Veevoolu energia kasutamine, hüdroelektrijaamade (HEJ) hüdrokonstruktsioonide seade

Vee energia voolab

Veevoolu energia (potentsiaali) määrab kaks suurust: voolava vee hulk ja selle suudmesse langemise kõrgus.

Looduslikus olekus kulub jõevoolu energia kanali erosioonile, pinnaseosakeste edasikandumisele, kallaste ja põhja hõõrdumisele.

Nii jaotub veevoolu energia kogu voolus, kuigi ebaühtlaselt — sõltuvalt põhja nõlvadest ja vee teisesest voolukiirusest. Selleks, et kasutada voolu energiat teatud piirkonnas, on vaja see koondada ühte sektsiooni - ühte joondusse.

Mõnikord on looduse poolt selline kontsentratsioon jugade kujul loodud, kuid enamasti tuleb see luua kunstlikult, abiga hüdrokonstruktsioonid.

Itaipu hüdroelektrijaam on maailma suurim elektrienergia tootmiseks mõeldud hüdroelektrijaam

Energia koondub ehitusplatsile hüdroelektrijaamad (HP) kaks võimalust:

• tamm, mis blokeerib jõge ja tõstab vett vesikonnas ülesvoolu – ülesvoolu N meetrit vesikonna tasemest allavoolu – allavoolu. Ülesvoolu ja allavoolu tasemete erinevust H nimetatakse peaks. Hüdroelektrijaamu, mille pea tekitab tamm, nimetatakse paisulähedaseks ja need ehitatakse tavaliselt laugetele jõgedele;

• spetsiaalse möödaviigukanali — tuletuskanali abil. Tuletamisjaamad ehitatakse peamiselt mägistesse piirkondadesse. Diversioonikanal on väga väikese kaldega, mistõttu selle otsa on kogu kanaliga ümbritsetud jõelõigu pea täielikult koondunud.

Voolujõud struktuuri joondamisel määratakse ühe sekundi jooksul väravat läbiva veekoguse Q ja kõrguse H järgi. Kui Q mõõdetakse m3/sek ja H meetrites, siis on vooluhulk selles osas võrdne:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Ainult osa sellest võimsusest, mis võrdub käitise kasuteguriga, kasutatakse hüdroelektrijaama elektrigeneraatorites. Seetõttu on elektrijaama võimsus tipus H ja veevool läbi turbiinide Q:

P = 9,81*B* H* kasutegur kW.

Hüdroelektrijaama masinaruum

Hüdroelektrijaamade tegelikes töötingimustes võib osa veest turbiinidest mööda lasta.

Ojade energiat on kasutatud sajandeid. Veeenergia laialdane kasutamine sai võimalikuks alles 19. sajandi lõpus, mil see leiutati elektritrafo ja loodud kolmefaasiline vahelduvvoolusüsteem... Võime edastada energiat pikkadele vahemaadele võimaldas kasutada kõige võimsamate veevoolude energiat.

Hiinas Jangtse jõe ääres asuv Three Gorges hüdroelektrijaam on installeeritud võimsuselt maailma suurim.

Hüdroelektrijaamade hüdrotehniliste rajatiste koosseis ja paigutus

Tammi hüdroelektrijaama konstruktsioonide sõlme struktuur sisaldab tavaliselt:

• tammi pea. Paisu ülemjooksul moodustub olenevalt topograafilistest tingimustest ja paisu kõrgusest suurema või väiksema mahuga veehoidla, mis reguleerib vastavalt koormusgraafikule vee voolu läbi turbiinide;

• hüdroelektrihoone;

• vihmaveerennid, erineva otstarbe ja vastavalt erineva konstruktsiooniga: turbiinides kasutamata liigvee väljajuhtimiseks, näiteks üleujutuste (ülevoolude) ajal; veehorisondi langetamiseks ülevooluvetes, mis on mõnikord vajalik, näiteks hüdrotehniliste rajatiste remondil (drenaaž); vee jaotamiseks veekasutajate vahel (veevõtu rajatised);

• transpordivõimalused — laevatatavad lüüsid, mis on ette nähtud laevatamisega jõel, riiulid ja parved puidust parvetamiseks;

• kalapääsu rajatised.

Hüdroelektrijaama ehituse osa

Tuletushüdroelektrijaama tüüpilised struktuurid — ümbersuunamiskanal ja torustik kanalist turbiinidesse.

