1. (55) Типы гидроэнергетических установок (гэс, гаэс, пэс, нс). Основные параметры гидротурбин.

ГЭС – Гидроэлектростанции сооружаются на реках и используют для выработки электроэнергии энергию речного водотока. В России действуют 64 ГЭС мощностью выше 30 МВт, в т.ч. 23 ГЭС мощностью 300 МВт и более. Выработка электроэнергии ГЭС эквивалентна 60 млн. т. у. т. в год.

ГАЭС – Гидроаккумулирующие электростанции предназначаются для покрытия пиков графика электрической нагрузки в период глубоких провалов нагрузки. ГАЭС использует воду накопленную в водохранилище. Этим водохранилищем (верхний бассейн) может быть озеро, море или искусственный бассейн. Такое водохранилище нуждается в подпитке лишь на потери – фильтрацию воды, испарение.

ПЭС – Приливные электростанции. ПЭС для выработки электроэнергии используют энергию морских приливов и отливов. Приливы являются следствием взаимного притяжения системы Земля – Луна – Солнце. Они поднимают уровень морей у берегов до нескольких метров, с периодичностью 12 часов 25 минут.

НС-насосная станция - комплексная система для перекачки жидкостей из одного места в другое, включает в себя здание и оборудование: насосные агрегаты — насосы, трубопроводы и вспомогательные устройства. Используются в качестве инфраструктуры для нужд водоснабжения, канализации и т. д. Также используются для удаления воды на территориях в низменности, обводненных в результате прорыва воды или наводнения.

Основные параметры гидротурбин.

а) Полная удельная энергия жидкости , м

б) Напор брутто – разность отметок ВБ и НБ. Н_бр на станции представляет собою раз­ность отметок верхнего и нижнего бьефов, когда расход через тур­бины равен нулю, т.е. статический напор ГЭС: Н_ст = z_вб – z_нб

При работающих турбинах Н_БР определяется как разность полных удельных энергий потока в верхнем и нижнем бьефах, рисунок 3.1.

Н_БР = Е_А – Е_Б = (z_А + + ) – (z_В + + )

в) Напор нетто (турбины) – разность полных удельных энергий во входном и выходном сечении турбины

Полезный (рабочий) напор на турбине напор нетто Н_н меньше напора брутто на ГЭС при тех же отметках верхнего и ниж­него бьефов на величину потерь энергии в подводящих устройствах h_А-1 и представляет собою разность удельных энергий потока на входе и на выходе из турбины, т. е. это рабочий напор на турбине.

Н_Н =Н_БР – h_ПОТ = Е₁ – Е_В = (z₁ + + ) – (z_В + + )

Расчетным напором турбины называется наименьший напор, при котором можно получить номинальную мощность турбины. При напорах выше расчетного турбина может развивать мощность больше номинальной.

г) Объемный расход Q, м³/с, представляет собой количество воды, проходящей через турбину за одну секунду (включая объемные протечки и собственные нужды). При проектировании гидротурбины необходимо знать следующие величины расхода: расчетный расход Q_Р, максимальный расход Q_МАКС и расход холостого хода Q_ХХ.

Расчетный расход Q_Р — это расход через турбину при расчетных значениях напора, мощности и синхронной частоте вращения турбины. Максимальный расход через турбину Q_МАКС может иметь место при минимальном напоре для обеспечения заданной мощности турбины. Расход холостого хода Q_ХХ — это величина расхода при расчетном напоре Н_Р и синхронной частоте вращения, когда полезная нагрузка на турбине равна нулю.

д) Мощность N, кВт. Подводимая мощность к турбине представляет собою гидравлическую мощность потока на входе в турбину: Nп = = 9,81QH_Н, кВт.

Эффективная мощность турбины — это механическая мощность на валу турбины, которая является суммой мощности, замеренной на зажимах генератора; механических и электрических потерь в генераторе; потерь в подпятнике; мощности, потребляемой вспомогательными механизмами. Эффективная мощность турбины: N_ЭФ = 9,81QН_Нη_Т

Расчетная мощность турбины N_Р — это мощ­ность, которую она развивает при выбранном диаметре рабочего колеса и расчетных величинах напора и частоты вращения. Гидротурбину проектируют и изготавливают на расчетную мощность.

В процессе преобразования гидравлической энергии потока в механическую часть энергии в гидротурбине неизбежно теряется.

е) В результате механическая мощность турбины N_ЭФ меньше подводимой мощности. Отношение мощности на валу гидротурбины к под­водимой мощности потока называется полным КПД гидротурбины: η_Т = (N_ЭФ/ N_П)*100%

КПД турбины определяется ее режимом работы. Режим, при котором КПД турбины достигает максимального значения, называется оптимальным. Режим (Np, Нр), на который рассчитывают турбину и определяют ее основные параметры, называется расчетным. В зависимости от типа турбины, ее размеров, качества изготовления и других факторов КПД мощных гидротурбин на оптимальном режиме достигают 93—95%, снижаясь на нерасчетных режимах.

Так как в генераторе при преобразовании механической энергии в электрическую возникают электри­ческие, механические и другие потери, то КПД гидроагрегата: η_АГР = η_Т• η_Г

Коэффициент полезного действия генератора η_Г = 96 ÷ 98% для средних и мощных генераторов и мало изменяется при изменении нагрузки.

ж) Так как гидротурбина соединена с синхронным генератором переменного тока, то ее частота вращения должна быть строго определенной, т. е. синхронной. Ее определяют, пользуясь зависимостью: f =

частота переменного тока принята f = 50 гц, тогда синхронная частота вращения гидроагрегата: n = , об/мин, где p — число пар полюсов генератора.

Расчетная частота вращения n_Р равна синхронной частоте вращения, на которую гидротурбина проектируется.

Частота вращения холостого хода n_ХХ — это частота вращения возбужденного генератора, отключенного от системы.

Разгонная частота вращения n_РАЗГ – максимальное число оборотов, достигаемое агрегатом при полном сбросе нагрузки и при полностью открытом направляющем аппарате (для поворотно-лопастных гидротурбин — промежуточное положение лопаток направляющего аппарата и лопастей рабочего колеса).