах (звичайно більш 50 м) застосовуються металеві турбінні камери круглого поперечного перерізу.

Колони статора турбіни призначені для передачі навантаження від верхнього опорного пояса статора до нижнього. Для зменшення гідравлічних втрат колони статора мають зручно обтічну форму.

Напрямний апарат складається з 20-32 напрямних лопаток, що залежить від діаметра розташування лопаток (D₀), які формують кільцеву решітку лопатей, створюючи закручення потоку перед його входом на лопаті робочого колеса. Крім того, лопатки напрямного апарата використовуються для регулювання потужності турбіни. Із цією метою кожна лопатка може повертатися на осі й при синхронному повороті всіх лопаток на деякий кут змінюється відкриття. Відповідно змінюються витрата, що пропускається, і потужність гідротурбіни.

Вода відводиться від робочого колеса за допомогою відсмоктувальної труби, що являє собою розширюваний водовід (дифузор), який забезпечує планове зниження швидкості до виходу потоку в нижній б'єф, дозволяючи зменшити кінетичну енергію потоку при виході з турбіни й за рахунок цього підвищити її к.к.д. Відсмоктувальна труба великих турбін завжди виконується з бетону.

Поперечний розріз будинку ГЕС із гідроагрегатом з осьовою турбіною показаний на рис. 1.15.



Рис. 1.15. Пригребельний будинок Нурекської ГЕС. Поперечний розріз:

1 - гідрогенератор; 2 - радіально-осьова турбіна; 3 - кульовий затвор; 4 - система спорожнювання турбінного трубопроводу; 5 - козловий кран; 6 - знімна кришка машзалу; 7 - мостовий кран машзалу; 8 - кран для обслуговування кульових затворів; 9 - колектор, що відводить системи опорожнення проточного тракту; 10 - знімна кришка; 11 - система техводопостачання гідроагрегата; 12 - головний підвищувальний трансформатор

Капсульні гідротурбіни з генератором у капсулі, що утворюють разом капсульний гідроагрегат, застосовуються при низьких напорах і великих витратах води, досягають потужності 70 МВт і вище при діаметрі робочих коліс 8 м і більше. Вони мають підвищені енергетичні показники (пропускну здатність й к.к.д.) завдяки прямоточному тракту й характеризуються зменшеними габаритами агрегатного блоку ГЕС, що дозволяє знизити вартість будівництва. Максимальний к.к.д. таких турбін досягає 94-95%.

При використанні капсульних агрегатів потік по довжині всього проточного тракту має мінімальні повороти й, що особливо важливо, прямовісний рух без повороту у відсмоктувальній трубі. Це приводить до зниження гідравлічних втрат і збільшення к.к.д. турбіни, особливо при великих витратах води. У результаті такі турбіни розвивають на 20-35% більшу потужність, ніж вертикальні того ж розміру. У капсульному агрегаті (рис. 1.16) металева герметична капсула, в якій розміщається генератор, розташовується звичайно з боку верхнього б'єфа, що забезпечує найбільш сприятливі гідравлічні умови в проточному тракті. Капсула опирається на залізобетонний бичок і порожні статорні колони, через які проходять маслоі шинопроводи. Регулююче кільце конічного напрямного апарата й сервомотори розташовані зовні капсули. Вхід у капсулу з машинного залу передбачений по вертикальній герметизованій металевій шахті. В Україні горизонтальні капсульні гідротурбіни виготовляються на ВАТ «Турбоатом». Такі гідротурбіни виробництва ВАТ «Турбоатом» одиничною потужністю 21 МВт при напорі 7,7 м встановлені на Київській ГЕС у кількості 20 агрегатів (див. рис. 1.16), на Канівській ГЕС (24 агрегати) - одиничною потужністю 23 МВт при напорі 7,4 м, на Єникидській ГЕС - одиничною потужністю 38,7 МВт при напорі 16 м (4 агрегати) в Азербайджані, а також на ГЕС Пурнарі II у Греції й на ГЕС Клостерфос у Норвегії. Капсульні гідротурбіни, виготовлені в Росії на ВАТ «Силові машини - ЛМЗ», встановлені на Саратовській ГЕС (2 агрегати) потужністю 47,3 МВт, напір 10,6 м, D₁=7,5 м;

Рис. 1.16. Капсульний агрегат Київської ГЕС:

1 - колони статора; 2 - шахта; 3 і 4 - ротор і статор генератора; 5 - масловодоприймач; 6 - підп'ятник; 7- капсула; 8 - бичок; 9 - напрямний апарат; 10 - робоче колесо турбіни; 11 - турбінний підшипник.

