Việc sử dụng năng lượng của dòng nước, thiết bị của các công trình thủy lực của nhà máy thủy điện (HPP)

Năng lượng của dòng nước

Năng lượng (thế năng) mà dòng nước có được được xác định bởi hai đại lượng: lượng nước chảy và độ cao khi rơi xuống miệng.

Ở trạng thái tự nhiên, năng lượng của dòng chảy được dành cho xói mòn kênh, vận chuyển các hạt đất, ma sát trên bờ và đáy.

Bằng cách này, năng lượng của dòng nước được phân phối trong suốt dòng chảy, mặc dù không đồng đều—tùy thuộc vào độ dốc của đáy và tốc độ dòng chảy thứ cấp của nước. Để sử dụng năng lượng của dòng chảy trong một khu vực nhất định, cần phải tập trung nó vào một phần - theo một hướng.

Đôi khi nồng độ như vậy được tạo ra bởi thiên nhiên dưới dạng thác nước, nhưng trong hầu hết các trường hợp, nó phải được tạo ra một cách nhân tạo, với sự trợ giúp của kết cấu thủy lực.

Nhà máy thủy điện Itaipu là nhà máy thủy điện lớn nhất thế giới về sản xuất điện

Năng lượng tập trung tại công trường nhà máy thủy điện (HPP) hai lối:

• một con đập ngăn dòng sông và nâng nước trong lưu vực ở thượng lưu — thượng nguồn N mét tính từ mực nước của lưu vực ở hạ lưu — hạ lưu. Sự khác biệt về mức độ ngược dòng và hạ lưu H được gọi là cột áp. Các nhà máy thuỷ điện mà phần đầu do đập tạo nên gọi là cận đập và thường được xây dựng trên các dòng sông bằng phẳng;

• với sự trợ giúp của một kênh bỏ qua đặc biệt - một kênh phái sinh. Các trạm dẫn xuất chủ yếu được xây dựng ở khu vực miền núi. Kênh dẫn dòng có độ dốc rất nhỏ nên cuối kênh toàn bộ phần đầu của đoạn sông bao quanh kênh hầu như tập trung hoàn toàn.

Lực dòng chảy trong liên kết cấu trúc được xác định bởi lượng nước chảy qua cửa trong một giây, Q và cột áp H. Nếu Q được đo bằng m3/giây và H tính bằng mét, thì tốc độ dòng chảy trong phần sẽ bằng:

Pp = 9,81 * Q * 3 mã lực.

Chỉ một phần công suất này, tương đương với hiệu quả lắp đặt, sẽ được sử dụng trong các máy phát điện của nhà máy thủy điện. Do đó, công suất của nhà máy điện ở cột nước H và lưu lượng nước qua tuabin Q sẽ là:

P = 9,81*B* H* hiệu suất kW.

Phòng máy nhà máy thủy điện

Trong điều kiện vận hành thực tế của các nhà máy thủy điện, một phần nước có thể được xả qua tua-bin.

Năng lượng của các dòng suối đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ. Việc sử dụng rộng rãi năng lượng nước chỉ có thể thực hiện được vào cuối thế kỷ 19, khi nó được phát minh ra máy biến áp điện và tạo ra hệ thống điện xoay chiều ba pha... Khả năng truyền năng lượng trên một khoảng cách xa giúp nó có thể khai thác năng lượng của những dòng nước mạnh nhất.

Nhà máy thủy điện Tam Hiệp của Trung Quốc, nằm trên sông Dương Tử, là nhà máy lớn nhất thế giới về công suất lắp đặt.

Thành phần và bố trí các công trình thủy công của nhà máy thủy điện

Kết cấu tổ máy công trình nhà máy thủy điện đập thường bao gồm:

• đầu đập. Ở thượng lưu đập hình thành hồ chứa có dung tích lớn hơn hoặc nhỏ hơn tùy theo điều kiện địa hình và cao độ đập mà điều tiết lưu lượng nước qua các tua bin phù hợp với biểu phụ tải;

• công trình thủy điện;

• máng xối, có mục đích khác nhau và thiết kế tương ứng khác nhau: xả lượng nước dư thừa không được sử dụng trong tuabin, ví dụ như trong lũ lụt (tràn); để hạ thấp mực nước trong vùng nước tràn, đôi khi cần thiết, chẳng hạn như khi sửa chữa các công trình thủy lực (thoát nước); để phân phối nước giữa những người sử dụng nước (công trình lấy nước);

• phương tiện giao thông — âu tàu có thể điều hướng, cung cấp bằng phương tiện giao thông trên sông, kệ và bè để đi bè bằng gỗ;

• phương tiện đi lại của cá.

Phần xây dựng nhà máy thủy điện

Kết cấu điển hình của nhà máy thủy điện dẫn xuất - kênh dẫn dòng và đường ống từ kênh đến tuabin.

