1)ТИПЫ Гидроэнергетическая установка (ГЭУ) предназначена для преобразования механической энергии водного потока в электрическую энергию или, наоборот, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию воды.

Гидроэнергетическая установка состоит из гидротехнических сооружений, энергетического и механического оборудования. Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:

• гидроэлектростанции (ГЭС);

• насосные станции (НС);

• гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

• комбинированные электростанции ГЭС—ГАЭС;

• приливные электростанции (ПЭС).

Гидроэлектростанция — это предприятие, на котором гидравлическая энергия преобразуется в электрическую.

Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование (рис. 17.I). В случае потребности строятся водосбросные и судоходные сооружения, водозаборы для систем орошения и водоснабжения, рыбопропускные сооружения и т.п. Вода под действием тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидроагрегат. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реке каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

2) Основные схемы использования водной энергии. Плотинная схема.

Различают три основные схемы использования водной энергии:

• плотинная, при которой напор создается плотиной;

• деривационная, напор создается преимущественно с помощью деривации, выполняемой в виде канала, туннеля или трубопровода;

• плотинно-деривационная, в которой напор создается плотиной и деривацией.

Плотинная схема использования водной энергии обычно выполняется при больших расходах воды и малых уклонах ее свободной поверхности. Посредством плотины подпирается река и создается напор воды Н₀. Подпор воды от плотины распространяется вверх по реке. Разность уровней воды в верховье водохранилища и у плотины равна Н₀ + ∆h. Общее падение уровня реки на участке равно Н. Часть общего падения уровня реки ∆h будет потеряна при движении воды в верхнем бьефе. Сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, будет равен H₀ = Н - ∆h. Плотинная схема в зависимости от напора может быть русловой и приплотинной. Русловой называется такая гидроэлектростанция, в которой здание ГЭС входит в состав напорного фронта. В этом случае здание ГЭС воспринимает полное давление воды со стороны верхнего бьефа. Русловая ГЭС строится при сравнительно небольших напорах, например гидроэлектростанции Волжско-Камского каскада. На рис. 17.4 показан вид на Волжскую ГЭС (г. Самара) со стороны нижнего бьефа.

При средних и больших напорах, превышающих диаметр турбины более чем в 6 раз, здание ГЭС не может входить в состав напорных сооружений. Здание ГЭС располагается за плотиной и не воспринимает полное давление воды, а гидроэлектростанция называется приплотинной. Вода к турбинам приплотинной ГЭС подводится водоводами, размещенными в теле или поверх бетонной плотины, под грунтовой плотиной или туннелями в обход плотины. Примерами могут служить Красноярская, Братская и Саяно-Шушенская ГЭС. 3)Деривационная схема использования водной энергии обычно выполняется при малых расходах воды и больших уклонах ее свободной поверхности. В деривационной схеме плотина возводится невысокой, лишь обеспечивающей забор воды в деривацию, а напор создается за счет разности уклонов воды в реке и деривации. Деривация может выполняться безнапорной в виде открытого канала или безнапорного туннеля. Чаще деривация бывает напорной в виде напорного туннеля или напорного трубопровода. В плотинно-деривационной, или комбинированной, схеме используются наилучшим образом свойства предыдущих схем. Плотина создает водохранилище, а падение уровня реки ниже плотины используется деривацией. Чем выше по течению реки располагается плотина, тем меньше ее высота, меньше объем водохранилища и затопление территории, но удлиняется деривация и увеличиваются потери в ней напора. Месторасположение плотины, тип и длина деривации выбираются на основе технико-экономического обоснования. Для более полного использования падения реки и ее стока возводят каскад гидроэлектростанций, т.е. ряд ГЭС, последовательно расположенных по длине водотока от истока до устья. В составе каскада могут быть русловые, приплотинные или деривационные ГЭС. Каскады ГЭС построены и строятся на многих реках России: Волге, Каме, Енисее, Ангаре, Свири, Сулаке и др.

4) Питание рек. Распределение речного стока во времени.

