Интересны детали.
Хозяйке на заметку: чтобы получить 1 киловатт-час электроэнергии, надо спустить с высоты 27 метров 14 тонн воды.
(Детали подсмотрены в процессе посещения девяти разных гидроэлектростанций).
Перефразируя классика: все тепловые электростанции похожи друг на друга, каждая гидроэлектростанция устроена по-своему. Иными словами, типовых ГЭС не существуют, все ГЭС разные. У каждой свой расход воды, напор, рельеф, грунт, климат, близость моря, объем водохранилища…
Вот, например, вроде бы обычный машинный зал станции. За исключением того, что все окна в нем — искусственные, с подсветкой.
Все потому, что машинный зал находится в скале на глубине 76 метров.
Это первая в СССР подземная гидроэлектростанция, с поверхности к ней идут четыре водовода диаметром 6 м. А это шахта, также вырубленная в скальном основании, для извлечения из глубинного машзала оборудования в случае его ремонта/замены:
Затворы и сбросные сооружения
В идеале вся вода должна идти через турбины и давать энергию. Но не всегда это возможно.
Часть воды приходится сбрасывать мимо ГЭС:
— при ремонте гидроагрегатов;
— при весенних паводках, если нет водохранилища многолетнего регулирования (а его часто нет);
— бывает, что в каскаде ГЭС (станций, стоящих на одной реке) пропускная способность верхней станции больше, чем нижней; тогда нижняя должна пустить часть воды мимо турбин, иначе ее просто затопит;
— иногда открывают холостой водосброс по запросу рыбзаводов для пропуска мальков вниз по течению;
— и т.д.
Холостой водосброс Беломорской ГЭС — это три затвора.
Довольно много внимания уделено вопросу резервирования, потому что не суметь вовремя понизить уровень в водохранилище — это чревато. Любой из затворов здесь можно опустить/поднять козловым краном, два из трех — электрическими лебедками. В крайнем случае можно и вручную (со скоростью, правда, 3 см/мин).
Затвор поднят, идет холостой сброс для водозабора города Беломорска, находящегося ниже по течению:
Для борьбы с обледенением затворов применяют индукционный подогрев. На обогрев данного экземпляра, например, требуется 150 кВт:
Иногда для этого же делают барботаж — пропускают воздух из глубины вдоль затвора; видим шланг системы сжатого воздуха:
На сбросе предусматривают мероприятия для гашения кинетической энергии потока — водобойные колодцы, столкновение потоков, ступени или, как здесь, на Волховской ГЭС — водобойная плита с гасителями:
О рыбе
На Нижнетуломской ГЭС сделан специальный рыбоход для семги, поднимающейся на нерест вверх по течению. Конструкция имитирует собой полукилометровый горный ручей с камнями на дне, зигзагообразными проходами и местами для отдыха рыбы.
Интересно, что в период нереста на ГЭС отключают ближний к рыбоходу 4-й гидроагрегат, чтобы семга могла услышать шум рыбохода и направиться именно туда.
На Верхнетуломской станции рыбоход сделали в виде 2-километрового тоннеля с подсветкой и специального рыболифта, но такая конструкция оказалась неудачной, рыба не пошла. Из положения вышли — тоннель превратили в рыбзавод и пускают в него теплую воду от охлаждения генераторов. И малькам хорошо, и энергоэффективность налицо. Откуда в генераторе теплая вода — см.ниже.
Безопасность
Напомню, что при аварии-2009 на Саяно-Шушенской ГЭС после прорыва воды в машинный зал было быстро потеряно электропитание собственных нужд станции, в результате чего сброс затворов на водоприемниках пришлось производить вручную. По следам этого происшествия на ГЭС активно занялись резервным питанием — аварийные дизель-генераторы, аккумуляторы.
Это тоже элемент безопасности — аэрационные трубы в верхней части водоводов Кондопожской ГЭС:
Толщина стальных стенок водоводов сравнительно небольшая — 12 мм. Кольца водоводов рассчитаны на большое внутреннее давление или небольшой вакуум. Но если закрыть верхние затворы и водовод резко опорожнить, то внутри них возникнет глубокий вакуум, и трубы могут деформироваться. Аэрационные трубы впустят воздух при опорожнении, и все будет хорошо.
