Využitie energie vodného toku, zariadenie vodných stavieb vodných elektrární (VVE)

Energia vody prúdi

Energiu (potenciál), ktorú má vodný tok, určujú dve veličiny: množstvo pretekajúcej vody a výška jej pádu do ústia.

V prirodzenom stave sa energia toku rieky vynakladá na eróziu kanála, prenos pôdnych častíc, trenie na brehoch a dne.

Týmto spôsobom je energia prúdu vody rozložená v prúde, aj keď nerovnomerne — v závislosti od sklonov dna a sekundárneho prietoku vody. Aby bolo možné využiť energiu prúdenia v rámci určitej oblasti, je potrebné ju sústrediť do jednej sekcie – do jedného zarovnania.

Niekedy je takáto koncentrácia vytvorená prírodou v podobe vodopádov, no vo väčšine prípadov musí byť vytvorená umelo, pomocou hydraulické konštrukcie.

Vodná elektráreň Itaipu je najväčšia vodná elektráreň na svete na výrobu elektriny

Energia sa sústreďuje na stavenisku vodné elektrárne (HPP) dve cesty:

• priehrada, ktorá blokuje rieku a zvyšuje vodu v povodí proti prúdu – proti prúdu N metrov od úrovne povodia po prúde – po prúde. Rozdiel v hladinách H proti prúdu a po prúde sa nazýva hlava. Vodné elektrárne, kde je hlava vytvorená priehradou, sa nazývajú blízke priehrady a sú zvyčajne postavené na plochých riekach;

• pomocou špeciálneho obtokového kanála — derivačného kanála. Odvodzovacie stanice sa budujú najmä v horských oblastiach. Odklonný kanál má veľmi malý sklon, takže na jeho konci je takmer úplne sústredené celé zhlavie riečneho úseku obklopeného kanálom.

Sila toku v zarovnaní štruktúry je určená množstvom vody pretečenej bránou za jednu sekundu, Q a spád H. Ak sa Q meria v m3/s a H v metroch, potom sa prietok v sekcii bude rovnať:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Len časť tejto kapacity, ktorá sa rovná účinnosti zariadenia, sa využije v elektrických generátoroch vodnej elektrárne. Preto výkon elektrárne na hlave H a prietok vody cez turbíny Q budú:

P = 9,81*B* H* účinnosť kW.

Strojovňa pre vodnú elektráreň

V reálnych prevádzkových podmienkach vodných elektrární môže byť časť vody vypúšťaná popri turbínach.

Energia potokov sa využíva po stáročia. Široké využitie vodnej sily bolo možné až na konci 19. storočia, keď bola vynájdená elektrický transformátor a vytvorili trojfázový systém striedavého prúdu... Schopnosť prenášať energiu na veľké vzdialenosti umožnila využiť energiu najsilnejších vodných prúdov.

Čínska vodná elektráreň Tri rokliny, ktorá sa nachádza na rieke Jang-c'-ťiang, je z hľadiska inštalovaného výkonu najväčšia na svete.

Skladba a usporiadanie hydrotechnických zariadení vodných elektrární

Štruktúra jednotky štruktúr priehradnej vodnej elektrárne zvyčajne zahŕňa:

• priehradná hlava. Na hornom toku priehrady sa podľa topografických pomerov a výšky priehrady vytvára nádrž s väčším alebo menším objemom, ktorá reguluje prietok vody turbínami v súlade s harmonogramom zaťaženia;

• budova hydroelektrárne;

• odkvapy, s iným účelom a tomu zodpovedajúcou odlišnou konštrukciou: vypúšťať prebytočnú vodu, ktorá sa nepoužíva v turbínach, napríklad pri povodniach (prepady); na zníženie vodného horizontu v prepadových vodách, čo je niekedy potrebné napr. pri opravách hydraulických zariadení (drenáž); na distribúciu vody medzi užívateľov vody (zariadenia na odber vody);

• dopravné zariadenia — plavebné komory, ktoré zabezpečujú plavbu po rieke, police a plte na splavovanie dreva;

• zariadenia na prechod rýb.

Časť o budove vodnej elektrárne

Typické konštrukcie derivačnej vodnej elektrárne — odvádzací kanál a potrubie z kanála do turbín.

Hlavnou hodnotou, technicky najzodpovednejším a najdrahším článkom v bloku vodných elektrární je priehrada. Priehrady sa rozlišujú pozdĺž cesty vodného toku:

• hluchýktoré neumožňujú priechod vody;

• prelivv ktorej sa voda prelieva cez hrebeň priehrady;

• panelová doskaktoré pri otvorení štítov (brán) prepúšťajú vodu.

