Die Nutzung der Energie des Wasserflusses, die Einrichtung hydraulischer Strukturen von Wasserkraftwerken (WKW)

Energie der Wasserströme

Die Energie (Potenzial), die der Wasserfluss hat, wird durch zwei Größen bestimmt: die Menge des fließenden Wassers und die Höhe seines Falls zur Mündung.

Im natürlichen Zustand wird die Energie der Flussströmung für die Erosion des Kanals, die Übertragung von Bodenpartikeln und die Reibung an den Ufern und am Boden aufgewendet.

Auf diese Weise wird die Energie der Wasserströmung über die gesamte Strömung verteilt, wenn auch ungleichmäßig – je nach Gefälle des Bodens und der Sekundärströmungsgeschwindigkeit des Wassers. Um die Energie der Strömung innerhalb eines bestimmten Bereichs zu nutzen, ist es notwendig, sie in einem Abschnitt – in einer Ausrichtung – zu konzentrieren.

Manchmal wird eine solche Konzentration von der Natur in Form von Wasserfällen erzeugt, in den meisten Fällen muss sie jedoch künstlich mit Hilfe von Wasserfällen erzeugt werden Wasserbauwerke.

Das Wasserkraftwerk Itaipu ist das größte Wasserkraftwerk der Welt zur Stromerzeugung

Die Energie wird auf der Baustelle konzentriert Wasserkraftwerke (WKW) zwei Wege:

• ein Damm, der den Fluss blockiert und das Wasser im Becken flussaufwärts anhebt – flussaufwärts N Meter vom Niveau des Beckens flussabwärts – flussabwärts. Der Unterschied zwischen dem vor- und nachgelagerten Niveau H wird als Förderhöhe bezeichnet. Wasserkraftwerke, bei denen die Fallhöhe durch einen Damm gebildet wird, werden Beinahe-Staudamm genannt und werden normalerweise an flachen Flüssen gebaut;

• mit Hilfe eines speziellen Bypass-Kanals – eines Ableitungskanals. Umleitungsstationen werden hauptsächlich in Berggebieten gebaut. Der Umleitungskanal hat ein sehr geringes Gefälle, so dass an seinem Ende der gesamte vom Kanal umgebene Oberlauf des Flussabschnitts fast vollständig konzentriert ist.

Strömungskraft bei der Strukturausrichtung wird durch die Wassermenge bestimmt, die in einer Sekunde durch das Tor fließt, Q und die Förderhöhe H. Wenn Q in m3/s und H in Metern gemessen wird, ist die Durchflussrate im Abschnitt gleich:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Nur ein Teil dieser Leistung, der dem Wirkungsgrad der Anlage entspricht, wird in den Stromgeneratoren des Wasserkraftwerks genutzt. Daher beträgt die Leistung des Kraftwerks bei Förderhöhe H und Wasserdurchfluss durch die Turbinen Q:

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

Maschinenraum für ein Wasserkraftwerk

Unter realen Betriebsbedingungen von Wasserkraftwerken kann es vorkommen, dass ein Teil des Wassers an den Turbinen vorbei abfließt.

Die Energie von Bächen wird seit Jahrhunderten genutzt. Die flächendeckende Nutzung der Wasserkraft wurde erst Ende des 19. Jahrhunderts möglich, als sie erfunden wurde elektrischer Transformator und geschaffen Dreiphasen-Wechselstromsystem... Die Fähigkeit, Energie über große Entfernungen zu übertragen, ermöglichte es, die Energie der stärksten Wasserströmungen zu nutzen.

Chinas Drei-Schluchten-Wasserkraftwerk am Jangtsekiang ist gemessen an der installierten Kapazität das größte der Welt.

Zusammensetzung und Anordnung der hydrotechnischen Anlagen von Wasserkraftwerken

Die Struktur der Struktureinheit eines Staudamm-Wasserkraftwerks umfasst normalerweise:

• Dammkopf. Im Oberlauf des Staudamms entsteht je nach topografischen Gegebenheiten und Höhe des Staudamms ein Stausee mit größerem oder kleinerem Volumen, der den Wasserfluss durch die Turbinen entsprechend dem Lastplan reguliert;

• Wasserkraftgebäude;

• Dachrinnen, mit einem anderen Zweck und entsprechend anderer Gestaltung: zur Ableitung des überschüssigen Wassers, das nicht in den Turbinen verwendet wird, beispielsweise bei Überschwemmungen (Überläufe); zur Absenkung des Wasserhorizonts in den Überlaufgewässern, was z. B. bei der Reparatur hydraulischer Anlagen (Entwässerung) manchmal erforderlich ist; zur Verteilung von Wasser zwischen Wassernutzern (Wasserentnahmeanlagen);

• Transportmöglichkeiten — schiffbare Schleusen, die die Schifffahrt auf dem Fluss ermöglichen, Regale und Flöße für Holzflößereien;

• Fischpassanlagen.

Abschnitt über den Bau des Wasserkraftwerks

Typische Strukturen des abgeleiteten Wasserkraftwerks — Umleitungskanal und Rohrleitungen vom Kanal zu den Turbinen.