Остатки деревянного водовода 1930-х годов:
На случай, если во время работы турбинный водовод все же прорвется, предусмотрена защитная стенка (в центре кадра):
Благодаря ей вода пойдет не направо — на административное здание, а обойдет станцию слева и по выемке уйдет в нижний бьеф.
Управление и контроль
Сейчас мы находимся между турбиной и генератором и наблюдаем соединяющий их вал. Слева видна схема гидроагрегата с выведенными на нее манометрами, показывающими давления в системе смазки.
Под ногами — гидравлические приводы направляющего аппарата:
Больше параметров можно увидеть в машинном зале.
Температуры воды и воздуха, уровни воды в бьефах:
Мнемосхема на дисплее.
Этот гидроагрегат не работает (мощность 0 МВт, направляющий аппарат закрыт, частота вращения ротора 0 %).
Хорошо видно, как из спиральной камеры турбины (внизу) вода отбирается и подается на охладители генератора (он в центре, красного цвета, охладители А и Б) и для смазки подпятника, верхнего (ВГП) и нижнего (НГП) генераторных подшипников. Да-да, они смазываются водой. Отсюда и берется теплая вода для рыбзавода.
В правой части виден красный бак с маслом — это гидравлическая система управления направляющим аппаратом. Здесь же показываются давления, расходы и уровни всех жидкостей.
Информация о вибрациях:
В скобках: официально причиной разрушения гидроагрегата на той же Саяно-Шушенской было названо усталостное разрушение шпилек крепления крышки турбины из-за вибраций, возникавших при переходах гидроагрегата через диапазон «запрещенной зоны» (есть и другие мнения, но сейчас не об этом).
Где находится «запрещенная зона», увидим на центральном пульте управления ГЭС:
Гидроагрегаты Г1, Г3, Г4 в работе, Г2 остановлен. На черном фоне — мощность, которую вырабатывают генераторы 38,1/38/38 МВт соответственно. У Г3 и Г4 столбики красные, потому что они работают на полную мощность, у Г1 еще есть резерв. За столбиками видна красная зона — это как раз тот диапазон мощности, в котором гидроагрегату нежелательно работать и который при пуске/останове надо побыстрее проскочить.
Кстати, знающий человек еще снаружи здания скажет, какой из гидроагрегатов не работает:
Вторая пара противовесов поднята — значит, затворы на турбинных водоводах агрегата номер 2 опущены.
Весьма активно внедряют удаленное управление.
Так, например, эта станция на 60 МВт работает круглосуточно, но персонал на ней бывает только днем и в рабочие дни, в остальное время — управляется по телемеханике с головной ГЭС:
ГЭС работают по т.н. диспетчерскому распоряжению, которое регламентирует когда и сколько станции выдавать электроэнергии. Поскольку ГЭС — самые маневренные источники энергии (быстро запускаются и быстро останавливаются), то они служат для покрытия пиковых нагрузок и их выработка меняется в зависимости от времени суток и дня недели. В отличие от тепловых и атомных электростанций, которые обеспечивают базовую часть потребления и работают в относительно стабильном режиме.
Диспетчерское распоряжение на экране (сорри за космическое качество снимка; по оси абсцисс — часы, по оси ординат — мощность):
Диспетчерское задание учитывает взаимное влияние ГЭС в каскаде, уровни воды в их водохранилищах, запросы потребителей по воде и электричеству и т.д. и на основании этого распределяет выработку энергии между станциями. Любопытно, что на реке Паз на границе между Норвегией и Россией работает 5 российских и 2 норвежских ГЭС, а сама река вытекает из финского озера. И ничего, как-то договорились.
Комментарии (113)
saga111a
04.08.2015 10:51+4Кольца водоводов рассчитаны на большое внутреннее давление или небольшой вакуум. Но если закрыть верхние затворы и водовод резко опорожнить, то внутри них возникнет глубокий вакуум, и трубы могут деформироваться.
В плане прочности конструкций вакуум один и он соответствует внешнему давлению в 1атм. Отличия глубокого и не глубокого вакуума в долях процентов от одной атмосферы. Так что если они держат не большой вакуум, то уж наверное и глубокий.
Возможно источник информации говорил о том, что держит разряженное давление, а не вакуум.
