Das Gerät und das Funktionsprinzip des Wasserkraftwerks
Schon in der Antike nutzten die Menschen die treibende Kraft des Wassers. Sie mahlten Mehl in Mühlen, die von Wasserströmungen angetrieben wurden, schifften schwere Baumstämme flussabwärts und nutzten im Allgemeinen Wasserkraft für eine Vielzahl von Aufgaben, auch für die Industrie.
Die ersten Wasserkraftwerke
Ende des 19. Jahrhunderts, mit Beginn der Elektrifizierung der Städte, gewannen Wasserkraftwerke weltweit sehr schnell an Popularität. 1878 entstand in England das erste Wasserkraftwerk der Welt, das damals nur eine Bogenlampe in der Kunstgalerie des Erfinders William Armstrong betrieb ... Und 1889 gab es allein in den Vereinigten Staaten bereits 200 Wasserkraftwerke.
Einer der wichtigsten Schritte in der Entwicklung der Wasserkraft war der Bau des Hoover-Staudamms in den 1930er Jahren in den USA. Was Russland betrifft, so wurde hier in Rudnia Altai am Fluss Berezovka bereits 1892 das erste Wasserkraftwerk mit vier Turbinen und einer Leistung von 200 kW gebaut, das Strom für die Minenentwässerung der Ziryanovsky-Mine liefern sollte.Mit der Entwicklung der Elektrizität durch die Menschheit prägten Wasserkraftwerke das rasante Tempo des industriellen Fortschritts.
Das Funktionsprinzip des Wasserkraftwerks
Moderne Wasserkraftwerke sind heute riesige Bauwerke mit einer installierten Leistung von einem Gigawatt. Das Funktionsprinzip eines jeden Wasserkraftwerks bleibt jedoch im Allgemeinen recht einfach und überall nahezu identisch. Der auf die Schaufeln der hydraulischen Turbine ausgeübte Wasserdruck versetzt diese in Rotation, und die wiederum mit dem Generator verbundene hydraulische Turbine dreht den Generator. Der Generator erzeugt Strom, der und zur Umspannstation und dann in die Stromleitung eingespeist.
Hydrogeneratorrotor:
In der Turbinenhalle des Wasserkraftwerks sind hydraulische Einheiten installiert, die die Energie des Wasserstroms in Strom umwandeln, und alle notwendigen Verteilungsgeräte sowie Steuerungs- und Überwachungsgeräte für den Betrieb des Wasserkraftwerks sind untergebracht direkt im Gebäude des Wasserkraftwerks.
Die Leistung eines Wasserkraftwerks hängt von der Menge und dem Druck des Wassers ab, das durch die Turbinen fließt. Durch die gerichtete Bewegung des Wasserstroms entsteht direkter Druck. Dabei kann es sich um Wasser handeln, das sich am Staudamm ansammelt, wenn an einer bestimmten Stelle des Flusses ein Staudamm gebaut wird, oder um den Druck, der durch Strömungsumlenkung entsteht – das heißt, wenn Wasser aus dem Kanal durch einen speziellen Tunnel oder Kanal umgeleitet wird. Wasserkraftwerke sind also Staudamm, Ableitung und Staudamm.
Die häufigsten Staudammkraftwerke basieren auf einem Damm, der das Flussbett blockiert.Hinter dem Damm steigt das Wasser auf, staut sich und es entsteht eine Art Wassersäule, die für Druck und Druck sorgt. Je höher der Damm, desto stärker ist der Druck. Der mit 305 Metern höchste Staudamm der Welt ist der 3,6 GW starke Jinping-Staudamm am Yalongjiang-Fluss im Westen Sichuans im Südwesten Chinas.
Es gibt zwei Arten von Wasserkraftwerken. Wenn der Fluss ein leichtes Gefälle aufweist, aber relativ reichlich vorhanden ist, wird mit Hilfe eines Staudamms, der den Fluss blockiert, ein ausreichender Wasserspiegelunterschied geschaffen.
Über dem Damm entsteht ein Stausee, der das ganze Jahr über einen gleichmäßigen Betrieb der Station gewährleistet. In der Nähe des Ufers unter dem Damm, in unmittelbarer Nähe dazu, ist eine Wasserturbine installiert, die an einen elektrischen Generator angeschlossen ist (in der Nähe der Dammstation). Wenn der Fluss schiffbar ist, wird am gegenüberliegenden Ufer eine Schleuse für die Durchfahrt errichtet Schiffe.
Wenn der Fluss nicht sehr wasserreich ist, aber ein großes Eintauchen und eine schnelle Strömung aufweist (z. B. Gebirgsflüsse), wird ein Teil des Wassers entlang eines speziellen Kanals umgeleitet, der ein viel geringeres Gefälle als der Fluss hat. Dieser Kanal ist teilweise mehrere Kilometer lang. Manchmal ist es aufgrund der Feldbedingungen erforderlich, den Kanal durch einen Tunnel zu ersetzen (für Kraftwerke). Dadurch entsteht ein erheblicher Höhenunterschied zwischen der Mündung des Kanals und dem Flussabfluss.
