8663

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Февралев

ГИДРОЭНЕРГЕКА И ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы); выполнению курсовых работ (проектов) для обучающихся по дисциплине «Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения» направлению подготовки / специальности 08.03.01 Строительство направленность (профиль) / специализация Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство

Нижний Новгород

2022

1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. В. Февралев

ГИДРОЭНЕРГЕКА И ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации обу-

чающимся по организации самостоятельной работы); выполнению курсовых работ (проектов) для обучающихся по дисциплине «Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения» направлению подготовки / специальности 08.03.01 Строительство направленность (профиль) / специализация Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

2

Февралев А. В. Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения: учебнометодическое пособие / А. В. Февралев; Нижегородский государственный архитектурностроительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 59 с. – Текст: электронный.

В пособии: рассматриваются основные понятия, развитие гидроэнергетики России, характеристика гидроэнергетики и установок, описываются схемы создания напора, дается характеристика оборудования ГЭС, сооружений и электростанций, анализируется влияние гидроэнергетики на окружающую среду.

Предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения» направлению подготовки / специальности 08.03.01 Строительство направленность (профиль) / специализация Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство, направлению подготовки, профилю / специальности, специализации».

Ключевые слова: гидроэнергетика, гидроэнергетические сооружения, водная энергия, электростанции, ГЭС

© А. В. Февралев, 2022 © ННГАСУ, 2022

3

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………. 6

1.Основные понятия …………………………………………….................... 7

2.Развитие гидроэнергетики России……………………………………….. 10

3.Гидроэнергетические установки………………………………………...... 15

3.1.Общие сведения……………………………………………………. 15

3.2.Гидроэлектростанции……………………………………………… 15

3.3.Гидроаккумулирующие электростанции………………………… 16

3.4.Приливные электростанции……………………………………….. 17

3.5.Насосные станции………………………………………………….. 18

4.Схемы создания напора…………………………………………………… 19

4.1.Схемы создания напора ГЭС……………………………………… 19

4.2. Каскадное использование энергии рек…………………………… 22

4.3.Создание напора ГАЭС……………………………………………. 22

4.4.Создание напора ПЭС……………………………………………... 22

5.1.Общие сведения об оборудовании………………………………... 24

5.2.Технологическое оборудование…………………………………... 24

5.3.Технологическое оборудование ГЭС……………………………... 25

5.4.Электрическое оборудование ГЭС……………………………….. 35

5.5.Механическое оборудование ГЭС………………………………… 36

5.6.Подъемно-транспортное оборудование…………………………... 37

6.Водоприемники ГЭС ……………………………………………………... 38

7.Энергетические водоводы. Сооружения на водоводах…………………. 40

7.1.Деривационные водоводы……………………………………….. 40

7.2.Сооружения на водоводах……………………………………….. 43

8.Энергосистема………………………………………………...................... 45

9.Характеристики электростанций…………………………………............. 46

9.1.Виды электростанций……………………………………………… 46

4

9.2.Энергетические ресурсы…………………………………………... 46

9.3.Тепловые электрические станции (ТЭС)…………………………. 47

9.4.Атомные электростанции (АЭС)………………………………….. 48

9.5. Основные характеристики электростанций……………………… 48

10. Гидроэлектростанции……………………………………………………. 50

10.1. Мощность и выработка электроэнергии ГЭС…………………... 50

10.3.Здания ГАЭС……………………………………………………… 54

10.4.Здание ПЭС……………………………………………………….. 54

11. Влияние гидроэнергетики на окружающую среду …………………… 56

11.1.Влияние на атмосферный воздух……………………………….. 56

11.2.Влияние на водные ресурсы…………………………………….. 56

11.3.Влияние на территорию………………………………………….. 56

11.4.Влияние на ихтиофауну…………………………………………. 57

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………. 58

5

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Гидроэнергетика и гидроэнергетические сооружения» предназначается для студентов, обучающихся по направлению подготовки /

специальности 08.03.01 Строительство направленность (профиль) / специализа-

ция Гидротехническое, геотехническое и энергетическое строительство.

Настоящее пособие призвано способствовать подготовке к лекциям и практическим занятиям по названой дисциплине, а также подготовке к зачетам

иэкзаменам.

Впособии изложены названия разделов дисциплины и их краткое содер-

жание. Для расширения знаний следует прослушать лекции, изучить литерату-

ру, приведенную в пособии, использовать ресурсы Интернета.

6

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Гидроэнергетика - по ГОСТ 19431-84: раздел энергетики, связанный с ис-

пользованием механической энергии водных ресурсов (водной или гидравличе-

ской энергии) для получения электрической энергии.

Происходит от двух слов: гидро (греч.) – вода, энергия (латинск.) − дей-

ствие, деятельность.

Гидроэнергетические сооружения и объекты – элементы гидроэнергети-

ки.

В более широком смысле гидроэнергетика - это отрасль национального хозяйства, занимающаяся преобразованием водной энергии.

Потенциальная водная энергия (работа) Э:

Э=сила∙путь.

Для «падающей» воды (рис. 1.1) сила – это вес воды P, путь – это высота падения Н;

Р

Н

Рисунок 1.1 – Схема образования энергии «падающей» воды

•Кинетическая энергии, как известно, определяется зависимостью:

где v – скорость.

Для потока воды скорость потока входит в выражение для напора,

9

2. РАЗВИТИЕ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ

Первое существенное использование воды - первые ирригационные си-

стемы (искусственное орошение) возникли примерно в 3000-2500 гг. до н. э.

Использование воды как источника энергии началось 2-мя тысячелетиями позже. Первая водноэнергетическая установка – водоподъемное колесо – была описана в 1-м веке до н. э. В средние века водяное колесо (рис. 2.1) стало уни-

версальной установкой. Оно широко использовалось в водяных мельницах

(рис. 2.2).

Рисунок 2.1 – Типы водяных колес:

а) - подливное (нижнебойное) водяное колесо, КПД до 35 %; б) - среднебойное, КПД до 75 %; в) - наливное (верхнебойное), КПД до 85 %. Н - напор

В дальнейшем водяные колеса были преобразованы в гидротурбины:

ковшовую (турбина Пельтона), радиально-осевую (турбина Френсиса), пово-

ротно-лопастную (турбина Каплана) и др.

Первая в России ГЭС была построена на территории, в то время входив-

шей в Алтайский округ. Произошло это историческое событие в 1892 году на речке Березовка (приток Бухтармы), близ Зыряновского рудника (ныне г. Зыря-

новск, Восточный Казахстан). ГЭС была предназначена для шахтного водоот-

лива Зыряновского рудника, четыре турбины обеспечивали мощность в 150

кВт, и исправно снабжала энергией рудничные цеха.

10