Вообще 1 атм это очень не большое давление, которое выдерживают большинство «сосудов». Скорее всего даже ваша кружка из которой вы пьете чай, вполне так выдержит такое давление)
22sobaki
04.08.2015 11:20+5Да, наверное, не очень корректная терминология.
Сам так же удивился и уточнял у спецов: да, говорят, под воздействием 1 атм водовод может сплющить.
Вот и в книгах пишут:saga111a
04.08.2015 11:37+4Да, странно. Проблема скорее всего в понятии «небольшой вакуум». Возможно это пол атмосферы или еще менее разряжено. Числа бы…
22sobaki
04.08.2015 14:29+2Осмелюсь порекомендовать любопытную статью про отрицательные давления в жидкостях.
Отрицательные не в смысле меньше 1 атмосферы, а в смысле меньше нуля.
ufn.ru/ufn72/ufn72_10/Russian/r7210e.pdf
darkfrei
05.08.2015 22:32Обычно контролируют давление 20-30 миллибар, вполне хватает для срабатывания клапанов и всякого рода автоматики.
Danov
04.08.2015 13:11+8Вакуум в 1 атм не так и мал.
saga111a
04.08.2015 15:12эта бочка все же не рассчитана ни на внутреннее давление ни на внешнее. Там то идет речь о трубах по которым отвод воды производят со стенками в 12мм.
Если говорить о давлениях и что такое много и мало, то вот пример:
Человек массой в 100кг оказывает давление в 1атм на поверхность если встанет на кубик со сторонами чуть меньше 5см. Это много или мало?
Или даже так- его пятка испытывает такое давление.
Stalker_RED
04.08.2015 16:10+4еще один
Muzzy0
06.08.2015 11:33+1Работал на одном производстве. Когда только пришёл, наставник меня по всей установке водил — рассказывал и показывал, где чего. Я обратил внимание, что одна ёмкость на 60 кубов (в сущности, железнодорожная цистерна, только на фундаменте вместо колёс), вся помята. Как будто бумагу скомкали и расправили обратно. А ещё она была вся обварена дополнительными рёбрами жёсткости. В общем, заполненную ёмкость стали раскачивать с закрытым краном на «дыхательной» трубе
В дальнейшем, я ещё не раз с таким сталкивался. Делали проекты на севере, и там, практически, норма жизни, если в пожарной ёмкости дыхательная труба перемёрзнет. Результат всегда неизменный.
Alexeyslav
05.08.2015 21:39Не понял сути эксперимента. Зачем бочку поливать водой? откуда в ней вакуум?
Неужели достаточно сильный вакуум возник исключительно за счет охлаждения?darkfrei
05.08.2015 22:35+2Наполняют паром, а потом охлаждают. Объём уменьшается в 800 раз и давление соответственно.
Danov
05.08.2015 22:54+1Классический эксперимент показывает, что есть атмосферное давление.
В емкость наливают воду, кипятят её, пар вытесняет воздух из бочки. В бочке остается только газообразная вода (пар). Бочку закрывают. Температура падает, пар начинает конденсироваться обратно в воду оставляя вакуум. Давление в бочке резко падает. Атмосферное давление на бочку не компенсируется внутренним давлением и стенки начинают двигаться в сторону вакуума. Т.к. процесс быстрый, еще называют взрывом вовнутрь. Вакуум не абсолютный, но в относительных единицах довольно глубокий.
encyclopedist
04.08.2015 15:38+8Разница в том, что при повышенном давлении стенки работают на растяжение, а при пониженном — на сжатие, теряют устойчивость и сминаются. Это как бутылки газировки — они выдерживают очень большое давление изнутри (несколько атм), но легко сминаются от малейшего давления снаружи.
vanxant
05.08.2015 03:55В отличие от кружки, у водовода очень большая площадь. Соответственно, и сдавливающая сила (= давление * площадь) запредельна.
Alexeyslav
05.08.2015 21:34Кружка то выдержит, а длинный трубопровод может и не выдержать. Давление всего 1кг на сантиметр квадратный, где-то на длинном перегоне может и продавить трубу вакуумом… сантиметров квадратных там ведь много.
