Что такое гидроэнергия, ее источники, плюсы и минусы

Парогенераторы.

Парогенератор паротурбинной электростанции, работающей на ископаемом топливе, представляет собой котельный агрегат с топкой, в которой сжигается топливо, испарительными поверхностями, в трубах которых вода превращается в пар, пароперегревателем, повышающим температуру пара перед подачей в турбину до значений, достигающих 600° C, промежуточными (вторичными) пароперегревателями для повторного перегрева пара, частично отработавшего в турбине, экономайзером, в котором входная питательная вода нагревается отходящим топочным газом, и воздухоподогревателем, в котором топочный газ отдает свое остаточное тепло воздуху, подводимому к топке.

Для подачи в топку воздуха, необходимого для горения, применяются вентиляторы, создающие в ней искусственную, или принудительную, тягу. В одних парогенераторах тяга создается вытяжными вентиляторами (дымососами), в других – приточными (напорными), а чаще всего и теми и другими, что обеспечивает т.н. уравновешенную тягу с нейтральным давлением в топке.

При сгорании топлива негорючие компоненты, содержание которых может достигать 12–15% полного объема битуминозного и 20–50% бурого угля, оседают на подовине топочной камеры в виде шлака или сухой золы. Остальное проходит через топку в виде пыли, от которой полагается очищать отходящие газы, прежде чем выпускать их в атмосферу. Пылезолоочистка осуществляется циклонами и электрофильтрами, в которых частицы пыли заряжаются и осаждаются на коллекторных проволоках или пластинах, имеющих заряд противоположного знака.

Нормативами для новых электростанций ограничивается выброс в атмосферу не только твердых частиц, но и диоксида серы. Поэтому непосредственно перед дымовой трубой в газоходах предусматриваются химические скрубберы, часто устанавливаемые после электрофильтров. В скрубберах (мокрых или сухих) с помощью различных химических процессов из отходящих газов удаляют серу.

Из-за высокой требуемой степени пылезолоочистки в настоящее время применяют еще и тканевые рукавные фильтры с встряхиванием и обратной продувкой, содержащие сотни больших тканевых рукавов – фильтровальных элементов.

Типы гидроэлектростанций

Несмотря на сходный принцип действия, существуют ГЭС разных типов. Так как при их строительстве в большинстве случаев используется естественный рельеф местности, то различия связаны с использованием конкретных преимуществ, которые предоставляют природные условия. Типы гидроэлектростанций:

• Деривационные. Размещаются на горных реках, где перепад высот позволяет использовать энергию падающего потока, но сильное течение исключает строительство плотины. Потоки воды направляют в специальные отводы, наклон которых сооружают так, чтобы обеспечить необходимый напор.
• Плотинные. Основной тип ГЭС, предусматривающий строительство плотины, перегораживающей русло реки и создающей водохранилище. Плотина часто также имеет функцию борьбы с наводнениями. Благодаря водному резервуару, с помощью которого можно регулировать поток воды, электростанция способна реагировать на изменение потребления энергии (снижать и увеличивать выработку) и адаптироваться к сезонным колебаниям количества проточной воды.
• Смешанного типа. Применяются в тех случаях, когда для успешной работы деривационных ГЭС необходимо и возможно построить плотину для создания резерва воды с целью регулирования потока.
• Аккумуляторные (ГАЭС). У них есть два резервуара для воды: верхний и нижний. В период низкого энергопотребления электростанция перекачивает воду из нижнего в верхний, таким образом накапливая потенциальную энергию (это насосная работа ГАЭС). В свою очередь, генератор начинает работать, когда энергопотребление возрастает. Вода поступает из верхнего резервуара, приводя в движение турбину, посредством которой вырабатывается электричество.
• Приливные (ПЭС). Используют колебания уровня воды, часто в устьях рек, где приливные явления вызывают двунаправленный поток. На прибрежном участке возводят плотину. Для эффективной работы необходимо, чтобы перепад воды был не менее 5 м. Мощность таких электростанций невелика, это связано с низкой энергией проточной воды. Большинство ПЭС используют пропеллерные турбины. Некоторые из них имеют внушительные размеры. Во Франции турбины, расположенные в нижней части Ла-Манша, имеют диаметр 21 м и мощность около 2,2 МВт.

