Vízerőmű

Vízierőmű ( HP ) - olyan erőmű , amely a víztömegek mozgását a medervízfolyásokban és az árapály mozgását használja fel energiaforrásként ; a hidraulikus szerkezet típusa . A vízerőműveket általában folyókra építik . A vízerőművek hatékony villamosenergia -termeléséhez két fő tényező szükséges: az egész évben biztosított vízellátás és a folyó lehetséges nagy lejtői, amelyek a vízépítési kanyonszerű domborzatot kedveznek.

Hogyan működik

A vízerőmű működési elve az , hogy a víznyomás energiáját egy vízerőmű segítségével alakítják át elektromos árammá .

A szükséges víznyomást gát és tározó építése , és ennek eredményeként a folyó egy meghatározott helyen való koncentrálása biztosítja; vagy természetes vízáramlással, gyakran származékkal . Egyes esetekben gátat és származékot együtt használnak a szükséges fej megszerzéséhez.

A vízerőműben a víz belép a hidroturbina lapátjaiba , amely meghajtja a hidrogenerátort , és közvetlenül villamos energiát termel. Minden erőmű a vízerőmű épületében található. A rendeltetéstől függően az épület sajátos felosztással rendelkezik. A gépházban elektromos generátor található . Vannak még mindenféle kiegészítő berendezés, vízerőmű, transzformátor állomás , kapcsolóberendezés és még sok más működésének vezérlésére és felügyeletére szolgáló eszközök.

Jellemzők

• A villamos energia költsége az orosz erőművekben több mint kétszer alacsonyabb, mint a hőerőművekben [1] .
• A HPP turbinák minden üzemmódban lehetővé teszik a működést az elsőtől a maximális teljesítményig, és lehetővé teszik a teljesítmény zökkenőmentes megváltoztatását, ha szükséges, a villamosenergia-termelés szabályozójaként.
• A hidraulikus egység a vízellátás után nagyon gyorsan kap teljesítményt (nulláról teljes teljesítményre - 30 másodpercről 2 percre), ami lehetővé teszi a vízerőmű manőverezhető üzemmódban történő használatát.
• A folyó folyása megújuló energiaforrás .
• A vízerőművek építése általában tőkeigényesebb , mint a hőerőművek.
• A hatékony erőművek gyakran távolabb vannak a fogyasztóktól, mint a hőerőművek.
• A tározók gyakran nagy területeket foglalnak el, de körülbelül 1963 óta védőszerkezeteket ( Kievskaya HPP ) kezdtek használni, amelyek korlátozták a tározó területét, és ennek következtében korlátozták az elárasztott területet. felszín (földek, rétek, falvak).
• A gátak gyakran megváltoztatják a halgazdaság jellegét , mivel elzárják a vándorló halak ívóhelyei felé vezető utat , de gyakran kedveznek magának a tározónak a halállományának növelését és a haltenyésztés megvalósítását.
• A hidroelektromos tározók egyrészt javítják a navigációt , másrészt azonban zsilipek használatát igénylik a hajók egyik medencéből a másikba való áthelyezéséhez.
• A víztározók mérsékeltebbé teszik az éghajlatot .

Osztályozás

A vízerőműveket a megtermelt teljesítménytől függően osztják fel :

• nagy teljesítményű - 25 MW és nagyobb teljesítményű;
• közepes - 25 MW-ig;
• kis vízerőművek  - 5 MW-ig.

A vízerőmű teljesítménye függ a víz nyomásától és áramlásától, valamint az alkalmazott turbinák és generátorok hatásfokától . Tekintettel arra, hogy a természeti törvények szerint a vízállás évszaktól függően folyamatosan változik, és több okból is, a ciklikus teljesítményt szokás a vízi erőmű teljesítményének kifejezéseként venni. Például egy vízerőműnek éves, havi, heti vagy napi működési ciklusa van.

A vízerőműveket a víznyomás maximális felhasználása szerint is felosztják :

• nagy nyomás - több mint 60 m;
• közepes nyomás - 25 m-től;
• alacsony nyomású - 3-25 m.

