Гидравлические турбины

Гидравлические турбины преобразовывают энергию воды в механическую энергию рабочего колеса турбины.

Если в турбине кинетическая энергия, то турбина активная, если кинетическая и потенциальная, то реактивная.

К реактивной турбине при прохождении водой через рабочее колесо меняется давление в потоке:

Гидравлические турбины бывают:

• низконапорные (напор <25м)

• средне напорные(от 25 до 80 м)

• высоконапорные (>80м).

В зависимости от диаметра рабочие колеса турбины бывают:

• Малые

• Средние

• Крупные

Ковшовая активная турбина:

Радиально-осевая турбина:

ступица

рабочие лопатки колеса

нижний отвод

лопатки направленного аппарата.

Пропеллерная турбина:

втулка

рабочие лопасти

обтекатели

отсасывающая труба

лопатки направленного аппарата

Поворотно-лопастная турбина:

Двухперовая турбина:

Диагональная турбина:

Эффективно работает при больших колебаниях.

Кавитация – это физическое явление вскипания жидкости в потоке при прохождении потом через область низкого давления и последующая конденсация пузырьков пара.

Основные сооружения ГЭС

русловая ГЭС

приплотинная ГЭС

тело плотины

здание ГЭС

Платины бывают железобетонными и грунтовыми.

3 варианта бетонных плит:

гравитационная наклоненная бетонная плита

арочная контрфорсы

контрфорсная горизонтальные туннели (партерные)

В составе ГЭС: шлюзы, рыбоходы, водозаборные сооружения (для нужд ирригации и мелиорации), деривация, акведуки.

Красноярская и СШ ГЭС

К ГЭС:

• мощность 6 мил кВт

• 12 гидроагрегатов

• Расположена на 36 км выше Красноярска

• Среднемноголетний сток Енисея в створе 88 км³

• Ширина русла в створе 75 м

• Площадь водохранилища 2000 км²

• Полная емкость водохранилища 73,3 км³

• Полезная емкость 30,4 км³

• Площадь затопленных сельскохозяйственных угодий 120 тыс. Га

• Высота 124 м, имеет треугольный профиль

• Коэффициент устойчивости на сдвиг плоскости подошвы 1,4

СШ ГЭС:

• Мощность 6,4 мил к Вт

• 10 гидроагрегатов

• Комплексное включение СШ ГЭС и ниже по течению контр регулирующую Маинскую ГЭС.

• Среднегодовая выработка энергии 22,8 мил кВт

• Среднемноголетний сток в отборе 46,7 км³

• Площадь водохранилища 621 км²

• Полная емкость 31,3 км³

• Полезная емкость 15,3 км³

• Площадь затопленных сельскохозяйственных угодий 18,3 тыс. Га

• Высота 245 м

• Длинна по гребню 1066 м

• Ширина по основанию 105,7 м

• Коэффициент запаса на устойчивость 1,62.

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (НВИЭ)

Причины повышения внимания:

1. закончилась эпоха дешевых энергоносителей (ископаемые источники)

2. стремление к независимости стран лишенных топливной базы

3. рост содержания в атмосфере

4. природоохранная психология людей развитых стран.

НВИЭ вырабатывают 30 ГВт электрической энергии.

2000г- 1,2% электроэнергии

2010г-2,5%

2020г-8%

Солнечная энергия

• Полная мощность излучения солнца

• распространение от солнца до Земли

• Плотность лучистого светового потока в близи поверхности Земли

• непосредственно на поверхности Земли -

• температура солнечных глубин

• Температура поверхности солнца

Основные направления использования солнечной энергии:

1. непосредственное преобразование солнечной энергии в электрическую

с помощью полупроводниковых фотоэлектро-преобразователей (ФЭП).

2. создание паротурбинных установок, работающих по циклу Ренкина, в которых обычный паровой котел заменен солнечным котлом с гелие - концентратором.

Солнечная энергия, используемая для нужд теплоснабжения, в близи экватора от 50⁰ Ю.Ш. до 50⁰ С.Ш. применяются солнечные крыши.

Суммарная мировая установленная мощность солнечных электростанций около 400МВт из них 350МВт – это паротурбинные СЭС, построенные в Калифорнии в 80-90г.г.

Геотермальные энергии

Геотермальные энергии – это энергии Земных глубин.

радиус Земли.

верхний слой Земли.

Мантия до , глубже ядро.

В центре Земли идет ядерный распад

На глубине -можно использовать теплоту

на глубине - не используют.

Используется теплота гейзеров.

Тепловой поток на поверхности Земли идущий с центра составляет .

Природный источник на Камчатке, на Курильских островах.

Первая геотермальная станция 1967г.- Паужетская гео ТЭС, ее мощность 5 МВт (в последствии 11МВт).

1999г.- Верхмутновская гео ТЭС.

Энергия ветра

Ветроэнергетические установки делятся на две группы:

1. ВЭУ мощностью более 100кВт

2. ВЭУ мощностью менее 100кВт

В России две ветроэнергетические установки по 1МВт. В качестве начального строительства Колмыкской ВЭС проектной мощностью 120МВт. До 10 установок по 250 кВт и несколько более мощных за рубежом.

Энергия биомассы

Энергия биомассы - органическое вещество растительной или животной происхождения, которое может быть использовано для получения энергии или технически удобных видов топлива, путем термохимической или биологической конверсии.

Энергия морских волн

Вдали от берега

Совместная работа ТЭС, АЭС, ГЭС в энергетической системе

В 2000г. в России было выработано 876 мил кВт/ч электроэнергии, в том числе на ТЭС-66%, на ГЭС – 19% и на АЭС-15%

В 2020г. – 1630мил. К Вт/ч электроэнергии, в том числе ТЭС-67%, на ГЭС-12%, АЭС-21%.

Режим работы электростанции охарактеризует график нагрузки:

• Суточный

• Недельный

• Годовой

ТЭС могут работать как при постоянном таки и при переменном режиме.

Разновидности переменных режимов:

1. режим разгрузки от максимального до технически минимального.

2. остоновочно - пусковой режим

3. моторный режим

Под моторным режимом понимают полную разгрузку турбогенератора, с переводом его без отключения в двигательный режим с потреблением электроэнергии из системы.

Современная теплоэнергетика развивается за счет ввода высокоэкономичных блоков мощностью 300-500-800 МВт. Работа таких агрегатов в переменном режиме повышает аварийность, долговечность, экономичность.

В некоторых энергосистемах для покрытия пиков используются малоэкономичные ТЭС. С низкими и средними параметрами пара.

За рубежом применяют маневренные газотурбинные и парогазовые установки, в том числе отработавшие авиационные двигатели.

АЭС работают в базовой части графика, теоретически АЭС на тепловых нейтронах способна менять мощность от 70 до 100% от номинальной.

Режим работы ГЭС определяется, прежде всего, водностью рассматриваемого периода и режимом работы энергосистемы. Маневренные качества ГЭС бесспорны.

Для покрытия пиков нагрузки наиболее эффективны гидровакуумные ЭС.

Другой принципиальный путь – это уменьшение пиковости самого графика. С этой целью ночью подключают специальных потребителей и дифференциальные тарифы часовых поясов.