Введение. История развития в Узбекистане

ВБ – верхний бьеф; НБ – нижний бьеф


При необходимости строятся судоходные шлюзы, водозаборные сооружения для орошения, водоснабжения, рыбопропускные сооружения и др.
На ГЭС вода под действием силы тяжести движется из верхнего бьефа в нижний и вращает рабочее колесо турбины, на одном валу с которым находится ротор генератора электрического тока. Иногда при сравнительно небольшой мощности генератора применяют промежуточную передачу (редуктор или мультипликатор) для увеличения частоты вращения и уменьшения массы генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидрогрегат. В турбине гидравлическая энергия воды превращается в механическую энергию вращения рабочего колеса турбины вместе с ротором генератора , где происходит, преобразованияе механической энергии в электрическую. Среди крупных ГЭУ всех видов наиболее распрастранными и наиболее мощными являются ГЭС . В 1978 г. крупнейшей гидроэлектростанцией мира была Красноярская ГЭС (на р. Енисей), мощностью 6 млн. кВт . Вводимая в эксплуатацию с 1978г. Саяно- Шушенская ГЭС (на р. Енисей ) при полном развитии будет иметь мощность более 7 млн. кВт .


НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ .

Гидроэнергетическая установка, предназначенная для перекачкиводы с низких отметок на высокие и для перемещения воды в удаленные пункты, являются насосной станцией (НС) . На НС устанавливаются насосные агрегаты , у которых на одном валу находится насос и электрический двигатель. НС является потребителем электрической энергии.
НС имеют большое распростронение . Они преминяются для коммунально – бытового и промышленного водоснабжения, для водоснабжения ТЭС, в ирригационных системах для подачи воды на поля , расположенные на высоких отметках или в удаленных районах , на судо ходных каналах , пересекающих высоких водоразделах , и. т. д .
Крупнейшая насосная станция – Каховская с суммарной подачей воды 530 , расчетным напором 25 м и сумарной мощностью электродвигателей 168 МВт .


ГАЭС выполняет функции НС и ГЭС. В часы пониженных нагрузок энергосистемы, например ночью, ГАЭС работает как НС, потребляет электрическую энергию и перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний расположенный на какой-либо возвышенности. Днем и особенно, вечером когда электропотребление в системе увеличевается, вода из верхнешго бассейна пропускается через трубины в нижний бассейн; в это время ГАЭС работает как ГЭС – вырабатывает и отдает электрическую энергию в систему. Имеются ГАЭС не только с суточным, но и с недельным и даже с сезонным аккумулированием энергии.
Вследствии потерь ГАЭС отдаёт в систему около 70-75% электрической энергии, получаемой ею из системы. Тем не менее эти станции выгодны, так как они потребляют более дешовую, а ингода и “бросовую” электроэнергию в ночные часы, в период малой нагрузки системы, а отдают более дорогую энергию в часы пик нагрузки. Заполняя ночные провалы и снимая утренние и вечерние пики электрической нагрузки системы, ГАЭС существенно улучшают технические условия работы ТЭС, позволяют уменьшить их удельный расход топлива на 1 кВтч выработки электрической энергии и в конечном итоге дают экономию топлива в системе.
Построена Киевская ГАЭС мощностью 225 МВт и строится Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт. Составлен проект крупнейшей гидроаккумулирующей электростанции Холейпи (США) мощностью 2500 МВт.
Морские приливные электростанции (ПЭС) используют приливные колебания уровня моря, которые обычно происходят два раза в сутки. В некоторых пунктах обжитых морских побережий приливные колебания достигают 8-10 м. Наибольшая величина прилива 19,6 м наблюдается в заливе Фанди (Канада).
Во Франции построена ПЭС Ранс мощностью 240 МВт. В СССР около Мурманска построена оригинальная опытная Кислогубская ПЭС небольшой мощности.