Giá trị chính, chịu trách nhiệm kỹ thuật cao nhất và liên kết đắt giá nhất trong khối các nhà máy thủy điện là đập. Các đập được phân biệt dọc theo đường dẫn nước:

• điếckhông cho nước đi qua;

• đập trànnước tràn qua đỉnh đập;

• bảng điều khiểncho phép nước tràn vào khi các tấm chắn (cổng) được mở ra.

Cornalvo là một con đập ở tỉnh Badajoz, Tây Ban Nha, đã hoạt động được gần 2.000 năm.

Đập thường bằng đất và bê tông.

Mặt cắt ngang của đập đất: 1 — răng; 2 — lớp cát và sỏi bảo vệ; 3—lưới sét: 4—thân đập; 5 — lớp nền chống thấm nước

Hình vẽ cho thấy mặt cắt của một đập đất sét được xây dựng trên một lớp thấm có độ dày thấp. Thân đập được thải ra từ bất kỳ loại đất nào không chứa một lượng lớn tạp chất hữu cơ và muối hòa tan trong nước.

Khi lấp đập bằng đất thấm, trong thân đập người ta đặt một lưới sét để ngăn cản quá trình lọc nước. Lớp thấm trên đó đập được xây dựng bị cắt bởi răng chống thấm vì những lý do tương tự.

Nếu đập được lấp đầy hoàn toàn bằng đất sét hoặc đất cát thì không cần phải có hàng rào chống thấm. Trên cùng, màn hình được phủ một lớp cát và sỏi bảo vệ, do đó được bảo vệ khỏi sự xói mòn của sóng bằng một vỉa hè bằng đá (từ đỉnh đập đến vạch nằm ở độ sâu 0,5 - 0,7 m dưới mực nước thấp nhất có thể ở thượng nguồn nước).

Khi đắp đập đất sét, từng lớp được đầm kỹ bằng lu. Không thể xả nước qua đỉnh đập đất sét vì có nguy cơ xói mòn. Một con đường thường được xây dựng dọc theo đỉnh của đập đất, xác định chiều rộng của đỉnh. Sườn núi được trải nhựa theo cách thông thường.

Chiều rộng của nền đập phụ thuộc vào chiều cao và độ nghiêng giả định của sườn dốc so với đường chân trời. Mái thượng lưu trở nên bằng phẳng hơn mái hạ lưu.

Hiện nay phương pháp thủy cơ hóa được sử dụng rộng rãi trong thi công các đập đất lớn.

Đập Willow Creek, Oregon, Hoa Kỳ, một loại đập trọng lực làm bằng bê tông

Sơ đồ đập bê tông mù: 1 — thoát nước của đập; 2 — xem bộ sưu tập; 3 — bộ sưu tập; 4 — thoát nước của nền móng

Hình này cho thấy một đập bê tông rỗng có mặt cắt thông thường với một làn đường giao thông ở phía trên. Để có một kết nối đáng tin cậy hơn của đập với đất và bờ, nền của đập được làm dưới dạng một số gờ. Một chiếc răng có độ sâu 0,05 — 1,0 Z nằm ở phía áp lực.

Để chống lại quá trình lọc, các tấm chắn chống lọc được đặt dưới răng, nhờ hệ thống các lỗ khoan có đường kính 5 - 15 cm, dung dịch xi măng được bơm vào các vết nứt của đế (đất).

Dù thân đập bằng bê tông kiên cố nhưng nước luôn thấm qua. Để thoát lượng nước này về hạ lưu, trong đập bố trí hệ thống tiêu nước gồm các giếng đứng - cống tiêu (đường kính 20 - 30 cm) làm trong thân đập cứ 1,5 - 3 m.

Nước thoát qua chúng đi vào các cuvet của phòng quan sát 2, từ đó nó được dẫn qua các bộ thu ngang 3 đến bể chứa phía dưới. Phòng quan sát, chạy trong thân đập dọc theo toàn bộ chiều dài của nó, được tạo ra để theo dõi tình trạng bê tông và quá trình lọc nước.

Các cấu trúc cấp nước có nguồn gốc thường được thực hiện dưới dạng một kênh mở. Ở vùng đất yếu, tiết diện kênh thường có dạng hình thang. Thành và đáy kênh được lót bằng bê tông hoặc nhựa đường để giảm lọc, chống xói mòn, giảm độ nhám và tổn thất áp suất liên quan. Tấm ốp đá cuội cũng được sử dụng.

Kênh dẫn dòng trong đất đá có tiết diện hình chữ nhật, nếu không thể làm kênh hở thì dùng rãnh có tiết diện hình chữ nhật hoặc tròn, nước từ kênh dẫn dòng đến tuabin được cấp qua đường ống. kim loại, bê tông cốt thép và gỗ.