Комплексное использование и охрана водных ресурсов - Юшманов О.Л.
Скачать (прямая ссылка):
Принципы использования водной энергии. Под влиянием солнечной энергии на земном шаре происходит непрерывный кругооборот воды, которая, испаряясь с водной и земной поверхности, затем снова возвращается в виде осадков. Здесь под действием сил тяжести образуются водотоки — ручьи, речки, реки. В естественном состоянии речной поток непрерывно совершает работу, которая затрачивается на преодоление внутренних и внешних сопротивлений, на размыв русла и перенос продуктов размыва. В конечном итоге механическая энергия водотока превращается в тепловую и рассеивается.
Человек с давних времен пытается получить эту энергию для своих целей. Наиболее эффективно она используется для выработки электроэнергии на специаль-
Рис. 3.4. Размещение ГЭС и ГАЭС в европейской части СССР:
/ — построенные ГЭС; 2 — проектируемые и строящиеся ГЭС; 3 — построенные ГАЭС; 4 — проектируемые и строящиеся ГАЭС; 5 — Южно-Украинский энергокомплекс; 6—-каскады небольших ГЭС. Цифрами указана мощность в млн. кВт.
Рис. 3.5. Размещение ГЭС в азиатской части СССР:
1 — Вахшский гидроузел; 2 — Варзобский; 3 — Чирчикский; 4— Царын скхш; -5-— Чуйский. Остальные обозначения см. рис. 4.4.
ных установках — гидроэлектрических станциях (ГЭС).
Мощность водотока на некотором участке реки длиной L (рис. 3.6) определяют следующим образом.
Работа потока, совершаемая силой тяжести на этом участке за время т, будет равна (Дж)
/ = р gWH, (3.6)
где р — плотность воды; g — ускорение свободного падения; W — объем воды, протекающей по участку за время т; II — падение реки на участке L.
Выражая объем воды через секундный расход реки Q (м3/с) и время х (с), получим
J = р gQHx. (3.7)
Мощность потока, то есть работа в единицу времени, будет равна (Вт)
N=pgQH, (3.8)
где pg=9 810 Н/м3.
При pg=9,8I кН/м3 получим мощность в киловаттах (кВт)
ЛГ = 9,81Qtf. (3,9)
Получаемая энергия (кВт-ч) от водотока за время Т (ч).
3 = ЛГ7\ (3.10)
Для рационального использования энергии водотока необходимо сосредоточить падение воды в каком-либо одном месте. Для этого используют гидротехнические сооружения, создающие перепад уровней — напор. Он может быть создан с помощью плотин или деривационных водоводов.
Плотину возводят в конце используемого участка реки, создавая подпор. В водохранилище образуется кривая подпора (рис. 3.6), которая показывает, что часть напора hw будет затрачиваться на перемещение воды в верхнем бьефе, поэтому действующий напор брутто на ГЭС (Ягэс) будет меньше падения реки. С помощью плотин можно создавать напор до 300...400 м.
Рис. 3.6. Плотинный способ создания напора ГЭС.
Рис. 3.7. Схемы деривационных ГЭС:
а — с безнапорной деривацией; б — с напорной деривацией; / — головной водозаборный узел; 2 — деривационный канал; 3 — напорный бассейн; 4 — турбинный трубопровод; 5 — холостой водосброс; 6 — здание станции; 7 — напорный туннель; 8 — уравнительный резервуар.
Деривационный способ создания напора основан на разности уклонов в реке и в деривационном водоводе. Чем больше уклон реки и длиннее деривация, тем больший напор может быть получен. Деривация может быть безнапорной — канал, лоток, безнапорный туннель (рис. 3.7, а) или напорной-—напорный туннель, трубопровод (рис. 3.7,6). В последней схеме уравнительный'резервуар служит для смягчения гидравлического удара в турбинном водоводе,
В практике встречаются смешанные схемы ГЭС: плотинно-деривационные, в которых напор создается как плотиной, так и деривацией, и смешанные деривационные, в которых имеются и напорные, и безнапорные водоводы.
Деривационные ГЭС сооружают на горных реках иг предгорных участках, где имеются значительные уклоны, С помощью деривации могут быть получены напоры 1 ООО м и более. В деривационных схемах ГЭС часть напора также затрачивается на преодоление сопротивления в деривации (рис. 3.7). Кроме этого, потери напора» будут иметь место в турбинном водоводе, поэтому действующим напором ГЭС (напором нетто) является разность удельных энергий потока непосредственно перед1, турбиной и за ней — в нижнем бьефе.
Потери энергии в турбине учитывают ее коэффициентом полезного действия т)т; следовательно, полезная мощность на валу турбины будет равна (кВт)
Nx = 9,81Qt#t|t> (3.11>
где QT — расход воды, пропускаемый турбиной.
Электрическая мощность на зажимах генератора будет меньше на величину электрических потерь в нем, учитываемых КПД генератора т)г
Nr = 9,81QT //г|т iqr. (3.12)
Эту мощность принято называть мощностью агрегата, а произведение г]а=г]тПг— коэффициентом полезного действия агрегата.
Суммарную мощность всех генераторов станции называют установленной мощностью ГЭС
А^УСТ ” 9,81фГЭс#т1а. (3.13)
При транспортировании электрической энергии к потребителям происходят потери в повышающих и пони-