Напор. Расход и мощность гидроэнергетических установок


Геометрический или статический напор равен разности отметок уровней верхнего ВБ и нижнего НБ бьефов. Применительно к данным рис. 2-1 статический напор


Н₀= ВБ - НБ=121,38 – 102,03 = 19,35 м. (2-1)
В водноэнергетических расчётах напор ГЭС считается равным
НН₀ – h_В-С = ВБ - НБ – h_В-С , (2-2)


где h_В-С – потери напора при движении воды от водозабора (сечение В - В) до турбинной камеры (сечение С - С), которые состоят из потерь напора на вход в турбинный водовод, на преодоление сопротивления сороудерживающих решёток, на трение воды о стенки водовода и т.п. (рис. 2-2). Все эти потери составляют 2-5% от напора Н₀.
В расчётах, требующих высокой точности, например, при определении коэффициента полезного действия (КПД) турбины, учитывается также кинетическая энергия потока. На рис. 2-2 показано определение напоров для ГЭС.
Полный напор определяется по разности удельных энергий потока воды по входном сечении В – В и в конечном сечении К – К.
Удельную энергию в джоулях на один килограмм массы жидкости обозначим через Э, а на один ньютон веса – через E=Э/g. Численное значение Е выражается в Дж/Н и измеряется в метрах.
Полный напор называется напором брутто Н_б или, точнее, напором гидротурбинного блока. Напор Н_б в метрах численно равен разности отнесённых к единице веса удельных энергий потока в рассматриваемых сечениях



Удельная энергия потока воды Е, Дж/Н, в каждом сечении


, (2-3)
где Z – высота расположения центра тяжести данного живого сечения потока над плоскостью сравнения, 0 – 0, м; p – избыточное давление, Па;  - вес единицы объёма воды, Н/м³; p/ - пьезометрическая высота ¹), равная глубине погружения центра тяжести данного живого сечения под уровень воды, м; v – средняя скорость течения воды в данном живом сечении, м/с;  - коэффициент, равный отношению кинетической энергии потока при действительном распределении скорости по сечению к кинетической энергии потока, подсчитанной по средней скорости v.
При отнесении удельной энергии к единице веса воды: Z – удельная потенциальная энергия положения; p/ - удельная потенциальная энергия давления и v²/(2g) – удельная кинетическая энергия.
Рабочим напором турбины (точнее турбинной установки, включающей турбинную камеру, рабочее колесо турбины и отсасывающюу трубу) принято считать разность удельных энергий потока во входном сечении С – С в турбинную камеру и в конечном сечении К – К с наивысшей отметкой нижнего бьефа: Н=Е_С-Е_К ,
Сумма Z+ p/ даёт отметку уровня воды. Скорость воды перед водоприёмником обычно невелика. Если пренебречь ею, то, относя энергию (2-3) к соответствующему сечению, можно написать


Н  В - К – h_{В – С} - _Кv_К²/(2g)


Для насоса, пренебрегая разностью кинетической энергии в сечениях К – К и В – В получим:


Н₀=Е_В-Е_К+h_{С – В}  Н₀+ h_{С – В}= В - К + h_{С – В} (2-5)


Для обратимой гидравлической машины (насосо-турбины) напор насоса будет большие напора турбины на h_{С – В} + h_{В – С}, где h_{С – В} – потери в водоводе от сечения В – В до сечения С – С в насосном режиме, а h_{В – С} – в турбинном режиме.
На построенных гидроэнергетических установках напор составляет от 2 до 1767 м. Наибольший напор турбин 1767 м и насосов 1070 м имеет ГЭУ Рейссек (Австрия).
Расход воды Q в м³/с, используемый ГЭС для выработки электрической энергии, зависит от притока воды к водохранилищу или верхнему бьефу ГЭС, от наличия запасов воды в водохранилище и от потребности энергетической системы в данный момент в электрической энергии. При комплексном использовании водных ресурсов расход ГЭС зависит также от отъёма воды из верхнего бьефа на орошение, водоснабжение, шлюзование судов и от режима водопотребления из нижнего бьефа ГЭС, от наличия запасов воды в водохранилише и от потребности энерготической системы в данный момент в электрической энергии. При комплексном использовании водных ресурсов расход ГЭС зависит также от отьема воды из верхнего бьефа на орошение, водоснабжение, шлюзование судов и от режима водопотребления из нижнего бьефа ГЭС . Максимальный расход, используемый ГЭС, равен пропускной способности всейх ее трубин при расчетном напоре. Наибольшую пропускную способность имеют трубины Волжской ГЭС имени XXII съезда КПСС. Каждая трубина этой ГЭС при расчетном напоре 19 м пролпускает по 675м³/с. Все 22 трубины этой ГЭС потребляют около 15 тыс м³/с. Максимальный расход воды, перекачеваемой НС или ГАЭС, равен подаче всех ее насосов при менимальном напоре и работе электрических двигателей с полной мощностью. Расход воды НС и ГАЭС в данный момент вреиени определяется потребностью в воде и условиями электроснабжения.