Существует классификация гидроэлектростанций по совокупной мощности установленных генераторов, позволяющая разделить малые и крупные ГЭС, но она отличается для разных стран. Например, в Португалии, Испании, Ирландии, Греции и Бельгии 10 МВт было принято в качестве верхнего предела для малых ГЭС, в Италии – 3 МВт, Швеции – 1,5 МВт, а в Польше – 5 МВт.

Однако эти границы достаточно условны и могут изменяться государственными нормативными актами. Так, В США сначала максимальная мощность малых ГЭС была равной 5 МВт, затем 15 МВт, а сейчас уже 30 МВт. В РФ также гидроэлектростанции мощностью более 30 МВт считаются крупными.

Атомная станция теплоснабжения

Первые проекты таких станций были разработаны ещё в 70-е годы XXвека, но из-за наступивших в конце 80-х годов экономических потрясений и жёсткого противодействия общественности, до конца ни один из них реализован не был.

Исключение составляют Билибинская АЭС небольшой мощности, она снабжает теплом и электричеством посёлок Билибино в Заполярье (10 тыс. жителей) и местные горнодобывающие предприятия, а также оборонные реакторы (они занимаются производством плутония):

• Сибирская АЭС, поставляющая тепло в Северск и Томск.
• Реактор АДЭ-2 на Красноярском горно-химического комбинате, с 1964 г．поставляющий тепловую и электрическую энергию для города Железногорска.

На момент кризиса было начато строительство нескольких АСТ на базе реакторов, аналогичных ВВЭР-1000:

• Воронежская АСТ
• Горьковская АСТ
• Ивановская АСТ (только планировалась)

Строительство этих АСТ было остановлено во второй половине 1980-х или начале 1990-х годов.

В 2006 году концерн «Росэнергоатом» планировал построить плавучую АСТ для Архангельска, Певека и других заполярных городов на базе реакторной установки КЛТ-40, используемой на атомных ледоколах.

Имеется проект, строительства необслуживаемой АСТ на базе реактора «Елена», и передвижной (железнодорожным транспортом) реакторной установки «Ангстрем»

Преимущества и недостатки

Гидроэнергетика обладает неоспоримыми преимуществами:

• Чистота электроэнергии. Она вырабатывается при абсолютном отсутствии вредных выбросов.
• Возможность строительства мощных электростанций при соответствующих природных условиях.
• Гибкость производства. Система плотин позволяет регулировать интенсивность потока воды и конечную выработку электроэнергии. Электростанции легко адаптируются к уровню энергопотребления.
• Высокая безопасность. Так как ГЭС не используют ископаемое или ядерное топливо, внутри этих станций нет риска взрыва с тяжелыми последствиями.

Недостатки гидроэнергетики:

• Высокий уровень инвестиций в строительство.
• Неблагоприятное воздействие на окружающую природу. Возведение гидроэлектростанций плотинного типа нарушает естественную экосистему, так как затапливаются огромные участки суши. Строительство вблизи ГЭС линий электропередачи, новых дорог, прокладка кабелей также оказывает влияние на ландшафт.
• Необходимость иметь адекватные природные условия: значительный перепад воды в реках, выраженные приливные явления. Большинство мест, пригодных для строительства мощных гидроэлектростанций, уже использованы.
• В отдельных районах имеется риск засухи. Длительное отсутствие осадков не очень предсказуемо, иногда может привести к полному прекращению выработки электроэнергии и способно вызвать проблемы в энергосистеме.

5 Классификация

По способу расположения:

• Вертикальные
• Горизонтальные

Чаще используются именно вертикальные гидрогенераторы, т.к. они более устойчивы к нагрузкам, создаваемым потоком воды. Выделяют два основных типа вертикальных генераторов:

• Подвесные
• Зонтичные

Рисунок 4 – Генераторы подвесного и зонтичного типа

Отличаются в основном расположением подпятника. В подвесных генераторах подпятник опирается на на верхнюю крестовину, расположенную на станине статора.В зонтичных подпятник расположен под ротором и опирается на нижнюю крестовину облегченной конструкции.

