Penggunaan energi aliran air, perangkat struktur hidrolik pembangkit listrik tenaga air (HPP)

Energi aliran air

Energi (potensial) yang dimiliki aliran air ditentukan oleh dua kuantitas: jumlah air yang mengalir dan ketinggian jatuhnya ke mulut.

Dalam keadaan alami, energi aliran sungai dihabiskan untuk erosi saluran, perpindahan partikel tanah, gesekan di tepian dan dasar.

Dengan cara ini, energi aliran air didistribusikan ke seluruh aliran, meskipun tidak merata — bergantung pada kemiringan dasar dan laju aliran sekunder air. Untuk menggunakan energi aliran dalam area tertentu, perlu memusatkannya di satu bagian - dalam satu penyelarasan.

Terkadang konsentrasi seperti itu dibuat oleh alam dalam bentuk air terjun, tetapi dalam banyak kasus harus dibuat secara artifisial, dengan bantuan struktur hidrolik.

Pembangkit Listrik Tenaga Air Itaipu adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di dunia untuk produksi listrik

Energi terkonsentrasi di lokasi konstruksi pembangkit listrik tenaga air (HPP) dua arah:

• sebuah bendungan yang memblokir sungai dan mengangkat air di cekungan di hulu — hulu N meter dari ketinggian cekungan di hilir — hilir. Perbedaan level hulu dan hilir H disebut head. Pembangkit listrik tenaga air di mana kepala dibuat oleh bendungan disebut dekat bendungan dan biasanya dibangun di atas sungai yang datar;

• dengan bantuan saluran bypass khusus — saluran derivasi. Stasiun turunan terutama dibangun di daerah pegunungan. Kanal pengalihan memiliki kemiringan yang sangat kecil, sehingga pada ujungnya seluruh kepala bagian sungai yang dikelilingi kanal hampir seluruhnya terkonsentrasi.

Gaya aliran dalam penyelarasan struktur ditentukan oleh jumlah air yang melewati pintu dalam satu detik, Q dan head H. Jika Q diukur dalam m3/detik, dan H dalam meter, maka laju aliran di bagian tersebut akan sama dengan:

Pp = 9,81 * Q* 3 kW.

Hanya sebagian dari kapasitas ini, yang setara dengan efisiensi instalasi, yang akan digunakan di generator listrik pembangkit listrik tenaga air. Oleh karena itu, daya pembangkit listrik di head H dan aliran air melalui turbin Q adalah:

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

Ruang mesin untuk pembangkit listrik tenaga air

Dalam kondisi operasi nyata pembangkit listrik tenaga air, sebagian air dapat dibuang melewati turbin.

Energi aliran telah digunakan selama berabad-abad. Penggunaan tenaga air secara luas menjadi mungkin hanya pada akhir abad ke-19, ketika itu ditemukan trafo listrik dan dibuat sistem arus bolak-balik tiga fasa... Kemampuan untuk mengirimkan energi jarak jauh memungkinkan untuk memanfaatkan energi arus air yang paling kuat.

Pembangkit Listrik Tenaga Air Tiga Ngarai China, yang terletak di Sungai Yangtze, adalah yang terbesar di dunia dalam hal kapasitas terpasang.

Komposisi dan penataan fasilitas hidroteknik pembangkit listrik tenaga air

Struktur unit struktur bendungan pembangkit listrik tenaga air biasanya meliputi:

• kepala bendungan. Di hulu bendungan, reservoir dengan volume lebih besar atau lebih kecil terbentuk tergantung pada kondisi topografi dan ketinggian bendungan, yang mengatur aliran air melalui turbin sesuai dengan jadwal beban;

• bangunan pembangkit listrik tenaga air;

• selokan, memiliki tujuan yang berbeda dan desain yang berbeda pula: untuk membuang kelebihan air yang tidak digunakan di turbin, misalnya saat banjir (meluap); untuk menurunkan cakrawala air di perairan luapan, yang terkadang diperlukan, misalnya saat memperbaiki fasilitas hidrolik (drainase); untuk distribusi air antar pengguna air (fasilitas pengambilan air);

• fasilitas transportasi — kunci yang dapat dinavigasi, menyediakan navigasi di sungai, rak dan rakit untuk arung jeram kayu;

• fasilitas jalur ikan.

Bagian tentang pembangunan pembangkit listrik tenaga air

Struktur khas pembangkit listrik tenaga air derivasi — saluran pengalihan dan perpipaan dari saluran ke turbin.

