Wasserkraftwerke sind Teil von Wasserkraftkomplexen. Ein Wasserkomplex ist ein Komplex von Wasserbauwerken, die die Nutzung von Wasserressourcen zur Erzeugung elektrischer Energie, Wasserversorgung, Bewässerung sowie zum Schutz vor Überschwemmungen gewährleisten und die Bedingungen für Schifffahrt, Fischzucht, Erholung usw. verbessern.

Zusammensetzung und Zweck von Wasserkraftwerksstrukturen. Wenn das Hauptziel der Errichtung eines Wasserkraftwerks darin besteht, Strom zu erzeugen, wird es üblicherweise als Wasserkraftwerk oder Wasserkraftwerk bezeichnet. Der Komplex der Wasserkraftkomplexstrukturen umfasst Haupt- und Hilfsstrukturen. Zur Sicherstellung der Bau- und Montagearbeiten werden während der Bauzeit temporäre Bauten errichtet.

Abhängig von den ausgeführten Funktionen werden die Hauptstrukturen unterteilt in:

Wasserrückhalte- und Entwässerungsbauwerke, bestimmt, abhängig von der Bauart des Wasserkraftwerks, zur Schaffung eines Reservoirs, des gesamten oder eines Teils des Drucks des Wasserkraftwerks, der Weiterleitung der Betriebskosten in das Unterbecken, einschließlich Hochwasser (einschließlich Dämmen und Überläufen verschiedener Art) sowie zum Ablassen von Eis, Schneematsch und zum Waschen von Sedimenten (einschließlich teilweise spezieller Geräte für diese Zwecke). Auf Hochwasserflüssen können die maximalen Hochwasserströme 100.000 m3/s oder mehr erreichen. So entstand am Fluss „Drei Schluchten“ das größte Wasserkraftwerk der Welt. Die Wasserkraftwerke in Jangtse (China) sind für die Bewältigung einer maximalen Auslegungsflut von 102,5 Tausend m3/s während der FPU ausgelegt, im Wasserkraftwerk Tscheboksary an der Wolga beträgt die maximale Auslegungsdurchflussrate mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,01 % 48 Tausend m3/s das Wasserkraftwerk Dnjepr – 25,9 Tausend m3/s.

Energiebauwerke zur Stromerzeugung und Einspeisung in das Energiesystem einschließlich Wasserentnahmestellen; Wasserleitungen, die Wasser vom oberen Becken zu den Wasserturbinen im Gebäude des Wasserkraftwerks leiten und Wasser vom Gebäude des Wasserkraftwerks zum unteren Reservoir ableiten; Wasserkraftwerksgebäude mit Energieausrüstung (Hydraulikturbinen, Hydrogeneratoren, Transformatoren usw.), Mechanik, Handhabung, Hilfsausrüstung, Steuerungssystem; offene (ORU) oder geschlossene (ZRU) Verteilergeräte zur Aufnahme und Verteilung von Strom in das Stromnetz sowie zur Notabschaltung von Stromleitungen.

Schifffahrts- und Flößerkonstruktionen, die für die Durchfahrt von Schiffen und Flößen durch ein hydraulisches System bestimmt sind und Schleusen, Schiffshebewerke mit Zu- und Ablaufkanälen, Floßschiffe usw. umfassen.

Wassereinlässe zur Bewässerung, Wasserversorgung, Bereitstellung der notwendigen Wasserversorgung einschließlich Wassereinlässe, Pumpstationen usw.

Fischpassagen und Fischschutzanlagen, die dazu dienen, wandernden Fischarten den Zugang zu den Laichplätzen im Oberbecken und in die Gegenrichtung zu ermöglichen, einschließlich Fischpassagen und Fischlifte.

Transportbauwerke, die dazu bestimmt sind, Wasserwerksbauwerke miteinander zu verbinden sowie Straßen und Eisenbahnen durch sie hindurchzuführen, einschließlich Brücken, Autobahnen und Eisenbahnen usw.

Abhängig von den natürlichen Bedingungen des Standorts, an dem sich das Wasserkraftwerk befindet (hydrologische, topografische, geologische, klimatische), dem Druckerzeugungsschema und der Art des Wasserkraftwerks, können einige der Hauptstrukturen des Wasserkraftwerks kombiniert werden untereinander (z. B. Überlaufgebäude eines Wasserkraftwerks, bei denen das Gebäude des Wasserkraftwerks mit einem Überlauf kombiniert ist).

Hilfsbauwerke sollen die notwendigen Voraussetzungen für den normalen Betrieb des Wasserwerks und die Arbeit des Wartungspersonals schaffen und umfassen Verwaltungsgebäude, Wasserversorgung, Abwassersysteme usw.

Temporäre Bauten, die für Bau- und Installationsarbeiten notwendig sind, lassen sich in zwei Gruppen einteilen.

Zur ersten Gruppe gehören Bauwerke, die den Flussfluss während der Bauphase sicherstellen, Gruben und im Bau befindliche Bauwerke umgehen und vor Überschwemmungen schützen, darunter Baukanäle, Leitungen, Tunnel, Stürze, Entwässerungssysteme usw.

Die zweite Gruppe umfasst Hilfsproduktionsunternehmen, darunter Betonwerke mit Lagern für Zement, Betonzuschlagstoffe, Bewehrung, Holzverarbeitungs- und Mechanikwerkstätten, Mechanisierungs- und Krafttransportstützpunkte, Lagerhäuser, temporäre Straßen, temporäre Stromversorgungssysteme, Kommunikation, Wasserversorgung usw.

In vielen Fällen wird ein Teil der temporären Bauten nach Abschluss der Bauarbeiten während des Betriebs des Wasserkraftwerks genutzt. So können aus den Bauwerken der ersten Gruppe Baukanäle und Tunnel ganz oder teilweise in Überläufe oder Wasserleitungen eines Wasserkraftwerks sowie Stürze in Dämme integriert werden.

Die Bauwerke der zweiten Gruppe können ganz oder teilweise als Ausgangsinfrastruktur territorialer Produktionskomplexe auf Basis von Wasserkraftwerken genutzt werden.

Gewährleistung eines zuverlässigen und dauerhaften Betriebs von Wasserkraftwerken unter Betriebsbedingungen unter Berücksichtigung der komplexen Nutzung, Erzielung eines maximalen wirtschaftlichen Effekts durch Kostensenkung, Verkürzung der Bauzeit und Beschleunigung der Inbetriebnahme von Hydraulikaggregaten, Wahl einer rationellen Anordnung und Art von Bauwerken, basierend auf natürlichen Bedingungen und Reservoirparametern, ist wichtig und Wasserkraftwerke, Betriebsmodi.

Unter Berücksichtigung der langen Bauzeit großer Wasserkraftwerke von 5–10 Jahren ist in der Regel geplant, Bauwerke zu errichten und Hydraulikaggregate in Warteschlangen mit Rohbauwerken und reduzierten Drücken in Betrieb zu nehmen und so die Wirtschaftlichkeit zu steigern.

HPPs und PSPPs werden unterteilt in:

Nach der Methode der Druckerzeugung, basierend auf den grundlegenden Diagrammen der Nutzung von Wasserenergie in Wasserkraftwerken, erfolgt die Platzierung des Wasserkraftwerksgebäudes als Teil der Bauwerke: Wasserkraftwerk mit Flussbettgebäuden; Wasserkraftwerk mit Staudammgebäuden; Umleitungswasserkraftwerke.

Nach installierter Leistung (bei Pumpspeicherkraftwerken nach Leistung im Generatorbetrieb) für: hohe Leistung – mehr als 1000 MW, durchschnittliche Leistung von 30 bis 1000 MW, niedrige Leistung – weniger als 30 MW.

Nach Druck (maximal): Hochdruck – mehr als 300 m, Mitteldruck – von 30–50 bis 300 m, Niederdruck – weniger als 30–50 m.

Wasserkraftwerke mit Laufgebäuden werden in der Regel an Tieflandflüssen auf weichem und felsigem Untergrund mit Drücken bis zu 50 m eingesetzt und zeichnen sich dadurch aus, dass Wasserkraftwerksgebäude Teil der Druckfront sind und den Wasserdruck wahrnehmen der stromaufwärtigen Seite. Der Komplex der Wasserkraftwerksstrukturen umfasst in der Regel Betonkonstruktionen, darunter das Gebäude des Wasserkraftwerks, den Überlaufdamm und die Schifffahrtsschleuse, sowie Erddämme, die den Großteil der Druckfront bilden. In vielen Fällen werden Laufwasserkraftwerksgebäude in Kombination mit Überläufen errichtet. Der Einsatz kombinierter Laufwasserkraftwerke in den Wasserkraftwerken Kiewskaja, Kanewskaja, Dnjestr (Ukraine), Pljawinskaja (Lettland), Saratowskaja (Russland) und einer Reihe anderer ermöglichte den Verzicht auf Betonüberlaufdämme und die Reduzierung der Front von Betonkonstruktionen und erzielen erhebliche Einsparungen. Die Wahl des Gesamtlayouts von Wasserkraftwerksbauwerken mit Laufgebäuden an Hochwasserflüssen, bei denen die geschätzten Hochwasserströme während der Bauzeit 10–20.000 m3/s erreichen können, wird maßgeblich beeinflusst von das Fließschema des Flusses während der Bauzeit.

Je nach Lage der Betonbauwerke des Wasserkraftwerks werden folgende Grundrisse unterschieden (Abb. 4.1):

Küsten- und Auenlayout.

Solche Grundrisse zeichnen sich dadurch aus, dass die wichtigsten Betonbauwerke (Wasserkraftwerksgebäude, Überlaufdamm usw.) außerhalb des Flussbettes liegen, ihre Grube mit Stürzen umzäunt ist und während ihrer Errichtung Baukosten, einschließlich Überschwemmungen, anfallen entlang des Flussbettes durchgeführt. Wenn die Betonkonstruktionen errichtet werden, wird der Kanal durch einen blinden Damm, meist einen Erddamm, blockiert und der Fluss wird durch die Betonkonstruktionen geleitet. Bei einer Küstenanordnung ist die Höhe der Stürze geringer, und wenn sich die Grube in einem Küstenabschnitt befindet, der während der Bauzeit nicht von Überschwemmungen überschwemmt wird, ist die Installation von Stürzen überhaupt nicht erforderlich. Ein wesentlicher Nachteil des Küstenlayouts ist die Notwendigkeit, große Mengen an Aushubarbeiten durchzuführen, um den Boden in der Grube sowie in den Einlass- und Auslasskanälen auszuheben. Bei einer Auenanordnung wird die Grube aus Betonbauwerken in der Aue näher am Flussbett platziert, was einerseits zu einer Erhöhung der Höhe der die Grube umschließenden Stürze und andererseits zu einer Verringerung führt im Umfang der Aushubarbeiten.

Kanallayout. Bei dieser Anordnung werden Betonkonstruktionen im Flussbett platziert. Dabei kommen folgende Bauschemata zum Einsatz:

In einer Grube, eingezäunt mit Stürzen, wobei die Baukosten über einen im Ufer angelegten Kanal abgewickelt wurden.

In zwei (selten drei) Etappen, wenn ein Teil des Kanals mit Stürzen umzäunt und darin Betonkonstruktionen der 1. Etappe errichtet werden und die Baukosten über den anderen Teil des Kanals umgelegt werden. Bei der Errichtung der Bauwerke der 1. Etappe werden die Flussläufe durch sie geleitet, der andere Teil des Flussbettes wird mit Stürzen eingezäunt und Betonkonstruktionen der 2. Etappe errichtet.

Gemischtes Layout. Bei dieser Anordnung werden Betonbauwerke teilweise im Kanal und am Ufer (im Überschwemmungsgebiet) oder im Kanal über seine gesamte Breite und teilweise am Ufer (im Überschwemmungsgebiet) platziert.