При частотах вращения до 200 об/мин гидрогенераторы выполняются преимущественно в зонтичном исполнении, свыше 200 об/мин – в подвесном. При частотах вращения свыше 250 об/мин вертикальные гидрогенераторы выполняются исключительно в подвесном исполнении.

При зонтичной конструкции иногда удается снизить высоту агрегата и машинного зала за счет облегчения верхней крестовины и этим уменьшить также массу агрегата и расход материалов.

Существующие крупные ГЭС

В мире на данный момент более 60 стран покрывают половину от всего потребляемого электричества именно энергией, получаемой с помощью гидростанций.

В России

Гидроэнергетические ресурсы в России обширны, так как страна насчитывает огромное количество рек. Всего в России на данный момент работает 189 гидроэлектрических станций, вырабатывающих 20% от общего количества электроэнергии.

Саяно-Шушенская ГЭС имени Непорожного (Хакасия)

Строилась ГЭС с 1963 по 2000 год на р. Енисей. Первый запуск был осуществлен в 1978 г. Полностью станция заработала в 86 г., но после этого по сооружению пошли трещины, и оно начало разрушаться. Именно на этой ГЭС, одной из самых крупных в РФ, в 2009 г. произошла единственная авария, унесшая жизни 75 человек. Из-за разрушения одного из агрегатов машинный зал был затоплен. Ремонт длился до 2011 г., целиком станция заработала в 2014. Мощность станции – 6400 МВт.

Красноярская ГЭС (Красноярский край)

Красноярская станция (6000 МВт) также строилась на р. Енисей с 56 по 72 гг. и впервые ввела агрегаты в 1967 г. Это самая рентабельная тепловая станция на территории России и вторая по рентабельности ГЭС.

Братская ГЭС (Иркутская область)

Эта станция с мощностью 4500 МВт была построена в 1954 г. на р. Ангара, агрегаты вводились с 61 по 66 гг. Станция является крупнейшей в Сибири и первой по рентабельности в РФ.

В мире

Три ущелья, Китай

Это призер по величине среди всех ГЭС на Земле мощностью в 22.5 тысячи МВт. Вырабатывает 10% от всей электроэнергии в Китае. Год запуска агрегатов – 2003. Полную мощность станция набрала в 2012 г. Дамба построена на р. Янцзы.

Итайпу, Парагвай

Мощность этой станции составляет 14 000 МВт. Год начала строительства – 84. Всего на станции работает 18 агрегатов. ГЭС поставляет электричество примерно пятой части Парагвая.

«Гури», США, Венесуэла

Мощность «Гури» – 10 235 МВт. Этой мощности хватает, чтобы поставлять ток 65% всего штата. Станцию начали строить в 63 г., а первые агрегаты заработали в 78 г. Это самая крупная ГЭС в США и третья по величине в мире.

Недостатки и преимущества АЭС

Любой инженерный проект имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Положительные стороны атомных станций:

• Отсутствие вредных выбросов;
• Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (золаугольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
• Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
• Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
• Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.

Отрицательные стороны атомных станций:

• Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;
• Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;
• Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;
• Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

Электрический КПД электростанций

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. При производстве электрической энергии только часть (кинетической, тепловой и т.д.) преобразуется в электрическую энергию, остальное выделяется в виде тепла Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»). η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

η=A/Q*100%

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии.

КПД теплового двигателя — отношение совершённой полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле:

η=(Q₁-Q₂)/Q₂

где Q₁ — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q₂ — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах горячего источника T₁ и холодного T₂, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен:

η=(T₁-T₂)/T₂ 

Тепловой КПД электростанций

При производстве электрической энергии часть тепловой энергии утилизируется на теплоснабжение. Соотношение между потраченной энергией и утилизированной, выраженное в процентах называется тепловым КПД.

Общий или суммарный КПД электростанций

Сумма КПД электрического и теплового КПД называется КПД использования топлива. Чем выше электрический и суммарный КПД, тем экономичнее работа электростанции. На АЭС и ГРЭС чаще всего тепло не используется и суммарный КПД равен электрическому. При расчете технико-экономического обоснования строительства (ТЭО) станции берется суммарный КПД. При выполнении проета отдельно разрабатывается схема выдачи электрической и тепловой мощности. Для стимулирования более высокого коэффициента использования топлива принят ФЗ-261 энергосбережение и о повышении энергетической эффективности.