A víznyomástól függően különféle típusú turbinákat használnak a vízerőművekben . Nagynyomású - kanál és radiális-axiális turbinákhoz fém spirálokkal. Közepes nyomású erõmûveknél forgólapátos és radiális-axiális turbinák, kisnyomású erõmûveknél vasbeton kamrákban forgólapátos turbinák kerülnek beépítésre.

Minden típusú turbina működési elve hasonló - a víz áramlása belép a turbina lapátjaiba, amelyek forogni kezdenek. A mechanikai energiát így átadják egy vízi generátornak, amely elektromosságot termel. A turbinák bizonyos műszaki jellemzőkben, valamint a kamrákban - acél vagy vasbeton - különböznek egymástól, és különböző víznyomásokhoz tervezték.

A vízerőműveket a természeti erőforrások felhasználásának elve , és ennek megfelelően az ebből eredő víznyomás függvényében is felosztják. Íme a következő HPP-k:

• gát vízerőművek . Ezek a vízerőművek leggyakoribb típusai. A bennük lévő víznyomást a folyót teljesen elzáró gát felszerelésével hozzák létre, vagy a vízszintet a szükséges szintre emelik benne. Az ilyen vízerőműveket magas vizű síkvidéki folyókra, valamint hegyvidéki folyókra építik, olyan helyeken, ahol a meder keskenyebb, összenyomott.
• gát vízerőművek . Magasabb víznyomással épült. Ebben az esetben a folyót teljesen elzárja a gát, és maga a vízerőmű épülete a gát mögött, annak alsó részén található. Ebben az esetben a vizet speciális nyomásalagutakon keresztül juttatják a turbinákba, és nem közvetlenül, mint a folyóvízi erőművekben .
• elterelő HPP-k . Az ilyen erőműveket olyan helyeken építik, ahol a folyó lejtése nagy. Az ilyen típusú vízerőművekben a szükséges víznyomást levezetéssel hozzuk létre . A vizet speciális vízelvezető rendszereken keresztül vezetik el a folyó medréből. Utóbbiak kiegyenesítettek, lejtésük jóval kisebb, mint a folyó átlagos lejtése. Ennek eredményeként a víz közvetlenül az erőmű épületébe kerül. Az elterelő HPP-k különböző típusúak lehetnek - nem nyomás alatti vagy nyomáselterelős. Nyomáselterelés esetén a vezetéket nagy hosszirányú lejtéssel fektetik le. Egy másik esetben a levezetés kezdetén egy magasabb gátat hoznak létre a folyón, és egy tározót - ezt a sémát vegyes levezetésnek is nevezik, mivel mindkét módszert alkalmazzák a szükséges víznyomás létrehozására.
• szivattyús tárolós erőművek (PSPP). Az ilyen állomások képesek a megtermelt villamos energiát felhalmozni és csúcsterhelési időszakokban üzembe helyezni. A működés elve a következő: bizonyos időszakokban (nem csúcsterhelés) a PSP egységek külső energiaforrásról szivattyúként működnek, és vizet pumpálnak a speciálisan felszerelt felső medencékbe. Szükség esetén a víz bejut a nyomóvezetékbe, és meghajtja a turbinákat.

A vízerőművek összetétele, rendeltetésüktől függően, további építményeket is tartalmazhat, például zsilipeket vagy hajólifteket , amelyek megkönnyítik a hajózást a tározón, haljáratokat , öntözésre használt vízbevezető építményeket és még sok mást.

A vízi erőművek értéke abban rejlik, hogy megújuló természeti erőforrásokat használnak fel elektromos energia előállítására . Tekintettel arra, hogy a vízerőművekhez nincs szükség további tüzelőanyagra, a megtermelt villamos energia végső költsége jóval alacsonyabb, mint más típusú erőművek alkalmazásakor [2] .

