המכשיר ועקרון הפעולה של המפעל ההידרואלקטרי
מאז ימי קדם, אנשים השתמשו בכוח המניע של המים. הם טחנו קמח בטחנות המופעלות על ידי זרמי מים, הטילו גזעי עצים כבדים במורד הזרם, ובדרך כלל השתמשו בכוח הידרו למגוון רחב של משימות, כולל תעשייתיות.
המפעלים ההידרואלקטרים הראשונים
בסוף המאה ה-19, עם תחילת חשמול הערים, החלו מפעלים הידרואלקטרים לצבור פופולריות מהר מאוד בעולם. ב-1878 הופיע באנגליה המפעל ההידרואלקטרי הראשון בעולם, שהפעיל אז רק מנורת קשת אחת בגלריית האמנות של הממציא וויליאם ארמסטרונג... וב-1889 כבר היו 200 מפעלים הידרואלקטרים בארצות הברית לבדה.
אחד השלבים החשובים ביותר בפיתוח אנרגיה הידרומית היה בניית סכר הובר בארה"ב בשנות ה-30. באשר לרוסיה, כבר בשנת 1892, נבנתה כאן ברודניה אלטאי על נהר ברזובקה תחנת הכוח ההידרואלקטרית הראשונה בת ארבע טורבינות בהספק של 200 קילוואט, שנועדה לספק חשמל לניקוז המכרה של מכרה זיריאנובסקי.אז, עם התפתחות החשמל על ידי האנושות, תחנות כוח הידרואלקטריות סימנו את הקצב המהיר של ההתקדמות התעשייתית.
עקרון הפעולה של המפעל ההידרואלקטרי
כיום, מפעלים הידרואלקטרים מודרניים הם מבנים ענקיים עם קיבולת מותקנת של ג'יגה וואט. עם זאת, עקרון הפעולה של כל מפעל הידרואלקטרי נשאר בדרך כלל די פשוט וכמעט זהה כמעט בכל מקום. לחץ המים המופעל על להבי הטורבינה ההידראולית גורם לה להסתובב, והטורבינה ההידראולית, בתורה, המחוברת לגנרטור, הופכת את הגנרטור. הגנרטור מייצר חשמל אשר ו הוזנה לתחנת השנאים ולאחר מכן לקו החשמל.
רוטור מחולל הידרו:
באולם הטורבינות של תחנת הכוח ההידרואלקטרית מותקנות יחידות הידראוליות הממירות את אנרגיית זרימת המים לחשמל, וממוקמים כל מכשירי החלוקה הדרושים וכן מכשירי בקרה וניטור להפעלת תחנת הכוח ההידרואלקטרית. ישירות בבניין תחנת הכוח ההידרואלקטרית.
התפוקה של מפעל הידרואלקטרי תלויה בכמות ובלחץ המים העוברים דרך הטורבינות. לחץ ישיר מתקבל עקב התנועה המכוונת של זרימת המים. זה יכול להיות מים שנבנו בסכר כאשר סכר נבנה במיקום מסוים בנהר, או שהלחץ מתרחש עקב הסחת זרימה - כלומר כאשר המים מופנים מהערוץ דרך מנהרה או תעלה מיוחדת. אז, תחנות כוח הידרואלקטריות הן סכר, נגזרת וסכר.
המפעלים ההידרואלקטרים הנפוצים ביותר בסכר מבוססים על סכר שחוסם את אפיק הנהר.מאחורי הסכר המים עולים, מצטברים ויוצרים מעין עמוד מים המספק לחץ ולחץ. ככל שהסכר גבוה יותר, הלחץ חזק יותר. הסכר הגבוה בעולם, בגובה 305 מטר, הוא סכר ג'ינפינג בנפח 3.6 GW על נהר יאלונגג'יאנג במערב סצ'ואן בדרום מערב סין.
מפעלים הידרואלקטרים הם משני סוגים. אם יש בנחל צניחה קלה, אך הוא שופע יחסית, הרי שבעזרת סכר החוסם את הנהר נוצר הבדל מספק במפלסי המים.
מעל הסכר נוצר מאגר המבטיח פעילות אחידה של התחנה לאורך כל השנה. בסמוך לגדה מתחת לסכר, בסמיכות אליו, מותקנת טורבינת מים המחוברת לגנרטור חשמלי (ליד תחנת הסכר), במידה והנחל ניתן לשייט, אז נעשית בגדה הנגדית נעילה למעבר של ספינות.
אם הנהר אינו עשיר במיוחד במים, אך יש לו טבילה גדולה וזרם מהיר (למשל נהרות הרים), אז חלק מהמים מופנה לאורך ערוץ מיוחד, ששיפועו נמוך בהרבה מהנהר. אורכו של ערוץ זה לפעמים כמה קילומטרים. לפעמים תנאי השדה מאלצים את החלפת הערוץ במנהרה (לתחנות כוח). כך נוצר הבדל משמעותי במפלס בין מוצא התעלה למורד הנהר.