Die Wahl der WKW-Auslegungsvariante im Einzelfall richtet sich nach den natürlichen Bedingungen des WKW-Standorts, der Bereitstellung günstiger Betriebsbedingungen, der Verkürzung der Bauzeit, den Kosten des Wasserkraftwerks und erfolgt auf der Grundlage eines technischen und wirtschaftlichen Vergleichs von Optionen.

Als Beispiel in Abb. In Abb. 4.2 zeigt den Grundriss des Kiewer Wasserkraftwerks. Zu den Betonkonstruktionen am rechten Ufer gehören: ein Wasserkraftwerksgebäude im Flussbett mit 20 horizontalen Kapselwasserkraftwerken mit einer installierten Gesamtleistung von 360 MW und einer durchschnittlichen Jahresproduktion von 0,64 Milliarden kWh pro Jahr, kombiniert mit Oberflächenüberläufen, a Einkammerschleuse. Der Erddamm, der den Kanal blockiert, und der Damm am linken Ufer haben eine Gesamtlänge von etwa 54 km. Die maximale Fallhöhe des Wasserkraftwerks beträgt 11,8 m, die Auslegungshöhe beträgt 7,6 m. Der geschätzte maximale Hochwasserdurchfluss durch die Strukturen des Wasserkraftwerks beträgt 14,8 Tausend m3/s und der maximale spezifische Durchfluss am Stausee beträgt 90 m3/s. S. Um bei sandigem Untergrund einen zuverlässigen Betrieb des Flussbett-Wasserkraftwerksgebäudes zu gewährleisten, sind Antifiltrationsmaßnahmen vorgesehen, darunter ein Lehmschlund, ein Spundwandvorhang unter der Fundamentplatte des Wasserkraftwerksgebäudes, dahinter Es gibt eine Entwässerung, die flussabwärts angeschlossen ist. Um eine gefährliche Erosion des Bodens während des Betriebs eines Wasserkraftwerks und den Durchgang von Überschwemmungen im Unterlauf zu verhindern, wurde eine Befestigung einschließlich eines Wasserbeckens und einer Schürze aus Stahlbetonplatten mit einer Dicke von 2,5 bis 1,5 m vorgenommen ein mit Gesteinsschüttung gefüllter Eimer, der, wenn sich ein Erosionstrichter bildet, eine weitere Erosion verhindert.

Zu dem Bauwerkskomplex gehört das Pumpspeicherkraftwerk Kiew, das am Ufer des Kiewer Stausees, 3,5 km vom Wasserkraftwerk entfernt, liegt.

Wasserkraftwerke mit Staudammgebäuden werden an Tiefland- und Gebirgsflüssen überwiegend auf felsigem Untergrund mit Drücken von 30 bis 300 m errichtet und zeichnen sich dadurch aus, dass sich das Wasserkraftwerksgebäude hinter dem Staudamm befindet.

Die Länge der Druckwasserleitungen und die Anordnung des Wasserkraftwerksgebäudes hängen von der Art, Höhe und anderen Parametern des Staudamms sowie den natürlichen Bedingungen des Standorts ab.

Unter den Bedingungen von Tieflandflüssen ähnelt die Anordnung von Wasserkraftwerken mit Dammgebäuden der Anordnung mit Flussbettgebäuden und unterscheidet sich von diesen dadurch, dass sich vor dem Gebäude ein Betondamm mit Wassereinlass und -druck befindet Leitungen (Stationsdamm), durch eine Dehnungsfuge vom Wasserkraftwerksgebäude getrennt. Ein interessantes Beispiel für eine solche Anlage ist das Wasserkraftwerk Dnjepr (Abb. 4.3).

Nach dem Bau des Wasserkraftwerks Krementschug mit einem Stausee mit einer Nutzkapazität von 9 km3, der eine saisonale Regulierung des Dnjepr-Abflusses ermöglicht, verringerte sich der geschätzte maximale Hochwasserabfluss des Dnjepr-Wasserkraftwerks unter regulierten Durchflussbedingungen von 40 auf 25,9 Tausend m3 / s, wodurch ein Teil der Überlauföffnungen (Spannweiten) des Damms freigegeben wurde, was es ermöglichte, diese als Wassereinlässe für das zweite Gebäude des Wasserkraftwerks mit einer Gesamtleistung von 888 MW zu nutzen und die Gesamtleistung zu erhöhen Kapazität des Wasserkraftwerks Dnjepr auf 1595 MW. Die Wasserversorgung jeder Turbine erfolgt über zwei Spannweiten (Wassereinlassöffnungen) über zwei Druckrohrleitungen aus Stahlbeton, die auf dem Damm aufliegen und durch eine Dehnungsfuge vom Gebäude des Wasserkraftwerks getrennt sind.

A

B V

Reis. 4.3. Dneproges: a – Plan; b, c – Turbinenraum von GES-1 bzw. GES-2; 1 – Gebäude von GES-1; 2 – Gewichtsstaumauer; 3 – Bau von GES-2; 4 – Tor

Bei höheren Drücken, meist unter den Bedingungen von Gebirgsflüssen, weist die Anordnung von Wasserkraftwerken mit Betondämmen und Dämmen aus Bodenmaterialien ihre eigenen Besonderheiten auf.

Anlagen mit Staudämmen aus Beton sind in der Regel Laufwasseranlagen oder gemischt mit der Platzierung des Wasserkraftwerksgebäudes hinter Freispiegel-, Pfeiler- oder Bogenstaumauern und zeichnen sich durch die Lage von Druckwasserleitungen im Staudammkörper aus, auf seinen stromaufwärts oder stromabwärts gelegenen Flächen (Abb. 4.4). Der Wasserkraftkomplex umfasst einen Stationsdamm mit einem Wasserkraftwerksgebäude in der Nähe des Damms, einen Überlaufdamm und Blinddämme, die aus Beton oder aus Bodenmaterialien bestehen können.

In engen Abschnitten ergeben sich Schwierigkeiten bei der Platzierung des Wasserkraftwerksgebäudes und der Überlaufrinne. In diesen Fällen kann der Überlauf separat am Ufer (z. B. das Wasserkraftwerk Chirkey) oder in Form eines Oberflächenüberlaufs auf dem Boden des Staudammgebäudes des Wasserkraftwerks (z. B. das Wasserkraftwerk Chirkey) ausgeführt werden Wasserkraftwerk Toktogul). Es kommt äußerst selten vor, dass sich der Turbinenraum eines Wasserkraftwerks im Dammkörper befindet (z. B. das Wasserkraftwerk Monteynard in Frankreich, wo sich der Turbinenraum mit vier hydraulischen Einheiten mit einer Gesamtleistung von 320 MW befindet). in einem Hohlraum innerhalb einer Bogengewichtsstaumauer mit einer Höhe von 153 m und einer Kronenlänge von 210 m sowie einem Oberflächenüberlauf an den flussabwärts gelegenen Randdämmen). Solche eingebauten Gebäude, die in einem Hohlraum innerhalb eines Betondamms platziert werden (siehe Abb. 4.4, d), bilden eine eigene Gruppe und werden herkömmlicherweise als Dammgebäude klassifiziert.

A B

V
G

Reis. 4.4. Grundrisse von Wasserkraftwerken mit Staumauern und Betondämmen: a – Kanalgrundriss – Drei-Schluchten-Wasserkraftwerk: 1 – Überlaufdamm; 2 – Bahnhofsdämme am linken und rechten Ufer sowie Gebäude des Wasserkraftwerks; 3 – Schiffshebewerk; 4 – Zwei-Thread-Gateway; b – gemischtes Layout – Wasserkraftwerk Itaipu: 1 – Staudamm am linken Ufer aus Bodenmaterialien; 2 – Kanal zur Weiterleitung der Baukosten; 3 – temporärer Überlauf; 4 – unterer Pullover; 5 – Gebäude des Wasserkraftwerks; 6 – Topspringer; 7 und 8 – Betondamm; 9 – Überlauf; 10 – Staudamm am rechten Ufer aus Bodenmaterialien; c – Optionen für die Lage von Druckwasserleitungen eines Wasserkraftwerks mit Staudammgebäude; g – Option mit eingebautem Gebäude

B

Reis. 4.5. Wasserkraftwerk Krasnojarsk: a – Plan; b – Querschnitt des Staudamms und des Gebäudes des Wasserkraftwerks; 1 – Gebäude des Wasserkraftwerks; 2 – Bahnhofsdamm; 3 – Überlaufdamm; 4–7 – blinde Dämme; 8 – Installationsort; 9 und 10 – vor- und nachgelagerte Schifffahrtsrouten; 11 – Drehvorrichtung; 12 – Schiffskamera; 13 – Wellenschutzwand

In relativ breiten Abschnitten erfolgt der Bau in der Regel in zwei Schritten, wobei zunächst ein Überlaufdamm aus Beton (oder ein Teil eines Staudamms) errichtet wird und die Baukosten durch das eingeengte Flussbett geleitet werden. in der zweiten Kurve durch die Überlauföffnungen im errichteten Überlaufdamm und die Fertigstellung der Bauwerke des Wasserkraftwerks.

In engen Abschnitten wird zur Deckung der Baukosten ein Baustollen erstellt, der unter Betriebsbedingungen zum Bau einer Hochwasserentlastungsrinne genutzt werden kann.

A
B

Reis. 4.6. WKW Chirkeyskaya: a – Querschnitt; b – planen; 1 – Damm; 2 – Wasseraufnahme; 3 – Druckwasserleitungen; 4 – Gebäude des Wasserkraftwerks; 5 – Zugangstunnel; 6 – Betriebsüberlauf in Kombination mit einem Bautunnel

Beispiele für Wasserkraftwerke mit einem Dammbau in relativ breiter Ausrichtung sind das weltweit größte Wasserkraftwerk „Three Gorges“ mit einer Leistung von 18,2 Mio. kW (siehe Abb. 4.4, a) und das Wasserkraftwerk Itaipu mit einer Leistung von 12,6 Mio. kW kWh, (siehe Abb. 4.4,b), Sayano-Shushenskaya HPP mit einer Kapazität von 6,4 Millionen kW, Krasnojarsk HPP mit einer Kapazität von 6 Millionen kW mit einer durchschnittlichen Jahresproduktion von 20,4 Milliarden kWh. Zu den Bauwerken des Wasserkraftwerks Krasnojarsk gehören eine Gewichtsstaumauer mit einer Länge von 1065 m und einer maximalen Höhe von 125 m (Abb. 4.5), bestehend aus Stations- und Blinddämmen, ein Überlaufdamm, der den Durchgang eines Hochwasserstroms gewährleistet 14,6 Tausend m3/s (unter Berücksichtigung der Umwandlung des Hochwassers in einen Stausee bei Pegelerhöhung) sowie ein Schiffshebewerk.

Ein Beispiel für ein Wasserkraftwerk mit einem Staudammbau in schmaler Trasse ist das Wasserkraftwerk Chirkey mit einer Leistung von 1,0 Mio. kW mit einem Bogendamm mit einer Scheitellänge von 333 m und einer maximalen Höhe von 233 m und mit einer doppelten Staumauer -Reihenanordnung von Hydraulikaggregaten im Gebäude (Abb. 4.6). Am linken Ufer befindet sich ein Tunnelüberlauf, der für einen Hochwasserdurchfluss von 3,5 Tausend m3/s ausgelegt ist.

Im Wasserkraftwerk Toktogul mit einer Leistung von 1,2 Mio. kW mit einem Staudammgebäude in enger Ausrichtung mit einer zweireihigen Anordnung von Hydraulikaggregaten im Wasserkraftwerksgebäude und einem Gewichtsdamm mit einer maximalen Höhe von 216 m, Druckwasser Im Dammkörper befinden sich Leitungen des Wasserkraftwerks und ein Tiefentlastungskanal, und am unteren Rand des Damms befindet sich ein Oberflächenentlastungskanal (Abb. 4.7).

