Мощность ГЭС и ее энергоотдача (выработка)

Для использования водной энергии участка реки необходима гидросиловая установка, в которой водная энергии преобразовывается в механическую работу. На современных силовых установках водная энергия превращается в электрическую, они называются: гидроэлектрическими силовыми установками, или ГЭС или гидростанциями.

Водяная турбина и электрический генератор ГЭС называется гидроагрегатом, если они соединены на одном валу или с помощью передаточного механизма.

С помощью гидротехнических сооружений концентрируется (сосредо­тачивается) падение реки, т.е. создается напор ГЭС, а воду направ­ляют через силовое(машинное)здание, где водная энергия с помощью гидроагрегата преобразуется в электрическую.

Гэс превращает в полезную работу не все энергоресурсы реки - часть их расходуется на преодоление различных сопротивлений:

- механических (трение в подшипниках гидроагрегата)

- гидравлических (трение воды о стенки, образование вихрей и др.)

- электрических (нагрев генератора и проводов)

 

Поэтому для определения мощности ГЭС вводят дополнительные множители, выражающие собой КПД:

 

-водоподводящих сооружений

-водяной турбины

-электрического генератора

 

Произведение Нη_с является напором (сосредоточенным падением) Н_ГЭС. Средние значения КПД электрогенератора ГЭС 0,95-0.97. КПД крупных водяных турбин 0.86-0.88.

В предварительных расчетах общий Кпд принимают равным 0.75. Тогда формула мощности ГЭС:

 

N_гэс=9.81Q_гэсНη_сη_гη_т.

 

Для очень крупных ГЭС с большими КПД и мощность равна:

 

N_гэс= (8.3-8.5)Q_гэсН_гэс

 

Суммарную мощность установленных на ГЭС гидроагрегатов называют установленной мощностью

Выработка энергии ГЭС за период времени Т при переменной мощности N_гэс определяется формулой:

 

Э_гэс=ʃΝ_гэсdT,

где Ν_гэс - фактическая мощность, с которой ГЭС работает в интервале времени ΔΤ.

Годовая выработка электроэнергии в кВт.ч определяется через объем стока проходящего за год через турбины:

 

Э_гэс=(W_гэсН_гэсη_гη_т)/367,2

 

Плотины

 

Сегодня мы рассмотрим плотины как наиболее общие гидротехнические сооружения, в тоже время наиболее важные. Водоподпорным называется сооружение, удерживающее воду с одной стороны на более высоком уровне чем с другой: часть водного объекта с более высоким уровнем называется верхним бъефом, по другую сторону – нижним. Разность уровней – напором. Плотиной называется водоподпорное сооружение перегораживающее русло или долину реки. Водоподпорные сооружения, устраиваемые вдоль берегов для защиты земель от затопления называются дамбами-валами.

К водоподпорным относятся следующие сооружения: специальные шлюзы (судоходные, регуляторы), плотоходы и др.

Классификации

- по цели устройств

- по возможности пропуска воды

- по основному материалу

- по высоте создаваемого напора

- по характеру основания

По цели устройства:

- для поднятия уровня

- для создания водохранилища

По возможности пропуска воды:

- глухие плотины

- водосбросные плотины

По основному материалу:

- земляные

- каменной наброски

- сухой каменной клади

- каменно-земляные

- каменные

- бетонные

- железобетонные

- деревянные

- прочие: сталь, синтетические, комбинированные

По цели создаваемого напора:

- низконапорные (до 25)

- средненапорные (до 75)

- высоконапорные (более 75)

По характеру основания (для фильтрации):

- на мягких грунтах

- на скальных

 

Взаимодействие река-плотина

 

Различают уровни.

Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооруже­ния могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нор­мальным подпорным уровнем (НПУ). Минимальный уро­вень водохранилища, до которого воз­можна его сработка в условиях нормаль­ной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, так как именно этим объемом воды и можно распоряжаться в различных хозяйственных и других целях. Объем же воды, находящейся ниже УМО, называется мертвым, так как использование его в нормальных условиях эксплуатации не предусматривается.

Пропускная способность гидроузла (его турбин, водосливных пролетов, донных отверстий, шлюзов) по экономическим и реже техническим соображениям ограниченна. Поэтому когда по водохра­нилищу идет расход очень редкой повто­ряемости (раз в сто, тысячу, а то и десять тысяч лет), гидроузел не в состоянии пропустить всю массу воды, идущую по реке. В этих случаях уровни воды на всем водохранилище и у плотины повы­шаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину; одновремен­но увеличивается пропускная способ­ность гидроузла. Такой подъем уровня выше НПУ в период прохождения вы­соких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водо­хранилища, а сам уровень — форсиро­ванным подпорным (ФПУ). На водохра­нилищах, используемых для водного транспорта или лесосплава, сработка уровня в период навигации ограничивается уровнем, при котором речной флот по состоянию глубин может про­должать нормальную работу. Этот уро­вень, находящийся между НПУ и УМО, называется уровнем навигационной сработки (УНС). Уровни воды, в особен­ности при НПУ и ФПУ, у плотины, в средней и верхней зонах водохранилища не одинаковы. Если у плотины уровень соответствует отметке НПУ, то по мере удаления от нее он повышается вначале на сантиметры, а затем и на десятки сантиметров, а в отдельных случаях и на один-два метра. Это явление носит название кривой подпора.

ФПУ

УМО

Действие на плотину

- размыв

- фильтрация

- давление

Скорости у плотины более 20 м/с.

 

рисунок

 

Поэтому устраивают

- понур

- водобой

- рисберму

- шпунты

 

 

 

Понур

Рисберма

Фундамент

плотина колодец (гибкая и жесткая)

шпунты водобой

Путь грунтовых вод

Концевое устройство

Действие на реку

 

- увлажнение микроклимата

- изменение флоры и фауны

- подпор повышает уровень грунтовых вод

- заболачивание

- выпадение лесов на севере

- засоление почв на юге

- всплытие торфяников

- заиление – выпад наносов по крупности

- переформирование берегов

 

Примеры:

- Земо-Авчальская на Куре за 5 лет на 60%

- Штеровское водохранилище на р. Миус на 85%

- Гиндукушское в Ср. Аз. за 15 лет полностью

 

Заиление поднимает уровень – затопляет берега; размывание ниже плотины (транспортирующая способность воды отстоявшейся воды повышается).

 

Фильтрация

 

Основания всегда проницаемы (поры, трещины) – это движение называется фильтрационным. Область фильтрации ограничивается сверху поверхностями сооружений, снизу кровлей водоупора. Входной поверхностью фильтрационного потока является дно верхнего бьефа, выходной – дни нижнего и проницаемые для воды части сооружения: рисберма, дренажные устройства.

Фильтрация воды напорная так как свободная поверхность отсутствует.

Линия контакта с сооружением называется контуром – ломаная линия.

Ее последствия:

- утечка

- фильтрующаяся воды оказывается гидростатическое давление на подошву сооружения снизу вверх (противодавление - вредно)

- механически и химически действует на грунт основания

Механическая и химическая суффозия

Удлинение пути фильтрации (контура) уменьшает последствия (при одном и том же напоре), поэтому удлиняют понуром перед шпунтовыми стенками (либо завесами).

Тот же процесс идет также и в берегах. Для чего считают скорость фильтрационного потока, его расход, противодавление.