Centrala hidroelectrica

Centrală hidroelectrică ( CHP ) - o centrală electrică care utilizează ca sursă de energie mișcarea maselor de apă din cursurile de apă ale canalului și mișcările mareelor ; tipul structurii hidraulice . Centralele hidroelectrice sunt de obicei construite pe râuri . Pentru producerea eficientă a energiei electrice la centralele hidroelectrice sunt necesari doi factori principali: o aprovizionare garantată cu apă pe tot parcursul anului și posibilele pante mari ale râului, favorizând topografia de tip canion hidroconstrucții.

Cum funcționează

Principiul de funcționare al unei centrale hidroelectrice este că energia presiunii apei este transformată în energie electrică folosind o unitate hidroelectrică .

Presiunea necesară a apei este asigurată prin construirea unui baraj și a unui rezervor și, ca urmare, prin concentrarea râului într-un anumit loc; sau printr-un flux natural de apă, adesea cu o derivație . În unele cazuri, atât un baraj, cât și o derivație sunt utilizate împreună pentru a obține capul necesar.

În unitatea hidroelectrică, apa pătrunde în palele hidroturbinei , care antrenează hidrogeneratorul , și generează direct electricitate. Toate echipamentele electrice sunt amplasate în clădirea hidrocentralei. În funcție de destinație, clădirea are propria sa diviziune specifică. Un generator electric este amplasat în sala mașinilor . Există, de asemenea, tot felul de echipamente suplimentare, dispozitive pentru controlul și monitorizarea funcționării unei centrale hidroelectrice, a unei stații de transformare , a aparatelor de comutare și multe altele.

Caracteristici

• Costul energiei electrice la CHE din Rusia este de peste două ori mai mic decât la centralele termice [1] .
• Turbinele HPP permit funcționarea în toate modurile de la prima la puterea maximă și vă permit să schimbați fără probleme puterea dacă este necesar, acționând ca un regulator al generării de energie electrică.
• Unitatea hidraulică capătă putere foarte rapid după alimentarea cu apă (de la zero la putere maximă - de la 30 de secunde la 2 minute), ceea ce permite utilizarea centralei hidroelectrice într-un mod manevrabil.
• Debitul râului este o sursă regenerabilă de energie .
• Construcția hidrocentralelor este de obicei mai intensivă în capital decât centralele termice.
• Adesea, centralele termice eficiente sunt mai îndepărtate de consumatori decât centralele termice.
• Rezervoarele ocupă adesea suprafețe mari, dar din aproximativ 1963, au început să fie utilizate structuri de protecție ( Kievskaya HPP ), ceea ce a limitat zona rezervorului și, ca urmare, a limitat zona inundată. de suprafață (câmpuri, pajiști, sate).
• Barajele schimbă adesea natura economiei piscicole , deoarece blochează calea către zonele de depunere a icrelor pentru peștii migratori, dar adesea favorizează creșterea stocurilor de pește în rezervorul propriu-zis și implementarea pisciculturii.
• Rezervoarele hidroelectrice, pe de o parte, îmbunătățesc navigația , dar, pe de altă parte, necesită utilizarea ecluzelor pentru a transfera navele de la o piscină la alta.
• Rezervoarele fac clima mai temperată .

Clasificare

Centralele hidroelectrice sunt împărțite în funcție de puterea generată :

• puternic - produc de la 25 MW și mai sus;
• mediu - până la 25 MW;
• centrale hidroelectrice mici  - până la 5 MW.

Puterea unei centrale hidroelectrice depinde de presiunea și debitul apei, precum și de randamentul turbinelor și generatoarelor utilizate. Datorită faptului că, conform legilor naturale, nivelul apei se modifică constant, în funcție de anotimp și, de asemenea, din mai multe motive, se obișnuiește să se ia puterea ciclică ca expresie a puterii unei hidrocentrale. De exemplu, există cicluri anuale, lunare, săptămânale sau zilnice de funcționare a unei centrale hidroelectrice.

