Вопросы для самопроверки

 1)  Дайте характеристику АЭС. Перечислите основные типы реакторов АЭС.

 2)  Опишите принцип действия АЭС с различными типами реакторов.

3) Как АЭС воздействуют на окружающую среду?

Лекция 7. Гидроэлектростанции

План лекции:

Классификация ГЭС

Схема создания напора и основное оборудование ГЭС

Энергия и мощность ГЭС

Общие сведения о ветроэнергетике

Ветроэнергетические установки

Солнечные электростанции

 

Классификация ГЭС

Гидроэлектрические станции – это высокоэффективные ис­точники электроэнергии. В большинстве случаев гидроэлектро­станции представляют собой объекты комплексного назначения, обеспечивающие нужды электроэнергетики и других отраслей на­родного хозяйства: мелиорации земель, водного транспорта, во­доснабжения, рыбного хозяйства и пр.

Гидроэлектрическая станция – это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия водотока преобразу­ется в электрическую энергию. Она состоит из гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию пото­ка воды и создание сосредоточенного напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напо­ром воды в электрическую энергию.

В зависимости от напора ГЭС подразделяют: на высоконапор­ные (более 80 м), средненапорные (от 25 до 80 м) и низконапор­ные (до 25 м).

Принято называть совокупность гидротехнических сооружений, энергетическое и механическое оборудование гидроэнергетической установкой (ГЭУ).

Различают следующие основные типы гидроэнергетических установок:

- гидроэлектростанции (ГЭС);

- насосные станции (НС);

- гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

- приливные электростанции (ПЭС).

Гидроэлектростанции могут быть сооружены там, где имеются гидроресурсы и условия для строительства, что часто не совпада­ет с расположением потребителей электроэнергии. При сооруже­нии ГЭС обычно преследуют решение комплекса задач, а именно: выработки электроэнергии, улучшения условий судоходства, оро­шения. Единичная мощность гидроагрегатов достигает 640 МВт. Электрическую часть выполняют по блочным схемам генерато­ры – трансформаторы с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Гидроагрегаты высокоманевренны: разворот, синх­ронизация с сетью и набор нагрузки требуют от 1 до 5 мин. Гидро­электростанция может быть использована для работы в пиковой части суточного графика системы с частыми пусками и останова­ми агрегатов. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет 85-87%. Гидроэлектростанции существенно влияют на водный режим рек, рыбное хозяйство, микроклимат в районе водохрани­лищ, а также на лесное и сельское хозяйства, поскольку создание водохранилищ связано с затоплением значительных полезных для народного хозяйства площадей.

Гидроаккумулирующие электростанции предназначены для вы­равнивания суточного графика энергосистемы по нагрузке. В часы минимальной нагрузки они работают в насосном режиме (пере­качивают воду из нижнего водоема и запасают энергию); в часы максимальной нагрузки энергосистемы агрегаты ГАЭС работают в генераторном режиме, принимая на себя пиковую часть нагрузки. Гидроаккумулирующие электростанции сооружают в системах, где отсутствуют ГЭС или их мощность недостаточна для покрытия нагрузки в часы пик. Их выполняют из ряда блоков, выдающих энергию в сети повышенного напряжения и получающих ее из сети при работе в насосном режиме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии за счет по вышения уровня верхнего бьефа. Агрегаты высокоманевренны и могут быть быстро переведены из насосного режима в генера­торный или в режим синхронного компенсатора. Коэффициент полезного действия ГАЭС составляет 70... 75 %. Их сооружают там, где имеются источники водоснабжения и местные геологические условия позволяют создать напорное водохранилище.

В настоящее время в России работает Загорская ГАЭС мощно­стью 1200 МВт, ведется проектирование других ГАЭС.

В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлек­тростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турби­ны в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электро­энергию в энергосистему. В процессе работы ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую энергию в период пика нагрузки (за счет разности тарифов). Заполняя провалы нагрузки в энергосистеме, она позволяет работать агрегатам атомных и тепловых станций в наиболее экономичном и безопасном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт·ч электроэнергии в энергоси­стеме.

Насосная станция предназначена для перекачки воды с низких я отметок на высокие и транспортирования воды в удаленные пункты. На ней устанавливаются насосные агрегаты, состоящие из на­соса и двигателя. Насосная станция является потребителем электроэнергии.

Насосные станции используются для водоснабжения тепловых и атомных станций, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения, а также в ирригационных системах, в судоход­ных каналах, пересекающих водоразделы и т. п.

Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный пере­пад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС, в котором размещают­ся гидротурбины, генераторы, электрическое и механическое обо­рудование. В случае необходимости строятся водосбросные и судо­ходные сооружения, рыбопропускные сооружения и т.п.

Вода под действием силы тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гид­равлическая турбина соединена валом с ротором электрического генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидрогенератор. В турбине энергия водотока преобразуется в механическую энер­гию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реках каска­дов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Вол­жский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Гидроэлектростанции как источник электрической энергии име­ют существенные преимущества перед тепловыми и атомными электростанциями. Они лучше приспособлены для автоматизации и требуют меньшего количества эксплуатационного персонала. По­казательны следующие средние значения удельной численности персонала станций различного вида на 1 млн кВт установленной мощности: для ГЭС – 300, для ТЭС – 1400, для АЭС – 1800 чел. Но это только на самой станции, а еще нужно добавить трудозат­раты на добычу и транспортирование топлива, в итоге требуемая Удельная численность персонала на 1 млн кВт для ТЭС (АЭС) в среднем составляет 2500 чел.

В России построены и эксплуатируются крупные ГЭС: каскад Волжских ГЭС мощностью 2530 МВт и менее, Братская ГЭС – 4500 Мвт, Красноярская ГЭС – 6000 МВт, Саяно-Шушенская 1 ГЭС – 6400 МВт и др.

В настоящее время в мире и России большой интерес вызывает 1 возможность создания малых ГЭС мощностью до 30 МВт. Они могут создаваться в короткие сроки с использованием унифицированных гидроагрегатов и строительных конструкций с высоким уровнем автоматизации систем управления. Экономическая эффективность их использования существенно возрастает при комплексном использовании малых водохранилищ (восстановления объема водохранилища, рыбоводство, водозаборы для систем орошения и водоснабжения и т.п.).

Приливные электростанции (ПЭС) сооружаются на побережье морей и океанов со значительными приливно-отливными колебаниями уровня воды. Для этого естественный залив отделяется от моря плотиной и зданием ПЭС. При приливе уровень моря будет выше уровня воды в отделенном от него заливе, а при отливе, наоборот, ниже, чем уровень воды в заливе. Перепады этих уровней создают напор, который используется при работе гидро­турбин ПЭС.

В некоторых морских заливах приливы достигают 10... 12 м, а наибольшие приливы наблюдаются в заливе Фанди (Канада) – до 19,6 м.

Технические ресурсы приливной энергии России оцениваются в 200...250 млрд кВт ч в год и в основном сосредоточены у побе­режья Охотского, Берингова и Белого морей.