Энергетика ссср в 1976-1980 годах

Производственная себестоимость I кВт.ч, отпущенного с шин ГЭС, в среднем в 5-6 раз ниже, чем по тепловым электростанциям. '

В табл. приводится средняя производственная себестоимость электроэнергии, вырабатываемой районными электростанциями за 1969-1977 гг. Низкую себестоимость производится электроэнергии(в пределах от 0,05 до 0.06 млн/квт.ч)за последние годы имели Братская, Красноярская, Усть-Каменогорская.

Колебания себестоимости электроэнергии ГЭС в отдельные годы зависят

от водности рек

1975 1977 1979

0,677 0,668 0,640

0,758 0,749 0,740

0,163 0,16 0,140

4,65 4,68 5,29

хх - приводятся по проектным данным.

ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО

Страна Год оценки Экономический потенциал, млрд. квт. Ч

Бассейн р.Енисея 1966 300

КАНАДА 1965 218

НОРВЕГИЯ 1967 152

ЯПОНИЯ 1967 132

ШВЕЦИЯ 1966 80

ФРАНЦИЯ 1967 70

ИТАЛИЯ 1966 70

Принципы использования гидроэнергии. Мощность и энергия речного потока

Масса воды, проходящая до устья от истока, определенную работу. Она обладает некоторым запасом потенциальной энергии. Чем выше уровень - тем больше запас энергии – следовательно, уклон и расход определяют водную энергию. Ее совокупность для данной реки или бассейна называется водноэнергетическими ресурсами. В естественных условиях эта энергия расходуется на размыв русел (сила трения), на влечение наносов, перекатывание гравия и т.п.

I II

H

α α

S

τ=1 cек L

Пусть участок реки имеет длину L,средний уклон I, падение Н, расход Q, среднюю скоростьV, и постоянную площадь живого сечения W.

Тогда Q=WV

В течение одной секунды объем воды между сечениями а-а и б-б на участке L переместится на расстояние численно равное скорости V и займет положение а.-а и б.-б. При этом поток совершит работу:

A=ms

Э=WLγVsinα

где γ объемная масса воды, WLγ - масса всей воды в пределах рассматриваемого участка, Lvsinα - путь воды в направлении действия силы тяжести. Так как W=Q/V, а Llnα=H, работу потока можно выразить

Э= (Q/V)γVН=QHγ

Но эта работа в одну секунду, т.е. численно равна мощности реки для участка N= QHγ

Так как необходимо все увязать, то надо подставить значение γ=1000 кГ/м³ и 1кВт=102кГС м/с, тогда мощность потока в кВт:

N= 1000QH/102=9.81 QH [кВт]

Общее количество работы или энергии за период времени Т в час. Отсюда легко получить теоретическое количество энергии от потока (объема воды W) за период времени Т на падении Н реки:

Э=(9.81/3600) WH= WH/367.2

Все эти формулы выряжают теоретически возможные энергоресурсы водотока (мощность и возможная энергоотдача) так как они не учитывают никаких потерь. Однако не всегда возможно использовать падение и сток.

Мощность ГЭС и ее энергоотдача (выработка).

Для использования водной энергии участка реки необходима гидросиловая установка, в которой водная энергии преобразовывается в механическую работу. На современных силовых установках водная энергия превращается в электрическую, они называются: гидроэлектрическими силовыми установками, или ГЭС или гидростанциями.

Водяная турбина и электрический генератор ГЭС называется гидроагрегатом, если они соединены на одном валу или с помощью передаточного механизма.

С помощью гидротехнических сооружений концентрируется (сосредо­тачивается) падение реки, т.е. создается напор ГЭС, а воду направ­ляют через силовое(машинное)здание, где водная энергия с помощью гидроагрегата преобразуется в электрическую.

Гэс превращает в полезную работу не все энергоресурсы реки - часть их расходуется на преодоление различных сопротивлений:

-механических (трение в подшипниках гидроагрегата)

-гидравлических (трение воды о стенки, образование вихрей и др.)

-электрических (нагрев генератора и проводов)

Поэтому для определения мощности ГЭС вводят дополнительные множители, выражающие собой КПД:

-водоподводящих сооружений

-водяной турбины

-электрического генератора

Произведение Нη_с является напором (сосредоточенным падением) Н_ГЭС. Средние значения КПД электрогенератора ГЭС 0,95-0.97. КПД крупных водяных турбин 0.86-0.88.

В предварительных расчетах общий Кпд принимают равным 0.75. Тогда формула мощности ГЭС:

N_гэс=9.81Q_гэсНη_сη_гη_т.

Для очень крупных ГЭС с большими КПД и мощность равна:

N_гэс= (8.3-8.5)Q_гэсН_гэс

Суммарную мощность установленных на ГЭС гидроагрегатов называют установленной мощностью

Выработка энергии ГЭС за период времени Т при переменной мощности N_гэс определяется формулой:

Э_гэс=ʃΝ_гэсdT,

где Ν_гэс - фактическая мощность, с которой ГЭС работает в интервале времени ΔΤ.