Электрический КПД станций, работающие на сжигании органического топлива

При сжигании органического топлива для расчетов КПД берется удельная теплоемкость топлива.

2014 Оглавление

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ НЕФТИ И ГАЗА им. М.С.Гуцериева

КАФЕДРА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

ОТЧЕТ

по производственной практике

Выполнил: студент гр. ОБ – 140400 – 41

Кошелев Ю.С.

Руководитель от предприятия:

Фисенко С.В.

Ижевск

Введение 3

1.Характеристика Воткинской ГЭС 3

2.Характеристика основного энергетического оборудования 5

Противоаварийная автоматика 9

3.Технико-экономические показатели Воткинской ГЭС за 2013 год.Выработка электроэнергии за год 11

4.Планирование режимов работы ГЭС 12

Регулирование напряжения: 15

5.Собственные нужды ГЭС 20

6.Сведения о работе гидроэлектростанции 22

7. Управление водохранилищами 24

Список используемой литературы: 1

Введение

Производственная практика — одна из частей учебного процесса, которая необходима для закрепления теоретических знаний.

Объектом практики является Филиал ОАО «РусГидро» — «Воткинская ГЭС».

Сроки прохождения практики: с 14 июля 2014 года, по 26 июля 2014 года.

Главная цель производственной практики заключается в предоставлении возможности будущему специалисту получить навыки в области избранной профессиональной деятельности. А также в возможности проявить полученные во время учебы знания и умения на практике.

Задачей производственной моей практики является более глубокое ознакомление с оборудованием Воткинской ГЭС.

1.Характеристика Воткинской гэс

Воткинская ГЭС — один из узловых системообразующих пунктов сети электроснабжения Уральского региона России. К основным задачам станции относится: работа в пиковой части графика нагрузки, обеспечение высокооперативного резерва при различных нарушениях и отклонениях планового режима, регулирование водотока реки Кама для обеспечения судоходства и бесперебойной работы водозаборных сооружений городов.

Являясь важным узлом в объединенной энергосистеме Урала, Воткинская ГЭС непосредственно связана с Пермской, Удмуртской, Кировской, Башкирской и Свердловской энергосистемами. Станция участвует в автоматическом регулировании частоты и перетоков мощности по линиям электропередач «Центр — Урал». Как станция с суточным и частично сезонным регулированием, ГЭС покрывает утренние и вечерние пиковые нагрузки в Уральской энергосистеме.

По воспоминаниям первостроителей гидроэлектростанции, именно сооружению Воткинской ГЭС был обязан своим возникновением город Чайковский. Небольшой рабочий поселок на берегу Камы ныне превратился в современный красивый город, получивший имя гениального композитора.

Сооружение на Каме каскада из трех гидроэлектростанций (Камской, Воткинской, Нижнекамской) явилось одним из важнейших достижений гидротехники страны. Это пример разностороннего использования водных ресурсов для удовлетворения потребностей различных отраслей экономики: энергетики, речного транспорта, водоснабжения.

Строительство Воткинской ГЭС на р. Кама решило многие важные задачи, главная из которых — наиболее полное использование водно-энергетических ресурсов для получения большого количества недорогой электроэнергии. Гидроэлектростанции на Каме повысили надежность энергоснабжения единой энергосистемы страны. В районе расположения гидроузлов были созданы условия для развития территориально-промышленных комплексов, защиты от наводнений городов и населенных пунктов, сооружены авто- и железнодорожные переходы через Каму, образованы крупные водохранилища, обеспечивающие надежное водоснабжение прилегающих районов и городов.

Гидроэлектростанция строилась по русловой схеме с 1955 по 1965 год. В ее состав входит:

• бетонная плотина для слива воды высотой 44,5 м и длинной 191 м%;

• намытые земляные плотины высотой до 35,5 м и общей длинной 4470 м;

• защитная дамба в верхнем бьефе примыкающая к судоходному однокамерному двухниточному шлюзу;

• само здание ГЭС имеющее длину 273 м и проложенный автомобильный переход по ее сооружениям.