Найбільш великі капсульні агрегати встановлено на ГЕС Tadami потужністю 65,8 МВт, напір 20,7 м, D₁=6,7 м в Японії (1989 р.); ГЕС Hangjiang потужністю 48,2 МВт, напір 27,3 м, D₁=5,46 м у Китаї (2003 р.) У Бразилії на р. Мадейра будуються ГЕС Санто-Антоніо встановленою потужністю 3,15 млн.кВт і ГЕС Джирау встановленою потужністю 3,3 млн. кВт, де передбачається установка капсульних агрегатів одиничною потужністю 73,5 і 76,5 МВт при напорі 13,9 і 15,1 м, D₁=8,17 і 7,94 м відповідно.

Поворотно-лопатеві вертикальні гідротурбіни (Каплана) за обсягами використання перебувають на другому місці у світовій практиці після радіально-осьових гідротурбін. У цих турбінах лопаті виконуються поворотними, завдяки чому залежно від умов роботи (навантаження, напору) кут їх установки може змінюватися, що дозволяє одержати більш високі енергетичні показники.

Такі турбіни встановлені на каскаді Дніпровських ГЕС (Каховська, Дніпродзержинська, Кременчуцька), Волзьких ГЕС (Рибинська, Горьківська, Волзька, Саратовська) та ін.

Найбільш потужними турбінами цього типу виробництва ВАТ «Турбоатом» оснащені ГЕС Сальто Гранде (Аргентина-Уругвай) -- 138 МВт, а турбінами виробництва ВАТ «Силові машини - ЛМЗ» оснащені Волгоградська й Волзька ГЕС -- 115 МВт (Росія), Саратовська ГЕС -- 60 МВт при розрахунковому напорі 9,7 м з найбільшими турбінами, що мають діаметр робочого колеса 10,3 м (Росія).

Конструкція вертикальної поворотно-лопатевої турбіни показана на рис. 1.17 на прикладі турбіни Кременчуцької ГЕС (діапазон напорів 9,6-16,9 м, потужність 58 МВт, діаметр робочого колеса D₁=8,0 м).



Рис. 1.17. Розріз поворотно-лопатевій турбіні Кременчуцької ГЕС:

1 - колони статора; 2 - напрямні лопатки; 3 - нижнє кільце; 4 - кришка турбіни; 5 - лопаті робочого колеса; 6 - корпус робочого колеса; 7 - фланець вала; 8 - вал; 9 - обтічник робочого колеса; 10 - камера робочого колеса; 11 - висувний сегмент; 12 - важіль напрямної лопатки; 13 - серга; 14 - регулююче кільце; 15 - сервомотори; 16 - підшипник; 17 - опорна конструкція підп'ятника генератора

Діагональні гідротурбіни відображають прагнення використовувати поворотнолопатеві турбіни при більш високих напорах. Вони відрізняються від осьових турбін тим, що лопаті робочого колеса встановлені з нахилом до осі обертання (кут 45-60°). Лопаті робочого колеса -- поворотні, що дозволяє застосовувати поворотнолопатеві турбіни в області більш високих напорів і конкурувати з радіально-осьовими завдяки можливості більш широкого регулювання з урахуванням напору й витрати, підвищенню середньоексплуатаційного к.к.д.

Однак їх надійність нижча, ніж радіально-осьових турбін.

Найбільші діагональні турбіни виробництва ВАТ «Силові машини - ЛМЗ» встановлено на Зейській ГЕС потужністю 220 МВт при напорах 74,5-97,3 м, діаметрі робочого колеса 6,0 м (рис. 1.18).

Радіально-осьові гідротурбіни (Френсіса) знайшли найбільш широке застосування в гідроенергетиці. Вони застосовуються при напорах від 40 до 700 м.

На таких турбінах потік води входить у робоче колесо в радіальному напрямку, а виходить із нього в осьовому, у зв'язку із чим вони й названі радіально-осьовими.

Робоче колесо радіально-осьової турбіни складається з 12-17 лопатей, що утворюють кругову решітку. Лопаті жорстко закладені в маточину й обід, завдяки чому все робоче колесо одержує необхідну міцність і твердість. Робоче колесо з'єднане із фланцем вала.

Спіральна камера звичайно виконується металевою із круглим поперечним перерізом для кращого сприйняття значного внутрішнього тиску води.

Напрямний апарат, що складається з 16-24 напрямних лопаток, забезпечує необхідний напрямок потоку перед входом на робоче колесо.