Centralele hidroelectrice sunt, de asemenea, împărțite în funcție de utilizarea maximă a presiunii apei :

• înaltă presiune - mai mult de 60 m;
• presiune medie - de la 25 m;
• joasă presiune - de la 3 la 25 m.

În funcție de presiunea apei, în centralele hidroelectrice sunt utilizate diferite tipuri de turbine . Pentru înaltă presiune - cupă și turbine radiale-axiale cu volute metalice. La centralele de presiune medie se instalează turbine cu pale rotative și radial-axiale, la centralele de presiune joasă se instalează turbine cu pale rotative în camere de beton armat.

Principiul de funcționare a tuturor tipurilor de turbine este similar - fluxul de apă intră în paletele turbinei, care încep să se rotească. Energia mecanică este astfel transferată unui generator hidroelectric, care generează energie electrică. Turbinele diferă în unele caracteristici tehnice, precum și în camere - oțel sau beton armat și sunt proiectate pentru diferite presiuni ale apei.

Stațiile hidroelectrice sunt, de asemenea, împărțite în funcție de principiul utilizării resurselor naturale și, în consecință, de presiunea apei rezultată. Iată următoarele HPP-uri:

• hidrocentrale baraj . Acestea sunt cele mai comune tipuri de centrale hidroelectrice. Presiunea apei în ele este creată prin instalarea unui baraj care blochează complet râul sau ridică nivelul apei în acesta la nivelul necesar. Astfel de hidrocentrale sunt construite pe râuri de câmpie cu apă înaltă, precum și pe râuri de munte, în locurile în care albia este mai îngustă, comprimată.
• hidrocentrale baraj . Construit cu presiune mai mare a apei. În acest caz, râul este blocat complet de baraj, iar clădirea hidrocentralei în sine se află în spatele barajului, în partea inferioară a acestuia. Apa, în acest caz, este furnizată turbinelor prin tuneluri speciale de presiune, și nu direct, ca în hidrocentralele la flux .
• HPP de deviere . Astfel de centrale electrice sunt construite în locuri în care panta râului este mare. Presiunea necesară a apei într-o centrală hidroelectrică de acest tip este creată prin derivare . Apa este deviată din albia râului prin sisteme speciale de drenaj. Acestea din urmă sunt îndreptate, iar panta lor este mult mai mică decât panta medie a râului. Ca urmare, apa este furnizată direct în clădirea centralei electrice. HPP de deviere pot fi de diferite tipuri - fără presiune sau cu deviere de presiune. În cazul devierii presiunii, conducta este așezată cu o pantă longitudinală mare. Într-un alt caz, la începutul derivării, se creează un baraj mai înalt pe râu și se creează un rezervor - această schemă se mai numește și derivație mixtă, deoarece sunt utilizate ambele metode de creare a presiunii necesare a apei.
• centrale cu acumulare prin pompare (PSPP). Astfel de stații sunt capabile să acumuleze energia electrică generată și să o pună în funcțiune în momente de sarcină de vârf. Principiul de funcționare este următorul: în anumite perioade (nu de sarcină de vârf), unitățile PSP funcționează ca pompe din surse externe de energie și pompează apă în bazinele superioare special echipate. Când este nevoie, apa din ele intră în conducta de presiune și antrenează turbinele.

Compoziția hidrocentralelor, în funcție de scopul lor, poate include și structuri suplimentare, cum ar fi ecluze sau ascensoare pentru nave , facilitând navigația prin rezervor, pasaje pentru pești , structuri de captare a apei utilizate pentru irigare și multe altele.

Valoarea unei hidrocentrale rezidă în faptul că folosesc resurse naturale regenerabile pentru a produce energie electrică . Având în vedere faptul că nu este nevoie de combustibil suplimentar pentru centralele hidroelectrice, costul final al energiei electrice generate este mult mai mic decât la utilizarea altor tipuri de centrale [2] .