In engen Abschnitten mit Betondämmen und Bodenmaterialien können Konfigurationen mit landseitigen und unterirdischen Wasserkraftwerksgebäuden verwendet werden.

Die Hauptanordnungen von Wasserkraftwerken mit Dämmen aus Bodenmaterialien sind in Abb. dargestellt. 4.8. In diesem Fall kann das Wasserkraftwerksgebäude direkt hinter dem Damm liegen (a) oder es werden die am häufigsten verwendeten Grundrisse mit landseitigem (b) und unterirdischem (c) Wasserkraftwerksgebäude verwendet.

Die Anordnung von Wasserkraftwerken mit Dämmen aus Bodenmaterialien ist durch die Anordnung von Betriebsüberläufen an Land zur Ableitung von Hochwasserströmen gekennzeichnet: in Form eines Küstenüberlaufs mit hohem Durchfluss oder eines Tunnelüberlaufs. Um die Baukosten abzudecken, werden in der Regel Bautunnel eingesetzt.

Ein außerhalb des Damms errichteter Komplex von Wasserkraftstrukturen, einschließlich eines Wassereinlasses, Wasserleitungen und eines Wasserkraftwerksgebäudes, wird als Druckstationseinheit (PSU) eines Wasserkraftwerks bezeichnet.

Ein Beispiel für ein Hochdruck-Wasserkraftwerk mit einem Dammgebäude und einem Damm aus Bodenmaterialien ist das Wasserkraftwerk Nurek mit einer Leistung von 2,7 Millionen kW und einer durchschnittlichen Jahresleistung von 11,2 Milliarden kWh pro Jahr (Abb. 4.9). . Die Wasserversorgung der Turbinen erfolgt über turmartige Wasserentnahmestellen über Druckstollen. Um die Inbetriebnahme des Wasserkraftwerks zu beschleunigen, wurden die ersten drei hydraulischen Einheiten mit Unterdruck betrieben, als der Staudamm nur bis zu einer Höhe von 143 m (bei einer Auslegungshöhe von 300 m) gebaut wurde, wofür eine vorübergehende Wasseraufnahme vorgesehen war und ein Tunnel wurden gebaut. Während der Bauzeit erfolgte die Strömung des Flusses durch drei Ebenen von Bautunneln am linken Ufer. Hochwasserströme während der Betriebszeit (maximaler Durchfluss 5,4 Tsd. m3/mit einer Wahrscheinlichkeit von 0,01 %) werden durch einen Tunnelüberlauf geleitet, der mit dem Endabschnitt des Bautunnels der dritten Ebene verbunden ist.

Umleitungswasserkraftwerke werden in einem breiten Druckbereich eingesetzt, der von wenigen Metern bei kleinen Wasserkraftwerken bis zu 2000 m reicht (das Wasserkraftwerk Reissek in Österreich hat eine Druckhöhe von 1767 m) und werden normalerweise in Vorgebirgen und Umgebungen gebaut bergige Landschaften.

Wasserkraftwerke mit Schwerkraftumleitung können bei leichten Schwankungen des Wasserspiegels im Stausee eingesetzt werden. Bei solchen Wasserkraftwerken wird das Wasser vom Wasserzulauf in einen am Ufer entlang verlaufenden Umleitungskanal (unter geeigneten topografischen und geologischen Bedingungen) oder in einen Freistrom-Umleitungsstollen eingespeist.

Wasserkraftwerke mit Druckumleitung werden sowohl bei großen als auch bei kleinen Schwankungen des Wasserspiegels im Stausee eingesetzt. Bei solchen Wasserkraftwerken wird Wasser aus dem Wassereinlass in eine an der Oberfläche befindliche Druckumleitungsleitung oder in einen Druckumleitungsstollen eingespeist (Abb. 4.10). Zu den Bauten eines Umleitungswasserkraftwerks sowie von Wasserkraftwerken mit einem Damm-Umleitungs-(kombinierten) Schema, bei dem der Druck durch einen Damm und eine Umleitung erzeugt wird (siehe 2.4), gehören:

Die Haupteinheit, die dazu dient, Rückstau im Fluss zu erzeugen und den Fluss in eine Umleitung zu leiten sowie Wasser von Sedimenten, Trümmern, in einigen Fällen von Eis und Matsch zu reinigen, besteht aus einem Damm, einem Überlauf und einem Wassereinlass , ein Absetzbecken, Auswasch- und Eisaustragsbauwerke.

Haupteinheiten mit Niederdruckdämmen, die normalerweise an Gebirgsflüssen gebaut werden, verfügen über Stauseen mit begrenztem Volumen und daher werden Maßnahmen ergriffen, um zu verhindern, dass sie sich mit Sedimenten füllen. Zu diesem Zweck wird im Rahmen eines hydraulischen Komplexes ein mit Toren ausgestatteter Überlaufdamm aus Beton mit einer niedrigen Schwelle und einer ausreichenden Breite der Überlauffront errichtet, der das Auswaschen von Sedimenten bei Überschwemmungen gewährleistet. Bei großen Mengen an Schwebstoffen im Wasser, die zu einem schnellen Abrieb des Strömungsteils von Wasserturbinen führen können, werden Absetzbecken in Form einer Kammer eingebaut, in denen sich die Schwebstoffe mit abnehmender Strömungsgeschwindigkeit absetzen nach unten und werden dann entfernt.

Der blinde Teil des Damms kann aus Beton oder Erdmaterialien bestehen. Der Wassereinlass kann mit einem Damm kombiniert oder am Ufer liegen.

Stauseen führen in der Regel eine tägliche Regulierung durch und zeichnen sich durch eine geringe Abflusstiefe aus, die sowohl einen freien Fluss als auch eine Druckumleitung ermöglicht.

Kopfeinheiten mit Mittel- und Hochdruckdämmen zeichnen sich durch ein großes Reservoirvolumen (mit der Möglichkeit der Sedimentablagerung innerhalb des Totvolumens) und eine erhebliche Reservoirabsenkung während der saisonalen oder langfristigen Durchflussregulierung aus. In dieser Hinsicht sind die Wassereinlässe tief und die Ableitung erfolgt unter Druck.

Staudämme können aus Beton (Schwergewicht, Stützpfeiler, Bogen) mit einem Überlauf und in vielen Fällen einem darin installierten Wassereinlass für ein Wasserkraftwerk bestehen, aber auch aus lokalen Materialien, wobei sich der Überlauf und der Wassereinlass außerhalb des Körpers befinden des Staudamms.

Umleitungswasserleitungen und Bauwerke entlang ihrer Trasse (Ableitung), die den Stationsknoten mit Wasser versorgen, werden in Druck (Tunnel, Rohrleitungen) und Nichtdruckleitungen (Kanäle, Tunnel) unterteilt, entlang derer sich Überläufe, Siphons und andere Bauwerke befinden installiert werden kann.

Bei druckloser Ableitung umfasst die Stationseinheit ein Druckbecken mit Vorkammer, einen Wasserzulauf, einen Notüberlauf und, unabhängig von der Art der Ableitung, allgemeine Bauwerke: Turbinen-Druckwasserleitungen, ggf. mit Schwall Tank, Gebäude eines Wasserkraftwerks, Wasserauslassleitungen in Form eines Kanals oder Tunnels (Druck oder Freifluss), Verteilungsgerät.

Als Teil des Stationsknotens werden Wasserkraftwerksgebäude an Land offen, unterirdisch und seltener halbunterirdisch errichtet.

Ein typisches Beispiel für ein Staudamm-Umleitungs-Wasserkraftwerk ist das Wasserkraftwerk Inguri (Georgien) mit einer Leistung von 1,3 Millionen kW (Abb. 4.11), dessen Kopfeinheit einen 271 m hohen Bogendamm mit geplantem Hochwasserentlastungskanal umfasst für einen Durchfluss von 1900 m3/s. Der Stausee hat ein Nutzvolumen von 0,68 km3 bei einer Entwässerungstiefe von 70 m. Ein Umleitungsdruckstollen mit einem Durchmesser von 9,5 m und einer Länge von 15,3 km beginnt an einem Tiefwassereinlass, der für eine Durchflussmenge von 450 m3/s ausgelegt ist. Die Stationseinheit des Wasserkraftwerks umfasst ein Schachtausgleichsbecken, einen Absperrklappenraum, Tunnelturbinen-Wasserleitungen, ein unterirdisches Wasserkraftwerksgebäude, einen Auslass-Freistromtunnel und einen Kanal mit einer Gesamtlänge von 3,2 km.

Die gesamte statische Fallhöhe des Wasserkraftwerks Inguri beträgt 409,5 m und setzt sich aus den durch den Damm (226 m) und die Umleitung (183,5 m) erzeugten Fallhöhen zusammen. Die Auslegungsfallhöhe beträgt 325 m und die durchschnittliche Jahresproduktion liegt bei 5,4 Milliarden kWh pro Jahr.

Arten von Wasserkraftwerksgebäuden und ihre Hauptelemente. Ein Wasserkraftwerksgebäude ist ein Wasserbauwerk, in dem mit Hilfe von Wasserkraft, Elektro-, Hydromechanik-, Hilfsgeräten und Steuerungssystemen die mechanische Energie des Wassers in Elektrizität umgewandelt wird, die an das Stromnetz an die Verbraucher übertragen wird. Gleichzeitig müssen ein zuverlässiger Betrieb, Festigkeit und Stabilität des Wasserkraftwerksgebäudes unter Einwirkung äußerer Belastungen (hydrostatischer und hydrodynamischer Druck, Filterdruck, Temperatur, seismische Einflüsse usw.) sowie Belastungen aus dem Wasserkraftwerk gewährleistet sein Betrieb von technologischen Geräten.

Die Art und Gestaltungslösungen von Wasserkraftwerksgebäuden werden durch die allgemeine Anordnung der Wasserkraftwerksstrukturen und der Hauptenergieanlagen bestimmt. Je nach Druck und Betriebsbedingungen werden in Wasserkraftwerksgebäuden Rotorblatt-, Axial-, Radial-Axial-, Diagonal- und Becherturbinen installiert.

Der untere Teil des Gebäudes, in dem sich der Strömungsweg befindet, einschließlich Spiralkammer, Saugrohr, Turbinenausrüstung und einer Reihe von technologischen Systemen, wird als Aggregatteil bezeichnet, und der obere Teil des Gebäudes mit der oberen Struktur, wo Über dem Aggregatteil befindet sich der Maschinenraum mit hydraulischen Generatoren und Kranausrüstung sowie Leistungstransformatoren, Kranausrüstung für den Wassereinlass (in Flussbettgebäuden), Reparaturventile für Saugrohre und andere technologische Ausrüstung.

Das Design und die Abmessungen des Wasserkraftwerksgebäudes im Grundriss sowie in der Höhe und Tiefe in den Sockel werden maßgeblich von den Abmessungen der Hydraulikeinheit, der Spiralkammer (Turbine) und dem Saugrohr sowie der Tiefe der Achse des hydraulischen Turbinenlaufrads darunter beeinflusst der Unterwasserspiegel und die Anzahl der hydraulischen Einheiten. In der Regel sind im Gebäude eines Wasserkraftwerks zwei oder mehr Hydraulikaggregate installiert (z. B. im Gebäude des Wasserkraftwerks Saratow – 23 Hydraulikaggregate, im Wasserkraftwerk Kanewskaja – 24 Hydraulikaggregate), selten – eines Hydraulikeinheit, da das Wasserkraftwerk bei seiner Reparatur den Betrieb vollständig einstellt.