Такі турбіни виробництва ВАТ «Силові машини - ЛМЗ» встановлені на Красноярській ГЕС із потужністю гідроагрегата 500 МВт, максимальний напір 101 м, розрахунковий 93 м, D₁=7,5 м; на Бурейській ГЕС потужністю 330 МВт, напір 120 м; на ГЕС Уїтес потужністю 211 МВт, напір 118 м (Мексика) та ін.

Рис. 1.18. Розріз по гідроагрегату Зейської ГЕС із діагональною поворотнолопатевою турбіною й зонтичним генератором:

1 - лопатки напрямного апарата; 2 - колони статора; 3 - сферична частина камери робочого колеса; 4 - нижній пояс камери робочого колеса; 5 - робоче колесо турбіни; 6 - кришка турбіни; 7 - спіральна камера; 8 - опорний фланець; 9 - сервомотор напрямного апарата; 10 - турбінний підшипник; 11 - мастилопроводи до сервомотора робочого колеса; 12 - вал; 13 - маслоприймач; 14 - генераторний підшипник; 15 - надставка вала; 16 - маточина ротора генератора; 17 - опорний конус; 18 - кришка робочого колеса; 19 - сервомотор робочого колеса; 20 - підп'ятник

Великі турбіни виробництва ВАТ «Турбоатом» встановлені на Нурекській ГЕС (рис. 1.19) з потужністю гідроагрегата 300 МВт, максимальний напір 275 м, розрахунковий 223 м (Таджикистан); на ГЕС Ла Йеска (Мексика) з потужністю 426 МВт, напір 186,7 м, турбіни з вбудованим кільцевим затвором.

Рис. 1.19. Розріз по гідроагрегату Нурекської ГЕС із радіальноосьовою турбіною й підвісним генератором:

1 - верхня хрестовина опорної конструкції ротора; 2 - охолоджувачі; 3 - підп'ятник (упорний підшипник); 4 - радіальні підшипники; 5 - розпірні домкрати; 6 - шини; 7 - кожух; 8 - охолоджувачі; 9 - корпус статора; 10 - сердечник статора; 11 - обмотка змінного струму статора; 12 - полюси ротора; 13 - обід ротора; 14 - колодки гальм; 15 - гальмове кільце ротора; 16 - остов ротора; 17 - фланець вала; 18 - маточина ротора; 19 - вал ротора; 20 - нижня хрестовини опорної конструкції ротора

Ці сучасні радіально-осьові турбіни виробництва ВАТ «Турбоатом» і «Силові машини - ЛМЗ» мають високий к.к.д., максимальна величина якого сягає 96%.

Найбільшими турбінами є радіальноосьові турбіни ГЕС Гренд-Кулі-3 (США) потужністю 820 МВт, напір 87 м, D₁=9,7 м; ГЕС Ітайпу (Бразилія - Парагвай) потужністю 800 МВт, напір 118,4 м і «Три ущелини» (Китай) з потужністю гідроагрегата 700 МВт, напори 71-113 м (розрахунковий 80,6 м), D₁=10 м, максимальний к.к.д. 96% фірм «Alstom Power» і «GE Hydro» (рис. 1.20).

Великі сучасні гідротурбіни також роблять фірми «Voith Siemens», «Tech Hydro», «Toshiba» й ін.

Рис. 1.20. Схематичне зображення спіральної камери й турбіни

Ковшові гідротурбіни застосовуються на ГЕС при великих напорах (більше 300 м) або на малих ГЕС, де гідротурбіна повинна працювати при дуже малих витратах (0,3-0,7 м³/с) і напорах 100 м і вище. Основними елементами ковшової турбіни є сопла й робоче колесо, яке складається з диска з робочими лопатями, схожими на ковші (звідси назва «ковшова»). Загальне число лопатей 12~40.

Конструктивні форми ковшових турбін значною мірою залежать від загального числа сопел, тобто числа струменів, що натікають із величезною швидкістю на лопаті турбіни. Збільшення числа струменів приводить до відповідного збільшення потужності турбіни при збереженні діаметра робочого колеса.

За положенням вала всі турбіни поділяються на дві групи - горизонтальні й вертикальні. У горизонтальних турбінах (рис. 1.21) використовуються схеми з однією й двома струменями, причому в другому випадку потрібна спеціальна форма розгалуження водовода. У вертикальних турбінах (рис. 1.22) застосовується охоплюючий спіральний водовід, що дає можливість використовувати різне число струменів, наприклад два, чотири, шість, а іноді й непарне їх число.

Рис. 1.21. Горизонтальна ковшова турбіна:

1 - водовід; 2 - робоче колесо турбіни; 3 - передтурбінний затвор; 4 - вал.

