27. Характеристики водохранилищ гэс
Водохранилищем называется искусственный водоем, образующийся перед плотиной. Основное отличие водохранилища от естественного водоема (озера, пруда) заключается в его возможности регулирования (перераспределения) речного стока и уровневого режима.
На рис. 17.5 представлены характерные уровни и объемы воды в водохранилище.
Нормальным подпорным уровнем (НПУ) называется максимальный уровень воды, при котором ГЭС и все сооружения гидроузла могут работать сколь угодно длительно. Объем водохранилища при отметке НПУ называется полным объемом. Минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его сработка при нормальной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Ниже этого уровня возможна лишь аварийная сработка водохранилища.
Объем воды между НПУ и УМО называется полезным, так как этот объем используется при регулировании стока в нормальных условиях эксплуатации.
Объем воды, находящийся ниже УМО, называется мертвым, так как он не используется в нормальных условиях эксплуатации.
При прохождении расхода очень редкой повторяемости (катастрофический паводок), существенно превышающего пропускную способность ГЭС и водосбросных сооружений, уровень воды в водохранилище повышается выше НПУ. Максимально возможный уровень воды в водохранилище по условиям надежности сооружений называется форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Объем водохранилища между отметками ФПУ и НПУ называется резервным. Он используется только для трансформации (срезки) половодий редкой повторяемости. Резервный объем должен быть сработан до НПУ сразу же по прошествии половодья.
На рис. 17.6 представлены статические характеристики водохранилища, показывающие зависимость отметок уровня водохранилища (верхнего бьефа) от объема Zв.б(V) и площади зеркала Zв.б(F) водохранилища.
Рассмотрим характеристики нижнего бьефа, которые представлены на рис. 17.7. Уровень воды в нижнем бьефе ГЭС определяется расходом, который пропускается в нижний бьеф через турбины, водосбросы или шлюзы гидроузла — Zн.б(Qн.б). Зимой кривая связи уровней воды и расходов нижнего бьефа будет располагаться выше вследствие уменьшения живого сечения нижнего бьефа за счет льда.
Эти статические характеристики бьефов используются в водно-энергетических расчетах. Учет неустановившегося движения в бьефах и приточности в водохранилище требует достаточно сложных гидроэнергетических расчетов, которые реализуются на ЭВМ.
28. Устройство и основное оборудование гэс.
Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции - гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтажная площадка для сборки и ремонта различного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.
В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или судоподъемники, способствующие навигации по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации.
По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). Классификация по напору приблизительно соответствует типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных - поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных - поворотнолопастные турбины в железобетонных спиральных камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер.
Устройство гидроэлектростанций отличается большим разнообразием. Здание ГЭС может составлять продолжение плотин и принимать на себя одинаковый с плотиной напор, а также располагаться под защитой плотины с низовой стороны или совмещаться с плотиной. Есть и бесплотинные ГЭС.
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.
По напорным трубопроводам с верхнего уровня вода подается на нижний уровень воды через гидравлическую (водяную) турбину. Гидротурбина кинетическую энергию потока воды, протекающего по напорному трубопроводу, преобразует в механическую энергию. Механическая энергия, создавая вращательный момент, вращает гидротурбину. Гидротурбина приводит во вращение, как правило, трехфазный электрический генератор. Электрическая энергия от генератора подается в электрические сети, к которым подключены потребители.
Мощность гидротурбины регулируется потоком воды через напорную трубу.
1- водоем, 2- жалюзи плотины, регулирующие поток воды через турбину, 3- линия электропередачи, 4- повышающий трансформатор, 5- электрогенератор, 6- нижний водоем, 7- нижний трубопровод, 8- спиральная камера, 9- гидравлическая турбина, 10- напорный трубопровод, 11- подача электроэнергии в электрические сети. 12-плотина