Большие витринные стекла по 7...10мм 2...3 метра высотой выдерживают давление всего в сотню-другую паскаль, а это очень маленький вакуум.22sobaki
06.08.2015 00:46Из моего опыта: спирально-навивной воздуховод диаметром 400 мм из стали 0,9 мм под разрежением 6000 Па сплющился в лепешку мгновенно. А атмосферное давление — это 101 000 Па…
DancingOnWater
04.08.2015 11:58Я тут подсчитал и получил, что КПД у ГЭС близко к 100% и тут у меня закрались сомнения.
radiolok
04.08.2015 13:30Собственно терять энергию просто негде.
Минус пара процентов на неидеальных обмотках генераторов, Еще минус пара процентов на неидеальных обмотках трансформаторов подстанции, которая повысит напряжение с 6/10кВ до 110кВ или выше. И еще парочку на питание собственных нужд.
Так что в итоге действительно имеем КПД близкий к 100%. И чем больше установленная мощность генераторов тем ближе общий КПД будет к этой цифре.radiolok
04.08.2015 13:36UPD: еще есть потери на преобразование упорядоченной энергии столба воды в упорядоченную энергию вращения. Но это тоже единицы процентов.
DancingOnWater
04.08.2015 14:31Ну вот, суммировав все эти проценты строго на глаз у выходило не больше 80.
darkfrei
05.08.2015 22:40И всё равно р разы выше угольной, газовой и атомной водогрейки.
Alexeyslav
06.08.2015 01:22+1Потому что в случае ГЭС мы считаем КПД только части контура, а вот нагрев теплоносителя(испарение воды морей солнцем), и его конденсацию(выпадение осадков на уровне водохранилища) не учитываем… и ведь чего, он же бесплатно с неба падает.
А если посчитать суммарный КПД гидроаккумулирующей ГЭС, которая способна работать в реверсном режиме, получается всё не так радужно.DancingOnWater
06.08.2015 09:36Ну и в КПД прочих станций не входят накладные расходы на получение и хранение топлива. Боюсь если все расходы посчитать, то ль получившегося итога захочется плакать.
Alexeyslav
06.08.2015 10:40+3Это совсем другое. В прочих станциях весь рабочий цикл находится под контролем. У ГЭС мы можем измерить характеристики только части цикла, а на деле ведь это та же самая паровая машина питающаяся энергией солнца, притом не самая эффективная (теряется впустую энергия на конденсацию). И как у типичной паровой машины у неё есть свой рабочий цикл с конкретным КПД. Люди не задумываются, просто берут и используют то что даёт природа. Ведь турбина ГЭС в движение приводится фактически солнцем.
Если к примеру взять на любой тепловой станции и измерить КПД турбоагрегата, так он будет еще выше чем у ГЭС.DancingOnWater
06.08.2015 10:50Я всегда думал, что турбина ГЭС приводится в движении из-за перепада высот.
Alexeyslav
06.08.2015 11:10А перепад высот откуда берётся? откуда на большей высоте берется вода которая никогда не кончается?
То что мы называем ГЭС — это только часть рабочего цикла…DancingOnWater
06.08.2015 11:34Ну уголь и газ это все та же энергию Солнца, только прошедшие через хим реакции со своим КПД.
Уран это вообще что-то с чем-то. Его обилие — 10^-8 от обилия кислорода и углерода. Значит его КПД от всей энергии идущей на термоядерный синтез звезды ~10^-6. Плюс куча энергии уходит в трубу на обогрев никому не нужной Земли.Alexeyslav
06.08.2015 12:01КПД топлива? что за зверь?
Топливо не входит в рабочий цикл типовой паровой машины.
Muzzy0
06.08.2015 11:37А газ, нефть, уголь откуда берутся?
Тепловые станции — это, получается, тоже только часть рабочего цикла.Alexeyslav
06.08.2015 12:03Нет, топливо не входит в рабочий цикл тепловых машин. оно лишь даёт энергию, которая входит в рабочий цикл.
Muzzy0
06.08.2015 12:13+1Топливо возникло не само собой. Добыто и доставлено не само собой. Всё это затраты энергии. Вода в верхнем бьефе, понятное дело, тоже возникла не сама собой.
Но, почему-то, мы должни учитывать эту предысторию в цикле ГЭС и не должны для тепловых электростанций.
И это при том, что вода переносится в любом случае, независимо от наличия ГЭС. А топливо добывается и доставляется специально, людьми.Alexeyslav
06.08.2015 12:23Топливо учитывается совсем другими показателями.