Zum Gebäude des Wasserkraftwerks gehört ein Installationsplatz, auf dem hydraulische Aggregate während des Betriebs installiert und repariert werden. Am Aufstellungsort sind auch einige Hilfssysteme untergebracht.

Mehrteilige Wasserkraftwerksgebäude mit beträchtlicher Länge werden durch Dehnungsfugen in separate Abschnitte unterteilt: Temperatur-Sediment für einen weichen Untergrund, Temperatur für einen felsigen Untergrund. So ist das Gebäude des Wasserkraftwerks Volzhskaya mit einer Leistung von 2530 MW und 22 hydraulischen Einheiten in Abschnitte von 60 m Länge unterteilt, in denen jeweils zwei Kraftwerke mit Rotationsschaufelturbinen mit einem Laufraddurchmesser von 9,3 m untergebracht sind (mit einem Design). Fallhöhe von 19 m und einer Leistung von 115 MW).

Der Montageplatzblock ist in der Regel auch durch eine Naht vom Gebäude getrennt.

Der Gesamtteil des Wasserkraftwerksgebäudes zeichnet sich durch erhebliche Massivität aus. Es nimmt hydrostatischen und hydrodynamischen Druck im Strömungsteil sowie Lasten von Geräten und darüber liegenden Gebäudestrukturen wahr und überträgt diese auf den Untergrund. Geologische Bedingungen haben einen erheblichen Einfluss auf die Gestaltung des gesamten Gebäudeteils. Mit einem felsigen Untergrund ist es also deutlich einfacher. Im Gesamtteil des Gebäudes befinden sich Anlagen zur technischen Wasserversorgung, Entwässerung des Fließweges, Entwässerung des Gebäudes usw.

Die Gestaltung des Aggregatteils hängt von der Art des Wasserkraftwerksgebäudes ab.

Je nach Art der Wasserkraftwerke gibt es:

Laufwasserkraftwerksgebäude, die Teil der Druckfront sind und Druck von der Oberlaufseite wahrnehmen. In Flussbauwerken können bis zu einer Fallhöhe von 50 m Drehschaufelturbinen, ab einer Fallhöhe von mehr als 30 m auch Radial-Axial-Turbinen zum Einsatz kommen.

Dammgebäude hinter einem Damm, der von der stromaufwärts gelegenen Seite Druck erhält. Die Wasserversorgung erfolgt über Turbinenwasserleitungen. In Staudammbauten mit einer Fallhöhe von 30 bis 300 m werden hauptsächlich Radial-Axial-Turbinen eingesetzt, unter bestimmten Voraussetzungen auch Hochdruck-Rotationsschaufelturbinen (z. B. im Wasserkraftwerk Orlik mit einem Druckbereich von 45–71 m und einer Blockleistung von 90 MW) und diagonal (zum Beispiel das Wasserkraftwerk Zeya mit einem Druckbereich von 78,5–97 m und einer Blockleistung von 215 MW).

Onshore-Gebäude, die in Staudamm- und Umleitungssystemen von Wasserkraftwerken eingesetzt werden, unterscheiden sich praktisch nicht von Gebäuden in der Nähe des Staudamms.

Unterirdische Gebäude, die auch in Stau- und Umleitungssystemen von Wasserkraftwerken eingesetzt werden, verfügen über Auslassstollen (Druck oder drucklos). In den Gebäuden von Ausleitungswasserkraftwerken mit großen Fallhöhen werden Radial-Axial-Turbinen bis zu einer Fallhöhe von 600 m und Becherturbinen ab einer Fallhöhe von 500 m eingesetzt. Alle oben genannten Gebäudetypen werden sowohl in Wasserkraftwerken als auch in Pumpspeicherkraftwerken eingesetzt.

Die Hauptdiagramme des gesamten Teils von Wasserkraftwerksgebäuden (mit Ausnahme der unterirdischen Wasserkraftwerksgebäude) sind in Abb. dargestellt. 4.12. Die Diagramme I und II zeigen die Aggregateteile eines Niederdruck-Laufwasserkraftwerksgebäudes mit vertikalen Hydraulikeinheiten und gebogenen Saugrohren, jeweils unkombinierter und kombinierter Bauart mit tiefen Überlaufkanälen, und Diagramme IV und V zeigen horizontale und geneigte hydraulische Einheiten eines kombinierten Typs mit einem Oberflächenüberlauf.

Abbildung III zeigt den Gesamtteil eines Staudamms oder Umleitungsgebäudes eines Wasserkraftwerks mit einer Turbinenkammer (Spiralkammer) aus Metall mit kreisförmigem Querschnitt.

Diagramm VII zeigt den Gesamtteil eines Umleitungswasserkraftwerks mit Hydraulikaggregaten geringer Leistung unter Verwendung vertikaler konischer und glockenförmiger Saugrohre. In diesem Fall wird ein Entwässerungskanal mit rechteckigem Querschnitt hergestellt, um das Wasser abzuleiten.

Abbildung VI zeigt den Aggregatteil eines Umleitungswasserkraftwerks mit Schaufelwasserturbinen (aktiv), das sich durch das Fehlen herkömmlicher Turbinenkammern und Saugrohre auszeichnet, wodurch der Aggregatteil erheblich vereinfacht wird.

Die Parameter des Superaggregatteils des Wasserkraftwerksgebäudes hängen von der Konstruktion und den Abmessungen des Oberbaus ab.

Durch einen geschlossenen Oberbau mit hohem Maschinenraum innerhalb des Wasserkraftwerksgebäudes und Installationsortes sind unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen die günstigsten Bedingungen für Betrieb, Installation und Reparatur der Hauptausrüstung gegeben. In diesem Fall werden Höhe und Breite der Turbinenhalle sowohl durch die Bedingungen für die Unterbringung der Ausrüstung darin als auch durch deren Anlieferung durch Turbinenhallenkräne zum Block oder zum Installationsort während der Installation oder Reparatur der Hauptausrüstung bestimmt.

Die Oberkonstruktion besteht in der Regel aus einem Traggerüst in Form eines Säulensystems, auf dem Kranträger und Bodenbinder, Wände, Decken und Bodendächer ruhen.

Die meisten Wasserkraftwerksgebäude werden mit einer hohen Turbinenhalle errichtet (Abb. 4.13 – 4.15).

Bei einem halboffenen Oberbau mit abgesenktem Maschinenraum innerhalb des Gebäudes und Installationsortes des Wasserkraftwerks befindet sich die Hauptausrüstung im Maschinenraum, mit Ausnahme des Haupt-Schwerlastkrans, der sich außerhalb befindet. Bei der Installation und Reparatur erfolgt die Montage und Demontage der Hydraulikeinheiten durch eine abnehmbare Decke über jeder Hydraulikeinheit (in Form von abnehmbaren Abdeckungen) mithilfe eines externen Portalkrans. Bei großen Wasserkraftwerken wird in den meisten Fällen ein Kran mit reduzierter Tragfähigkeit in einem abgesenkten Turbinenraum installiert, mit dessen Hilfe Installations- und Reparaturarbeiten durchgeführt werden, die keinen Einsatz des Hauptkrans erfordern (Abb. 4.16). - 4.18).

In einem offenen Oberbau ohne Turbinenraum befindet sich der Hydrogenerator unter einer abnehmbaren Abdeckung, die restliche Ausrüstung befindet sich in den Technikräumen des Aggregateteils des Wasserkraftwerksgebäudes und des Aufstellungsortes. Montage- und Reparaturarbeiten werden mit einem Außenkran durchgeführt. Angesichts der immer komplexer werdenden Betriebsbedingungen, Installation und Reparatur von Hydraulikaggregaten wird diese Art von Aufbau äußerst selten verwendet.

Gebäude eines Laufwasserkraftwerks(Abb. 4.19). Laufwasserkraftwerksgebäude unterliegen den gleichen Belastungen wie Betondämme und unterliegen den gleichen Anforderungen an Festigkeit, Stabilität, Filterbedingungen im Sockel, die durch entsprechende Abmessungen des Gebäudes gewährleistet werden, Anti -Filtrations- und Entwässerungsvorrichtungen im Sockel. Flussbettgebäude werden in nicht kombinierte und kombinierte Gebäude mit Überlauf unterteilt.

Aufgrund der Tatsache, dass die Strömung, die aus einem nicht kombinierten und insbesondere kombinierten Gebäude in den Auslasskanal eintritt, eine überschüssige kinetische Energie aufweist, wird eine Befestigung im Auslasskanal durchgeführt, um Erosion zu verhindern (siehe Abb. 4.2).

Reis. 4.17. Flussbettüberlaufgebäude mit horizontalen Kapselhydraulikeinheiten des Kiewer Wasserkraftwerks: a – Querschnitt; b – Maschinenraum; 1 – Portalkran; 2 – Kapselhydraulikeinheit; 3 – Nut des Müllauffanggitters

Die Verbindung des Wasserkraftwerksgebäudes mit dem angrenzenden Erddamm oder mit dem Ufer erfolgt über Gegenwiderlager in Form von Stützmauern (Schwergewichts-, Eck-, Stützmauer-, Zellen- und andere Arten).

Bei Laufwasserbauwerken nicht kombinierter Bauart mit vertikalen Hydraulikeinheiten umfasst der Vorlaufteil einen Wasserzulauf, eine Spiralkammer mit überwiegend T-förmigem Querschnitt und ein Saugrohr, deren Abmessungen die Abmessungen des Wassers bestimmen Einheitsblock. In diesem Fall kann die Breite des Blocks bei einer Rotorblattturbine das 2,6- bis 3,2-fache des Durchmessers des Turbinenlaufrads (D1) betragen. Die Abmessungen des Wassereinlaufs werden durch die erforderliche Tiefe unter dem ULV, die Bereitstellung günstiger hydraulischer Bedingungen am Einlass und an der Verbindung mit der Spiralkammer, die zulässigen Strömungsgeschwindigkeiten auf den Gittern (normalerweise 0,8–1,2 m/s) und die Platzierung von bestimmt das Gitter, Notreparatur- und Reparaturventile, deren Nuten mit den Nuten des Gitters kombiniert werden können. Am Einlaufabschnitt des Wassereinlaufs wird in der Regel ein Stutzen mit Einlaufwand angebracht, der für eine reibungslose Wasserzufuhr sorgt.

Die Einsenkung des Wasserkraftwerksgebäudes unter den Unterwasserspiegel ist abhängig von der erforderlichen Tiefe der Laufradachse unter dem Unterwasserspiegel (Saughöhe) und den Abmessungen des Saugrohrs sowie den bautechnischen und geologischen Gegebenheiten des Fundaments.

Die Hauptaufwärtstransformatoren sind an der Decke über den Prozessräumen auf der Abwärtsseite installiert.

Es können Laufwasserbauten kombinierten Typs gebaut werden, in denen sich neben Turbinenleitungen auch Überläufe befinden: mit Bodenüberläufen unterhalb der Spiralkammer über den Saugrohren – Wasserkraftwerke Wolgograd, Nowosibirsk, Kachowskaja (Abb. 4.19,b);

• mit Bodenüberläufen und hohem Wassereinlass der Turbinenwasserleitungen – Wasserkraftwerk Tscheboksary, Golovnaya (siehe Abb. 4.13);
• mit tiefen Überläufen über der Spiralkammer (zwischen dieser und dem Generator) – Wasserkraftwerke Irkutsk, Saratow, Dubossary (siehe Abb. 4.16);
• Überläufe mit vertikalen Hydraulikeinheiten - Pawlowskaja, Pljawinskaja (siehe Abb. 4.14), Wasserkraftwerk Dnjestr;
• Überläufe mit horizontalen hydraulischen Einheiten – Wasserkraftwerke Kiew, Kanewskaja (siehe Abb. 4.17);
• Groppenköpfe mit Platzierung von Hydraulikeinheiten in den Groppenköpfen des Überlaufdamms – Ortochalskaya (Georgia), Wells (USA).