Előnyök és hátrányok

Előnyök:

• megújuló energia felhasználása ;
• nagyon olcsó villamos energia;
• a munkát nem kísérik káros kibocsátások a légkörbe;
• gyors (a CHP/TPP-hez viszonyítva) hozzáférés az üzemi teljesítmény kimeneti módhoz az állomás bekapcsolása után.
• egyszerű művelet
• minimális munkaerőköltség

Hibák:

• termőföld elöntése ;
• az építkezést csak ott végezzük, ahol nagy vízenergia-tartalékok állnak rendelkezésre;
• a hegyvidéki folyók veszélyesek a területek magas szeizmicitása miatt;
• környezeti problémák: 10-15 napig csökkent és szabályozatlan vízkibocsátás a tározókból (hiányukig), egyedi ártéri ökoszisztémák szerkezeti átalakulásához vezet az egész mederben, ennek eredményeként a folyók szennyeződése , a tápláléklánc csökkenése, a halak száma , a vízi gerinctelen állatok eltávolítása , a szúnyogok összetevőinek megnövekedett agresszivitása a lárvaállapotú alultápláltság miatt, számos költöző madárfaj fészkelőhelyének eltűnése, az ártéri talaj elégtelen nedvessége , negatív növény szukcesszió (a fitomassza kimerülése ), a tápanyagok óceánokba való áramlásának csökkenése.

Történelem

A vízenergiát ősidők óta használják liszt őrlésére és egyéb célokra. Ebben az esetben a víz áramlása által forgatott kerék mechanizmus szolgált meghajtóként. Az 1770-es évek közepén Bernard Forest de Belidor francia mérnök Architecture Hydraulique című publikált munkájában függőleges és vízszintes forgástengellyel rendelkező hidraulikus gépeket írt le. A 19. század végére megjelentek az elektromos generátorok , amelyek hidraulikus hajtással kombinálva működhettek. Az ipari forradalom miatt megnövekedett villamosenergia-igény lendületet adott fejlődésüknek. 1878-ban üzembe helyezték "a világ első vízierőművét", amelyet William George Armstrong angol feltaláló tervezett Northumberlandben , Angliában. Ez egy olyan egység volt, amelyet egyetlen ívlámpára terveztek a művészeti galériájában. Az Egyesült Államokban, a Niagara-vízesés közelében található régi, 1. számú Schoelkopf Erőmű 1881-ben kezdett áramot termelni. Edison első világítási célú vízerőműve , a Vulcan Street 1882. szeptember 30-án kezdte meg működését Appletonban ( Wisconsin , USA), és körülbelül 12,5 kilowatt teljesítményt termelt.

De amikor felmerült a villamos energia ipari felhasználásának kérdése, kiderült, hogy túl vastag rézvezetékekre van szükség az egyenáramhoz. Ezért a coloradói aranykirálybánya felszerelésekor a Westinghouse Nikola Tesla szabadalmain alapuló projektjét, vagyis a kétfázisú váltóáramú rendszert részesítették előnyben. A mai napig a coloradói Ames vízierőművet tartják az elektromos áram első kereskedelmileg jelentős és sikeres ipari felhasználásának. Eddig a pontig minden alkalmazás főként a házak és utcák egyenáramú megvilágítására vonatkozó hazai és városi igényekre korlátozódott. Az Ames-i vízierőmű pedig bekerült az "IEEE jelentős helyszíneinek és eseményeinek listájába" ( en: List of IEEE milestones ). Maga Tesla azt írta önéletrajzában, hogy nem hajlandó részt venni a projektben, mert úgy vélte, hogy a váltakozó áram frekvenciájának 60 Hz-nek kell lennie, nem pedig 133-nak, ahogy azt a Westinghouse mérnökei szándékozták. A Tesla véleményét figyelembe vették a Niagara-vízesés vízierőművének két évvel későbbi felszerelésekor, az Egyesült Államokban még mindig a 60 Hz-es frekvencia a szabvány. A váltakozó áram tehát a vízerőművek építésének de facto szabványává vált, ami fontos mérföldkő volt az " áramlatok háborúja " során. Mindkét fázist (Nikola Tesla motorokhoz) és három fázist ( Dolivo-Dobrovolsky projektjeihez ) használtak transzformátorokkal a megfelelő számú fázishoz. Most három fázist használnak mindenhol.