Am Ende des Kanals gelangt das Wasser in ein Rohr mit steilem Gefälle, an dessen unterem Ende sich eine hydraulische Turbine mit Generator befindet. Aufgrund des erheblichen Höhenunterschieds erhält das Wasser eine große kinetische Energie, die ausreicht, um die Station (Umleitungsstationen) mit Strom zu versorgen.
Solche Kraftwerke können eine große Kapazität haben und gehören zur Kategorie der Regionalkraftwerke (vgl. Kleine Wasserkraftwerke).In den kleinsten Anlagen wird die Turbine manchmal durch ein weniger effizientes, billigeres Wasserrad ersetzt.
Der Bau des Wasserkraftwerks Zhigulev aus den Quellen
Schematische Darstellung der elektrischen Anschlüsse des Wasserkraftwerks Zhigulev
Ein Schnitt durch das Gebäude des Wasserkraftwerks Schigulev. 1 — Ausgänge zum Öffnen von RU 400 kV; 2 – Boden aus 220- und 110-kV-Kabeln; 3 – Etage für elektrische Geräte, 4 – Kühlausrüstung für Transformatoren; 5 – Buskanäle, die die Spannungswicklungen des Generators der Transformatoren in „Dreiecken“ verbinden; 6 – ein Kran mit einer Tragfähigkeit von 2 x 125 Tonnen; 7 – ein Kran mit einer Tragfähigkeit von 30 Tonnen; 8 – ein Kran mit einer Tragfähigkeit von 2X125 t; 9 – Müllrückhaltestruktur; 10 – ein Kran mit einer Tragfähigkeit von 2 x 125 Tonnen; 11 – Metallzunge; 12 – ein Kran mit einer Tragfähigkeit von 2X125 Tonnen.
Das Wasserkraftwerk Zhigulev ist das zweitgrößte Wasserkraftwerk Europas, in den Jahren 1957-1960 war es das größte Wasserkraftwerk der Welt.
Der erste Block der Station mit einer Leistung von 105.000 kW wurde Ende 1955 in Betrieb genommen, 1956 wurden weitere 11 Blöcke für 10 Monate in Betrieb genommen. 1957 – die restlichen acht Einheiten.
An Wasserkraftwerken wurden zahlreiche neue, zum Teil einzigartige Energieanlagen installiert und in Betrieb genommen.
Arten von Wasserkraftwerken und ihre Geräte
Das Wasserkraftwerk umfasst neben dem Damm ein Gebäude und eine Schaltanlage. Die Hauptausrüstung des Wasserkraftwerks befindet sich im Gebäude, hier sind Turbinen und Generatoren installiert. Zusätzlich zum Damm und Gebäude kann das Wasserkraftwerk über Schleusen, Überläufe, Fischpassagen und Bootslifte verfügen.
Jedes Wasserkraftwerk ist ein einzigartiges Bauwerk, daher ist das Hauptunterscheidungsmerkmal von Wasserkraftwerken von anderen Arten von Industriekraftwerken ihre Individualität. Der größte Stausee der Welt liegt übrigens in Ghana, es ist der Akosombo-Stausee am Volta-Fluss. Es umfasst 8.500 Quadratkilometer, das sind 3,6 % der gesamten Landesfläche.
Wenn entlang des Flussbettes ein erhebliches Gefälle vorhanden ist, wird ein Ableitungswasserkraftwerk errichtet. Für Staudämme ist es nicht notwendig, einen großen Stausee zu bauen, sondern das Wasser wird nur durch speziell errichtete Wasserkanäle oder Tunnel direkt zum Kraftwerksgebäude geleitet.
In abgeleiteten Wasserkraftwerken sind teilweise kleine Tagesregulierbecken angeordnet, die je nach Überlastung des Stromnetzes eine Steuerung des Drucks und damit der erzeugten Strommenge ermöglichen.
Pumpspeicherwerke (PSPP) sind eine besondere Art von Wasserkraftwerken. Dabei ist die Station selbst darauf ausgelegt, tägliche Schwankungen und Spitzenlasten auszugleichen Stromversorgungssystemund damit die Zuverlässigkeit des Stromnetzes verbessern.
Eine solche Station kann sowohl im Generatormodus als auch im Speichermodus arbeiten, wenn Pumpen Wasser aus dem Unterbecken in das Oberbecken pumpen. Ein Becken ist in diesem Zusammenhang ein Beckenobjekt, das Teil eines Stausees ist und an ein Wasserkraftwerk angrenzt. Upstream ist flussaufwärts, flussabwärts ist flussabwärts.
Ein Beispiel für ein Pumpspeicherwerk ist das Taum Sauk Reservoir in Missouri, das 80 Kilometer vom Mississippi entfernt gebaut wurde und ein Fassungsvermögen von 5,55 Milliarden Litern hat, sodass das Stromsystem eine Spitzenleistung von 440 MW bereitstellen kann.