Kombinierte Gebäude ermöglichen es, die Länge von Überlaufdämmen deutlich zu verkürzen oder ganz darauf zu verzichten, was besonders beim Bau von Wasserkraftwerken auf weichen Fundamenten wichtig ist und eine Reduzierung der Baukosten gewährleistet. So wurde im Wasserkraftwerk Nowosibirsk die Länge des Hochwasserentlastungsdamms um 50 % verkürzt. In den Wasserkraftwerken Irkutsk, Pawlowsk, Pljawinskaja und Dnister gewährleistet die Kapazität der Überläufe des Wasserkraftwerksgebäudes den Durchgang des berechneten Hochwassers ohne Überlaufdämme. In kombinierten Wasserkraftwerksgebäuden umfasst der Wassereinlass einen Turbinenwassereinlass und den Wassereinlassteil der Überläufe.

Zu den Nachteilen solcher Gebäude zählen die Komplexität der Konstruktion, erhebliche zusätzliche hydrodynamische Belastungen beim Betrieb von Überläufen und erschwerte Betriebsbedingungen.

In Gebäuden kombinierter Bauart mit horizontalen Kapseleinheiten, die bei geringen Fallhöhen (bis zu 25 m) eingesetzt werden, kommt es aufgrund des Fehlens einer Spiralkammer und der Verwendung eines geraden axialen konischen Saugrohrs zu einer erheblichen Verringerung der Breite des Aggregats Block und eine Erhöhung der Tiefe des Gebäudesockels werden erreicht. Darüber hinaus ermöglicht die Verbesserung der Geometrie und der hydraulischen Bedingungen des Strömungswegs, einschließlich des Versorgungsteils ohne Spiralkammer mit komplexer Konfiguration und des Ersatzes des gebogenen Saugrohrs durch ein gerade-axiales konisches Rohr mit höherer Energieleistung, eine Reduzierung Druckverluste erhöhen den Durchsatz der Horizontaleinheit um 20–30 % und verringern dementsprechend bei gleicher Leistung den Durchmesser des Laufrads. Im Allgemeinen reduziert der Einsatz horizontaler Kapseleinheiten im Vergleich zu vertikalen die Breite der Aggregateinheit um bis zu 35 % und erhöht die Effizienz. um 2–4 %.

Reis. 4.19. Flussbettgebäude. Querschnitte und Ansichten von stromabwärts: a – Krementschug und b – Wasserkraftwerk Kachowskaja: 1 – Fundamentplatte; 2 – Metallzunge; 3 – unterer Überlauf

Eine Überlaufrinne bietet günstige Bedingungen für den Hochwasserdurchgang und ermöglicht es in vielen Fällen, auf den Bau eines Überlaufdamms zu verzichten. Bei solchen Gebäuden wird im Strömungsteil des Gebäudes auf der Anströmseite eine Metallkapsel mit darin eingeschlossenem Wasserstoffgenerator platziert. Der Zugang zur Kapsel erfolgt durch spezielle Hohlräume im vertikalen Bullen. Die Montage und Demontage des Hydraulikaggregats erfolgt mit einem Laufkran, der sich im Maschinenraum unter der Überlaufrinne befindet, und einem externen Portalkran durch Luken mit abnehmbaren Abdeckungen in der Überlaufschwelle (siehe Abb. 4.17).

Bei einigen kleinen Wasserkraftwerken ist der Generator offen im Turbinenraum platziert, die Achse der Hydraulikeinheit ist geneigt und die Wasserversorgung der Turbine erfolgt über eine Leitung unter dem Generator (siehe Abb. 4.12, Diagramm V). )

Flussbauwerke vom Bullentyp werden äußerst selten eingesetzt, vor allem an Flüssen, die große Mengen an Sedimenten transportieren, und bieten günstige Bedingungen für den Durchgang von Eis, Sedimenten und Hochwasserströmen durch die Entwässerungsfelder. Im Wasserkraftwerk Wells Bullhead (USA) mit einer Leistung von 870 MW und einer Fallhöhe von 30 m sind 10 Hydraulikaggregate in den Bullheads des Staudamms installiert, der geschätzte Hochwasserdurchfluss beträgt 33,4 Tausend m3/s. Zu den Nachteilen solcher Wasserkraftwerke zählen das Fehlen eines gemeinsamen Turbinenraums, die Verlängerung der technologischen Kommunikation und allgemein die Komplikation der Betriebsbedingungen.

Staudammgebäude für Wasserkraftwerke. In Wasserkraftwerksgebäuden in der Nähe des Staudamms wird den Turbinen Wasser über Turbinenwasserleitungen (aus Metall oder Stahlbeton) zugeführt, die hauptsächlich im Körper oder an der Unterkante von Betondämmen verlaufen, wobei sich der Wassereinlass an der Oberseite befindet Rand der Talsperren, das direkt an die Talsperre angrenzende Wasserkraftwerksgebäude und ein separates Flöz (siehe Abb. 4.3, 4.5–4.7). Bei Talsperren mit geradlinigem Grundriss ist auch das Wasserkraftwerksgebäude geradlinig; wenn es sich hinter Bogen- oder Bogengewichtsstaumauern befindet, kann das Wasserkraftwerksgebäude im Grundriss einen geradlinigen oder gekrümmten Umriss entlang eines dem Umriss entsprechenden Bogens haben der Unterkante des Staudamms.

Um eine reibungslose Wasserversorgung von der Turbinenwasserleitung zur Spiralkammer zu gewährleisten, wird dieser üblicherweise ein horizontaler Abschnitt der Wasserleitung mit einer Länge von (4–6)D 1 vorgeschaltet, in dem Prozessräume angeordnet sind Aufwärtstransformatoren im Obergeschoss platziert.

Bei Staudämmen aus lokalen Materialien erfolgt die Wasserversorgung der Turbinen über Turbinenleitungen, die durch den Staudammkörper verlaufen oder ihn in Form von Tunneln oder offenen Leitungen umgehen, mit einem separaten Wassereinlass im Oberlauf und über das Gebäude des Wasserkraftwerks liegt in einiger Entfernung vom Damm.

Im Gegensatz zu Flussbettgebäuden nehmen Staudammgebäude den Druck des stromaufwärts gelegenen Wassers nicht wahr, und der Druck, der über Turbinenwasserleitungen auf sie übertragen wird, ist gering, was die Gebäudekonstruktion leichter macht.

Die Spiralkammern solcher Gebäude haben einen kreisförmigen Querschnitt und bestehen aus Metall oder Stahlbeton mit Metallverkleidung.

Die Breite des Aggregatblocks bei vertikalen radial-axialen (oder diagonalen) Wasserturbinen wird durch die Abmessungen der Turbinenkammer (Spiralkammer) bestimmt und beträgt mindestens 4D 1 (Laufraddurchmesser).

Ein typisches Beispiel für einen Staudammbau ist der Bau des Wasserkraftwerks Krasnojarsk mit einer Gesamtlänge samt Aufstellungsort von 428,5 m, wo 12 hydraulische Einheiten mit einer Gesamtleistung von 6 Mio. kW installiert sind (siehe Abb. 4.5). Der stationäre Damm verfügt über einen Wassereinlass mit 24 Wassereinlasslöchern. Die Wasserversorgung der Einheit erfolgt über zwei Wasserleitungen aus Stahlbeton mit einem Durchmesser von 7,5 m.

Beim Wasserkraftwerk Chirkey mit einem in einer engen Schlucht errichteten Bogendamm wird die Längenreduzierung des Dammgebäudes durch eine zweireihige Anordnung von Hydraulikaggregaten erreicht (siehe Abb. 4.6). Beide Turbinenhallen werden von einem Laufkran bedient, der entlang der Kranbahnen am Aufstellungsort von einer Turbinenhalle zur anderen transportiert wird. Die Anordnung der Saugrohre in zwei Etagen führt zu einer zusätzlichen Vertiefung des Wasserkraftwerksgebäudes.

Wenn sich die Bauwerke eines Wasserkraftwerks in einer engen Schlucht befinden, wo es schwierig ist, Überläufe an der Küste zu errichten, verlaufen die Überläufe durch den Dammkörper, an dessen stromabwärtigem Rand und auf dem Dach des Gebäudes. Diese Anordnung wurde im WKW Toktogul mit einer zweireihigen Anordnung der Einheiten im WKW-Gebäude getroffen (siehe Abb. 4.7). In diesem Fall werden Aufwärtstransformatoren in Innenräumen aufgestellt. Bei dieser Anordnung wird die durch die Überlaufrinne strömende Strömung durch ein Sprungbrett in beträchtlicher Entfernung vom Gebäude des Wasserkraftwerks weggeschleudert und die Energie wird hauptsächlich durch Belüftung der Strömung absorbiert.

Ein typisches Beispiel für einen Staudammbau hinter einem Damm aus lokalen Materialien mit Wasserversorgung durch Tunnel ist der Bau des Wasserkraftwerks Nurek (siehe Abb. 4.9, 4.18). Das Wasserkraftwerksgebäude verfügt über 9 Einheiten mit einer Leistung von jeweils 300 MW und einer maximalen Fallhöhe von 275 m. Die Wasserversorgung erfolgt durch drei Tunnel mit einem Durchmesser von 9 m, die jeweils in 3 Turbinenwasserleitungen unterteilt sind. Das Gebäude ist mit einer abgesenkten Turbinenhalle mit abnehmbaren Abdeckungen in der Decke über den Hydraulikaggregaten und der Installationsplattform ausgestattet. Für die Wartung und Reparatur der Ausrüstung sind im Turbinenraum und im Ventilraum Laufkräne installiert, für die Montage und vollständige Demontage der Hydraulikeinheit und des Kugelhahns wird ein Portalkran eingesetzt.

Umleitung von Wasserkraftwerksgebäuden mit Radial-Axial-Turbinen unterscheiden sich praktisch nicht von Staudammbauten. Beim Einbau von Becherturbinen ändert sich die Gestaltung des Aggregatteils des Wasserkraftwerksgebäudes. Anstelle einer Turbinenkammer wird eine Druckverteilungsleitung in Form eines Metallgehäuses hergestellt, auf dem Turbinendüsen mit Strömungskontrollmechanismen montiert sind und das Wasser aus der Turbine durch eine drucklose Wanne abgeführt wird. Abhängig von der Leistung der hydraulischen Turbine und der Anzahl der Düsen kann die Achse der hydraulischen Einheit vertikal oder horizontal angeordnet sein. Aufgrund der Tatsache, dass sich das Laufrad von Becherturbinen oberhalb des maximalen Niveaus des Abflusses befindet, wird durch deren Einbau die Gebäudetiefe erheblich reduziert.

In den Gebäuden von Hochdruck-Umleitungswasserkraftwerken mit großer Länge oder Verzweigung von Druckwasserleitungen werden vor den Turbinen je nach Druck und Durchmesser Scheiben- oder Kugelhähne eingebaut (bei Drücken über 600 m nur Kugelhähne). Ventile), die es ermöglichen, im Notfall bei Ausfall der Leitschaufel sowie im Normalbetrieb und bei Reparaturarbeiten die Rohrleitungen abzusperren und das Hydraulikaggregat zu stoppen.

Anstelle von Vorturbinenventilen werden heutzutage eingebaute Ringventile verwendet, die zwischen den Statorsäulen und den Leitschaufeln platziert werden, was eine Reduzierung der Gebäudeabmessungen, des Gewichts und der Kosten der Ausrüstung ermöglicht.