1886-ban már 45 vízerőmű működött az Egyesült Államokban és Kanadában. 1889-re csak az Egyesült Államokban 200. A 20. század elején kereskedelmi társaságok sok kis vízerőművet építettek a városi területekhez közeli hegyekben. 1920-ra az Egyesült Államokban megtermelt villamos energia 40%-át vízerőművek termelték. 1925- ben Grenoble -ban (Franciaország) rendezték meg a Nemzetközi Vízenergia- és Turisztikai Kiállítást , amelyen több mint egymillió ember vett részt. A vízenergia fejlesztésének egyik mérföldköve az Egyesült Államokban és az egész világon a Hoover-gát építése volt az 1930 -as években .

Oroszországban

A legmegbízhatóbb azOroszország első vízerőműve a Berezovskaya (Zyryanovskaya) vízerőmű volt (ma a Kazah Köztársaság területe), amelyet Rudny Altájban építettek a Berezovka folyón (a Buhtarma folyó mellékfolyója). ) 1892 -ben . Négy turbina volt, 200 kW összteljesítményű, és a Zyryanovsky bánya bányavízelvezetését szolgálta volna villamos energiával [3] . Oroszország első ipari vízerőműve az 1903-ban épült Essentuki Beli Ugoli Erőmű volt ( Bely Ugol HPP ).

Az első szerepére állítja a Nygrinskaya vízierőművet is , amely 1896 -ban jelent meg Irkutszk tartományban a Nygri folyón ( a Vacsa folyó mellékfolyója ) . Az állomás erőművi berendezése két közös vízszintes tengelyű turbinából állt, amelyek három 100 kW-os dinamót forgattak. A primer feszültséget négy háromfázisú áramváltó alakította át 10 kV-ig, és két nagyfeszültségű vezetéken továbbította a szomszédos bányákba . Ezek voltak az első nagyfeszültségű távvezetékek Oroszországban . Az egyik vonalat (9 km hosszú) a goltsyon keresztül a Negadanny -bányáig, a másikat (14 km) - a Nygri-völgyön fel a Sukhoi Log forrás torkolatáig, ahol azokban az években az Ivanovszkij bánya működött. A bányákban a feszültséget 220 V-ra alakították át. A Nygrinskaya HPP áramának köszönhetően a bányákban elektromos felvonókat szereltek fel. Emellett villamosították a bányavasutat, amely a hulladékkő elszállítását szolgálta, amely Oroszország első villamosított vasútja lett [4] .

Az egyik első vízerőműnek tekinthető1897 - ben építették belga bányaiparosok az észak - oszétiai Alagir - szorosban , 7 km - re a modern Zaramagskaya HPP - 1 - től . A Szadoni Bányászati ​​Igazgatóság igényeire használták. Teljesítménye 552 kW volt. [5]

Oroszország meglehetősen gazdag tapasztalattal rendelkezik az ipari vízépítés terén, főleg magáncégek és koncessziók révén . Az Oroszországban a 19. század utolsó évtizedében és a 20. század első 20 évében épített ezekről az erőművekről szóló információk meglehetősen szerteágazóak, ellentmondásosak és speciális történeti kutatást igényelnek.

Az energiafejlesztés szovjet időszakában az ország villamosítására vonatkozó egységes nemzetgazdasági terv – GOELRO – különleges szerepére helyezték a hangsúlyt , amelyet 1920. december 22-én hagytak jóvá . Ezt a napot a Szovjetunióban szakmai ünneppé nyilvánították - az Erőműmérnökök Napja . A terv vízenergiának szentelt fejezete a "Villamosítás és vízenergia" nevet kapta. Felhívta a figyelmet arra, hogy a vízi erőművek elsősorban komplex felhasználás esetén lehetnek gazdaságilag előnyösek: villamosenergia-termelésre, hajózási feltételek javítására vagy meliorációra . Feltételezték, hogy 10-15 éven belül 21 254 ezer lóerő (15632 MW) összteljesítményű vízerőműveket lehet építeni az országban , ezen belül Oroszország európai részén - 5438 MW kapacitással. Turkesztán  - 2221 MW, Szibériában  - 7972 MW Az elkövetkező 10 évben 950 MW teljesítményű erőművek építését tervezték, de ezt követően tíz, az első ütemben 535 MW összteljesítményű erőművet terveztek. .

