Korištenje energije protoka vode, uređaj hidrotehničkih građevina hidroelektrana (HE)

Energija vodenih tokova

Energija (potencijal) koju vodeni tok ima određena je dvjema veličinama: količinom vode koja teče i visinom njezina pada do ušća.

U prirodnom stanju energija riječnog toka troši se na eroziju korita, prijenos čestica tla, trenje o obale i dno.

Na taj se način energija vodenog toka raspoređuje po cijelom toku, iako neravnomjerno — ovisno o nagibima dna i sekundarnom protoku vode. Da bi se iskoristila energija protoka unutar određenog područja, potrebno ju je koncentrirati u jednoj dionici - u jednoj trasi.

Ponekad takvu koncentraciju stvori priroda u obliku slapova, ali u većini slučajeva ona mora biti stvorena umjetno, uz pomoć hidrotehničke građevine.

Hidroelektrana Itaipu najveća je hidroelektrana na svijetu za proizvodnju električne energije

Energija je koncentrirana na gradilištu hidroelektrane (HE) dva puta:

• brana koja blokira rijeku i podiže vodu u bazenu upstream — uzvodno N metara od razine bazena downstream — nizvodno. Razlika u uzvodnoj i nizvodnoj razini H naziva se visina. Hidroelektrane kod kojih pad stvara brana nazivaju se blizu brane i obično se grade na ravnim rijekama;

• uz pomoć posebnog obilaznog kanala — derivacijskog kanala. Derivacijske stanice se uglavnom grade u planinskim područjima. Derivacijski kanal ima vrlo mali nagib, pa je na njegovom kraju gotovo u cijelosti koncentriran cijeli glavni dio riječne dionice koju okružuje kanal.

Sila strujanja u poravnanju strukture određuje se količinom vode koja prođe kroz vrata u jednoj sekundi, Q i visinom H. Ako se Q mjeri u m3/sek, a H u metrima, tada će brzina protoka u sekciji biti jednaka:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Samo dio tog kapaciteta, jednak stupnju učinkovitosti instalacije, koristit će se u električnim generatorima hidroelektrane. Stoga će snaga elektrane na glavi H i protok vode kroz turbine Q biti:

P = 9,81*B* H* učinkovitost kW.

Strojarnica za hidroelektranu

U stvarnim uvjetima rada hidroelektrana, dio vode može biti ispušten mimo turbina.

Energija potoka koristi se stoljećima. Široka uporaba vodene snage postala je moguća tek krajem 19. stoljeća, kada je izumljena električni transformator i stvorio trofazni sustav izmjenične struje... Sposobnost prijenosa energije na velike udaljenosti omogućila je iskorištavanje energije najsnažnijih vodenih struja.

Kineska hidroelektrana Three Gorges, smještena na rijeci Yangtze, najveća je na svijetu po instaliranom kapacitetu.

Sastav i raspored hidrotehničkih objekata hidroelektrana

Struktura cjeline građevina pribranske hidroelektrane obično uključuje:

• glava brane. U gornjem toku brane formira se akumulacija većeg ili manjeg volumena ovisno o topografskim uvjetima i visini brane koja regulira protok vode kroz turbine u skladu s rasporedom opterećenja;

• zgrada hidroelektrane;

• oluci, imaju drugačiju namjenu i odgovarajuću drugačiju konstrukciju: za ispuštanje viška vode koja se ne koristi u turbinama, npr. tijekom poplava (preljeva); za snižavanje vodnog horizonta u preljevnim vodama, što je ponekad potrebno, npr. kod popravka hidrotehničkih objekata (odvodnja); za distribuciju vode između korisnika vode (vodozahvati);

• prometna sredstva — plovne prevodnice, koje osiguravaju plovidbu rijekom, police i splavi za drvene splavare;

• objekti za prolaz ribe.

Presjek na zgradi hidroelektrane

Tipske konstrukcije derivacijske hidroelektrane — odvodni kanal i cjevovod od kanala do turbina.