Тепловые машины же, их цикл начинается там где идет подвод тепловой энергии — т.е. когда топливо сгорает и передаёт энергию рабочему телу. Вот тогда и начинается рабочий цикл.
Для ГЭС — это солнце, когда испаряет влагу которая конденсируется в верхнем накопителе. для других видов тепловых станций это происходит более локально. Но рабочий цикл начинается именно с момента передачи энергии рабочему телу, никак не топливу.DancingOnWater
06.08.2015 13:45Вы сейчас включаете в КПД электропривода КПД электролиний
Alexeyslav
07.08.2015 00:39Ничуть.
DancingOnWater
07.08.2015 09:34Ваша модель ГЭС как тепловой машины с большим контуром более-менее адекватна при ответе на вопрос: «Какая из технологий эффективнее расходует энергию Солнца?» или «А каков процент добываемой энергии человечества реально использует?»
Но КПД любого мееханизма это полезная работа на выходе\на энергию данную непосредственно(!) на вход.
darthslider
04.08.2015 12:19+1В Угличе есть ГЭС и при ней есть музей и он классный. Кто будет в тех краях — рекомендую посетить. Хотя на саму ГЭС, естественно, не пускают.
KReal
04.08.2015 15:07Почему «естественно»? В Красноярске музей прямо в самой ГЭС, можно на машзал посмотреть, например.
UA3MQJ
04.08.2015 13:30+1А вот красивое видео про нашу Рыбинскую ГЭС. Часто проезжаю через нее.
vk.com/video4240366_162809308
lostpassword
04.08.2015 14:30Любой из затворов здесь можно опустить/поднять козловым краном <...> В крайнем случае можно и вручную
А как выглядит механизм ручного привода?22sobaki
04.08.2015 14:44+1Насколько помню, крутилка с ручкой как на пушке или на токарном станке, только больше. Тоже трос.
wormball
05.08.2015 03:48+1А почему, кстати, не ножной? Ногами-то больше мощности можно генерировать, да и эффективнее.
22sobaki
05.08.2015 13:29Не знаю. В каком-то бомбоубежище, помнится, видел вентилятор с ручным приводом — тоже удивился, почему не ножной.
Alexeyslav
05.08.2015 21:41Ножной привод был бы сложнее, а значит его надо обслуживать и он менее надёжен.
wormball
05.08.2015 22:01Это почему это? Из дополнительной сложности разве что стул надо рядом поставить. Всё остальное такое же должно быть.
darkfrei
05.08.2015 22:42Усилие рук нормируется от 10 до 20 килограммов, а ножное нет.
wormball
05.08.2015 22:59И что? У нас здесь всё-таки не заводной апельсин, а железка весом в килотонны.
darkfrei
05.08.2015 23:27Даже такая железка требует усилий не выше установленных нормами. Будет крутить ручку подольше, зато без происшествий.
wormball
06.08.2015 00:03Это шутка такая?
darkfrei
06.08.2015 01:07+1Нет, не шутка. Для мужчин допускается крутить ручку с силой 20 кгс целых 8 часов в день. Делать больше запрещено, да и не нужно.
wormball
06.08.2015 01:30Я уж было подумал, что вы за сохранность железки переживаете.
И кем это допускается? И почему производить аналогичную работу ногами — хуже? И сколько это по мощности, кстати? 20 кгс 8 часов в день руками — это на мой взгляд чересчур. Да даже ногами я не уверен, что большинство осилит.DancingOnWater
06.08.2015 09:54+1Ну давайте подумаем: тяжелую махину подымают на редукторах, скорее всего это шестеренки. Чтоб не нарушить сцепление прямая часть должна крутить в определенном диапазоне угловых скоростей.
Подозреваю, что разброс усилия круг при вращении ручки от человека к человеку гораздо меньше, чем разброс при усилии ног. Для ног придется городить муфту с предельным моментом.
По идее такая муфта уже есть, чтоб при аварии на железке обезопасить человека. Так что да, я не вижу каких-то особых проблем для ножного привода.
Alexeyslav
06.08.2015 01:26что именно такое же? колесо с одной ручкой? А как его ногами крутить?
