Thiết bị và nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện

Từ xa xưa, con người đã sử dụng sức đẩy của nước. Họ nghiền bột trong các nhà máy chạy bằng dòng nước, thả bè những thân cây nặng ở hạ lưu và thường sử dụng thủy điện cho nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm cả những nhiệm vụ công nghiệp.

Những nhà máy thủy điện đầu tiên

Vào cuối thế kỷ 19, với sự khởi đầu của quá trình điện khí hóa các thành phố, các nhà máy thủy điện bắt đầu trở nên phổ biến rất nhanh trên thế giới. Năm 1878, nhà máy thủy điện đầu tiên trên thế giới xuất hiện ở Anh, khi đó chỉ cung cấp một ngọn đèn hồ quang trong phòng trưng bày nghệ thuật của nhà phát minh William Armstrong ... Và đến năm 1889, chỉ riêng ở Hoa Kỳ đã có 200 nhà máy thủy điện.

Một trong những bước quan trọng nhất trong quá trình phát triển thủy điện là việc xây dựng đập Hoover ở Mỹ vào những năm 1930. Đối với Nga, vào năm 1892, nhà máy thủy điện bốn tuabin đầu tiên có công suất 200 kW đã được xây dựng tại Rudnia Altai trên sông Berezovka, được thiết kế để cung cấp điện cho hệ thống thoát nước của mỏ Ziryanovsky.Vì vậy, với sự phát triển điện năng của nhân loại, các nhà máy thủy điện đã đánh dấu tốc độ phát triển công nghiệp nhanh chóng.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện

Ngày nay, các nhà máy thủy điện hiện đại là những công trình khổng lồ với công suất lắp đặt hàng gigawatt. Tuy nhiên, nguyên lý hoạt động của bất kỳ nhà máy thủy điện nào nhìn chung vẫn khá đơn giản và gần như giống hệt nhau ở mọi nơi. Áp lực nước tác dụng lên các cánh của tuabin thủy lực làm cho nó quay và đến lượt tuabin thủy lực được kết nối với máy phát điện sẽ làm quay máy phát điện. Máy phát điện tạo ra điện và cấp cho trạm biến áp rồi cấp cho đường dây tải điện.

Cánh quạt máy phát điện thủy điện:

Trong phòng tuabin của nhà máy thủy điện, các tổ máy thủy lực được lắp đặt để chuyển đổi năng lượng của dòng nước thành điện năng và tất cả các thiết bị phân phối cần thiết, cũng như các thiết bị điều khiển và giám sát hoạt động của nhà máy thủy điện. trực tiếp trong việc xây dựng nhà máy thủy điện.

Sản lượng của một nhà máy thủy điện phụ thuộc vào lượng và áp suất nước đi qua các tuabin. Áp suất trực tiếp thu được do chuyển động có hướng của dòng nước. Đây có thể là nước tích tụ tại đập khi đập được xây dựng tại một vị trí cụ thể trên sông hoặc áp lực xảy ra do chuyển hướng dòng chảy—nghĩa là khi nước được chuyển hướng từ kênh thông qua một đường hầm hoặc kênh đào đặc biệt. Vì vậy, các nhà máy thủy điện là đập, dẫn xuất và đập.

Các nhà máy thủy điện đập phổ biến nhất dựa trên một con đập chặn lòng sông.Phía sau đập, nước dâng lên, tích tụ lại, tạo ra một loại cột nước cung cấp áp suất và áp suất. Đập càng cao, áp suất càng mạnh. Đập cao nhất thế giới, ở độ cao 305 mét, là đập 3,6 GW Jinping trên sông Yalongjiang ở phía tây Tứ Xuyên, tây nam Trung Quốc.

Nhà máy thủy điện có hai loại. Nếu dòng sông có một chút nhúng, nhưng tương đối dồi dào, thì với sự trợ giúp của một con đập chặn dòng sông, một sự khác biệt đủ về mực nước sẽ được tạo ra.

Một hồ chứa được hình thành phía trên đập, đảm bảo hoạt động thống nhất của trạm trong suốt cả năm. Gần bờ dưới đập, gần sát có lắp tua bin nước, nối với máy phát điện (gần trạm đập), nếu sông thông thuyền được thì ở bờ đối diện làm âu thuyền cho tàu bè qua lại. tàu thuyền.

Nếu dòng sông không giàu nước, nhưng có độ sâu lớn và dòng chảy nhanh (ví dụ, sông núi), thì một phần nước được chuyển hướng dọc theo một kênh đặc biệt, có độ dốc thấp hơn nhiều so với sông. Con kênh này có khi dài vài km. Đôi khi điều kiện hiện trường buộc kênh phải được thay thế bằng một đường hầm (đối với các nhà máy điện). Điều này tạo ra sự chênh lệch đáng kể về mực nước giữa cửa ra của kênh và hạ lưu sông.

