Что такое гидроэлектроэнергия и типы гидротурбин

Гидроэнергетика, несомненно, считается наиболее применяемой формой возобновляемых источников энергии в мире. Это также самый старый метод производства электричества. Согласно данным статистики доля электрической энергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, в мире составляет 21%, а общее число людей, получающих энергию от гидроэлектростанций, составляет ошеломляющую цифру 1 250 000 000 человек. Рекордные 25 стран полагаются на гидроэнергетику для получения 90% электрической энергии. Эти все данные статистики указывают на то, что гидроэнергетика все также будет верховодить миром, хотя другие возобновляемые формы энергии, например солнечная и ветровая, быстро набирают обороты.

Гидроэнергетика — это просто процесс применения кинетической энергии двигающейся воды для изготовления электроэнергии. Гидроэнергетика относится к возобновляемым источникам энергии вследствие того, что круговорот воды регулярно возобновляется под влиянием солнца. Гидроэнергия впервые была задействована в механических мельницах, допустим, для помола зерна. В нынешнем мире гидроэлектростанции применяют турбины и генераторы для изготовления электроэнергии.

Как работает гидроэлектростанция?

Для выработки электрической энергии нужно наличие трех элементов: проточной воды, турбины и генератора. Вода которая течет из плотины или реки вверх по течению ударяет по турбине, что заставляет ее вращаться. Турбина соединена с генератором через вал. Таким образом, когда турбина крутится, вал также крутится, вынуждая генератор приступать к работе и, в конечном итоге, производить энергию.

Рабочий принцип гидроэлектростанции схож с рабочим принципом ветра, который собственной энергетикой вращает колеса турбины. Гидроэлектроэнергия применяет натуральный водный поток чтобы придать механической энергии турбинам для изготовления электроэнергии. Вода течет постоянно, чтобы обеспечить энергию. Гравитационная энергия придаёт воде кинетическую энергию, нужную для потока.

В обыкновенных случаях для эксплуатации генератора самого обыкновенного водного потока, как для домашнего электричества; но в остальных случаях водный поток и результативность должны быть увеличены, что может быть сделано путем прогона воды по каналам и колодцам, что сделает больше мощность.

Работа генератора трудна. Он действует по принципу: когда магнит проталкивается мимо проводника, это вызывает поток электричества. В широкомасштабном генераторе электромагниты создаются путем простой циркуляции постоянного тока через петли из проволки, обернутые вокруг кучи магнитных стальных пластин, популярных как полюса поля. Эти полюса размещены на границе ротора. Ротор обычно соединен с валом турбины и крутится с заданной скоростью. Когда ротор крутится, это заставляет полюса поля, также известны как электромагниты, выходить за пределы проводников, расположенных в статоре. Это, в конечном итоге, приводит к потоку электрической энергии. Это также приводит к появлению напряжения на выходных клеммах генератора.

Нижеприведенные компоненты гидроэлектростанции по большей части объясняют, как она работает:

Компоненты гидроэлектростанции

  • Плотина

Плотины строятся для поднятия водного уровня в реке, чтобы создать падающую воду. Плотина также контролирует водный поток. Появившийся пруд (резервуар) — это, в сущности, энергия которая накопилась.

  • Турбина

В падающей воде содержится много энергии, поэтому, попадая на турбину, она заставляет ее вращаться. Водяная турбина имеет очень много общего с ветряной мельницей; просто энергия поступает от воды, а не от ветра. Вращающаяся турбина видоизменяет кинетическую энергию (энергию движения) воды в энергию механического типа.

  • Генератор

Принцип работы гидроагрегата на примере Бурейской ГЭС

Генератор обычно соединен с турбиной при помощи валов. Когда турбина крутится, генераторы также вращаются. Генератор видоизменяет энергию механического типа в электричество. Генераторы гидроэлектростанций работают также, как и генераторы, применяемые на остальных электрических станциях.

  • Линии электропередач

Линии электропередач передают электричество от гидроэлектростанций к конечным потребителям, таким как дома и предприятия.

Типы турбин гидроэлектростанций

Гидроэнергетические турбины разделяют на две категории: импульсные турбины и реактивные турбины. Тип турбины, подобранный для конкретного проекта, в большой мере зависит от высоты стоячей воды, популярной как "напор". Ниже приведены две главные спецификации гидроэнергетических турбин:

Импульсная турбина

Это тип турбины начального уровня, эксплуатируемый на многих гидроэлектростанций. Функциональность импульсной турбины довольно интересна. Быстро двигающаяся жидкость пропускается через тонкое сопло на лопастях турбины, чтобы лопасти вращались. Лопасти, установленные на импульсной турбине, обычно имеют форму ковша, поэтому они задерживают жидкость и направляют ее под угол.