Bár a Munkás-Parasztvédelmi Tanács már egy évvel korábban, 1919 - ben védelmi jelentőségű objektumként ismerte el a Volhov és Svir vízierőművek építését. Ugyanebben az évben megkezdődtek a GOELRO-terv szerint [7] épített vízierőművek közül elsőként a Volkhovskaya vízierőmű építésének előkészületei .

Vízierőművek a világon

A legnagyobb vízerőművek

Oroszország legnagyobb vízerőművei

2017-ben Oroszországban 15 működő 1000 MW feletti vízerőmű és több mint száz kisebb kapacitású vízerőmű van.

Megjegyzések:

1. ↑ 1 2 3 4 Teljesítmény és termelés a tározó tervezési szintjén; jelenleg a tényleges kapacitás és teljesítmény jóval alacsonyabb, zárójelben látható.

Súlyos balesetek és események

• A vízenergia történetének legnagyobb balesete a kínai Banqiao víztározó gátjának meghibásodása a Ruhe folyónál , Henan tartományban, az 1975 -ös Nina tájfun következtében . A halottak száma több mint 170 ezer, 11 millióan megsérültek.
• 1943. május 17. - a Chastise  brit csapatok hadművelete a Möhne ( Möhnesee víztározó) és Eder (Edersee víztározó) folyók gátjainak aláásására , ami 1268 ember halálát okozta, köztük körülbelül 700 szovjet hadifogoly.
• 1963. október 9.  – az egyik legnagyobb hidraulikus baleset az észak- olaszországi Vaiont gátnál , több mint kétezer ember halt meg.
• 2005. február 11-én éjszaka a délnyugat - pakisztáni Beludzsisztán tartományban a heves esőzések miatt Pasni város közelében átszakadt egy 150 méteres vízerőmű. Ennek következtében több falut elöntött a víz, több mint 135 ember halt meg.
• 2007. október 5- én a vietnami Thanh Hoa tartományban található Chu folyón a vízszint meredek emelkedése után átszakadt az épülő Kyadat vízierőmű gátja. Mintegy 5 ezer házról derült ki, hogy az árvízi övezetben van, 35-en haltak meg.
• 2009. augusztus 17.  - baleset a Sayano-Shushenskaya vízerőműben (a legerősebb Oroszországban). A baleset következtében 75-en meghaltak, az állomás berendezéseiben és helyiségeiben súlyos károk keletkeztek.

Lásd még

• vízenergia
• Hidraulikus szerkezet
• Kis vízerőmű
• Hidroelektromos
• Víztároló erőmű
• Ellenszabályozó
• árapály erőmű
• A világ legmagasabb gátjainak listája

Jegyzetek

1. ↑ Interjú Dmitrij Szeljutyin professzorral Archív másolat 2016. február 13-án a Wayback Machine -nél // Vesti , 2009.08.22.
2. ↑ Vízierőmű (HPP) Archiválva : 2010. január 6. a Wayback Machine -n // elemo.ru
3. ↑ Berezovskaya HPP . Letöltve: 2010. november 14. Az eredetiből archiválva : 2011. január 12.. (határozatlan)
4. ↑ Az irkutszki régió energiaipara. "Tudomány Szibériában" újság 3-4. szám (2139-2140), 1998. január 23. (elérhetetlen link) . Letöltve: 2010. november 14. Az eredetiből archiválva : 2014. január 15. (határozatlan) 
5. ↑ A vízerőművek története . www.zaramag.rushydro.ru _ Letöltve: 2021. augusztus 15. Az eredetiből archiválva : 2021. augusztus 15. (határozatlan)
6. ↑ A GOELRO Bizottság anyagai szerint
7. ↑ Energiaipar. Orosz építők. XX század. M.: Mester, 2003. P.193. ISBN 5-9207-0002-5

Linkek

  A világ legnagyobb vízerőművei  Google Maps   KMZ ( KMZ címkefájl a Google Földhöz )

• A legnagyobb oroszországi vízerőművek térképe (GIF, 2003-as adatok)
• erőművek