Ở cuối kênh, nước đi vào một đường ống có độ dốc lớn, ở đầu dưới có một tuabin thủy lực với một máy phát điện. Do có sự chênh lệch đáng kể về mực nước, nước thu được động năng lớn, đủ để cung cấp năng lượng cho trạm (trạm dẫn xuất).

Các trạm như vậy có thể có công suất lớn và thuộc loại nhà máy điện khu vực (xem. Nhà máy thủy điện nhỏ).Ở những nhà máy nhỏ nhất, tuabin đôi khi được thay thế bằng guồng nước rẻ hơn, kém hiệu quả hơn.

Việc xây dựng nhà máy thủy điện Zhigulev từ suối

Sơ đồ kết nối điện của Zhigulev HPP

Một đoạn xuyên qua tòa nhà của nhà máy thủy điện Zhigulev. 1 — đầu ra để mở RU 400 kV; 2 — sàn cáp 220 và 110 kV; 3—sàn đặt thiết bị điện, 4—thiết bị làm mát máy biến áp; 5 — các kênh xe buýt kết nối các cuộn dây điện áp của máy phát điện của máy biến áp trong "tam giác"; 6 — cần cẩu có tải trọng 2X125 tấn; 7 — cần cẩu có tải trọng 30 tấn; 8 — cần trục có tải trọng 2X125 tấn; 9 — cơ cấu giữ rác; 10 — cần cẩu có tải trọng 2X125 tấn; 11 — lưỡi kim loại; 12 — cần cẩu có tải trọng 2X125 tấn.

Zhigulev HPP là nhà máy thủy điện lớn thứ hai ở châu Âu, vào năm 1957-1960 nó là nhà máy thủy điện lớn nhất thế giới.

Tổ máy đầu tiên của trạm có công suất 105 nghìn KW được đưa vào vận hành cuối năm 1955, năm 1956 đưa thêm 11 tổ máy nữa vào vận hành trong 10 tháng. 1957 — tám chiếc còn lại.

Một số lượng lớn các cơ sở năng lượng mới, trong một số trường hợp là duy nhất, đã được lắp đặt và đang vận hành tại các nhà máy thủy điện.

Các loại nhà máy thủy điện và thiết bị của họ

Ngoài đập, nhà máy thủy điện bao gồm một tòa nhà và thiết bị chuyển mạch. Các thiết bị chính của nhà máy thủy điện được đặt trong tòa nhà, tua-bin và máy phát điện được lắp đặt tại đây. Ngoài đập và tòa nhà, nhà máy thủy điện có thể có âu thuyền, đập tràn, lối đi của cá và thang nâng thuyền.

Mỗi nhà máy thủy điện là một cấu trúc độc đáo, do đó, đặc điểm phân biệt chính của nhà máy thủy điện với các loại nhà máy điện công nghiệp khác là tính cá nhân của chúng. Nhân tiện, hồ chứa lớn nhất thế giới nằm ở Ghana, đó là hồ chứa Akosombo trên sông Volta. Nó có diện tích 8.500 km2, chiếm 3,6% diện tích cả nước.

Nếu lòng sông có độ dốc đáng kể thì xây dựng nhà máy thủy điện dẫn xuất. Không cần thiết phải xây dựng một hồ chứa lớn cho các đập, thay vào đó, nước chỉ được dẫn qua các kênh dẫn nước hoặc đường hầm được xây dựng đặc biệt trực tiếp đến tòa nhà nhà máy điện.

Các lưu vực điều tiết nhỏ hàng ngày đôi khi được bố trí trong các nhà máy thủy điện phái sinh, cho phép kiểm soát áp suất và do đó lượng điện được tạo ra, tùy thuộc vào tình trạng quá tải của lưới điện.

Cơ sở lưu trữ được bơm (PSPP) là một loại nhà máy thủy điện đặc biệt. Ở đây, bản thân nhà ga được thiết kế để làm dịu các biến động hàng ngày và tải cao điểm hệ thống năng lượngvà do đó nâng cao độ tin cậy của lưới điện.

Một trạm như vậy có thể hoạt động cả ở chế độ máy phát điện và chế độ lưu trữ, khi máy bơm bơm nước vào lưu vực trên từ lưu vực dưới. Lưu vực trong ngữ cảnh này là một đối tượng lưu vực là một phần của hồ chứa và liền kề với nhà máy thủy điện, thượng lưu là thượng lưu, hạ lưu là hạ lưu.

Một ví dụ về cơ sở lưu trữ được bơm là Hồ chứa Taum Sauk ở Missouri, được xây dựng cách Mississippi 80 km, với dung tích 5,55 tỷ lít, cho phép hệ thống điện cung cấp công suất tối đa 440 MW.