Nilai utama, penghubung yang paling bertanggung jawab secara teknis dan termahal di blok pembangkit listrik tenaga air adalah bendungan. Bendungan dibedakan di sepanjang jalur aliran air:

• tuliyang tidak memungkinkan lewatnya air;

• pelimpahdi mana air meluap melewati puncak bendungan;

• papan panelyang membiarkan air masuk saat perisai (gerbang) dibuka.

Cornalvo adalah sebuah bendungan di Spanyol, di provinsi Badajoz, yang telah beroperasi selama hampir 2.000 tahun.

Bendungan biasanya terbuat dari tanah dan beton.

Profil melintang bendungan bumi: 1 — gigi; 2 — lapisan pelindung dari pasir dan kerikil; 3 — kisi-kisi tanah liat: 4 — badan bendungan; 5 — lapisan dasar tahan air

Gambar tersebut menunjukkan profil bendungan tanah liat yang dibangun di atas lapisan permeabel dengan ketebalan rendah. Tubuh bendungan dibuang dari tanah yang tidak mengandung banyak kotoran organik dan garam yang larut dalam air.

Saat mengisi bendungan dengan tanah permeabel, kotak tanah liat ditempatkan di badan bendungan untuk mencegah penyaringan air. Lapisan permeabel tempat bendungan dibangun dipotong oleh gigi tahan air karena alasan yang sama.

Jika bendungan terisi penuh dengan tanah liat atau tanah berpasir, maka tidak diperlukan pembatas rembesan. Di atas, layar ditutupi dengan lapisan pelindung dari pasir dan kerikil, yang pada gilirannya dilindungi dari erosi gelombang oleh perkerasan batu (dari puncak bendungan ke tanda yang terletak 0,5 — 0,7 m di bawah cakrawala air serendah mungkin. di perairan bagian atas).

Saat mengisi bendungan tanah liat, setiap lapisan dipadatkan dengan hati-hati dengan roller. Menguras air melalui puncak bendungan tanah liat tidak dapat diterima, karena ada bahaya erosi. Sebuah jalan biasanya dibangun di sepanjang puncak bendungan tanah, yang menentukan lebar puncak. Punggungan diaspal dengan cara biasa.

Lebar dasar bendungan tergantung pada ketinggiannya dan asumsi kemiringan lereng ke cakrawala. Kemiringan hulu menjadi lebih datar daripada kemiringan hilir.

Saat ini, metode hidromekanisasi banyak digunakan dalam pembangunan bendungan tanah yang besar.

Bendungan Willow Creek, Oregon, AS, bendungan tipe gravitasi yang terbuat dari beton

Skema bendungan beton buta: 1 — drainase bendungan; 2 — melihat galeri; 3 — pengumpul; 4 — drainase pondasi

Gambar tersebut menunjukkan bendungan beton kosong dengan profil biasa dengan jalur lalu lintas di atasnya. Untuk koneksi bendungan yang lebih andal dengan tanah dan tepian, fondasi bendungan dibuat dalam bentuk beberapa tepian. Gigi dengan kedalaman 0,05 — 1,0 Z terletak di sisi tekanan.

Untuk memerangi filtrasi, tirai anti-filtrasi ditempatkan di bawah gigi, yang melalui sistem lubang bor dengan diameter 5-15 cm, larutan semen disuntikkan ke dalam celah-celah dasar (tanah).

Meski badan bendungan terbuat dari beton padat, air selalu merembes melaluinya. Untuk mengalirkan air ini ke hilir, pada bendungan disusun sistem drainase yang terdiri dari sumur vertikal - saluran air (dengan diameter 20 - 30 cm) yang dibuat di badan bendungan setiap 1,5 - 3 m.

Air yang dialirkan melaluinya memasuki kuvet galeri observasi 2, dari mana ia dialirkan melalui pengumpul horizontal 3 ke kolam bawah. Galeri observasi yang membentang di sepanjang tubuh bendungan dibuat untuk memantau kondisi beton dan penyaringan air.

Struktur pasokan air turunan paling sering diimplementasikan dalam bentuk saluran terbuka. Pada tanah lunak, penampang saluran biasanya berbentuk trapesium. Dinding dan dasar saluran dilapisi dengan beton atau aspal untuk mengurangi filtrasi, mencegah erosi, mengurangi kekasaran dan kehilangan tekanan yang terkait. Kelongsong batu bulat juga digunakan.

Saluran pengalihan di tanah berbatu memiliki penampang persegi panjang. Jika tidak memungkinkan untuk melakukan saluran terbuka, ceruk dengan penampang persegi panjang atau bundar digunakan. Air dari saluran pengalihan ke turbin dialirkan melalui pipa. Pipa tersebut adalah logam, beton bertulang dan kayu.