Vattenkraftverk

Vattenkraftverk ( HPP ) - ett kraftverk som använder vattenmassornas rörelse i kanalvattendrag och tidvattenrörelser som energikälla ; typ av hydraulisk struktur . Vattenkraftverk byggs vanligtvis på floder . För effektiv produktion av elektricitet vid vattenkraftverk är två huvudfaktorer nödvändiga: en garanterad vattenförsörjning året runt och flodens eventuella stora sluttningar, vilket gynnar vattenbyggande kanjonliknande topografi.

Hur det fungerar

Principen för driften av ett vattenkraftverk är att vattentryckets energi omvandlas till elektricitet med hjälp av en vattenkraftsenhet .

Det nödvändiga vattentrycket tillhandahålls genom byggandet av en damm och en reservoar och, som ett resultat, koncentrationen av floden på en viss plats; eller genom ett naturligt vattenflöde, ofta med en härledning . I vissa fall används både en damm och en härledning tillsammans för att erhålla det nödvändiga huvudet.

I den hydroelektriska enheten kommer vatten in i bladen på hydroturbinen , som driver hydrogeneratorn och genererar direkt elektricitet. All kraftutrustning finns i vattenkraftverkets byggnad. Beroende på syftet har byggnaden sin egen specifika indelning. En elgenerator finns i maskinrummet . Det finns också all möjlig extrautrustning, enheter för att styra och övervaka driften av ett vattenkraftverk, en transformatorstation , ställverk och mycket mer.

Funktioner

• Kostnaden för el vid ryska kraftverk är mer än två gånger lägre än vid värmekraftverk [1] .
• HPP-turbiner tillåter drift i alla lägen från första till maximal effekt och låter dig byta effekt smidigt vid behov, och fungerar som en regulator för elproduktion.
• Hydraulenheten får kraft mycket snabbt efter vattentillförsel (från noll till full effekt - från 30 sekunder till 2 minuter), vilket möjliggör användning av vattenkraftverket i ett manövrerbart läge.
• Flodens flöde är en förnybar energikälla .
• Byggandet av vattenkraftverk är vanligtvis mer kapitalintensivt än värmekraftverk.
• Ofta är effektiva HPP mer avlägsna från konsumenterna än termiska anläggningar.
• Reservoarer upptar ofta stora områden, men sedan omkring 1963 började skyddsstrukturer ( Kievskaya HPP ) användas, vilket begränsade reservoarens yta och som ett resultat begränsade den översvämmade ytan yta (åkrar, ängar, byar).
• Dammar förändrar ofta fiskekonomins natur , eftersom de blockerar vägen till lekplatser för migrerande fisk, men gynnar ofta ökningen av fiskbestånden i själva reservoaren och genomförandet av fiskodling.
• Vattenkraftsreservoarer förbättrar å ena sidan navigeringen , men å andra sidan kräver de användning av slussar för att överföra fartyg från en pool till en annan.
• Reservoarer gör klimatet mer tempererat .

Klassificering

Vattenkraftverk är uppdelade beroende på den genererade kraften :

• kraftfull - producera från 25 MW och uppåt;
• medium - upp till 25 MW;
• små vattenkraftverk  - upp till 5 MW.

Kraften hos ett vattenkraftverk beror på trycket och flödet av vatten, samt på effektiviteten hos de turbiner och generatorer som används. På grund av det faktum att vattennivån enligt naturlagarna ständigt förändras, beroende på årstid, och även av ett antal skäl, är det vanligt att ta cyklisk kraft som ett uttryck för kraften i en vattenkraftstation. Till exempel finns det årliga, månatliga, veckovisa eller dagliga cykler för driften av ett vattenkraftverk.

Vattenkraftverk är också uppdelade efter maximal användning av vattentryck :

• högt tryck - mer än 60 m;
• medeltryck - från 25 m;
• lågtryck - från 3 till 25 m.

Beroende på vattnets tryck används olika typer av turbiner i vattenkraftverk . För högtrycksskopa och radiella axialturbiner med metallspiraler. Vid medeltrycks-HPP installeras roterande blad- och radiella-axialturbiner, vid lågtrycks-HPP installeras roterande bladturbiner i armerad betongkammare.

Funktionsprincipen för alla typer av turbiner är liknande - flödet av vatten kommer in i turbinbladen, som börjar rotera. Mekanisk energi överförs alltså till en vattenkraftsgenerator, som genererar elektricitet. Turbiner skiljer sig åt i vissa tekniska egenskaper, såväl som kammare - stål eller armerad betong, och är designade för olika vattentryck.

