Využití energie vodního toku, zařízení vodních staveb vodních elektráren (VVE)

Energie vody proudí

Energii (potenciál), kterou má vodní tok, určují dvě veličiny: množství protékající vody a výška jejího pádu do ústí.

V přirozeném stavu se energie toku řeky vynakládá na erozi koryta, přenos půdních částic, tření na březích a dně.

Tímto způsobem je energie vodního proudu distribuována do celého toku, i když nerovnoměrně — v závislosti na sklonech dna a sekundárním průtoku vody. Aby bylo možné využít energii proudění v určité oblasti, je nutné ji soustředit do jednoho úseku – do jednoho zarovnání.

Někdy je taková koncentrace vytvořena přírodou v podobě vodopádů, ale ve většině případů musí být vytvořena uměle, pomocí hydraulické konstrukce.

Vodní elektrárna Itaipu je největší vodní elektrárnou na světě na výrobu elektřiny

Energie se koncentruje na staveništi vodní elektrárny (HPP) dvě cesty:

• přehrada blokující řeku a zvyšující vodu v povodí proti proudu – proti proudu N metrů od úrovně povodí po proudu – po proudu. Rozdíl v horní a dolní hladině H se nazývá hlava. Vodní elektrárny, kde je hlava vytvořena přehradou, se nazývají blízko-přehrada a jsou obvykle postaveny na plochých řekách;

• pomocí speciálního bypass kanálu — derivačního kanálu. Odvozovací stanice se budují především v horských oblastech. Odklonný kanál má velmi malý sklon, takže na jeho konci je téměř zcela soustředěno celé zhlaví říčního úseku obklopeného kanálem.

Síla toku ve vyrovnání struktury je určeno množstvím vody, které proteče bránou za jednu sekundu, Q a spád H. Pokud je Q měřeno v m3/s a H v metrech, pak bude průtok v sekci roven:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Pouze část této kapacity, rovnající se účinnosti zařízení, bude využita v elektrických generátorech vodní elektrárny. Proto výkon elektrárny na hlavě H a průtok vody turbínami Q budou:

P = 9,81*B* H* účinnost kW.

Strojovna pro vodní elektrárnu

V reálných provozních podmínkách vodních elektráren může být část vody vypouštěna za turbíny.

Energie proudů se využívá po staletí. Široké využití vodní síly bylo možné až na konci 19. století, kdy byla vynalezena elektrický transformátor a vytvořili třífázový systém na střídavý proud... Schopnost přenášet energii na velké vzdálenosti umožnila využít energii nejsilnějších vodních proudů.

Čínská vodní elektrárna Tři soutěsky, která se nachází na řece Jang-c'-ťiang, je z hlediska instalovaného výkonu největší na světě.

Skladba a uspořádání hydrotechnických zařízení vodních elektráren

Struktura jednotky staveb přehradní vodní elektrárny obvykle zahrnuje:

• přehradní hlava. V horním toku přehrady vzniká podle topografických podmínek a výšky hráze nádrž o větším či menším objemu, která reguluje průtok vody turbínami v souladu s harmonogramem zatížení;

• hydroelektrárna;

• okapy, s jiným účelem a odpovídajícím způsobem odlišnou konstrukcí: vypouštět přebytečnou vodu, která se v turbínách nepoužívá, například při povodních (přepady); pro snížení vodního horizontu v přelivových vodách, což je někdy nutné např. při opravách hydraulických zařízení (drenáží); pro distribuci vody mezi uživateli vody (zařízení pro odběr vody);

• dopravní zařízení — splavné zdymadla, zajišťující plavbu po řece, police a vory pro sjíždění dřevěných raftů;

• zařízení rybích přechodů.

Část o stavbě vodní elektrárny

Typické konstrukce derivační vodní elektrárny — odtokový kanál a potrubí z kanálu do turbín.

