Наиболее эффективное использование энергии водотока возможно при концентрации перепадов уровней воды на относительно коротком участке. Для использования падения уровней рек, распределенных по значительной длине водотока, прибегают к искусственному сосредоточению перепада, что может быть осуществлено следующими способами:
• плотинная, при которой напор создается плотиной;
• деривационная, где напор создается преимущественно с помощью деривации (отведения, отклонения), выполняемой в виде канала туннеля или трубопровода;
• комбинированная, в которой напор создается плотиной и деривацией.
Плотинная схема (см. рис. 5.2, схема 1) предусматривает создание подпора уровня водотока путем сооружения плотины. Образующееся при этом водохранилище может использоваться в качестве регулирующей емкости, позволяющей периодически накапливать запасы воды и более полно использовать энергию водотока.
В гидроузлах, осуществленных по плотинной схеме создания напора, различают русловые и приплотинные здания станций.
ГЭС с русловым зданием характеризуется тем, что ее здание входит в состав водоподпорных сооружений и воспринимает давление воды со стороны верхнего бьефа. Конструкция здания в этом случае должна удовлетворять всем требованиям устойчивости и прочности, предъявляемым к плотинам. Размеры здания, в частности его высота, определяются напором, поэтому ГЭС с русловыми зданиями строятся при сравнительно небольших напорах — до 30—40 м (каскад Волжских ГЭС).
ГЭС с приплотинным зданием характеризуется тем, что ее здание располагается за плотиной (см. рис. 5.1) и не воспринимает давления воды. На крупных современных гидроэлектростанциях такого типа напор доходит до 300 м (Красноярская ГЭС).
Деривационная схема (см. рис. 5.2, схемы 2 и 3) позволяет получить сосредоточенный перепад путем отвода воды из естественного русла по искусственному водоводу, имеющему меньший продольный уклон. Благодаря этому уровень воды в конце водовода оказывается выше уровня воды в реке; эта разность уровней и является напором гидроэлектростанции. В зависимости от типа искусственных водоводов (деривации) различают ГЭС с напорной и с безнапорной деривацией. При безнапорной деривации отвод воды из реки осуществляется безнапорными водоводами, например открытым каналом (рис. 5.3, а). Для забора воды в деривационный канал в русле реки возводится невысокая плотина, создающая водохранилище. Вода в канал поступает через водоприемник. Плотина, водоприемник, а в ряде случаев и другие сооружения (водосброс, отстойник и др.) образуют так называемый головной узел деривационной гидроэлектростанции. Деривационный канал заканчивается напорным бассейном, из которого вода по трубопроводам подается к турбинам в здание станции. Прошедшая через турбины вода отводится обратно в русло реки по отводящему каналу. Напорный бассейн, трубопроводы, здание станции и другие сооружения, примыкающие к ним, образуют станционный узел, который в зависимости от длины деривации может находиться на значительном удалении от головного узла.
На рис. 5.3. б, показан общий вид ГЭС с напорной деривацией в виде напорного туннеля. В ряде случаев для зашиты деривационных напорных водоводов от перегрузок избыточным внутренним давлением может потребоваться строительство специального сооружения — уравнительного резервуара.
Создание или увеличение сосредоточенного перепада уровней воды можно осуществить также посредством отводящего деривационного водовода, продольный уклон которого меньше уклона естественногорусла. В этомслучае здание ГЭС располагаемся в глубокой выемке или под землей в удалении от нижнего сечения используемого участка водотока.
|
|
| Рис.5.3. Общий вид деривационных ГЭС а – безнапорная схема; б - напорная схема |
Сооружение деривационных ГЭС оказывается целесообразным в горных условиях при больших уклонах рек и относительно малых расходах воды; тогда при небольшой протяженности и малой площади сечения деривационного водовода можно получить большой напор (до1000 м и более) и соответственно большую мощность
Комбинированная схема ( см.рис. 5.2, схема 3) предусматривает создание напора посредством использования напора, какплотины, так и деривационных сооружений.
На всех гидроэлектростанциях, осуществленных по любойиз указанных выше схем, механическая энергия движущихся масс воды преобразуется в электрическую спомощью гидротурбин и гидрогенераторов, размещенных вместе с многочисленным вспомогательным оборудованием в зданиях станции.