Рис.. 1.22. Вертикальна ковшова турбіна:

а - розріз по гідроагрегату; б - план ковшової шестисоплової турбіни; 1 - водовід; 2 - робоче колесо турбіни; 3 - сопло; 4 - генератор.

Вода до ковшових турбін підводиться по напірним водоводам.

На відміну від ковшових в осьових і радіально-осьових турбінах по всій довжині проточного тракту потік суцільний, напірний, робоче колесо обертається у воді й всі його лопаті постійно обтікаються потоком. Ці особливості осьових і радіально-осьових турбін уможливлюють використання робочим колесом всіх компонентів енергії води, що протікає: енергії тиску, енергії положення (потенційної) і кінетичної енергії.

У ковшових турбінах робоче колесо обертається в повітрі й тільки частина лопатей у цей момент часу перебуває у взаємодії з водою. Робоче колесо ковшових турбін може використовувати тільки кінетичну енергію води, тобто перед входом на робоче колесо вся її енергія повинна бути перетворена в кінетичну, що здійснюється за допомогою сопла. Таким чином, швидкість води (струменя) визначає величину кінетичної енергії, що підводиться до робочого колеса. Гранична величина швидкості води обмежується в основному величиною втрат, тобто рівнем падіння к.к.д.

В останні роки найбільш велика високонапірна ковшова турбіна встановлена на ГЕС Будрон у складі гідровузла Клузон-Диксан (Швейцарія) потужністю 400 МВт, напір більше 1800 м.

Оборотні гідромашини (насос-турбіни) одержали розвиток у зв'язку з інтенсивним будівництвом ГАЕС, в яких у нічний період, коли в енергосистемі є надлишок потужності, агрегати працюють у насосному режимі, перекачуючи воду з нижньої водойми у верхню, а в період максимуму навантаження у вечірній пік вони працюють у турбінному режимі, видаючи електроенергію в енергосистему. Таким чином, оборотна гідромашина працює як турбіна і як насос. Оборотні гідромашини можуть виконуватися, як і реактивні гідротурбіни, осьовими, діагональними й радіально-осьовими.

Область застосування оборотних гідромашин з однією й багатоступінчастими насос-турбінами безупинно розширюється у бік більш високих напорів.

При низьких напорах до 15 м на ГАЕС можуть застосовуватися горизонтальні капсульні оборотні агрегати.

При напорах до 150 м можливе використання діагональних насос-турбін, встановлених, наприклад, на японських ГАЕС Синкан і Такане 1.

При напорах від 60 до 600-700 м найбільше поширення у світі одержали вертикальні радіально-осьові насос-турбіни.

Найбільш потужні оборотні гідроагрегати з радіально-осьовими насос-турбінами, що мають високі енергетичні показники, встановлені в США на ГАЕС Реккун-Маунтін з потужністю в турбінному режимі 360-400 МВт, розрахунковий напір 297 м (максимальний -- 305 м), частота обертання 300 об/хв., D₁=4,95 м (рис. 1.23) і Бас Каунті - 360 -500 МВт, розрахунковий напір 329 м (384 м), частота обертання 257,1 об/хв., D₁=6,4 м, максимальні к.к.д. у насосному й турбінному режимах 92,7 і 92%; в Японії на ГЕС Kazunogawa - 400 МВт, напір 714 м, Kannagawa - 470 МВт, напір 653 м.

Рис. 1.23. Розріз по насос-турбіні ГАЕС Реккун-Маунтін:

1 - робоче колесо; 2 - лопатки напрямного апарата; 3 - колони статора; 4 - напрямний підшипник; 5 - вал; 6 - спіральна камера; 7 - сервомотор; 8 - трубопровід стисненого повітря для віджимання води з порожнини робочого колеса; 9 - трубопровід для відводу води з камери робочого колеса.

При напорах більше 700 м одержали поширення компактні багатоступінчасті насос-турбіни, на валу яких встановлено два й більше робочих коліс.

У Франції й Італії побудовані кілька ГАЕС із такими агрегатами потужністю по 130-150 МВт при напорах 700-1300 м.

Великі сучасні оборотні гідромашини виготовляють фірми «Voith Siemens», «Toshiba», «Tech Hydro», «GE Hydro», ВАТ «Cилові машини - ЛМЗ», ВАТ «Турбоатом» та ін.

Оборотні гідромашини виробництва ВАТ «Cилові машини - ЛМЗ» встановлені на Загорській ГАЕС (Росія) і Круонісській (Кайшадорській) (Литва) з потужністю гідроагрегата в турбінному режимі 200 МВт, розрахунковий напір 100 м, D₁=6,3 м, максимальні к.к.д. у насосному й турбінному режимах 92,0 і 92,5% (рис. 1.24); на Ташлицькій ГАЕС (Україна) потужністю 161 МВт, напір 73 м, D₁=6,3 м.