Unterirdische Wasserkraftwerksgebäude. In den letzten Jahrzehnten hat sich der Bau von unterirdischen Wasserkraftwerksgebäuden stark verbreitet. Davon wurden die größten in Kanada gebaut: Churchill Falls mit einer Leistung von 5225 MW bei einer Fallhöhe von 320 m, Mika - 2610 MW bei einer Fallhöhe von 183 m. Das Wasserkraftwerk Inguri mit einer Leistung von 1300 MW in Georgia ( Abb. 4.20), Verkhnetulomskaya – 248 MW und Ust-Khantayskaya – 441 MW in Russland usw. In unterirdischen Gebäuden hängen die Bauarbeiten nicht von den klimatischen Bedingungen ab, was wichtig ist, wenn in nördlichen Regionen mit strengen Wintern oder in den Tropen gebaut wird eine lange Regenzeit. Unterirdische Bauten kommen auch dann zum Einsatz, wenn aufgrund ungünstiger natürlicher Bedingungen in der Schlucht (steile, erdrutschgefährdete Hänge, hohe Wasserstände bei Hochwasserdurchgang) sowie der großen Tiefe der Achse des Turbinenrades unter dem Unterwasserspiegel , der Bau offener Gebäude kann zu Instabilität der Küstenhänge und zu einem starken Anstieg des Arbeitsvolumens führen.

Zu den Nachteilen unterirdischer Bauten zählen: bei ungünstigen bautechnischen und geologischen Verhältnissen eine erhebliche Erschwerung der Tiefbauarbeiten; Komplikation der Betriebsbedingungen aufgrund der Verlängerung der technologischen Kommunikation und komplexerer Stromversorgungssysteme; Anstieg der Energiekosten für den Eigenbedarf, der durch die Notwendigkeit einer ständigen Belüftung der Räumlichkeiten, ihrer Beleuchtung usw. verursacht wird.

Die Abmessungen und die Anordnung unterirdischer Wasserkraftwerksgebäude hängen in erster Linie von den Parametern und der Platzierung der hydraulischen, elektrischen und hydromechanischen Ausrüstung ab. Bei großen Wasserkraftwerken, bei denen die Größe der Turbinenhallen große Ausmaße erreicht (Spannweite bis zu 30 m oder mehr), werden die wichtigsten Wasserkraftanlagen normalerweise in der Turbinenhalle untergebracht, die von Laufkränen bedient wird, und in der Vorhalle -Turbinenventile werden in einem separaten Raum in einiger Entfernung von der Turbinenhalle installiert. Bei langen Auslassstollen sind auch nachgeschaltete Reparaturschleusen und deren Wartungseinrichtungen zum Absperren der Saugrohre in einem separaten Raum untergebracht. Bei einer großen Anzahl von Einheiten werden mehrere Auslassstollen installiert, meist Freistrom- oder Druckstollen (mit großen Schwankungen des Unterwasserspiegels) mit Ausgleichsbehälter. Bei kurzen Tunneln, die das Wasser getrennt von jeder Einheit ableiten, werden in den Ausgangsportalen der Tunnel nachgeschaltete Tore installiert.

Einer der wichtigen Faktoren, die die Anordnung unterirdischer Wasserkraftwerksgebäude bestimmen, ist die Wahl der Platzierung der Hauptaufwärtstransformatoren: in einem separaten unterirdischen Raum (Kariba HPP in Simbabwe, Yali HPP in Vietnam), in einer erweiterten unterirdischen Turbinenhalle (HPP Timet I und II in Australien), offen auf der Erdoberfläche an Außenschaltanlagenstandorten (Borisoglebskaya, Ingurskaya).

Die offene Anordnung von Transformatoren wird vor allem dann eingesetzt, wenn das unterirdische Gebäude flach liegt (in einer Tiefe von 200–300 m) und wenn die topografischen und geologischen Bedingungen des Standorts günstig sind. In diesem Fall werden Stromleiter von Generatoren zu Transformatoren, die eine erhebliche Länge haben, in speziellen Galerien und Schächten mit besonderen Maßnahmen zur Wärmeabfuhr aufgrund der großen Wärmeabgabe der Leiter verlegt.

Die Stromübertragung von den Haupttransformatoren, wenn diese unter der Erde liegen, zu den Freiluftschaltanlagen und geschlossenen Schaltanlagen erfolgt bei einer Spannung von 110–500 kV durch ölgefüllte Kabel mit besonderen Maßnahmen zur Wärmeabfuhr, neuerdings auch durch Gas -Isolierte Leiter.

In unterirdischen Gebäuden sind Installationsplattformen vorgesehen, die in den meisten Fällen eine Fortsetzung der Turbinenhalle darstellen, sich in der Regel an deren Ende befinden und über Transporttunnel und Frachtschächte mit der Erdoberfläche verbunden sind.

Zur Wärmeabfuhr und Belüftung der unterirdischen Räumlichkeiten des Wasserkraftwerksgebäudes werden Ventilatoren und Klimaanlagen installiert.

Die Gestaltung von Turbinenhallenauskleidungen hängt von den technischen und geologischen Bedingungen ab. In den meisten Turbinenhallen wird ein tragendes Gewölbe in Kreisform mit einer Verstärkung der Stahlbetonauskleidung an den Fußenden ausgeführt. Bei ausreichend starkem Gestein werden die Wände mit Spritzbeton befestigt, bei weniger starkem Gestein wird eine durchgehende Beton- oder Stahlbetonverkleidung mit einer Dicke von bis zu 0,5 m oder mehr mit Bewehrung durch Anker eingebaut, in Bereichen mit geschwächtem Gestein - mit verstärkender Zementierung, und in einigen Fällen sind Entwässerungsmaßnahmen vorgesehen.

Im unterirdischen Gebäude des Wasserkraftwerks Inguri mit einer Länge von 145,5 m, einer Spannweite von 21,2 m und einer Ausbruchshöhe von 53,7 m sind 5 hydraulische Einheiten installiert. Die Wasserversorgung der Einheiten erfolgt über Turbinenwasserleitungen, die im Grundriss in einem Winkel zur Längsachse der Einheiten angeordnet sind, was es ermöglichte, Vorturbinenventile innerhalb der Turbinenhalle zu platzieren, praktisch ohne deren Spannweite zu vergrößern (siehe Abb. 4.20). . Die Ableitung des Wassers erfolgt über einen Druckstollen.

Halbunterirdische Wasserkraftwerksgebäude. Bei günstigen ingenieurgeologischen und topografischen Bedingungen und großen Schwankungen des Unterwasserspiegels können halbunterirdische Gebäude in Grabenöffnungen errichtet und die Oberbauten der Turbinenhallen auf der Erdoberfläche errichtet werden. Lösungen für halbunterirdische Gebäude sind durch die Platzierung einer oder mehrerer Einheiten in separaten Schächten möglich, über denen die obere Struktur der Turbinenhalle auf der Erdoberfläche errichtet wird, wie beim Pumpspeicherkraftwerk Dnjestr.

Das halbunterirdische Gebäude des Wasserkraftwerks Vilyuiskaya mit einer Leistung von 648 MW, das in einem 60 m tiefen Grabenaushub errichtet wurde, liegt vollständig unter der Erdoberfläche (Abb. 4.21).

Gebäude kleiner Wasserkraftwerke. Zu den Kleinwasserkraftwerken zählen in der Regel Wasserkraftwerke mit einer Leistung von bis zu 10–30 MW. Neben der Nutzung der Wasserkraftressourcen großer Flüsse in mittleren und großen Wasserkraftwerken, die in den meisten Fällen die Schaffung großer Stauseen erfordern und in integrierten Energiesystemen arbeiten, haben sich kleine Wasserkraftwerke weltweit weit verbreitet. Solche Wasserkraftwerke nutzen das Wasserkraftpotenzial kleiner Flüsse, Nebenflüsse und Abflusskanäle und haben nur äußerst geringe Auswirkungen auf die Umwelt. Sie können Strom in das Stromnetz einspeisen oder für einen bestimmten Verbraucher arbeiten, was besonders wichtig für abgelegene Gebiete ist, in denen es kein ausgebautes Stromübertragungsnetz gibt.

Kleine Wasserkraftwerke werden wie große Wasserkraftwerke in Wasserkraftwerke mit Lauf- und Staugebäuden und Umleitungskraftwerke unterteilt.

Bei kleinen Wasserkraftwerken können zur Vereinfachung von Baukonstruktionen durch den Einbau vertikaler hydraulischer Einheiten konische Saugrohre mit gerader Achse verwendet werden; horizontale Einheiten, einschließlich Kapseleinheiten, sowie solche mit geneigter Achse der Einheit (siehe Abb 4.12, Diagramme IV, V, VII) sind weit verbreitet.

Auf Seite 283 (Foto) und in Abb. Abbildung 4.22 zeigt Umleitungswasserkraftwerke – Tereblya-Rikskaya mit einer Leistung von 27 MW und einer Fallhöhe von 215 m und Egorlykskaya mit einer Leistung von 30 MW und einer Fallhöhe von 32 m.

Wasserkraft erzeugt Strom mithilfe der Energie bewegten Wassers. Regen und schmelzender Schnee, der normalerweise von Hügeln und Bergen kommt, erzeugen Bäche und Flüsse, die schließlich in den Ozean münden. Die Energie dieses bewegten Wassers kann erheblich sein (bekannt aus der Flößerei).

Diese Energie wird seit Jahrhunderten genutzt. Die alten Griechen verwendeten Wasserräder, um Weizen zu Mehl zu mahlen. In einem Fluss platziert, dreht sich das Rad unter dem Einfluss von Wasser. Die kinetische Energie des Flusses dreht das Rad und wird in mechanische Energie umgewandelt, die die Mühle antreibt.

Entwicklung der Wasserkraft

Ende des 19. Jahrhunderts wurde die Wasserkraft zu einer Quelle für die Stromerzeugung. Das erste Wasserkraftwerk wurde 1879 in Niagara Falls gebaut. Im Jahr 1881 wurden die Straßenlaternen in der Stadt Niagara Falls mit Wasserkraft betrieben. Im Jahr 1882 nahm das weltweit erste Wasserkraftwerk (HPP) in den Vereinigten Staaten in Appleton, Wisconsin, seinen Betrieb auf. Tatsächlich erzeugen Wasserkraftwerke und Kohlekraftwerke auf ähnliche Weise Strom. Beide verwenden zum Antreiben einen Propeller, eine sogenannte Turbine, die sich dann über eine Welle dreht und einen elektrischen Generator antreibt, der Strom erzeugt. Kohlekraftwerke nutzen Dampf, um Turbinenschaufeln zu drehen, während Wasserkraftwerke fallendes Wasser nutzen – die Ergebnisse sind die gleichen.

Die Welt produziert etwa 24 Prozent des weltweiten Stroms und versorgt mehr als eine Milliarde Menschen mit Energie. Nach Angaben des World Renewable Energy Laboratory haben die Wasserkraftwerke der Welt eine Leistung von insgesamt 675.000 Megawatt, was dem Energieäquivalent von 3,6 Milliarden Barrel Öl entspricht.

Wie wird Strom aus Wasser gewonnen?

Wasserkraftwerke erzeugen mit Wasser Strom aus Wasser. Ein typisches Wasserkraftwerk ist ein System mit drei Teilen:

Das Wasser hinter dem Damm fließt durch den Damm und treibt den Propeller in der Turbine an, wodurch diese gedreht wird. Die Turbine dreht einen Generator, um Strom zu erzeugen. Die Menge an gewonnenem Strom, die erzeugt werden kann, hängt davon ab, wie viel Wasser durch das System fließt. Über ein gemeinsames Stromnetz kann Strom an Fabriken und Unternehmen übertragen werden.