Avantaje și dezavantaje

Avantaje:

• utilizarea energiei regenerabile ;
• electricitate foarte ieftină;
• munca nu este însoțită de emisii nocive în atmosferă;
• acces rapid (față de CHP/TPP) la modul de funcționare a puterii de ieșire după ce stația este pornită.
• operare simplă
• costuri minime de muncă

Defecte:

• inundarea terenurilor arabile ;
• construcția se realizează numai acolo unde există rezerve mari de energie apei;
• râurile de munte sunt periculoase din cauza seismicității ridicate a zonelor;
• probleme de mediu: emisiile reduse și nereglementate de apă din rezervoare timp de 10-15 zile (până la absența acestora), duc la restructurarea ecosistemelor unice de luncă inundabilă pe tot albia râului, ca urmare, poluarea râului , reducerea lanțurilor trofice , scăderea numărul de pești , eliminarea animalelor nevertebrate mușchiului (mușchiului) din cauza malnutriției în stadiile larvare, dispariția locurilor de cuibărit pentru multe specii de păsări migratoare , umiditate insuficientă în solul de luncă , plantă negativă succesiuni (epuizarea fitomasei ), o scădere a fluxului de nutrienți către oceane.

Istorie

Hidroenergia a fost folosită din cele mai vechi timpuri pentru măcinarea făinii și alte utilizări. În acest caz, mecanismul roții, rotit de fluxul de apă, a servit drept motor. La mijlocul anilor 1770, inginerul francez Bernard Forest de Belidor , în lucrarea sa publicată Architecture Hydraulique , a descris mașini hidraulice cu o axă de rotație verticală și orizontală. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, au apărut generatoarele electrice care puteau funcționa în combinație cu o acționare hidraulică. Cererea în creștere de energie electrică din cauza Revoluției Industriale a dat un impuls dezvoltării acestora. În 1878, a fost pusă în funcțiune „prima centrală hidroelectrică din lume”, proiectată de inventatorul englez William George Armstrong în Northumberland , Anglia. Era o unitate concepută pentru a alimenta o singură lampă cu arc în galeria sa de artă. Vechea centrală electrică nr. 1 Schoelkopf de lângă Cascada Niagara din SUA a început să producă electricitate în 1881. Prima centrală hidroelectrică a Edison pentru iluminat, Vulcan Street a început să funcționeze pe 30 septembrie 1882, în Appleton , Wisconsin , SUA, și a produs aproximativ 12,5 kilowați de putere.

Dar când s-a pus problema utilizării industriale a electricității, s-a dovedit că pentru curent continuu era nevoie de cabluri de cupru prea groase. Prin urmare, la echiparea Minei Gold King din Colorado , a fost preferat proiectul Westinghouse bazat pe brevetele lui Nikola Tesla, adică un sistem de curent alternativ în două faze. Până în prezent, centrala hidroelectrică Ames din Colorado este considerată prima utilizare industrială semnificativă din punct de vedere comercial și de succes a curentului electric. Până în acest moment, toate aplicațiile au fost reduse în principal la nevoile casnice și urbane de iluminat case și străzi cu curent continuu. Iar centrala hidroelectrică din Ames a fost inclusă în „Lista site-urilor și evenimentelor semnificative ale IEEE” ( en: List of IEEE milestones ). Tesla însuși a scris în autobiografia sa că a refuzat să participe la proiect, deoarece credea că frecvența curentului alternativ ar trebui să fie de 60 Hz, și nu 133, așa cum a fost intenționat de inginerii Westinghouse. Opinia lui Tesla a fost luată în considerare la echiparea hidrocentralei de la Cascada Niagara doi ani mai târziu, frecvența de 60 Hz fiind încă standardul în Statele Unite. Curentul alternativ a devenit astfel standardul de facto pentru construcția hidrocentralelor, care a reprezentat o piatră de hotar importantă în cursul „ războiului curenților ”. Ambele faze (pentru motoarele Nikola Tesla) și trei faze (pentru proiectele Dolivo-Dobrovolsky ) au fost utilizate cu transformatoare pentru numărul corespunzător de faze. Acum sunt trei faze care sunt folosite peste tot.