בקצה הערוץ המים נכנסים לצינור בעל שיפוע תלול שבקצהו התחתון יש טורבינה הידראולית עם גנרטור. בשל ההבדל המשמעותי במפלס, המים מקבלים אנרגיה קינטית גדולה, המספיקה להפעלת התחנה (תחנות גזירה).
תחנות כאלה יכולות להיות בעלות קיבולת גדולה ולהשתייך לקטגוריה של תחנות כוח אזוריות (ראה. מפעלים הידרואלקטרים קטנים).במפעלים הקטנים ביותר, הטורבינה מוחלפת לעיתים בגלגל מים פחות יעיל וזול יותר.
בניית המפעל ההידרואלקטרי ז'יגולב מהמעיינות
תרשים סכמטי של החיבורים החשמליים של Zhigulev HPP
קטע דרך מבנה המפעל ההידרואלקטרי ז'יגולב. 1 - יציאות לפתיחת RU 400 קילו וולט; 2 - קומה של כבלים של 220 ו-110 קילו וולט; 3 - רצפת ציוד חשמלי, 4 - ציוד קירור שנאי; 5 - ערוצי אוטובוס המחברים את פיתולי המתח של מחולל השנאים ב"משולשים"; 6 - מנוף עם קיבולת עומס של 2X125 טון; 7 - מנוף עם קיבולת עומס של 30 טון; 8 - מנוף עם קיבולת עומס של 2X125 ט; 9 - מבנה אחזקת אשפה; 10 - מנוף עם קיבולת עומס של 2X125 טון; 11 - לשון מתכת; 12 - מנוף עם קיבולת עומס של 2X125 טון.
ה-Zhigulev HPP הוא המפעל ההידרואלקטרי השני בגודלו באירופה, בשנים 1957-1960 היה המפעל ההידרואלקטרי הגדול בעולם.
היחידה הראשונה של התחנה בהספק של 105 אלף קילוואט הופעלה בסוף 1955, בשנת 1956 הופעלו עוד 11 יחידות למשך 10 חודשים. 1957 - שמונה היחידות הנותרות.
מספר רב של מתקני אנרגיה חדשים, בחלק מהמקרים ייחודיים, הותקנו ופועלים בתחנות כוח הידרואלקטריות.
סוגי תחנות כוח הידרואלקטריות וההתקנים שלהן
בנוסף לסכר, המפעל ההידרואלקטרי כולל מבנה ומתקני מיתוג. הציוד העיקרי של המפעל ההידרואלקטרי ממוקם בבניין, כאן מותקנים טורבינות וגנרטורים. בנוסף לסכר ולבניין, במפעל ההידרואלקטרי עשויים להיות מנעולים, שקעים, מעברי דגים ומעליות סירות.
כל תחנת כוח הידרואלקטרית היא מבנה ייחודי, לכן המאפיין העיקרי המבחין של תחנות כוח הידרואלקטריות מסוגים אחרים של תחנות כוח תעשייתיות הוא האינדיבידואליות שלהן. אגב, המאגר הגדול בעולם נמצא בגאנה, הוא מאגר אקסומבו על נהר הוולטה. הוא משתרע על פני 8,500 קמ"ר, שהם 3.6% משטחה של המדינה כולה.
אם יש שיפוע משמעותי לאורך אפיק הנהר, אז מוקם מפעל הידרואלקטרי גזירה. אין צורך להקים מאגר גדול לסכרים, אלא המים מופנים רק דרך תעלות מים או מנהרות שהוקמו במיוחד ישירות למבנה תחנת הכוח.
אגני ויסות יומיומי קטנים מסודרים לעיתים בתחנות כוח הידרואלקטריות נגזרות, המאפשרות שליטה בלחץ ובכך את כמות החשמל המופקת, בהתאם לעומס היתר של רשת החשמל.
מתקני אחסון שאובים (PSPP) הם סוג מיוחד של מפעל הידרואלקטרי. כאן, התחנה עצמה נועדה להחליק תנודות יומיות ועומסי שיא מערכת כוח, ובכך לשפר את האמינות של רשת החשמל.
תחנה כזו יכולה לעבוד גם במצב גנרטור וגם במצב אחסון, כאשר משאבות שואבות מים לאגן העליון מהאגן התחתון. אגן בהקשר זה הוא חפץ אגן המהווה חלק ממאגר וצמוד למפעל הידרואלקטרי במעלה הזרם במעלה הזרם, במורד הזרם.
דוגמה למתקן אחסון שאוב הוא מאגר Taum Sauk במיזורי, שנבנה 80 קילומטרים מהמיסיסיפי, עם קיבולת של 5.55 מיליארד ליטר, המאפשר למערכת החשמל לספק קיבולת שיא של 440 MW.