Годовая выработка электроэнергии в кВт.ч определяется через объем стока проходящего за год через турбины:

Э_гэс=(W_гэсН_гэсη_гη_т)/367,2

Плотины

Сегодня мы рассмотрим плотины как наиболее общие гидротехнические сооружения, в тоже время наиболее важные. Водоподпорным называется сооружение, удерживающее воду с одной стороны на более высоком уровне чем с другой: часть водного объекта с более высоким уровнем называется верхним бъефом, по другую сторону – нижним. Разность уровней – напором. Плотиной называется водоподпорное сооружение перегораживающее русло или долину реки. Водоподпорные сооружения, устраиваемые вдоль берегов для защиты земель от затопления называются дамбами-валами.

К водоподпорным относятся следующие сооружения: специальные шлюзы (судоходные, регуляторы), плотоходы и др.

Классификации

• по цели устройств

• по возможности пропуска воды

• по основному материалу

• по высоте создаваемого напора

• по характеру основания

По цели устройства:

• для поднятия уровня

• для создания водохранилища

По возможности пропуска воды:

• глухие плотины

• водосбросные плотины

По основному материалу:

• земляные

• каменной наброски

• сухой каменной клади

• каменно-земляные

• каменные

• бетонные

• железобетонные

• деревянные

• прочие: сталь, синтетические, комбинированные

По цели создаваемого напора:

• низконапорные (до 25)

• средненапорные (до 75)

• высоконапорные (более 75)

По характеру основания (для фильтрации):

• на мягких грунтах

• на скальных

Взаимодействие река-плотина

Различают уровни.

Высший проектный уровень водохранилища (верхнего бьефа плотины), который подпорные сооруже­ния могут поддерживать в нормальных эксплуатационных условиях в течение длительного времени, называется нор­мальным подпорным уровнем (НПУ). Минимальный уро­вень водохранилища, до которого воз­можна его сработка в условиях нормаль­ной эксплуатации, называется уровнем мертвого объема (УМО). Объем воды заключенный между НПУ и УМО, называется полезным, так как именно этим объемом воды и можно распоряжаться в различных хозяйственных и других целях. Объем же воды, находящейся ниже УМО, называется мертвым, так как использование его в нормальных условиях эксплуатации не предусматривается.

Пропускная способность гидроузла (его турбин, водосливных пролетов, донных отверстий, шлюзов) по экономическим и реже техническим соображениям ограниченна. Поэтому когда по водохра­нилищу идет расход очень редкой повто­ряемости (раз в сто, тысячу, а то и десять тысяч лет), гидроузел не в состоянии пропустить всю массу воды, идущую по реке. В этих случаях уровни воды на всем водохранилище и у плотины повы­шаются, увеличивая его объем иногда на значительную величину; одновремен­но увеличивается пропускная способ­ность гидроузла. Такой подъем уровня выше НПУ в период прохождения вы­соких половодий редкой повторяемости называется форсированием уровня водо­хранилища, а сам уровень — форсиро­ванным подпорным (ФПУ). На водохра­нилищах, используемых для водного транспорта или лесосплава, сработка уровня в период навигации ограничивается уровнем, при котором речной флот по состоянию глубин может про­должать нормальную работу. Этот уро­вень, находящийся между НПУ и УМО, называется уровнем навигационной сработки (УНС). Уровни воды, в особен­ности при НПУ и ФПУ, у плотины, в средней и верхней зонах водохранилища не одинаковы. Если у плотины уровень соответствует отметке НПУ, то по мере удаления от нее он повышается вначале на сантиметры, а затем и на десятки сантиметров, а в отдельных случаях и на один-два метра. Это явление носит название кривой подпора.

ФПУ

УМО

Действие на плотину

• размыв

• фильтрация

• давление

Скорости у плотины более 20 м/с.

рисунок

Поэтому устраивают

• понур

• водобой

• рисберму

• шпунты

понур

рисберма

фундамент

плотина колодец (гибкая и жесткая)

шпунты водобой

путь грунтовых вод

концевое устройство

Действие на реку

• увлажнение микроклимата

• изменение флоры и фауны

• подпор повышает уровень грунтовых вод

• заболачивание

• выпадение лесов на севере

• засоление почв на юге

• всплытие торфяников

• заиление – выпад наносов по крупности

• переформирование берегов

Примеры:

• Земо-Авчальская на Куре за 5 лет на 60%

• Штеровское водохранилище на р. Миус на 85%

• Гиндукушское в Ср. Аз. за 15 лет полностью

Заиление поднимает уровень – затопляет берега; размывание ниже плотины (транспортирующая способность воды отстоявшейся воды повышается).