Рис. 1.24. Розріз по насос-турбіні Загорської ГАЕС:

1 - робоче колесо; 2 - лопатки напрямного апарата; 3 - спіральна камера; 4 - статор; 5 - відсмоктувальна труба; 6 - конус робочого колеса; 7 - колектор; 8 - вал; 9 - напрямний підшипник.

Найбільш потужні в Європі оборотні гідромашини виробництва ВАТ «Турбоатом» встановлюються на Дністровській ГАЕС (Україна) з потужністю гідроагрегата в турбінному режимі 380 МВт, напір 135 м, D₁=7,3 м, максимальний к.к.д. у насосному й турбінному режимах 92,8 і 93,5% відповідно (рис. 1.25). Завдяки вдосконаленню конструкції і технології виготовлення оборотних гідромашин зросли надійність їх роботи, к.к.д., коефіцієнт готовності до роботи, що важливо з огляду на їх інтенсивне використання в різних режимах.



Рис. 1.25. Розріз по оборотному агрегату Дністровської ГАЕС

1.5 Висновки

За умовами економічної нестабільності в Україні, зниження запасів джерел для вироблення електроенергії, збільшення енергоспоживання населенням та промисловістю реальним виходом із ситуації може стати відновлення старих та споруда нових МГЕС, оптимізація з можливістю роботи при низьких напорах та малих витратах.

Різноманіття природних умов призводить до того, що напори та витрати на ГЕС змінюються в широкому діапазоні, тому конструкцію та компонування вузлів ГЕС проводять індивідуально для кожного місцерозташування.

Отже, метою курсової роботи є розрахунок малої гідроелектростанції для певного географічного регіону.

Задачі курсової роботи:

1) розрахунок гідрологічних параметрів водотоку;

2) визначення об'єму водосховища та регулювання стоку;

3) розрахунок та підбір гідроагрегату;

4) визначення вироблення енергії проектованої ГЕС.

2. РОЗРАХУНОК МАЛОЇ ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ

2.1. Вихідні дані

Вихідними даними до курсової роботи були: модуль стоку, площа водозабору, мінімальний напір, ухил річки, ухил берегів та географічний район. Вихідні дані для курсової роботи представлені в табл. 2.1 та табл. 2.2.

Таблиця 2.1 Вихідні дані

№ вар.	М0, л/(скм2)	F, км2	Географічний район	Hmin, м
3	3	2500	3	5

Таблиця 2.2 Внутрішньорічний розподіл стоку басейну рік нижнього Дніпра та Пів. Буга України ( в долях норми стоку)

Місяці та декади
I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	ІХ	Х	ХІ	ХІІ
		1	2	3	1	2	3	1	2	3	1	2	3
0,3	0,3	0,3	1,0	2,0	10	4,0	1,9	1,0	1,0	1,0	0,7	0,7	0,7	0,6	0,6	0,5	0,5	0,7	0,4

2.2 Основні показники гідрологічних розрахунків

Норма стоку - відношення середнього багаторічного значення витрат ріки (за 40…50 років) до площі водозбирання. Цей показник характеризує середню величину стоку з басейну.

Модуль стоку - виражає норму стоку в питомих одиницях, тобто відношення кількості води (в л/с), що стікає з одного квадратного кілометра водозбору:

, л/с з 1км² , (2.1)



де Q₀ - середні багаторічні витрати, м³/с;

F - площа водозабору в км².

З формули 2.1 знайдемо середні багаторічні витрати :

, м³/с,

, м³/с.

Об'єм стоку:

, м³,

де T - число секунд в періоді, за який вимірюється стік (для року - 31,5410⁶с),

, м³.

Знайдемо річну висоту води (шару стоку):

.

Коефіцієнт варіації (С_V) - відношення середньоквадратичного відхилення до середньоарифметичного значення ряду Y:

,

де М₀ - норма стоку;

F - площа водозбирання.



.

Коефіцієнт асиметрії (С_S) - характеризує амплітуду коливань значень стоку в ряді спостережень. Даний коефіцієнт має стійке значення вже при аналізі спостережень за 10…20 років. При короткотермінових спостереженнях його значення приймається як:

С_S=2С_V,

С_S=20,407=0,814.

Розрахунок ординат аналітичної кривої забезпеченості методом моментів приводиться у табл. А.1. Максимум стоку відповідає значення 20,4 м³/с.; мінімум - 1,3 м³/с. Згідно з табл.А.1 будуємо аналітичну криву забезпеченості (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Аналітична крива забезпеченості річного стоку

...