Для ног уже нужны педали, механизм несколько сложнее колеса(или вообще рычага) с ручкой. Сидение нужно, механизм передачи усилия да еще не травмоопасный чтобы там чего не зажевало случайно в процессе работы.wormball
06.08.2015 01:48Ну вот так приблизительно: pedalcars.narod.ru/morganroadster1.jpg Только без второй точки опоры. А касаемо нетравмоопасности — в случае ручного привода сие условие также придётся соблюдать.
Kolegg
04.08.2015 15:14Долго втыкал, почему в «ненастоящие» окна на третьем изображении видно соседнее здание…
eta4ever
04.08.2015 15:45+1Я так понял, на третьем фото крышка шахты над машзалом (который на второй фотке). Вот тут схема есть www.lhp.rushydro.ru/company/objectsmap/5576.html
Dmis
04.08.2015 17:06+3Спасибо за статью!
Интересно, с какой системой работают компьютеры на ГЭС? :)22sobaki
06.08.2015 00:11+1Операционку имеете в виду?
снимок экрана
Raegdan
06.08.2015 10:46А их оборудование входит в перечень, которому поддержку хрюнделя до 2019-го продлили? А то, не ровен час, уязвимость найдут и будет в лучшем случае большой блэкаут.
AlexanderG
06.08.2015 17:26+1По идее, такие системы не имеют доступа в Сеть.
Muzzy0
06.08.2015 21:10Где-то имеют, где-то нет. Я, бывает, в подобные системы через VPN захожу — поправить чего по мелочи. Чтоб за 100 вёрст не ездить. Выше ответственность — выше меры безопасности.
Alexeyslav
07.08.2015 00:45Даже изолированные системы ломаются… инсайдер с флешкой, ага. Или черный ход через троянский девайс в сетевой инфраструктуре. Вай-фай роутер в куче кабелей закопают и делов.
У нас правда, очухались вроде… бегают с телефоном и WiFi-сканером ловят нарушителей. Но ведь кроме WiFi есть еще столько разных способов установить канал наружу… Да хоть на инфранизкой частоте, через силовую сеть и до лазерной указки.Muzzy0
07.08.2015 13:11Я на пусконаладках иногда использую wifi с отключенным броадкастом, чтоб местные безопасники на уши не вставали :)
soniq
11.08.2015 00:55Компьютеры там ничего не решают, они только показывают картинки, ну и иногда считают баланс какой-нибудь. Всем рулят контроллеры, подавляющее большинство которых: Siemens, Allen Bradley или General Electric. Насколько я знаю, все они внутри содержат кастомный форк vxWorks.
mihmig
04.08.2015 21:45+3чтобы получить 1 киловатт-час электроэнергии, надо спустить с высоты 27 метров 14 тонн воды
эхх, а я думал закачивать в еврокуб на чердаке воду по ночному тарифу, а днём «генерировать»…eta4ever
05.08.2015 14:28В порядке юмора — давайте просто по-школьному посчитаем. Потенциальная энергия куба воды (mgh) 1000 * 9.8 * 5 (пусть 5 метров высоты будет) = 49 кДж = 13.6 Вт*ч :) А еще КПД.
В принципе, мобилку подзарядить хватит.
Carry
05.08.2015 01:20>Из положения вышли — тоннель превратили в рыбзавод и пускают в него теплую воду от охлаждения генераторов. И малькам хорошо, и энергоэффективность налицо.
Интересно почитать про использование «лишнего» тепла для отопления, рыбного и сельского хозяйства на различных электростанциях (ГЭС, ТЭС, АЭС).
С ГЭС, как понимаю, только для рыбу имеет смысл согревать.
А, вот, ТЭС и, особенно, АЭС выбрасывают слишком много тепла.
Знаю, что отапливают пристанционные городки, есть небольшие рыбные хозяйства при некоторых АЭС. Может, еще теплицы есть.
Хотелось бы подробнее узнать, ведь столько тепла пропадает.22sobaki
05.08.2015 13:27Рядом с Курской АЭС есть тепличное хозяйство, обогреваемое ее сбросным теплом.
Теплицы Курской АЭС собирают урожай с февраля по ноябрь, потом несколько месяцев проходит подготовка к новому сезону. Если конечно закупить светооблучающую аппаратуру, то можно выращивать овощи круглогодично
Vedomir
05.08.2015 13:38Для тепловых станций это абсолютно стандартное явление — одновременная генерация и электричества и тепла. Есть специальный термин ТЭЦ — таких станций масса и в крупных городах.