Таблица 1.Характеристика водохранилища:

Условия для строительства ГЭС

Гидроагрегаты различаются по размеру от «микро-гидрос», которые отдают энергию нескольким сооружениям, до огромных платин, охватывающих не несколько домов, и даже не десяток, а целые города. Размер гидроэлектростанции влияет на её мощность, однако это далеко не все важные характеристики, влияющие на эффективность ГЭС.

Важно место расположения ГЭС. Материалы, которые используются для создания стен плотины, должны быть прочными, чтоб удерживать поток воды

Электростанция должна быть расположена вдоль реки, озера, моря или другой воды.

Чтобы построить ГЭС нужны большие вложения и в дальнейшем постоянный надзор над работой станции.

Гидроэлектростанции в Бразилии

Почти вся вырабатываемая в стране электроэнергия вырабатывается гидроэлектростанциями. Бразилия обладает третьим по величине гидроэнергетическим потенциалом в мире, уступая только Канаде и США. Кроме того, он также занимает третье место в рейтинге стран с самым высоким гидравлическим потенциалом, опередив только Россию и Китай.

Основными бразильскими гидроэлектростанциями являются:

• Бинасная гидроэлектростанция Итайпу: часть штата Парана и часть Парагвая.
• Гидроэлектростанция Белу-Монте: расположена в Рио Сингу, штат Пара.
• Гидроэлектростанция Тукуруи: расположена на реке Токантинс, штат Пара.
• Гидроэлектростанция Джирау: расположена на реке Мадейра в штате Рондония.
• Гидроэлектростанция Санто Антонио: расположена на реке Мадейра, в штате Рондония.

Коэффициент нагрузки.

Немногие ГЭС все время работают на полной мощности. Иногда это невозможно из-за нехватки воды, а иногда лишено смысла из-за отсутствия нагрузки. Коэффициент нагрузки электростанции – это отношение средней потребляемой мощности за данный период к пиковой мощности в этот же период. При использовании накопительного водохранилища, в котором вода аккумулируется в часы пониженных нагрузок, ГЭС на водотоке, который годен для выработки лишь 10 МВт, может обслуживать нагрузку в 15–20 МВт, если коэффициент нагрузки лежит в пределах от 0,50 до 0,67. Это относится к отдельной ГЭС, самостоятельно обслуживающей свою нагрузку. Если же она включена в энергетическую систему, в которую входят и другие электростанции, то может быть переведена в режим с пиковой мощностью, значительно превышающей 20 МВт, но при меньшем коэффициенте нагрузки.

В энергетические системы, как правило, входят не только ГЭС. Если в системе имеются и тепловые электростанции (ТЭС), то ГЭС может работать по своему графику нагрузки, отличному от общего. От нее требуется, чтобы она приносила наибольшую пользу всей системе. Для этого ГЭС может, например, работать на максимально возможной мощности при имеющемся запасе воды, чтобы экономилось топливо, или же работать только в часы пиковой нагрузки системы, чтобы снизить требуемую мощность ТЭС и, следовательно, необходимые инвестиции на их сооружение и эксплуатацию.

Устройство и конструкция ГЭС

Обычные гидроэлектростанции включают четыре основных компонента:

• Дамба. Поднимает уровень воды в реке, чтобы создать энергию падающей воды. Также контролирует подачу воды. Образующийся резервуар – это, по сути, накопленная энергия.
• Турбина. Сила падающей воды, толкающей на лопатки турбины, заставляет турбину вращаться. Водяная турбина очень похожа на ветряную мельницу, за исключением того, что энергия обеспечивается падающей водой вместо ветра. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию.

• Генератор Соединенный с турбиной, валами и, возможно, шестернями поэтому, когда турбина закручивается, генератору нужно также ей раскрутить. Генераторы на гидроэлектростанциях работают так же, как и генераторы на других типах электростанций, он нужен.
• Линии электропередач. Проводят электричество от гидроэлектростанции до жилых домов и предприятий.
• Запруда.

Это лишь краткий обзор ГЭС, на самом деле компонентов больше.