Hlavní hodnotou, technicky nejodpovědnějším a nejdražším článkem v bloku vodních elektráren je přehrada. Přehrady se rozlišují podél cesty vodního toku:

• Hluchýkteré neumožňují průchod vody;

• přelivve kterém voda přetéká přes korunu přehrady;

• panelová deskakteré při otevření štítů (brán) propouštějí vodu.

Cornalvo je přehrada ve Španělsku, v provincii Badajoz, která je v provozu téměř 2000 let.

Přehrady jsou obvykle hliněné a betonové.

Příčný profil zemní hráze: 1 — zub; 2 — ochranná vrstva písku a štěrku; 3 — hliněná mřížka: 4 — těleso hráze; 5 — voděodolná základní vrstva

Na obrázku je znázorněn profil hliněné hráze postavené na propustné vrstvě nízké mocnosti. Těleso hráze je vypouštěno z jakékoliv zeminy, která neobsahuje velké množství organických nečistot a ve vodě rozpustných solí.

Při plnění hráze propustnými zeminami je do tělesa hráze umístěna hliněná mřížka zabraňující filtraci vody. Propustná vrstva, na které je hráz postavena, je ze stejných důvodů proříznuta vodotěsným zubem.

Pokud je přehrada zcela zasypána jílem nebo písčitou zeminou, pak není potřeba žádná průsaková bariéra. Nahoře je clona pokryta ochrannou vrstvou písku a štěrku, která je zase chráněna před vlnovou erozí kamennou dlažbou (od koruny hráze po značku, která leží 0,5 – 0,7 m pod nejnižším možným vodním horizontem v horních vodách).

Při plnění hliněné hráze je každá vrstva pečlivě zhutněna válečky. Vypouštění vody korunou hliněné přehrady je nepřípustné, protože hrozí její eroze. Silnice je obvykle postavena podél hřebene hliněné hráze, která vymezuje šířku hřebene. Hřeben je vyasfaltován běžným způsobem.

Šířka paty hráze závisí na její výšce a na předpokládaném sklonu svahů k horizontu. Svah proti proudu se stává plošším než svah po proudu.

V současné době je metoda hydromechanizace široce používána při výstavbě velkých zemních přehrad.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, přehrada gravitačního typu z betonu

Schéma slepé betonové hráze: 1 — odvodnění hráze; 2 — prohlídková galerie; 3 — sběratel; 4 — odvodnění základu

Obrázek ukazuje prázdnou betonovou hráz s pravidelným profilem s jízdním pruhem nahoře. Pro spolehlivější spojení hráze s půdou a břehy je založení hráze provedeno ve formě několika říms. Na tlakové straně je umístěn zub o hloubce 0,05 — 1,0 Z.

Pro boj s filtrací se pod zub umisťují antifiltrační clony, u kterých se soustavou vrtů o průměru 5 — 15 cm vstřikuje cementový roztok do trhlin podkladu (zeminy).

Přestože je těleso hráze z masivního betonu, voda jím vždy prosakuje. Pro odvedení této vody po proudu je v hrázi uspořádán drenážní systém tvořený vertikálními jímkami - drenážemi (o průměru 20 - 30 cm) provedenými v tělese hráze každých 1,5 - 3 m.

Jimi odváděná voda vstupuje do kyvet vyhlídkové štoly 2, odkud je vedena horizontálními kolektory 3 do spodního bazénu. Vyhlídková štola, která probíhá v tělese hráze po celé její délce, slouží ke sledování stavu betonu a filtrace vody.

Odvozené vodovodní stavby se nejčastěji realizují formou otevřeného koryta. V měkkých půdách je kanálová část obvykle lichoběžníková. Stěny a dno kanálu jsou obloženy betonem nebo asfaltem pro snížení filtrace, zabránění erozi, snížení drsnosti a souvisejících tlakových ztrát. Používá se také obklad z dlažebních kostek.

Svodné kanály ve skalnatých půdách mají pravoúhlý průřez. Pokud není možné provést otevřený kanál, používají se vybrání obdélníkového nebo kruhového průřezu Voda z odváděcího kanálu k turbínám je přiváděna potrubím. kovové, železobetonové a dřevěné.