Насколько я помню их эффективнее использовать как раз в холодном климате и крупных городах с многоквартирными домами. Соответственно в теплых странах с редкой застройкой вроде США их мало.
Совмещение функций генерации тепла и электроэнергии (когенерация) выгодно, так как оставшееся тепло, которое не участвует в работе на КЭС, используется в отоплении. Это повышает расчетный КПД в целом (35 — 43% у ТЭЦ и 30 % у КЭС), но не говорит об экономичности ТЭЦ. Основными же показателями экономичности являются: удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и КПД цикла КЭС.
При строительстве ТЭЦ необходимо учитывать близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара, так как передача тепла на большие расстояния экономически нецелесообразна.Muzzy0
06.08.2015 11:48Есть ещё такая штука — когенерационный цикл. Первая ступень — газовая турбина. В её выхлопном тракте — котёл-утилизатор, греет пар для паровой турбины. КПД около 70%.
skygad
05.08.2015 14:07Жил неподалеку от Обнинской АЭС, так вода из под крана шла кипяток! Яйца варить можно было.
По слухам грелась она от АЭС
PS
Я знаю, что обнинская АЭС не генерирует электроэнергию, но реактор-то работает.
catharsis
05.08.2015 14:21направляющий аппарат просто регулирует количество воды, или делает что-то еще?
как быстро он это делает? например, где-то поблизости произошла авария и мощность нужно резко сбросить.22sobaki
05.08.2015 14:29Регулирует расход воды и одновременно угол закрутки потока воды на входе в турбину.
Время полного закрытия от пары секунд на мелких турбинах до 8 сек на крупных. На Саяно-Шушенской он, например, закрылся уже тогда, когда крышку турбины сорвало и турбина взлетела. Поэтому вода уже хлестала мимо НА.
cazebo
05.08.2015 17:24Кто-нибудь может объяснить относительно доступно на пальцах, как выдерживается частота вращения всех турбин на всех ГЭС 50 Гц. Да ещё и в одной, видимо, фазе.
n00buK
05.08.2015 18:30+3Ну начнем с того, что частота вращения не 50 Гц (это частота напряжение/ тока в сети), а, например 2 Гц (для гидротурбин). Требуемая частота напряжения статора достигается увеличением числа пар полюсов (для того, чтобы гидротурбина генерировала синусоиду 50 Гц при вращении 2 Гц, требуется 25 пар полюсов).
По поводу того как поддерживается требуемая частота вращения: турбину из «холостого»(без нагрузки) положения разгоняют плавно до номинальной скорости (делается это плавным увеличением потока воды направляющим аппаратом турбины), т.е. частотный пуск. После достижения номинальной скорости турбину включают в сеть (с учетом синхронизации, но это долго и на пальцах не получится). После этого турбина сама себя уравновешивает двумя моментами — тормозящим (т.н. электромагнитный момент сопротивления) и разгоняющим (формируемый потоком воды). В случае, если в сети повышается нагрузка — то начинает снижаться частота ВСЕХ агрегатов станции (и даже района и даже частота в сети), отклонение частоты в сети измеряет АРЧМ (автоматика регулирования частоты вращения турбины), которая действует на направляющий аппарат, который увеличивает поток воды. То есть банально система регулирования с обратной связью по частоте. Как-то так, может знающие люди что-то подправят.idiv
05.08.2015 21:24>Ну начнем с того, что частота вращения не 50 Гц (это частота напряжение/ тока в сети), а, например 2 Гц (для гидротурбин).
Это как-то мало. Например для Саяно-Шушенской сказано в Вики «Номинальная частота вращения гидротурбины — 142,8 об/мин», так там и турбины здоровенные. Они, если не ошибаюсь, имеют до 1500 об/мин в зависимости от мощности, но никак не 2 Гц.n00buK
05.08.2015 22:47+3Если не ошибаюсь, то 142,8 оборота в минуту это как раз в районе 2 Гц (если мне ни с кем не изменяет память, то Гц это с^-1). И я имел в виду как раз крупные турбины.