Vattenkraftverk är också uppdelade beroende på principen om att använda naturresurser , och följaktligen det resulterande vattentrycket. Här är följande HPP:er:

• damvattenkraftverk . Dessa är de vanligaste typerna av vattenkraftverk. Vattentrycket i dem skapas genom att installera en damm som helt blockerar floden eller höjer vattennivån i den till önskad nivå. Sådana vattenkraftverk är byggda på lågvattenfloder med högt vatten, såväl som på bergsfloder, på platser där flodbädden är smalare, komprimerad.
• damvattenkraftverk . Byggd med högre vattentryck. I det här fallet är floden helt blockerad av dammen, och själva byggnaden av vattenkraftverket ligger bakom dammen, i dess nedre del. Vatten, i det här fallet, tillförs turbinerna genom speciella trycktunnlar, och inte direkt, som i vattenkraftverk som rinner av floden .
• avlednings-HPPs . Sådana kraftverk byggs på platser där flodens sluttning är stor. Det nödvändiga vattentrycket i ett vattenkraftverk av denna typ skapas genom härledning . Vatten avleds från flodbädden genom speciella dräneringssystem. De senare är uträtade, och deras lutning är mycket mindre än flodens genomsnittliga lutning. Som ett resultat av detta tillförs vatten direkt till kraftverksbyggnaden. Avledning HPP kan vara av olika typer - icke-tryck eller med tryckavledning. Vid tryckavledning läggs ledningen med stor längdlutning. I ett annat fall, i början av härledningen, skapas en högre damm på floden och en reservoar skapas - detta schema kallas också blandad härledning, eftersom båda metoderna för att skapa det nödvändiga vattentrycket används.
• pumpkraftverk (PSPP). Sådana stationer kan ackumulera den genererade elektriciteten och sätta den i drift vid toppbelastningar. Funktionsprincipen är följande: under vissa perioder (inte toppbelastning) fungerar PSP-enheterna som pumpar från externa energikällor och pumpar vatten in i specialutrustade övre pooler. När behovet uppstår kommer vatten från dem in i tryckledningen och driver turbinerna.

Sammansättningen av vattenkraftstationer, beroende på deras syfte, kan också inkludera ytterligare strukturer, såsom slussar eller fartygshissar , som underlättar navigering genom reservoaren, fiskpassager , vattenintagsstrukturer som används för bevattning och mycket mer.

Värdet av en vattenkraftstation ligger i att de använder förnybara naturresurser för att producera elektrisk energi . Med tanke på att det inte finns något behov av ytterligare bränsle för vattenkraftverk är slutkostnaden för den genererade elen mycket lägre än vid användning av andra typer av kraftverk [2] .

Fördelar och nackdelar

Fördelar:

• användning av förnybar energi ;
• mycket billig el;
• arbete åtföljs inte av skadliga utsläpp till atmosfären;
• snabb (relativt CHP/TPP) åtkomst till driftläge för uteffekt efter att stationen slagits på.
• enkel operation
• lägsta arbetskostnad

Brister:

• översvämning av åkermark ;
• konstruktion utförs endast där det finns stora reserver av vattenenergi;
• bergsfloder är farliga på grund av områdenas höga seismicitet ;
• miljöproblem: minskade och oreglerade utsläpp av vatten från reservoarer under 10-15 dagar (upp till deras frånvaro), leder till omstrukturering av unika översvämningsekosystem i hela flodbädden, som ett resultat av flodföroreningar , minskning av näringskedjorna , en minskning av antalet fiskar , eliminering av vattenlevande ryggradslösa myggor (myggor) på grund av undernäring i larvstadierna, försvinnandet av häckningsplatser för många arter av flyttfåglar , otillräcklig fukt i flodslättens mark, negativ växt successioner (utarmning av fytomassa ), en minskning av flödet av näringsämnen till haven.

Historik

Vattenkraft har använts sedan urminnes tider för att mala mjöl och andra behov. I detta fall fungerade hjulmekanismen, roterad av vattenflödet, som drivkraft. I mitten av 1770-talet beskrev den franske ingenjören Bernard Forest de Belidor i sitt publicerade verk Architecture Hydraulique hydrauliska maskiner med en vertikal och horisontell rotationsaxel. I slutet av 1800-talet dök det upp elektriska generatorer som kunde fungera i kombination med en hydraulisk drivning. Den växande efterfrågan på elektricitet på grund av den industriella revolutionen satte fart på deras utveckling. 1878 togs "världens första vattenkraftverk" i drift, designat av den engelske uppfinnaren William George Armstrong i Northumberland , England. Det var en enhet designad för att driva en enkelbågslampa i hans konstgalleri. Det gamla Schoelkopf-kraftverket nära Niagarafallen i USA började producera el 1881. Edisons första vattenkraftverk för belysningsändamål, Vulcan Street började fungera den 30 september 1882 i Appleton , Wisconsin , USA, och producerade cirka 12,5 kilowatt kraft.