Der wichtigste, technisch verantwortungsvollste und teuerste Teil des Wasserkraftwerksblocks ist der Staudamm. Entlang des Wasserdurchgangs werden Dämme unterschieden:

• taubdie den Wasserdurchtritt nicht zulassen;

• Überlaufbei dem das Wasser über die Dammkrone fließt;

• Wandtafeldie Wasser hereinlassen, wenn die Schilde (Tore) geöffnet werden.

Cornalvo ist ein Staudamm in Spanien, in der Provinz Badajoz, der seit fast 2.000 Jahren in Betrieb ist.

Dämme bestehen normalerweise aus Erde und Beton.

Das Querprofil des Erddamms: 1 – Zahn; 2 – Schutzschicht aus Sand und Kies; 3 – Lehmgitter: 4 – Dammkörper; 5 – wasserdichte Basisschicht

Die Abbildung zeigt das Profil eines Lehmdamms, der auf einer durchlässigen Schicht geringer Dicke errichtet wurde. Der Dammkörper wird aus jedem Boden entladen, der keine großen Mengen an organischen Verunreinigungen und wasserlöslichen Salzen enthält.

Beim Auffüllen eines Damms mit durchlässigem Boden wird ein Tongitter in den Dammkörper eingebracht, um eine Wasserfiltration zu verhindern. Aus den gleichen Gründen wird die durchlässige Schicht, auf der der Damm errichtet wird, mit einem wasserdichten Zahn durchtrennt.

Wenn der Damm vollständig mit Lehm- oder Sandboden gefüllt ist, kann auf eine Sickersperre verzichtet werden. Oben ist das Sieb mit einer Schutzschicht aus Sand und Kies bedeckt, die wiederum durch einen Steinbelag vor Wellenerosion geschützt ist (von der Dammkrone bis zu einer Markierung, die 0,5 bis 0,7 m unter dem tiefstmöglichen Wasserhorizont liegt). im Oberwasser).

Beim Verfüllen eines Lehmdamms wird jede Schicht sorgfältig mit Walzen verdichtet. Das Ableiten von Wasser über die Krone eines Lehmdamms ist unzulässig, da die Gefahr der Erosion besteht. Eine Straße wird normalerweise entlang der Kuppe eines Erddamms gebaut, der die Breite der Kuppe definiert. Der Grat ist wie gewohnt asphaltiert.

Die Breite der Dammbasis hängt von ihrer Höhe und der angenommenen Neigung der Böschungen zum Horizont ab. Der stromaufwärtige Hang wird flacher als der stromabwärtige Hang.

Derzeit wird die Hydromechanisierungsmethode häufig beim Bau großer Erddämme eingesetzt.

Willow Creek Dam, Oregon, USA, ein Schwerkraftdamm aus Beton

Schema einer blinden Betonstaumauer: 1 – Entwässerung der Staumauer; 2 – Aussichtsgalerie; 3 – Sammler; 4 — Entwässerung des Fundaments

Die Abbildung zeigt einen leeren Betondamm mit regelmäßigem Profil und einer darüber liegenden Fahrspur. Für eine zuverlässigere Verbindung des Damms mit dem Boden und den Ufern wird das Fundament des Damms in Form mehrerer Leisten ausgeführt. Auf der Druckseite befindet sich ein Zahn mit einer Tiefe von 0,05 – 1,0 Z.

Um der Filtration entgegenzuwirken, werden Antifiltrationsvorhänge unter dem Zahn angebracht, wobei durch ein System von Bohrlöchern mit einem Durchmesser von 5 bis 15 cm die Zementlösung in die Risse der Basis (Boden) injiziert wird.

Obwohl der Dammkörper aus massivem Beton besteht, sickert immer Wasser durch ihn hindurch. Um dieses Wasser flussabwärts abzuleiten, ist im Damm ein Entwässerungssystem angeordnet, das aus vertikalen Brunnen besteht – Abflüsse (mit einem Durchmesser von 20 – 30 cm), die alle 1,5 – 3 m im Dammkörper angebracht sind.

Das durch sie abfließende Wasser gelangt in die Küvetten des Beobachtungsstollens 2, von wo es durch horizontale Sammler 3 zum unteren Becken geleitet wird. Der Beobachtungsstollen, der über die gesamte Länge im Dammkörper verläuft, dient der Überwachung des Zustands des Betons und der Wasserfiltration.

Abgeleitete Wasserversorgungsstrukturen werden meist in Form eines offenen Kanals realisiert. In weichen Böden ist der Kanalquerschnitt meist trapezförmig. Die Wände und der Boden des Kanals sind mit Beton oder Asphalt ausgekleidet, um die Filtration zu reduzieren, Erosion zu verhindern, Rauheit und damit verbundene Druckverluste zu reduzieren. Auch Kopfsteinpflasterverkleidungen kommen zum Einsatz.

Umleitungskanäle in felsigen Böden haben einen rechteckigen Querschnitt. Wenn es nicht möglich ist, einen offenen Kanal auszuführen, werden Aussparungen mit rechteckigem oder kreisförmigem Querschnitt verwendet. Das Wasser vom Umleitungskanal zu den Turbinen wird durch Rohrleitungen geleitet. Die Rohrleitungen sind Metall, Stahlbeton und Holz.