Până în 1886, în SUA și Canada existau deja 45 de hidrocentrale. Până în 1889, doar în SUA erau 200. La începutul secolului 20, multe hidrocentrale mici au fost construite de companii comerciale în munții din apropierea zonelor urbane. Până în 1920, până la 40% din energia electrică produsă în Statele Unite a fost generată de energie hidroelectrică. În 1925, a avut loc la Grenoble (Franța) Expoziția Internațională de Hidroenergie și Turism , la care au participat peste un milion de oameni. Unul dintre reperele în dezvoltarea hidroenergiei atât în ​​Statele Unite cât și în întreaga lume a fost construcția barajului Hoover în anii 1930 .

În Rusia

Cel mai de încredere este că prima centrală hidroelectrică din Rusia a fost centrala hidroelectrică Berezovskaya (Zyryanovskaya) (acum teritoriul Republicii Kazahstan), construită în Rudny Altai pe râul Berezovka (un afluent al râului Bukhtarma ). ) în 1892 . Era o turbină cu patru turbine, cu o capacitate totală de 200 kW și era destinată să furnizeze energie electrică la drenajul minei din mina Zyryanovsky [3] . Prima centrală hidroelectrică industrială din Rusia a fost CHE Bely Ugol din Essentuki, construită în 1903 ( CHE Bely Ugol ).

Pentru rolul primului susține și centrala hidroelectrică Nygrinskaya , care a apărut în provincia Irkutsk de pe râul Nygri (un afluent al râului Vacha ) în 1896 . Echipamentul de putere al stației era format din două turbine cu un arbore orizontal comun, care roteau trei dinamo de 100 kW. Tensiunea primară a fost convertită de patru transformatoare de curent trifazate de până la 10 kV și transmisă prin două linii de înaltă tensiune către minele învecinate . Acestea au fost primele linii de transport de înaltă tensiune din Rusia . O linie (9 km lungime) a fost întinsă prin goltsy până la mina Negadanny, cealaltă (14 km) - în sus pe valea Nygri până la gura izvorului Sukhoi Log, unde a funcționat mina Ivanovsky în acei ani. La mine, tensiunea a fost transformată la 220 V. Datorită energiei electrice a CHE Nygrinskaya, în mine au fost instalate ascensoare electrice. În plus, a fost electrificată calea ferată minieră, care a servit la transportul rocii sterile, care a devenit prima cale ferată electrificată din Rusia [4] .

Una dintre primele poate fi considerată o centrală hidroelectrică , construită în 1897 de către industriașii minieri belgieni în Cheile Alagir din Osetia de Nord , la 7 km de moderna CHE Zaramagskaya-1 . A fost folosit pentru nevoile Administrației Miniere Sadon . Puterea sa a fost de 552 kW. [5]

Rusia a avut o experiență destul de bogată în hidroconstrucții industriale, în principal de către companii private și concesiuni . Informațiile despre aceste CHE construite în Rusia în ultimul deceniu al secolului al XIX-lea și primii 20 de ani ai secolului al XX-lea sunt destul de dispersate, contradictorii și necesită cercetări istorice speciale.

În perioada sovietică de dezvoltare energetică, s-a pus accent pe rolul deosebit al planului economic național unificat pentru electrificarea țării - GOELRO , care a fost aprobat la 22 decembrie 1920 . Această zi a fost declarată sărbătoare profesională în URSS - Ziua Inginerilor Energetici . Capitolul planului dedicat hidroenergiei s-a numit „Electrificarea și energia apei”. Acesta a subliniat că hidrocentralele pot fi benefice din punct de vedere economic, în special în cazul utilizării complexe: pentru generarea de energie electrică, îmbunătățirea condițiilor de navigație sau recuperarea terenurilor . S-a presupus că în 10-15 ani va fi posibilă construirea de hidrocentrale în țară cu o capacitate totală de 21.254 mii cai putere (15632 MW), inclusiv în partea europeană a Rusiei - cu o capacitate de 5438 MW, în Turkestan  - 2221 MW, în Siberia  - 7972 MW Pentru următorii 10 ani, s-a planificat construirea de CHE cu o capacitate de 950 MW, dar ulterior s-a planificat construirea a zece CHE cu o capacitate totală de operare a primelor trepte de 535 MW .

