Схемы использования водной энергии и типы гидростанций

В зависимости от того, каким способом создается (концентрируется) напор, различают следующие схемы гидроустановок:

1. Плотинную, при которой весь напор создается плотиной;

2. Деривационную, при которой напор создается деривационными (от-водными) сооружениями;

3. Смешанную плотинно-деривационную, при которой напор создается как плотиной, так и деривационными сооружениями.

Плотинные схемысоздания напора бываютприплотинные и русловые, представлены на рисунках 10.1 и 10.2. Плотина перегораживает русло реки, в результате чего уровень воды перед плотиной поднимается, образуя водохранилище той или иной емкости.

Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом (ВБ), а водное пространство за плотиной называется нижним бьефом (НБ).

Разность отметок уровней воды верхнего и нижнего бьефов называется статическим напором (Н _СТ).

Здание станции располагается или за плотиной (рисунок 10.1), или рядом

с плотиной (рисунок 10.2). Поверхность воды в верхнем бьефе перед плотиной образует кривую подпора, длина которой зависит от уклона реки. По этой при-чине используемый напор Н_СТ несколько меньше располагаемого напора Н_уч , на величину потери напора h _кр на участке кривой подпора, т. е.:

Н СТ =Н уч - h кр .

Деривационную схему создания напора применяют на горных реках,име-ющих значительные уклоны.

Рисунок 10.1. Поперечный разрез русловой гидроэлектростанции: 1 – за-твор водосброса; 2 – паз ремонтного затвора; 3 – основной затвор турбинноговодовода; 4 – генератор; 5 – трансформатор; 6 – аварийный затвор; 7 – турбина; ГВБ – горизонт верхнего бьефа; ГНБ - горизонт нижнего бьефа

Рисунок 10.2 - Поперечный разрез приплотинной гидроэлектростанции:

1 – провода на ОРУ; 2 – плоский затвор; 3 – машинный зал; 4 – генератор; 5 – спиральная камера; 6 – отсасывающая труба; 7 – турбина радиально-осевого типа; 8 – турбинный водовод; 9 – глубинный водоприемник; 10 – решетка; 11 – подъемный механизм щитов

При сравнительно прямолинейном русле реки вода отводится из нее от-крытым каналом, идущим по склону долины (рисунок 10.3.); причем отводному каналу придается уклон значительно меньший, чем уклон реки. Благодаря это-му уровень воды в конце канала оказывается на более высокой отметке, чем уровень воды в реке. Таким образом возможно сосредоточить напор воды, ко-торый используют для работы турбин гидростанции. Водовод, по которому во-да отводится из реки, называется деривацией. В качестве деривации может быть использован открытый канал, туннель, трубопровод и т.д.

Гидростанции, в которых напор создается деривацией, называются дери-вационными.

В ее состав входят следующие гидротехнические сооружения (рисунок 10.3): плотина 2, обеспечивающая поступление воды в деривацию; открытый деривационный канал 3, проходящий по склону берега реки; напорный бассейн 4, представляющий собой расширенный концевой участок канала и обеспечи-вающий соединение канала с напорными трубопроводами гидростанции; напорные трубопроводы 5, по которым вода из напорного бассейна подводится

к турбинам станции; здание станции 6, в котором размещается гидромеханиче-ское и электрическое оборудование станции; отводящий канал 7, по которому отработавшая вода от турбин сбрасывается обратно в реку.

Рисунок 10.3. Общий вид деривационной гидростанции: 1 - река; 2 – плотина; 3 – открытый деривационный канал; 4 - напорный бассейн; 5 – трубо-

провод; 6 – здание станции; 7 – отводящий канал

Гидроэнергопотенциал

В мире потенциал гидроэнергии в целом оценивается в 19000 ТВт · ч/год,

а его использование составляет лишь около 9 %. Процент использования гидроэнергии в разных регионах весьма различен, но ещё больше различия по странам (рисунок 10. 4). В настоящее время потенциал гидроэнергии использован в Германии на 75 %, Швейцарии на 80 %, США на 44 %, Канаде на 50 %, Японии на 65 %, Швеции и Италии на 74 %, Франции на 90 % и России на 21 %. Эти данные показывают процент использования гидроэнергии от располагаемого потенциала, который может быть реализован с экономической целесообразностью. Большое внимание в настоящее время уделяется созданию малых ГЭС на небольших реках и разработке бесплотинных ГЭС наплавного типа на реках с высокой скоростью течения.

	КНР	США	Япония	Норвегия	Швеция	Франция	Италия	Канада	Россия
Энергопотенциал страны, кВ.ч
Доля использу емого	92,4	331,35	92,4	106,6	64,6		44,73	304,95	226,8
Рисунок 10.4. Располагаемый и используемый потенциал гидроэнергии