А частота вращения 1500 Гц — это уже похоже на паровые турбины. Там в основном номинал — 3000 об/мин. Низкая скорость вращения гидротурбин компенсируется увеличением числа пар полюсов на статоре, что позволяет при низкой скорости вращения получать требуемые 50 Гц.idiv
06.08.2015 07:42Да, точно под вечер попутал обороты и герцы.1500 об/мин=25 Гц. Это для маленьких гидротурбин, общей мощностью около 2 МВт.
Muzzy0
06.08.2015 11:513000 об/мин — это максимально возможная скорость. Выше нужен понижающий редуктор. Ибо 3000 об/мин — это 50 Гц при одной паре полюсов.
darkfrei
05.08.2015 22:49Берём 2 Гц и добавляем меди, например 25 пар полюсов. Получаем вполне настоящие 50 Гц выходного переменного тока. Либо редуктором, потому как турбинам лучше крутиться медленнее, а генератору быстрее.
Alexeyslav
06.08.2015 01:33Редуктор очень быстро КПД уменьшит. Даже быстрее чем этого хотелось бы.
DancingOnWater
06.08.2015 10:44Угу, редуктор это зло, там где можно обойтись без него, то лучше так и делать
Muzzy0
06.08.2015 11:59турбину включают в сеть (с учетом синхронизации, но это долго и на пальцах не получится)
Да чего тут сложного…
Есть такой прибор — синхронизатор. Он измеряет электрические параметры по обе стороны выключателя, т.е. сеть и турбину. И выдаёт 5 команд:
быстрее/медленнее — подгонка частоты, регулируется поток для замедления/ускорения турбины.
выше/ниже — подгонка напряжения (система управления возбуждением).
Таким образом, напряжение генератора подгоняется, чтобы совпало с сетью по частоте, фазе и величине.
И, финал: разрешение на включение выключателя.
Выключатель включен, синхронизатор сделал своё дело и может гулять смело.
Сам автосинхронизатор — относительно небольшая коробочка (раза в 2 меньше обычного системного блока) и стоит порядка тысяч — десятков тысяч рублей.
Carry
06.08.2015 22:37Генератор может работать как двигатель. Т.е. вместо генерации потреблять энергию. Турбина может работать как насос.
После синхронизации (выравнивания частоты и фазы) система работает как в велосипеде тандем. Т.е. если один не крутит педали, то педали крутят его. Система это отслеживает и заставляет всех крутить педали с нужным усилием.Muzzy0
07.08.2015 13:21Может, но хорошо ему от этого не станет. Случается это, если я правильно помню, когда по какой-то причине упала мощность первичного двигателя.
Кроме того, в системе возбуждения генератора (это, в сущности, его система управления) обязательно есть защита от двигательного режима.
И, как правило, система возбуждения управляет не самим генератором, а его возбудителем. Это почти такой же генератор, только поменьше (до 10% от мощности основного генератора). И оба сидят на одном валу.
Система управления возбуждением возбуждает возбудитель, а возбудитель вырабатывает электричество для обмоток возбуждения генератора
Разница в том, что на выходе возбудителя стоит выпрямитель: обмотки возбуждения питаются постоянным током.
Muzzy0
06.08.2015 21:17Кстати, с этим:
Поскольку ГЭС — самые маневренные источники энергии (быстро запускаются и быстро останавливаются)
не вполне согласен. Относительно паровых станций — да, там пока котёл растопишь… А газотурбинные готовы к пуску моментально. С ними другая подстава: в случае неудачного запуска она остыть должна, сразу не перезапустишь.22sobaki
06.08.2015 23:58Из беседы с эксплуатацией ТЭЦ: на запуск газовой турбины нужно 15 минут, паровой турбины (вместе с котлом) из холодного состояния — 9 часов.
Зачем газовой турбине остывать?Muzzy0
07.08.2015 00:41+1Я сейчас с ходу не вспомню все причины — давно это было. Один из возможных вариантов (реальный, не гипотетический): корпус турбины может остыть быстрее ротора. А зазор там такой, что тепловое расширение его может перекрывать. И тогда ротор клинит в корпусе до тех пор, пока и он не остынет.
Вообще, я из турбин имел дело только с ПС-90 и Д30 пермского Авиадвигателя.
Razbezhkin
Спасибо за интересную статью. Вам бы фильмы снимать.
22sobaki
Пожалуйста.