Wasserkraftwerke liefern fast ein Fünftel des weltweiten Stroms. China, Kanada, Brasilien, die Vereinigten Staaten von Amerika und Russland sind die fünf größten Produzenten von Wasserkraft. Eines der größten Wasserkraftwerke der Welt ist das Drei-Schluchten-Kraftwerk am Jangtsekiang in China. Der Damm ist 2,3 km breit und 185 Meter hoch.

Wasserkraft ist heute die günstigste Möglichkeit, Strom zu erzeugen. Denn sobald der Damm gebaut und die Ausrüstung installiert ist, steht die Energiequelle – fließendes Wasser – kostenlos zur Verfügung. Es ist eine Quelle für sauberen Kraftstoff, der jährlich aus Schnee und Niederschlägen regeneriert wird.

Die von einem Wasserkraftwerk erzeugte Strommenge hängt von zwei Faktoren ab:

1. Wasserfallhöhen: Je höher das Wasser fällt, desto mehr Energie hat es. Typischerweise hängt die Entfernung, aus der das Wasser fällt, von der Größe des Damms ab. Je höher die Dämme, desto tiefer fällt das Wasser und desto mehr Energie hat es. Wissenschaftler sagen, dass die Kraft des fallenden Wassers „proportional“ zur Fallstrecke ist.
2. Die Menge des fallenden Wassers. Wenn mehr Wasser durch die Turbine fließt, wird mehr Energie erzeugt. Die Wassermenge in der Turbine hängt von der Wassermenge ab, die den Fluss hinunterfließt. Größere Flüsse haben mehr fließendes Wasser und können mehr Energie produzieren.

Die Stromerzeugung aus Wasserkraft ist stark reguliert, sodass Betreiber den Wasserfluss durch eine Turbine steuern können, um bei Bedarf Strom zu erzeugen. Darüber hinaus können künstliche Stauseen zur Erholung, zum Schwimmen oder Rudern genutzt werden.

Aber das Stauen von Flüssen kann die Tierwelt und andere natürliche Ressourcen zerstören oder beeinträchtigen. Bei manchen Fischarten, wie z. B. Lachs, können die Laichwege blockiert sein. Wasserkraftwerke können auch zu einem niedrigen Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser führen, was schädlich für das Leben im Fluss ist.

Ein Wasserkraftwerk ist ein Wasserkraftwerk, das die Energie des Wasserflusses in Strom umwandelt. Der auf die Schaufeln fallende Wasserstrom dreht Turbinen, die wiederum Generatoren antreiben, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln. Wasserkraftwerke werden auf Flussbetten errichtet, in der Regel werden Dämme und Stauseen gebaut.

Arbeitsprinzip

Grundlage für den Betrieb von Wasserkraftwerken ist die Energie fallenden Wassers. Aufgrund des Höhenunterschieds bildet das Flusswasser einen kontinuierlichen Fluss von der Quelle bis zur Mündung. Ein Damm ist ein integraler Bestandteil fast aller Wasserkraftwerke und blockiert die Bewegung des Wassers im Flussbett. Vor dem Damm bildet sich ein Stausee, der zu einem erheblichen Unterschied im Wasserstand davor und danach führt.

Der obere und untere Wasserspiegel werden als Becken bezeichnet, und der Unterschied zwischen ihnen wird als Fallhöhe oder Druck bezeichnet. Das Funktionsprinzip ist recht einfach. Auf der Abstromseite ist eine Turbine installiert, auf deren Schaufeln die Strömung von der Aufstromseite gerichtet wird. Der fallende Wasserstrom setzt die Turbine in Bewegung und dreht über eine mechanische Verbindung den Rotor eines elektrischen Generators. Je höher der Druck und die Wassermenge, die durch die Turbinen strömt, desto höher ist die Leistung des Wasserkraftwerks. Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 85 %.

Besonderheiten

Für eine effiziente Energieerzeugung in Wasserkraftwerken gibt es drei Faktoren:

• Ganzjährig garantierte Wasserversorgung.
• Günstiges Gelände. Das Vorhandensein von Schluchten und Abhängen trägt zum Wasserbau bei.
• Größeres Gefälle des Flusses.

Der Betrieb eines Wasserkraftwerks weist mehrere, auch vergleichende Merkmale auf:

• Die Kosten für die Stromerzeugung sind deutlich geringer als bei anderen Kraftwerkstypen.
• Erneuerbare Energiequelle.
• Abhängig von der Energiemenge, die ein Wasserkraftwerk produzieren muss, können seine Generatoren schnell ein- und ausgeschaltet werden.
• Im Vergleich zu anderen Kraftwerkstypen haben Wasserkraftwerke deutlich geringere Auswirkungen auf die Luftumgebung.
• Grundsätzlich handelt es sich bei Wasserkraftwerken um verbraucherferne Anlagen.
• Der Bau von Wasserkraftwerken ist sehr kapitalintensiv.
• Stauseen nehmen große Gebiete ein.
• Der Bau von Dämmen und Stauseen versperrt vielen Fischarten den Weg zu den Laichplätzen, was die Natur der Fischerei radikal verändert. Doch gleichzeitig entstehen im Stausee selbst Fischfarmen und die Fischbestände nehmen zu.

Arten

Wasserkraftwerke werden nach der Art der errichteten Bauwerke unterteilt:

• Wasserkraftwerke auf Staudammbasis sind weltweit die häufigsten Kraftwerke, bei denen der Druck durch einen Staudamm erzeugt wird. Sie werden an Flüssen mit überwiegend leichtem Gefälle gebaut. Um Hochdruck zu erzeugen, werden große Gebiete unter Stauseen überflutet.
• Umleitungsstationen sind an Gebirgsflüssen errichtete Stationen mit großem Gefälle. Der erforderliche Druck wird in Bypasskanälen (Umleitungskanälen) mit relativ geringem Wasserdurchfluss erzeugt. Ein Teil des Flussflusses durch den Wassereinlass wird in eine Rohrleitung geleitet, in der Druck erzeugt wird, der die Turbine antreibt.
• Pumpspeicherwerke. Sie helfen dem Stromnetz, Spitzenlasten zu bewältigen. Die Hydraulikeinheiten solcher Stationen können im Pump- und Generatormodus betrieben werden. Sie bestehen aus zwei Reservoirs auf unterschiedlichen Ebenen, die durch eine Rohrleitung mit einer darin befindlichen Hydraulikeinheit verbunden sind. Bei hoher Belastung wird Wasser vom oberen Reservoir in das untere abgelassen, wodurch die Turbine gedreht und Strom erzeugt wird. Bei geringem Bedarf wird Wasser vom Tiefspeicher in den Hochspeicher zurückgepumpt.

Wasserkraft Russlands

Heute werden in Russland in 102 Wasserkraftwerken insgesamt mehr als 100 MW Strom erzeugt. Die Gesamtkapazität aller hydraulischen Einheiten russischer Wasserkraftwerke beträgt etwa 45 Millionen kW, was dem fünften Platz weltweit entspricht. Der Anteil der Wasserkraftwerke an der gesamten Stromerzeugung in Russland beträgt 21 % – 165 Milliarden kWh/Jahr, was ebenfalls dem 5. Platz weltweit entspricht. In Bezug auf die Anzahl potenzieller Wasserkraftressourcen liegt Russland mit einem Indikator von 852 Milliarden kWh an zweiter Stelle nach China, der Grad ihrer Entwicklung beträgt jedoch nur 20 %, was deutlich niedriger ist als in fast allen Ländern der Welt, einschließlich Entwicklungsländern. Um das Wasserkraftpotenzial zu nutzen und die russische Energie zu entwickeln, wurde 2004 das Bundesprogramm ins Leben gerufen, um den zuverlässigen Betrieb der in Betrieb befindlichen Wasserkraftwerke, die Fertigstellung bestehender Bauprojekte sowie die Planung und den Bau neuer Kraftwerke sicherzustellen.

Liste der größten Wasserkraftwerke in Russland

• Wasserkraftwerk Krasnojarsk - Divnogorsk, am Fluss Jenissei.
• Wasserkraftwerk Bratsk - Bratsk, r. Angara.
• Ust-Ilimskaya - Ust-Ilimsk, r. Angara.
• Wasserkraftwerk Sajano-Schuschenskaja – Sajanogorsk.
• Das Wasserkraftwerk Boguchanskaya liegt am Fluss. Angara.
• WKW Zhigulevskaya - Zhigulevsk, r. Wolga.
• Wasserkraftwerk Wolschskaja - Wolschski, Wolgograder Gebiet, Wolga.
• Tscheboksary – Nowotscheboksarsk, Wolga.
• Wasserkraftwerk Bureyskaya - Dorf. Talakan, Bureya-Fluss.
• Wasserkraftwerk Nischnekamsk - Tschelny, r. Kama.
• Votkinskaya - Tschaikowsky, r. Kama.
• Chirkeyskaya-Fluss. Sulak.
• Zagorskaya PSPP - Fluss. Cunha.
• Zeyskaya - Stadt Zeya, r. Zeja.
• Wasserkraftwerk Saratow - Fluss. Wolga.

WKW Wolschskaja

Früher handelt es sich bei den Wasserkraftwerken Stalingrad und Wolgograd und heute bei der Wolga in der gleichnamigen Stadt Wolschski an der Wolga um Mitteldruck-Laufkraftwerke. Heute gilt es als das größte Wasserkraftwerk Europas. Die Anzahl der hydraulischen Einheiten beträgt 22, die elektrische Leistung beträgt 2592,5 MW, die durchschnittliche jährliche Stromerzeugungsmenge beträgt 11,1 Milliarden kWh. Die Durchsatzleistung des Wasserwerks beträgt 25.000 m3/s. Der Großteil des erzeugten Stroms wird an lokale Verbraucher geliefert.

Der Bau des Wasserkraftwerks begann im Jahr 1950. Das erste Hydraulikaggregat wurde im Dezember 1958 in Betrieb genommen. Das Wasserkraftwerk Wolga wurde im September 1961 vollständig in Betrieb genommen. Die Inbetriebnahme spielte eine entscheidende Rolle bei der Vereinheitlichung der bedeutenden Energiesysteme der Wolga-Region, des Zentrums und des Südens sowie der Energieversorgung der unteren Wolga-Region und des Donbass. Bereits in den 2000er Jahren wurden mehrere Modernisierungen vorgenommen, die die Gesamtkapazität des Bahnhofs erhöhten. Neben der Stromerzeugung dient das Wolga-WKW auch der Bewässerung der trockenen Landmassen der Transwolga-Region. An den Wasserwerksanlagen werden Straßen- und Bahnübergänge über die Wolga errichtet, die die Verbindung zwischen den Wolgagebieten ermöglichen.

Schon in der Antike nutzten die Menschen die treibende Kraft des Wassers. Sie mahlten Mehl in Mühlen, deren Räder von Wasserströmen angetrieben wurden, ließen schwere Baumstämme flussabwärts treiben und nutzten im Allgemeinen Wasserkraft, um eine Vielzahl von Problemen, auch industrielle, zu lösen.

Die ersten Wasserkraftwerke

Ende des 19. Jahrhunderts, mit Beginn der Elektrifizierung der Städte, gewannen Wasserkraftwerke weltweit stark 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 bereits 1892 in Rudny Altai am Fluss Berezovka das erste Wasserkraftwerk mit vier Turbinen und einer Leistung von 200 kW gebaut, das die Minenentwässerung der Zyryanovsky-Mine mit Strom versorgen sollte. So prägten Wasserkraftwerke mit der Entwicklung der Elektrizität durch die Menschheit das rasante Tempo des industriellen Fortschritts.