Men när frågan uppstod om industriell användning av elektricitet visade det sig att det krävdes för tjocka kopparledningar för likström. När man utrustade Gold King-gruvan i Colorado föredrogs därför Westinghouses projekt baserat på Nikola Teslas patent, det vill säga ett tvåfas växelströmssystem. Än idag anses Ames Hydroelectric Power Plant i Colorado vara den första kommersiellt betydelsefulla och framgångsrika industriella användningen av elektrisk ström. Fram till denna punkt har all tillämpning reducerats främst till hushålls- och stadsbehov för belysning av hus och gator med likström. Och Ames vattenkraftverk ingick i "List of Significant Sites and Events of the IEEE" ( sv: List of IEEE milestones ). Tesla skrev själv i sin självbiografi att han vägrade att delta i projektet, eftersom han trodde att frekvensen på växelströmmen borde vara 60 Hz, och inte 133, som Westinghouse-ingenjörerna hade tänkt sig. Teslas åsikt togs i beaktande när man utrustade vattenkraftverket vid Niagarafallen två år senare, frekvensen 60 Hz är fortfarande standard i USA. Växelström blev därmed de facto standarden för byggandet av vattenkraftverk, vilket var en viktig milstolpe under loppet av " strömkriget ". Både två faser (för Nikola Tesla-motorer) och tre faser (för Dolivo-Dobrovolskys projekt ) användes med transformatorer för motsvarande antal faser. Nu är det tre faser som används överallt.

År 1886 fanns det redan 45 vattenkraftverk i USA och Kanada. Bara i USA fanns det 200 år 1889. I början av 1900-talet byggdes många små vattenkraftverk av kommersiella företag i bergen nära stadsområden. År 1920 genererades upp till 40 % av den el som producerades i USA av vattenkraft. 1925 hölls den internationella utställningen för vattenkraft och turism i Grenoble (Frankrike) , som besöktes av över en miljon människor. En av milstolparna i utvecklingen av vattenkraft både i USA och i världen som helhet var byggandet av Hoover Dam på 1930 -talet .

I Ryssland

Det mest pålitliga är att det första vattenkraftverket i Ryssland var Berezovskaya (Zyryanovskaya) vattenkraftverk (nuvarande Republiken Kazakstans territorium), byggt i Rudny Altai vid Berezovkafloden (en biflod till Bukhtarmafloden) ) 1892 . Det var en fyrturbin, med en total kapacitet på 200 kW och var avsedd att tillhandahålla elektricitet till gruvavrinning från Zyryanovsky-gruvan [3] . Det första industriella vattenkraftverket i Ryssland var Bely Ugol HPP i Essentuki, byggt 1903 ( Bely Ugol HPP ).

För rollen som den första gör också anspråk på vattenkraftverket Nygrinskaya , som dök upp i Irkutsk-provinsen vid Nygrifloden (en biflod till Vachafloden ) 1896 . Stationens kraftutrustning bestod av två turbiner med en gemensam horisontell axel, som roterade tre 100 kW dynamos. Primärspänningen omvandlades av fyra trefasströmtransformatorer upp till 10 kV och överfördes via två högspänningsledningar till angränsande gruvor . Dessa var de första högspänningsledningarna i Ryssland . En linje (9 km lång) lades genom goltsy till Negadanny-gruvan, den andra (14 km) - uppför Nygri-dalen till mynningen av Sukhoi Log-källan, där Ivanovsky-gruvan fungerade under dessa år. Vid gruvorna omvandlades spänningen till 220 V. Tack vare elektriciteten från Nygrinskaya HPP installerades elektriska hissar i gruvorna. Dessutom elektrifierades gruvjärnvägen, vilket tjänade till att transportera gråberget, som blev den första elektrifierade järnvägen i Ryssland [4] .

En av de första kan betraktas som ett vattenkraftverk , byggd 1897 av belgiska gruvindustriister i Alagir-ravinen i Nordossetien , 7 km från den moderna Zaramagskaya HPP-1 . Den användes för Sadon Mining Administrations behov. Dess effekt var 552 kW. [5]

Ryssland hade en ganska rik erfarenhet av industriell vattenkonstruktion, främst av privata företag och koncessioner . Information om dessa HPP som byggdes i Ryssland under 1800-talets sista decennium och de första 20 åren av 1900-talet är ganska spridd, motsägelsefull och kräver speciell historisk forskning.