Deși deja cu un an înainte, în 1919 , Consiliul de Apărare a Muncitorilor și Țăranilor a recunoscut construcția hidrocentralelor Volhov și Svir ca obiecte de importanță de apărare . În același an au început pregătirile pentru construcția hidrocentralei Volkhovskaya, prima dintre hidrocentralele construite conform planului GOELRO [7] .

Centrale hidroelectrice în lume

Cele mai mari centrale hidroelectrice

Cele mai mari centrale hidroelectrice din Rusia

Începând cu 2017, Rusia are în funcțiune 15 hidrocentrale de peste 1000 MW și peste o sută de hidrocentrale de capacitate mai mică.

Note:

1. ↑ 1 2 3 4 Putere și generare la nivelul de proiectare al rezervorului; în prezent, capacitatea reală și producția sunt mult mai mici, prezentate în paranteze.

Accidente și incidente majore

• Cel mai mare accident din istoria hidroenergiei este defectarea barajului lacului de acumulare Banqiao din China de pe râul Ruhe din provincia Henan, ca urmare a taifunului Nina din 1975 . Numărul morților este de peste 170 de mii de oameni, 11 milioane au fost răniți.
• 17 mai 1943  - operațiunea trupelor britanice Chastise pentru subminarea barajelor de pe râurile Möhne ( lacul de acumulare Möhnesee ) și Eder (lacul de acumulare Edersee), care a dus la moartea a 1268 de oameni, inclusiv a aproximativ 700 de prizonieri de război sovietici.
• 9 octombrie 1963  - unul dintre cele mai mari accidente hidraulice la barajul Vaiont din nordul Italiei , peste două mii de oameni au murit.
• În noaptea de 11 februarie 2005, în provincia Baluchistan din sud-vestul Pakistanului , din cauza ploilor abundente, un baraj hidroelectric de 150 de metri a spart în apropierea orașului Pasni. Ca urmare, mai multe sate au fost inundate, peste 135 de oameni au murit.
• La 5 octombrie 2007, pe râul Chu din provincia vietnameză Thanh Hoa , după o creștere bruscă a nivelului apei, barajul hidrocentralei Kyadat în construcție a spart. Aproximativ 5 mii de case s-au dovedit a fi în zona inundabilă, 35 de oameni au murit.
• 17 august 2009  - un accident la centrala hidroelectrică Sayano-Shushenskaya (cea mai puternică din Rusia). În urma accidentului, 75 de persoane au murit, s-au produs avarii grave echipamentelor și incintelor stației.

Vezi și

• hidroenergie
• Structura hidraulica
• Mică centrală hidroelectrică
• Hidroelectric
• Centrală cu hidrostocare
• Contraregulator
• centrală maremotrică
• Lista celor mai înalte baraje din lume

Note

1. ↑ Interviu cu profesorul Dmitri Selyutin Copie de arhivă din 13 februarie 2016 la Wayback Machine // Vesti , 22.08.2009
2. ↑ Hidroelectrică (HPP) Arhivată 6 ianuarie 2010 pe Wayback Machine // elemo.ru
3. ↑ Berezovskaya HPP . Consultat la 14 noiembrie 2010. Arhivat din original la 12 ianuarie 2011. (nedefinit)
4. ↑ Industria energetică din regiunea Irkutsk. Ziarul „Știința în Siberia” Nr 3-4 (2139-2140) 23 ianuarie 1998 (link inaccesibil) . Consultat la 14 noiembrie 2010. Arhivat din original la 15 ianuarie 2014. (nedefinit) 
5. ↑ Istoria hidrocentralelor . www.zaramag.rushydro.ru _ Preluat la 15 august 2021. Arhivat din original la 15 august 2021. (nedefinit)
6. ↑ Conform materialelor Comisiei GOELRO
7. ↑ Industria energetică. constructori ruși. secolul XX. M.: Master, 2003. P.193. ISBN 5-9207-0002-5

Link -uri

  Cele mai mari centrale hidroelectrice din lume  Google Maps   KMZ (fișier cu etichetă KMZ pentru Google Earth )

• Harta celor mai mari centrale hidroelectrice din Rusia (GIF, date 2003)
• centrale electrice