Moderne Wasserkraftwerke sind heute riesige Bauwerke mit einer installierten Leistung von Gigawatt. Das Funktionsprinzip eines jeden Wasserkraftwerks bleibt jedoch im Großen und Ganzen recht einfach und fast überall gleich. Der auf die Schaufeln der Wasserturbine gerichtete Wasserdruck versetzt diese in Rotation, und die Wasserturbine wiederum, die mit dem Generator verbunden ist, dreht den Generator. Der Generator erzeugt Strom, der...

Im Turbinenraum des Wasserkraftwerks sind hydraulische Einheiten installiert, die die Energie des Wasserstroms in elektrische Energie umwandeln, und alle notwendigen Schaltanlagen sowie Steuer- und Überwachungsgeräte für den Betrieb des Wasserkraftwerks befinden sich 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 Wasserflusses entsteht direkter Druck. Dabei kann es sich um am Damm angesammeltes Wasser handeln, wenn an einer bestimmten Stelle des Flusses ein Damm gebaut wird, oder um den Druck, der durch Strömungsumleitung entsteht – das heißt, das Wasser wird durch einen speziellen Tunnel oder Kanal aus dem Flussbett umgeleitet. Somit können Wasserkraftwerke Staudamm, Umleitung und Staudammumleitung sein.

Die häufigsten Staudammkraftwerke basieren auf einem Damm, der das Flussbett blockiert. Hinter dem Damm steigt das Wasser auf und staut sich, wodurch eine Art Wassersäule entsteht, die für Druck und Druck sorgt. Je höher der Damm, desto stärker ist der Druck. Der höchste Damm der Welt hat eine Höhe von 305 Metern. Dies ist der Damm des 3,6-GW-Wasserkraftwerks Jinping am Yalongjiang-Fluss im westlichen Teil der Provinz Sichuan im Südwesten Chinas.

Es gibt zwei Arten von Wasserkraftwerken, die Wasserenergie nutzen. Wenn der Fluss ein leichtes Gefälle hat, aber relativ viel Wasser führt, 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. Am Ufer unterhalb des Damms ist in unmittelbarer Nähe dazu eine Wasserturbine installiert, die an einen Stromgenerator angeschlossen ist (Staudammstation). Wenn der Fluss schiffbar ist, wird am gegenüberliegenden Ufer eine Schleuse errichtet, um den Schiffen die Durchfahrt zu ermöglichen.

Wenn der Fluss nicht sehr wasserreich ist, aber ein großes Gefälle und eine schnelle Strömung aufweist (z. B. Gebirgsflüsse), wird ein Teil des Wassers durch einen speziellen Kanal umgeleitet, der ein viel geringeres Gefälle als der Fluss hat. Dieser Kanal hat teilweise eine Länge von mehreren Kilometern. Manchmal zwingen uns die Geländebedingungen dazu, den Kanal durch einen Tunnel zu ersetzen (für leistungsstarke Stationen). Dadurch entsteht ein erheblicher Höhenunterschied zwischen der Mündung des Kanals und dem Unterlauf des Flusses.

Am Ende des Kanals gelangt Wasser in ein steil geneigtes Rohr, an dessen unterem Ende sich eine hydraulische Turbine mit Generator befindet. Aufgrund des erheblichen Niveauunterschieds erhält das Wasser eine hohe kinetische Energie, die ausreicht, um die Station (Umleitungsstationen) mit Strom zu versorgen.

Solche Kraftwerke können eine größere Leistung haben und gehören zur Kategorie der Regionalkraftwerke (siehe -). An den kleinsten Stationen wird die Turbine manchmal durch ein weniger effizientes, billigeres Wasserrad ersetzt.

Arten von Wasserkraftwerken und ihre Geräte

Das Wasserkraftwerk umfasst neben dem Damm ein Gebäude und eine Schaltanlage. Im Gebäude befindet sich die Hauptausrüstung des Wasserkraftwerks, hier sind Turbinen und Generatoren installiert. Zusätzlich zum Damm und dem Gebäude kann ein Wasserkraftwerk über Schleusen, Überläufe, Fischtreppen und Schiffshebewerke 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, der Akosombo-Stausee am Volta-Fluss. Es nimmt 8.500 Quadratkilometer ein, was 3,6 % der Fläche des gesamten Landes entspricht.

Bei starkem Gefälle entlang des Flussbettes wird ein Umleitungswasserkraftwerk gebaut. Es ist nicht nötig, einen großen Stausee zu bauen, sondern das Wasser wird nur durch speziell angelegte Wasserkanäle oder Tunnel direkt zum Kraftwerksgebäude geleitet.

Manchmal werden in Umleitungswasserkraftwerken kleine Tagesregulierungsbecken installiert, die es ermöglichen, den Druck zu steuern und so die erzeugte Strommenge abhängig von der Belastung des Stromnetzes zu beeinflussen.

Pumpspeicherkraftwerke (PSPP) sind eine besondere Art von Wasserkraftwerken. Dabei soll die Station selbst die täglichen Schwankungen und Spitzenlasten der Stromversorgung ausgleichen und so die Zuverlässigkeit des Stromnetzes erhöhen.

Eine solche Station kann sowohl im Generatormodus als auch im Speichermodus betrieben werden, wenn Pumpen Wasser aus dem unteren Becken in das obere Becken pumpen. Ein Becken ist in diesem Zusammenhang ein beckenartiges Objekt, das Teil eines Stausees ist und an ein Wasserkraftwerk angrenzt. Das obere Becken liegt flussaufwärts, das untere Becken flussabwärts.

Ein Beispiel für ein Pumpspeicherkraftwerk ist der Stausee Taum Sauk in Missouri, der 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.

Das Funktionsprinzip eines Wasserkraftwerks ist recht einfach. Die hydraulischen Strukturen eines Wasserkraftwerks sorgen für den notwendigen Wasserfluss zu den Schaufeln einer hydraulischen Turbine, die zu einem Generator führt, der Strom erzeugt.

Abb.1. Diagramm einer der Arten von Wasserturbinen

Der erforderliche Wasserdruck wird durch einen Damm (im Falle eines Staudammkraftwerks) oder eine Umleitung – den natürlichen Wasserfluss (Umleitungswasserkraftwerke) – erzeugt. Um den erforderlichen Wasserdruck zu erreichen, werden in manchen Fällen sowohl ein Damm als auch eine Umleitung zusammen verwendet:

• Staudamm-Wasserkraftwerke (Abb. 2). Dies sind die häufigsten Arten großer Wasserkraftwerke in Kirgisistan. Der Wasserdruck in ihnen wird durch die Installation eines Damms erzeugt, der den Fluss vollständig blockiert und den Wasserspiegel darin auf die erforderliche Höhe anhebt. In diesem Fall befindet sich das eigentliche Wasserkraftwerksgebäude hinter dem Damm im unteren Teil. Die Wasserversorgung der Turbinen erfolgt in diesem Fall über spezielle Drucktunnel.
• Umleitungswasserkraftwerke (Abb. 3). Solche Kraftwerke werden an Orten gebaut, an denen sich ein Flusshang befindet. Durch spezielle Entwässerungssysteme (Kanäle, Abzweigungen, Gräben) wird die zur Druckerzeugung erforderliche Wassermenge aus dem Flussbett abgeführt. Ihr Gefälle ist deutlich geringer als das durchschnittliche Gefälle des Flusses. Dadurch steigt das Wasser nach einer gewissen Distanz auf die erforderliche Höhe und wird in einem Druckbecken gesammelt. Von dort gelangt Wasser über eine Druckleitung in die Turbine und gelangt schließlich wieder in denselben Fluss. In einigen Fällen werden am Anfang des Umleitungskanals ein Damm und ein kleiner Stausee angelegt.

Reis. 2. Wasserkraftwerk vom Staudammtyp

Reis. 3. Wasserkraftwerk vom Umleitungstyp

Sämtliche Energieanlagen befinden sich direkt im Gebäude des Wasserkraftwerks. Je nach Zweck gibt es eine eigene spezifische Abteilung. Im Turbinenraum befinden sich Hydrogeneratoren, die Wasserenergie direkt in elektrische Energie umwandeln. Hinzu kommen elektrische Geräte, zu denen Steuer- und Überwachungsgeräte für den Betrieb von Wasserkraftwerken, eine Umspannstation, Schaltanlagen und vieles mehr gehören.

Wasserkraftwerke werden je nach erzeugter Leistung unterteilt:

• leistungsstark – produzieren ab 30 MW;
• kleine Wasserkraftwerke – von 1 MW bis 30 MW;
• Mini-Wasserkraftwerk – von 100 kW bis 1 MW;
• Mikrowasserkraftwerk – von 5 kW bis 100 kW;
• Pico-Wasserkraftwerk - bis zu 5 kW.

Die Leistung eines Wasserkraftwerks hängt vom Druck und Durchfluss des Wassers sowie vom Wirkungsgrad (Wirkungsgrad) der eingesetzten Turbinen und Generatoren ab. Aufgrund der Tatsache, dass sich der Wasserfluss aus natürlichen Gründen je nach Jahreszeit und aus einer Reihe anderer Gründe ständig ändert, ist es üblich, die zyklische Leistung als Ausdruck für die Leistung eines Wasserkraftwerks zu verwenden. Beispielsweise gibt es jährliche, monatliche, wöchentliche oder tägliche Betriebszyklen eines Wasserkraftwerks.

Je nach Durchfluss und Druck des Wassers werden in Wasserkraftwerken unterschiedliche Turbinentypen eingesetzt. Für Hochdruck-Becher- und Radial-Axial-Turbinen mit Metallspiralkammern. Bei Mitteldruck-Wasserkraftwerken werden Rotorblatt- und Radial-Axial-Turbinen installiert, bei Niederdruck-Wasserkraftwerken werden Rotorblattturbinen in Stahlbeton- oder Stahlkammern installiert. Das Funktionsprinzip aller Turbinentypen ist das gleiche: Unter Druck stehendes Wasser (Wasserdruck) dringt in die Turbinenschaufeln ein, die sich zu drehen beginnen. Dabei wird mechanische Energie auf den Generator übertragen, der Strom erzeugt. Turbinen unterscheiden sich in einigen technischen Eigenschaften sowie in den Kammern – Stahl oder Stahlbeton – und sind für unterschiedliche Wasserdrücke ausgelegt.

Wasserkraftwerke können je nach Zweck auch zusätzliche Bauwerke wie Schleusen, Fischpassagen, Wassereinlassbauwerke zur Bewässerung und vieles mehr umfassen.

Der Wert von Wasserkraftwerken liegt darin, dass sie erneuerbare natürliche Ressourcen zur Erzeugung elektrischer Energie nutzen. Da bei Wasserkraftwerken kein zusätzlicher Brennstoff benötigt wird, sind die Endkosten des erzeugten Stroms deutlich niedriger als bei der Nutzung anderer Kraftwerkstypen.

Merkmale von Wasserkraftwerken (Vor- und Nachteile)

• (+) Die Stromkosten in Wasserkraftwerken sind mehr als doppelt so niedrig wie in Wärmekraftwerken.
• (+) Wasserkraftturbinen ermöglichen den Betrieb in allen Modi von Null bis zur maximalen Leistung und ermöglichen bei Bedarf eine schnelle Leistungsänderung, indem sie als Regler für die Stromerzeugung fungieren.
• (+) Flusslauf ist eine erneuerbare Energiequelle
• (+) deutlich geringere Auswirkungen auf Luft und Gletscher als andere Kraftwerkstypen.
• (-) Oft sind effiziente Wasserkraftwerke weiter von den Verbrauchern entfernt und erfordern den Bau teurer Stromübertragungsleitungen (PTL).
• (-) Stauseen nehmen oft große Gebiete ein.
• (-) Staudämme verändern häufig die Art der Fischerei, da sie den Weg zu den Laichplätzen für Wanderfische versperren, begünstigen aber oft eine Vergrößerung der Fischbestände im Stausee selbst und die Umsetzung von Fischzucht.