Under den sovjetiska perioden av energiutveckling lades tonvikten på den speciella rollen för den förenade nationella ekonomiska planen för elektrifieringen av landet - GOELRO , som godkändes den 22 december 1920 . Denna dag förklarades som en professionell helgdag i Sovjetunionen - Power Engineer's Day . Kapitlet i planen som ägnades åt vattenkraft kallades "Elektrifiering och vattenenergi". Den påpekade att vattenkraftverk kan vara ekonomiskt fördelaktiga, främst vid komplex användning: för att generera elektricitet, förbättra navigeringsförhållandena eller landåtervinning . Det antogs att det inom 10-15 år skulle vara möjligt att bygga vattenkraftverk i landet med en total kapacitet på 21 254 tusen hästkrafter (15 632 MW), inklusive i den europeiska delen av Ryssland - med en kapacitet på 5 438 MW, i Turkestan  - 2221 MW, i Sibirien  - 7972 MW Under de kommande 10 åren var det planerat att bygga HPP med en kapacitet på 950 MW, men därefter planerades att bygga tio HPP med en total driftskapacitet på de första etapperna på 535 MW .

Även om redan ett år innan, 1919 , erkände Arbetar- och Bondeförsvarsrådet byggandet av Volkhov och Svirs vattenkraftstationer som föremål av försvarsbetydande betydelse. Samma år började förberedelserna för byggandet av Volkhovskaya-vattenkraftverket, det första av de vattenkraftverk som byggdes enligt GOELRO-planen [7] .

Vattenkraftverk i världen

De största vattenkraftverken

Rysslands största vattenkraftverk

Från och med 2017 har Ryssland 15 vattenkraftverk över 1000 MW i drift och mer än hundra vattenkraftverk med mindre kapacitet.

Anmärkningar:

1. ↑ 1 2 3 4 Effekt och generering vid reservoarens designnivå; för närvarande är den faktiska kapaciteten och produktionen mycket lägre, vilket visas inom parentes.

Stora olyckor och tillbud

• Den största olyckan i vattenkraftens historia är dammbrottet i Kinas Banqiao-reservoar vid floden Ruhe i Henan-provinsen, till följd av tyfonen Nina 1975 . Dödssiffran är mer än 170 tusen människor, 11 miljoner skadades.
• 17 maj 1943  - de brittiska trupperna Chastises operation för att undergräva dammarna vid floderna Möhne ( Möhnesee- reservoaren ) och Eder (Edersee-reservoaren), vilket resulterade i att 1268 människor dog, inklusive cirka 700 sovjetiska krigsfångar.
• 9 oktober 1963  - en av de största hydrauliska olyckorna vid Vaiontdammen i norra Italien , mer än två tusen människor dog.
• Natten till den 11 februari 2005, i provinsen Baluchistan i sydvästra Pakistan , bröt en 150 meter lång vattenkraftsdamm igenom nära staden Pasni på grund av kraftiga regn. Som ett resultat översvämmades flera byar, mer än 135 människor dog.
• Den 5 oktober 2007, vid Chu-floden i den vietnamesiska provinsen Thanh Hoa , efter en kraftig höjning av vattennivån, slog dammen till Kyadats vattenkraftverk under uppbyggnad igenom. Cirka 5 tusen hus visade sig vara i översvämningszonen, 35 personer dog.
• 17 augusti 2009  - en olycka vid Sayano-Shushenskaya vattenkraftverk (den mest kraftfulla i Ryssland). Till följd av olyckan dog 75 personer och allvarliga skador orsakades på stationens utrustning och lokaler.

Se även

• vattenkraft
• Hydraulisk struktur
• Litet vattenkraftverk
• Vattenkraft
• Vattenkraftverk
• Motregulator
• tidvattenkraftverk
• Lista över de högsta dammar i världen

Anteckningar

1. ↑ Intervju med professor Dmitry Selyutin Arkivexemplar daterad 13 februari 2016 på Wayback Machine // Vesti , 2009-08-22
2. ↑ Vattenkraftstation (HPP) Arkiverad 6 januari 2010 på Wayback Machine // elemo.ru
3. ↑ Berezovskaya HPP . Hämtad 14 november 2010. Arkiverad från originalet 12 januari 2011. (obestämd)
4. ↑ Kraftindustrin i Irkutsk-regionen. Tidningen "Science in Siberia" nr 3-4 (2139-2140) 23 januari 1998 (otillgänglig länk) . Hämtad 14 november 2010. Arkiverad från originalet 15 januari 2014. (obestämd) 
5. ↑ Historia av vattenkraftverk . www.zaramag.rushydro.ru _ Hämtad 15 augusti 2021. Arkiverad från originalet 15 augusti 2021. (obestämd)
6. ↑ Enligt GOELRO-kommissionens material
7. ↑ Kraftindustri. ryska byggare. XX-talet. M.: Mästare, 2003. S.193. ISBN 5-9207-0002-5

Länkar

  De största vattenkraftverken i världen  Google Maps   KMZ ( KMZ - etikettfil för Google Earth )

• Karta över de största vattenkraftverken i Ryssland (GIF, 2003 data)
• kraftverk