Glavna vrijednost, tehnički najodgovornija i najskuplja karika u bloku hidroelektrana je brana. Na putu prolaska vode razlikuju se brane:

• gluhkoji ne dopuštaju prolaz vode;

• preljevno mjestou kojem se voda prelijeva preko vrha brane;

• panel pločakoji propuštaju vodu kad se otvore štitovi (kapije).

Cornalvo je brana u Španjolskoj, u pokrajini Badajoz, koja radi gotovo 2000 godina.

Brane su obično zemljane i betonske.

Poprečni profil zemljane brane: 1 — zub; 2 — zaštitni sloj pijeska i šljunka; 3 — glinena rešetka: 4 — tijelo brane; 5 — vodonepropusni osnovni sloj

Na slici je prikazan profil glinene brane izgrađene na propusnom sloju male debljine. Tijelo brane ispušta se iz bilo kojeg tla koje ne sadrži veliku količinu organskih nečistoća i soli topivih u vodi.

Prilikom punjenja brane propusnim tlom, u tijelo brane postavlja se glinena rešetka koja sprječava filtraciju vode. Propusni sloj na kojem je izgrađena brana iz istih je razloga prerezan vodonepropusnim zubom.

Ako je brana potpuno ispunjena glinom ili pjeskovitim tlom, tada nema potrebe za procjednom barijerom. Na vrhu je zaslon prekriven zaštitnim slojem pijeska i šljunka, koji je zauzvrat zaštićen od erozije valovima kamenim pločnikom (od vrha brane do oznake koja se nalazi 0,5 - 0,7 m ispod najnižeg mogućeg horizonta vode). u gornjim vodama).

Prilikom punjenja glinene brane svaki se sloj pažljivo zbija valjcima. Ispuštanje vode kroz vrh glinene brane je nedopustivo, jer postoji opasnost od njene erozije. Cesta se obično gradi duž vrha zemljane brane, koja definira širinu vrha. Sljeme je asfaltirano na uobičajeni način.

Širina baze brane ovisi o njezinoj visini i pretpostavljenom nagibu padina prema horizontu. Uzvodna padina postaje ravnija od nizvodne.

Trenutno se metoda hidromehanizacije široko koristi u izgradnji velikih zemljanih brana.

Brana Willow Creek, Oregon, SAD, gravitacijska brana od betona

Shema slijepe betonske brane: 1 — drenaža brane; 2 — galerija za gledanje; 3 — kolektor; 4 — drenaža temelja

Na slici je prikazana prazna betonska brana pravilnog profila s prometnom trakom na vrhu. Za pouzdaniju vezu brane s tlom i obalama, temelj brane izrađen je u obliku nekoliko izbočina. Na strani pritiska nalazi se zub dubine 0,05 — 1,0 Z.

Za suzbijanje filtracije, ispod zuba postavljaju se protufiltracijske zavjese, za koje se kroz sustav bušotina promjera 5 — 15 cm otopina cementa ubrizgava u pukotine podloge (tla).

Iako je tijelo brane od čvrstog betona, kroz njega uvijek prodire voda. Za odvođenje te vode nizvodno, u brani se uređuje drenažni sustav koji se sastoji od vertikalnih bunara - drenova (promjera 20 - 30 cm) izvedenih u tijelu brane na svakih 1,5 - 3 m.

Voda koja se drenira kroz njih ulazi u kivete galerije za promatranje 2, odakle se horizontalnim kolektorima 3 vodi u donji bazen. Za praćenje stanja betona i filtracije vode napravljena je osmatračnica koja cijelom dužinom prolazi u tijelu brane.

Izvedene vodoopskrbne strukture najčešće se izvode u obliku otvorenog kanala. U mekim tlima presjek kanala je obično trapezoidan. Zidovi i dno kanala obloženi su betonom ili asfaltom kako bi se smanjila filtracija, spriječila erozija, smanjila hrapavost i povezani gubici tlaka. Također se koristi obloga od kaldrme.

Odvodni kanali u kamenitim tlima imaju pravokutni presjek.Ako nije moguće izvesti otvoreni kanal koriste se udubljenja pravokutnog ili kružnog presjeka.Voda iz odvodnog kanala do turbina dovodi se cjevovodima.Cjevovodi su metalni, armiranobetonski i drveni.