HPP: toimintaperiaate, järjestelmä, laitteet, teho

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Melkein jokainen kuvittelee vesivoimaloiden tarkoituksen, mutta vain harvat todella ymmärtävät vesivoimaloiden toimintaperiaatteen. Suurin mysteeri ihmisille on, kuinka tämä koko v altava pato tuottaa sähköenergiaa ilman polttoainetta. Puhutaanpa siitä.

Mikä on vesivoimalaitos?

Vesivoimalaitos on monimutkainen kokonaisuus, joka koostuu erilaisista rakenteista ja erikoislaitteista. Vesivoimaloita rakennetaan jokiin, joissa vesi virtaa jatkuvasti täyttämään padon ja säiliön. Vesivoimalaitoksen rakentamisen yhteydessä syntyneet vastaavat rakenteet (padot) ovat välttämättömiä jatkuvan vesivirtauksen keskittämiseksi, joka muunnetaan sähköenergiaksi vesivoimalaitosten erikoislaitteilla.

Huomaa, että rakennuspaikan valinnalla on tärkeä rooli HEPP:n tehokkuuden kann alta. Kaksi ehtoa ovat välttämättömiä: taattu ehtymätön vesivarasto ja joen korkea k altevuus.

HPP:n toimintaperiaate

Vesivoimalaitoksen toiminta on melko yksinkertaista. Hydrauliset rakenteet pystytettytarjoavat vakaan veden paineen, joka tulee turbiinin siipiin. Paine saa turbiinin liikkeelle, minkä seurauksena se pyörittää generaattoreita. Jälkimmäiset tuottavat sähköä, joka toimitetaan sitten kuluttajalle suurjännitesiirtolinjojen kautta.

Tällaisen rakenteen suurin vaikeus on varmistaa jatkuva vedenpaine, mikä saavutetaan rakentamalla pato. Sen ansiosta suuri määrä vettä keskittyy yhteen paikkaan. Joissain tapauksissa käytetään luonnollista veden virtausta, ja joskus patoa ja ohjausta (luonnollista virtausta) käytetään yhdessä.

Itse rakennuksessa on vesivoimalaitoksen laitteisto, jonka päätehtävänä on muuttaa veden liikkeen mekaaninen energia sähköenergiaksi. Tämä tehtävä on määritetty generaattorille. Lisälaitteita käytetään myös aseman, jakelulaitteiden ja muuntajaasemien toiminnan ohjaamiseen.

Alla olevassa kuvassa on HPP:n kaavio.

Kuten näet, vesivirta pyörittää generaattorin turbiinia, joka tuottaa energiaa, syöttää sen muuntajalle muuntamista varten, minkä jälkeen se kuljetetaan voimalinjojen kautta toimittajalle.

Voima

On olemassa erilaisia vesivoimaloita, jotka voidaan jakaa tuotetun tehon mukaan:

1. Erittäin tehokas - yli 25 MW.
2. Keskikokoinen – jopa 25 MW.
3. Pieni – jopa 5 MW:n tuotantoteholla.

Vesivoimalan teho riippuu ensisijaisesti veden virtauksesta ja itse generaattorin tehokkuudesta, jota siinä käytetään. Mutta jopa enitentehokas asennus ei pysty tuottamaan suuria määriä sähköä heikolla vedenpaineella. On myös syytä ottaa huomioon, että vesivoimalaitoksen teho ei ole vakio. Luonnollisista syistä johtuen padon vedenpinta voi nousta tai laskea. Kaikki tämä vaikuttaa tuotetun sähkön määrään.

Padon rooli

Kaiken vesivoimalaitoksen monimutkaisin, suurin ja yleensä pääelementti on pato. On mahdotonta ymmärtää mitä vesivoimalaitos on ymmärtämättä padon toiminnan olemusta. Ne ovat v altavia siltoja, jotka pitävät veden virtauksen. Suunnittelusta riippuen ne voivat vaihdella: on gravitaatio-, kaarevia ja muita rakenteita, mutta niiden tavoite on aina sama - säilyttää suuri määrä vettä. Padon ansiosta on mahdollista keskittää vakaa ja voimakas vesivirtaus ohjaamalla se generaattoria pyörittävän turbiinin siipille. Se puolestaan tuottaa sähköenergiaa.

Teknologia

Kuten jo tiedämme, vesivoimalan toimintaperiaate perustuu putoavan veden mekaanisen energian käyttöön, joka myöhemmin muunnetaan sähköenergiaksi turbiinin ja generaattorin avulla. Itse turbiinit voidaan asentaa joko patoon tai sen lähelle. Joissakin tapauksissa käytetään putkistoa, jonka läpi padon tason alapuolella oleva vesi kulkee korkean paineen alaisena.

Jokaisella vesivoimalla on useita tehoilmaisimia: veden virtaus ja hydrostaattinen nousu. Viimeinen ilmaisin määräytyy alku- ja loppupisteiden välisen korkeuseron perusteella.veden vapaa pudotus. Asemasuunnittelua luotaessa koko suunnittelu perustuu johonkin näistä indikaattoreista.

Nykyään tunnetut sähköntuotantotekniikat mahdollistavat korkean hyötysuhteen muuttaessa mekaanista energiaa sähköenergiaksi. Joskus se on useita kertoja korkeampi kuin lämpövoimaloissa. Tällainen korkea hyötysuhde saavutetaan vesivoimalaitoksella käytettävien laitteiden ansiosta. Se on luotettava ja suhteellisen helppokäyttöinen. Lisäksi polttoaineen puutteen ja suuren lämpöenergian vapautumisen vuoksi tällaisten laitteiden käyttöikä on melko pitkä. Häiriöt ovat täällä erittäin harvinaisia. Yleisesti generaattorisarjojen ja rakenteiden vähimmäiskäyttöiän uskotaan olevan noin 50 vuotta. Vaikka itse asiassa vielä tänäkin päivänä viime vuosisadan 30-luvulla rakennetut vesivoimalat toimivat varsin menestyksekkäästi.

Venäjän vesivoimalaitokset

Venäjällä toimii nykyään noin 100 vesivoimalaitosta. Niiden kapasiteetti on tietysti erilainen, ja suurin osa niistä on asemia, joiden asennettu kapasiteetti on enintään 10 MW. Siellä on myös Pirogovskaja tai Akulovskaja, jotka otettiin käyttöön vuonna 1937 ja joiden kapasiteetti on vain 0,28 MW.

Suurimmat ovat Sayano-Shushenskaya ja Krasnojarskin HEPP, joiden teho on vastaavasti 6400 ja 6000 MW. Asemat seuraavat:

1. Bratskaya (4500 MW).
2. Ust-Ilimskaya HPP (3840).
3. Bochuganskaya (2997 MW).
4. Volzhskaya (2660 MW).
5. Zhigulevskaya (2450 MW).

Huolimatta tällaisten laitosten v altavasta määrästä, ne tuottavat vain 47 700 MW, mikä vastaa 20 % kaikesta Venäjällä tuotetun energian kokonaismäärästä.

Lopuksi

Nyt ymmärrät vesivoimaloiden toimintaperiaatteen, jotka muuttavat veden virtauksen mekaanisen energian sähköenergiaksi. Huolimatta melko yksinkertaisesta ideasta saada energiaa, laitteiden ja uusien tekniikoiden kompleksi tekevät tällaisista rakenteista monimutkaisia. Ydinvoimaloihin verrattuna ne ovat kuitenkin todella alkeellisia.