пита́ние реки́

поступление, приток в реку вод различного происхождения. Может быть дождевое, снеговое, подземное, ледниковое. Обычно бывает смешанным с преобладанием одного из видов питания. В период весеннего половодья явно преобладает снеговое питание рек, в период межени – подземное. Особый интерес для различных отраслей водного хозяйства представляет соотношение поверхностного и подземного питания, поскольку подземная составляющая речного стока устойчива во времени и практически не требует регулирования. Для рек России подземное питание составляет немногим больше 20 % речного стока, тогда как для рек земного шара эта доля в ср. превышает 30 %. Определение вклада различных источников питания реки осуществляется на основе расчленения гидрографов речного стока, т. е. графиков, характеризующих изменение во времени расходов воды за год или часть года (сезон, половодье, паводок или межень). Гидрограф строится на основании данных наблюдений на гидрологических станциях и постах. Расчленение гидрографа осуществляют, ориентируясь на общие характерные особенности стока воды, поступающей из различных источников питания, проявляющиеся, в частности, в разной скорости движения воды. В период наступления макс. расходов воды, когда уровень её в реке может стоять выше уровня воды в отдельных подземных горизонтах, возможна подпитка их из реки. Затем, по мере снижения уровней воды в реке, эта вода возвращается в неё. Данный процесс носит название «береговое регулирование».

5. Типы водохранилищ и их классификация.

Водохрани́лище — искусственный водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.Водохранилища делятся на 2 типа: озёрные и речные. Для водохранилищ озёрного типа (например, Рыбинского) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) типа (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, обычно, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Основными параметрами водохранилища являются объём, площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.

Создание водохранилищ существенно изменяет ландшафт речных долин, а регулирование ими стока преобразует естественный гидрологический режим реки в пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят также и в нижнем бьефе гидроузлов, иногда на протяжении десятков и даже сотен километров. Особое значение имеет уменьшение половодий, в результате чего ухудшаются условия нереста рыб и произрастания трав на пойменных лугах. Уменьшение скорости течения вызывает выпадение наносов и заиление водохранилищ; изменяется температурный и ледовый режим, в нижнем бьефе образуется не замерзающая всю зиму полынья.

6)Основные характеристики водохранилищ. Цикл сработки водохранилищ.

В отличие от естественных замкнутых водоемов, которые не используются в качестве водохранилищ, в данном случае существует набор специальных терминов, характеризующих их допустимые водные запасы и уровни уреза воды:

• Нормальный подпорный уровень (НПУ) — оптимальная наивысшая отметка водной поверхности водохранилища, которая может длительно поддерживаться подпорным сооружением;

• Форсированный подпорный уровень (ФПУ) или горизонт форсировки — отметка водной поверхности водохранилища, превышающая НПУ, который, при проектировании гидроузла с известной пропускной способностью, определяется, исходя из площади водохранилища и максимально возможного притока воды. Превышение этого уровня может привести к переливу через гребень плотины и к другим аварийным ситуациям;

• Уровень мёртвого объёма (УМО) или горизонт сработки водохранилища — отметка водной поверхности, соответствующая наибольшему опорожнению водохранилища. Рассчитывается в соответствии с условиями заиления, необходимым уровнем воды для зимовки рыб, обеспечению экологических условий, технологическими особенностями подпорных сооружений и характеристиками притока в водоем;

• Мёртвый объём водохранилища — объём водоёма ниже отметки горизонта сработки водохранилища (УМО);

• Полезный объём водохранилища — часть объёма водоема между отметками оптимального наивысшего уровня горизонта (НПУ) и уровнем максимальной сработки водоёма (УМО);^[1]

• Емкость форсировки или Регулирующая емкость водохранилища — часть объёма водоема между отметками ФПУ и НПУ, предназначенная для уменьшения максимального расхода через гидроузел во время весеннего половодья или дождевых паводков;^[1]

• Объём или полный объём водохранилища — данная величина равна сумме мёртвого и полезного объёмов.

Цикл пополнения и сработки водохранилища - повторяющийся в ходе эксплуатации водохранилища интервал времени, в течение которого происходит пополнение полезного объема водохранилища и последующая или частичная его сработка.

В соответствии с продолжительностью цикла различают водохранилища многолетнего, сезонного, месячного, недельного и суточного регулирования.

При многолетнем регулировании сток маловодных лет пополняется за счет многоводных.

Сезонное регулирование направлено на аккумуляцию в водохранилищах стока половодья и паводков для использования в маловодные периоды года, а также предотвращает наводнения.

Месячное, недельное и суточное регулирование осуществляется в основном для целей гидроэнергетики.