Приливные электростанции, малые ГЭС: Принцип работы и расчет

Практическое занятие № 5

Цель: ознакомиться с принципом работы приливных электростанций и малых ГЭС, а также с методикой их расчета.

Продолжительность занятия – 2 часа

Ход работы:

1. На основании теоретической части работы ознакомится и законспектировать принципы работы приливных электростанций и малых ГЭС.

2. В соответствии с индивидуальным заданием решить практические задачи.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Малые гидроэлектростанции (МГЭС)

Гидроэлектростанции малой мощности – это оборудование, которое основано на гидроэнергетических установках мощностью от 1 до 3000 кВт. Установки для малой гидроэнергетики классифицируют по мощности на:

• оборудование для мини гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт;

• оборудование для микро гидроэлектростанций мощностью до 1000 кВт.

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

• русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;

• стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;

• ГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных объектах водного хозяйства;

• мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Принцип работы турбины во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды. Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте — стальной или железобетонной.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы.

Приливные электростанции

Принцип работы приливной электростанции (ПЭС) таков: в заливе строится плотина, отделяющая часть его от океана. Во время прилива и отлива по разные стороны плотины образуется перепад уровней воды, вода устремляется через плотину в сторону нижнего уровня и приводит в движение реверсивные турбины, вращающиеся то в одну (во время прилива), то в другую (во время отлива) сторону (рис.1).

По сравнению с обычной ГЭС приливная электростанция имеет ряд преимуществ:

1. Помимо отсутствия необходимости создания водохранилища выработка ПЭС не зависит от водности года.

2. Приливы и отливы, сменяя друг друга, имеют постоянную для каждого месяца энергию.

3. Привлекательны приливные электростанции и тем, что капитальные вложения на их строительство не превышают расходов на сооружение гидроэлектростанций.

4. При этом себестоимость строительства электростанции на 1 МВт электроэнергии, вырабатываемой ПЭС, может обойтись впятеро дешевле, чем на ТЭС

Рис. 1 – Принцип работы приливной электростанции

Практика эксплуатации подтвердила экологическую безопасность приливных электростанций:

¾ плотины ПЭС биологически проницаемы: пропуск рыбы через ПЭС происходит практически беспрепятственно, основная кормовая база рыбного стада — планктон: на ПЭС гибнет 5–10 % планктона, а на ГЭС — 83–99 %;

¾ снижение солености воды в бассейне ПЭС, определяющее экологическое состояние морской фауны и льда составляет 0,05–0,07 %, т.е. практически неощутимо;

¾ ледовый режим в бассейне ПЭС смягчается: в бассейне исчезают торосы и предпосылки к их образованию, не наблюдается нажимного действия льда на сооружение, размыв дна и движение наносов полностью стабилизируются в течение первых двух лет эксплуатации

¾ наплавной способ строительства дает возможность не возводить в створах ПЭС временные крупные стройбазы, сооружать перемычки и прочее, что способствует сохранению окружающей среды в районе ПЭС;

¾ исключен выброс вредных газов, золы, радиоактивных и тепловых отходов, добыча, транспортировка, переработка, сжигание и захоронение топлива, предотвращение сжигания кислорода воздуха, затопление территорий, угроза волны прорыва;

¾ ПЭС не угрожает природе и человеку, а изменения в районе ее эксплуатации имеют лишь локальный характер, причем, в основном, в положительном направлении.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Задача 1. Как изменится мощность малой ГЭС, если напор водохранилища Н в засушливый период уменьшится в n раз, а расход воды V сократится на m %? Потери в гидротехнических сооружениях, водоводах, турбинах и генераторах считать постоянными.

Задача 1 посвящена оценке изменения мощности малой ГЭС при колебаниях расхода воды и напора. Известно, что мощность ГЭС (Вт) можно определить по простому уравнению:

N=9,81·V·H·η

где V - объемный расход воды в м³/с;

Н - напор ГЭС в м;

η - КПД ГЭС, учитывающий потери в гидравлических сооружениях,

водоводах, турбинах, генераторах. Для малых ГЭС η≈0,5.

КПД гидротурбин изменяется в пределах 0,5 ÷ 0,9.

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
n			1,2	1,5			1,2	1,5
m

Задача 2. Определить мощность малой ГЭС, если расход воды Q, напор Н. Коэффициент потерь напора в открытом гидроканале Л=0,85, КПД гидротурбины η_т, КПД гидрогенератора η_э. Как изменится мощность, если затвором уменьшить расход воды до 70% от номинального? Будет она больше или меньше, чем 70% от номинальной мощности?

Электрическая мощность гидроэнергетической установки рассчитывается по формуле:

, Вт,

Где К – коэффициент потерь напора в гидроканале,

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
Q, м^3/с
H, м
ηт, %
ηт, %

Задача 3 Используя формулу Л. Б. Бернштейна, оценить приливный потенциал бассейна Э _пот (кВт·ч), если его площадь F км², а средняя величина прилива R_ср м.

Задача 3 посвящена оценке энергетического потенциала Э_пот (кВт·ч) приливной энергии океанического бассейна, имеющего площадь F км², если известна средняя величина приливной волны R_ср м. В научной литературе существует несколько уравнений, позволяющих определить приливный потенциал бассейна. Одно из них предложено отечественным ученым Л. Б. Бернштейном:

Э_пот =1,97·10⁶·R²_ср·F

Величины и единицы их измерения	Варианты заданий
F,км2
R ср,м	8,0	7,5	7,2	7,0	6,8	6,5	6,0	5,4	5,2	5,0

Дата добавления: 2014-11-29