Cornalvo je priehrada v Španielsku, v provincii Badajoz, ktorá je v prevádzke už takmer 2000 rokov.

Priehrady sú zvyčajne hlinené a betónové.

Priečny profil zemnej hrádze: 1 — zub; 2 — ochranná vrstva piesku a štrku; 3 — hlinená mriežka: 4 — teleso hrádze; 5 — vodeodolná základná vrstva

Na obrázku je znázornený profil hlinenej hrádze postavenej na priepustnej vrstve nízkej hrúbky. Teleso priehrady je vypúšťané z akejkoľvek pôdy, ktorá neobsahuje veľké množstvo organických nečistôt a vo vode rozpustných solí.

Pri napúšťaní hrádze priepustnými zeminami sa do telesa hrádze umiestňuje hlinená mriežka, ktorá zabraňuje filtrácii vody. Priepustná vrstva, na ktorej je hrádza postavená, je z rovnakých dôvodov prerezaná vodotesným zubom.

Ak je priehrada úplne naplnená hlinou alebo piesčitou pôdou, potom nie je potrebná bariéra proti priesaku. Na vrchu je clona pokrytá ochrannou vrstvou piesku a štrku, ktorá je zase chránená pred vlnovou eróziou kamennou dlažbou (od hrebeňa hrádze po značku, ktorá leží 0,5 – 0,7 m pod najnižším možným vodným horizontom v horných vodách).

Pri plnení hlinenej priehrady sa každá vrstva opatrne zhutňuje valčekmi. Odvádzanie vody cez hrebeň hlinenej priehrady je neprípustné, pretože hrozí jej erózia. Cesta je zvyčajne postavená pozdĺž hrebeňa hlinenej priehrady, ktorá vymedzuje šírku hrebeňa. Hrebeň je vyasfaltovaný bežným spôsobom.

Šírka päty hrádze závisí od jej výšky a od predpokladaného sklonu svahov k horizontu. Svah proti prúdu sa stáva plochejším ako svah po prúde.

V súčasnosti je metóda hydromechanizácie široko používaná pri výstavbe veľkých zemných priehrad.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, priehrada gravitačného typu vyrobená z betónu

Schéma slepej betónovej hrádze: 1 — odvodnenie hrádze; 2 — prehliadka galérie; 3 — zberač; 4 — odvodnenie základu

Obrázok ukazuje prázdnu betónovú hrádzu s pravidelným profilom s jazdným pruhom navrchu. Pre spoľahlivejšie spojenie hrádze s pôdou a brehmi je základ hrádze vytvorený vo forme niekoľkých ríms. Na tlakovej strane je umiestnený zub s hĺbkou 0,05 — 1,0 Z.

Na boj proti filtrácii sa pod zub umiestňujú antifiltračné závesy, do ktorých sa cez systém vrtov s priemerom 5 – 15 cm vstrekuje cementový roztok do trhlín podkladu (pôdy).

Hoci je teleso hrádze z pevného betónu, voda cez neho vždy presakuje. Na odvedenie tejto vody po prúde je v hrádzi usporiadaný drenážny systém pozostávajúci z vertikálnych vrtov - drénov (s priemerom 20 - 30 cm) zhotovených v telese hrádze každých 1,5 - 3 m.

Cez ne odvádzaná voda vstupuje do kyviet vyhliadkovej štôlne 2, odkiaľ je vedená cez horizontálne kolektory 3 do spodného bazéna. Vyhliadková štôlňa, ktorá prebieha v telese hrádze po celej dĺžke, slúži na sledovanie stavu betónu a filtrácie vody.

Odvodené vodovodné stavby sa najčastejšie realizujú vo forme otvoreného kanála. V mäkkých pôdach je kanálová časť zvyčajne lichobežníková. Steny a dno kanála sú obložené betónom alebo asfaltom, aby sa znížila filtrácia, zabránilo erózii, znížila drsnosť a s tým spojené tlakové straty. Používa sa aj dlažobný obklad.

Odvádzacie kanály v skalnatých pôdach majú pravouhlý prierez. Ak nie je možné realizovať otvorený kanál, používajú sa výklenky s obdĺžnikovým alebo kruhovým prierezom. Voda z odvádzacieho kanála do turbín je privádzaná potrubím. kovové, železobetónové a drevené.