В остальных сценариях жидкость перенаправляется туда, откуда она вытекает. Так происходит благодаря тому, что данный процесс обеспечивает самую лучшую энергопередачу от жидкости к турбине. Кратко, жидкость вынуждена ударяться о турбину на сверхзвуковых скоростях. Эти частые энергетические импульсы считаются основанием работы импульсной турбины.

Большинство водяных турбин крутится вокруг импульсной турбины, хотя другие применяют модель реактивной турбины. Импульсные турбины лучше всего предпочтительны, так как их легко разрабатывать, они имеют обычную конструкцию и значительно проще в обслуживании. Импульсная турбина дальше делится на:

Что такое гидроэнергия��Узнайте всё о гидроэнергетике��Смотрите видео о гидроэлектроэнергетике

  • Турбина с поперечным потоком: По форме напоминает барабан. Большинство водяных турбин имеют осевой и радиальный потоки. Но в турбине с поперечным потоком жидкость идет через турбину вдоль диагонали или поперек лопастей. Уникальность данного типа турбины состоит в том, что она дает возможность воде два раза проходить через лопасти. Во время первого прохода вода течет от внешних кончиков лопастей к внутренним, а во время второго — от внутренних лопастей обратно наружу. Перекрестный поток также оборудован направляющей лопаткой при входе в турбину, которая направляет поток жидкости на ограниченный участок бегунка. Перекрестный поток был разработан, чтобы принимать очень большие водные потоки и очень низкие напоры если сравнивать с турбиной Пелтона.
  • Пелтон: Эта водяная турбина импульсного типа извлекает энергию из импульса текущей воды. Ее главные компоненты включают разрывную струю, сопло, бегуны, ковши и корпус. Она применяется как правило для гидроэнергетических схем с высоким водным напором. Преимуществами являются небольшие размеры, компактная конструкция, большая эффективность, невысокая цена эксплуатации и обслуживания. Расположение вала может быть горизонтальным или вертикальным и может поставляться с одним, 2-мя или несколькими соплами. Вал поставляется с подобными характеристиками, как хорошая конструкция, высокая мощность, большой напор и многосопловая насадка.

Компоненты импульсной турбины

  • Ротор: Он также известный как колесо и находится на валу. Все лопасти турбины прикреплены к ротору. Силы, приложенные к лопастям падающей водой, передаются на роторы, что повышает частота вращения турбины.
  • Лопасти: лопасти вогнутой формы обычно фиксируются к ротору. Падающая вода ударяется о лопасти и изменяет их направление.
  • Сопло: главная функция сопла — настраивать водный поток. Внутри сопла в осевом направлении размещается игла копья или конусообразная работа. Разводящее сопло в ответе за преобразование энергии вододавления в кинетическую энергию, помогающую образованию струй воды. Высокоскоростные водяные струи ударяют по лопастям турбины, таким образом вращая ее.
  • Тормозное сопло: оно расположено по направлению, противоположном основному соплу. Тормозное сопло по большей части применяется для замедления вращения колеса или его полной остановки.
  • Корпус: Это слой находящийся с внешней стороны турбины, который оберегает турбину от негативных внешних условий. Ключевая функция корпуса — смягчение водосброса в хвостовую часть турбины из лопатки.

    Реактивные турбины

    Реактивные турбины работают чуть-чуть иначе, чем импульсные. Тут лопасти установлены в намного большем объеме жидкости и вращаются, когда жидкость идет через них. Данный вариант турбин не изменяет направление потока жидкости быстро, как это делает импульсная турбина. Она просто крутится, пока жидкость идет через лопасти. Характеристики реактивной турбины очень схожи с ветровой турбиной. Примером турбины, которая относится к реактивным турбинам, считается пропеллерная турбина.

    Пропеллерные турбины

    Состоит из бегуна и 3-6 лопастей, которые регулярно контактируют с водой. Основными элементами реактивной турбины, кроме бегунка, являются спиральный корпус, тяговая труба и калитка. Разные варианты пропеллерных турбин в себя включают турбину Страфло, колбовую турбину, турбину Каплана и трубчатую турбину. Пропеллерные турбины дальше делятся на:

    Турбины кинетической энергии: Они также известны как турбины свободного потока. Они делают электрическую энергию за счёт кинетической энергии, имеющейся в падающей воде, а не за счёт энергии напора. Данные типы турбин могут работать в реках, искусственных каналах, океанских течениях или приливных водах. Кинетические турбинные системы применяют естественные пути потоков. Они не требуют водоотвода по трубам, руслам рек или искусственным каналам. Они также не нуждаются в широкомасштабных строительных работах. Но все таки, они могут применить существующие структуры, например каналы, русла и мосты.

    Сравнение турбин Пелтона, Френсиса и Каплана

    Турбины Френсиса: Турбины Френсиса состоят из бегуна и недвигающихся ковшей или лопастей, обычно 9 или более. Подача воды прямо над бегуном заставляет его вращаться. Прочие элементы турбины Френсиса, кроме бегуна, включают калитки, тяговую трубу и спиральные затворы.

    Заём на изображение: russmac