Peamine väärtus, tehniliselt vastutusrikkaim ja kalleim lüli hüdroelektrijaamade plokis on tamm. Vee läbimise teel eristatakse tammid:

• kurtmis ei võimalda vee läbipääsu;

• spillwaymilles vesi voolab üle paisu harja;

• paneelplaatmis lasevad kilpide (väravate) avamisel vett sisse.

Cornalvo on tamm Hispaanias Badajozi provintsis, mis on tegutsenud peaaegu 2000 aastat.

Tammid on tavaliselt savist ja betoonist.

Maatammi põikprofiil: 1 — hammas; 2 — liiva ja kruusa kaitsekiht; 3 — savivõre: 4 — tammikeha; 5 — veekindel aluskiht

Joonisel on kujutatud madala paksusega läbilaskvale kihile ehitatud savitammi profiil. Tammi keha heidetakse välja igasugusest pinnasest, mis ei sisalda suures koguses orgaanilisi lisandeid ja vees lahustuvaid sooli.

Tammi täitmisel läbilaskvate pinnastega asetatakse paisu korpusesse savivõre, mis takistab vee filtreerimist. Läbilaskev kiht, millele pais on ehitatud, on samadel põhjustel läbi lõigatud veekindla hamba poolt.

Kui tamm on üleni savi- või liivase pinnasega täidetud, siis puudub vajadus imbtõkke järele. Pealt on ekraan kaetud liiva ja kruusa kaitsekihiga, mida omakorda kaitseb laineerosiooni eest kivisillutis (tammi harjast kuni märgini, mis asub 0,5–0,7 m madalaimast võimalikust veehorisondist allpool ülemistes vetes).

Savitammi täitmisel tihendatakse iga kiht hoolikalt rullidega. Vee ärajuhtimine läbi savitammi harja on lubamatu, kuna on oht selle erosiooniks. Tee ehitatakse tavaliselt mööda muldtammi harja, mis määrab harja laiuse. Hari on asfalteeritud tavapärasel viisil.

Tammi aluse laius sõltub selle kõrgusest ja nõlvade eeldatavast kaldest horisondi poole. Ülesvoolu kalle muutub laugemaks kui allavoolu nõlv.

Praegu kasutatakse hüdromehhaniseerimismeetodit laialdaselt suurte muldtammide ehitamisel.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, betoonist gravitatsioonitüüpi tamm

Pimebetoontammi skeem: 1 — tammi kuivendamine; 2 — vaategalerii; 3 — koguja; 4 — vundamendi drenaaž

Joonisel on tühi tavaprofiiliga betoontamm, mille peal on liiklusrada. Tammi usaldusväärsemaks ühendamiseks pinnase ja kallastega tehakse tammi vundament mitme eendi kujul. Survepoolel asub hammas sügavusega 0,05 — 1,0 Z.

Filtreerimise vastu võitlemiseks asetatakse hamba alla filtratsioonivastased kardinad, mille jaoks läbi 5–15 cm läbimõõduga puuraukude süsteemi süstitakse tsemendilahus aluse (pinnase) pragudesse.

Kuigi paisu korpus on valmistatud tahkest betoonist, imbub vesi sellest alati läbi. Selle vee ärajuhtimiseks allavoolu on tammis rajatud drenaažisüsteem, mis koosneb vertikaalsetest kaevudest - paisu korpusesse iga 1,5 - 3 m järel tehtud dreenid (läbimõõduga 20 - 30 cm).

Nende kaudu ära juhitud vesi siseneb vaatlusgalerii 2 küvettidesse, kust see juhitakse läbi horisontaalsete kollektorite 3 alumisse basseini. Kogu pikkuses tammi kehas kulgev vaatlusgalerii on tehtud betooni ja veefiltratsiooni seisukorra jälgimiseks.

Tuletatud veevarustuskonstruktsioone rakendatakse kõige sagedamini avatud kanali kujul. Pehmes pinnases on kanaliosa tavaliselt trapetsikujuline. Kanali seinad ja põhi on vooderdatud betooni või asfaldiga, et vähendada filtreerimist, vältida erosiooni, vähendada karedust ja sellega seotud rõhukadusid. Kasutatakse ka munakivivooderdust.

Kivise pinnase ümbersuunamiskanalid on ristkülikukujulise läbilõikega Kui avatud kanalit ei ole võimalik teostada, kasutatakse ristküliku- või ümmarguse ristlõikega süvendeid.Vesi suunamiskanalist turbiinidesse juhitakse torustike kaudu Torujuhtmed on metall, raudbetoon ja puit.