Су электр станциясы

Су электр станциясы

Су электр станциясы - электр генераторын айналдыратын гидравликалық турбинамен су ағынының механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін электр станциясы. Қазақстандағы ең алғашқы СЭС 1902 жылы Зырян кенішін энергиямен қамтамасыз ету мақсатында Тұрғысын өзенінде салынды. Оның қуаты 1 мың кВт болды. 1927 жылы Жоғары Хариузовск СЭС-і (қуаты 3,2 мың кВт), 1934 жылыҮлбі СЭС-і (қуаты 27,6 мың кВт) салынды. Үлкен Алматы өзенінде 10 каскадтан тұратын СЭС (жалпы қуаты 47 мың кВт) 1959 жылы салынып бітті. Соңғы жылдары кешенді мақсатта пайдаланылатын бірнеше ірі су-энергетикалық тораптар іске қосылды: Ертіс өзенінде Өскемен СЭС-і(куаты 331,2 мың кВт) және Бұқтырма СЭС-і (қуаты 675 мың кВт), Іле өзенінде Қапшағай СЭС-і (қуаты 434 мың кВт) және т.б. Елімізде су-энергетика құрылыс объектілерінен басқа 200-ден астам шағын және орташа СЭС салынған. Қазақстандағы ірі СЭС-тердің барлығы энергия жүйесі құрамындағы жылу станцияларымен үйлестіріле пайдаланылады. Бұл жағдайда олардың жоғары дәрежедегі кешенді үнемділігі, пайдаланудағы сенімділігі артады. Сондықтан СЭС салу өзеннің ағын суын су көлігі, ирригация және сумен қамтамасыз ету және т.б. мақсаттарда кешенді пайдалануға мүмкіндік береді.

Су – электр станциялары, түрлері, жұмыс істеу принциптері

Белгілі бір қима арқылы ағатын судың қуаты (Р кВт) ағын судың көлемі (Q, м3/с) мен оның ағын деңгейіне, яғни бөгеттің екі жағындағы су қоймалары деңгейлерінің айырмашылығына (Н) тәуелді болады

P = 9,81QН.

Жоғарғы және төменгі су деңгейлері жоғарғы және төменгі бьеф деп аталады. СуЭС бөгеті арқылы өткен ағын су қуаты толығымен электр энергиясына түрленбейді, оның біраз бөлігі әр түрлі құрылыс қондырғыларында, турбина мен генераторда шығындалады. Осы себепті СуЭС қуаты оның пайдалы әсер коэффициентімен анықталады

P = 9,81QН .

Жоғарғы және төменгі су деңгейлері арасындағы айырмашылық — СуЭС-ның ең қымбат бөлігі бөгет салу нәтижесінде алынады. Жоғарғы су қорын төменгі су қорымен байланыстырып тұратын арнайы орнатылған құбырлар мен плотина денесінде жасалынған су жолдары бар. Осы өткізгіш жолдар арқылы өтетін ағын судын жылдамдығы аса жоғары болады. Miнe, осы жылдамдығы жоғары су ағыны ротормен жалғасқан су турбинасының қалақшаларына жіберіледі.

Су турбиналарында ағын су энергиясы турбина білігінің айналмалы механикалық энергиясына түрленеді. Судың динамикалық қысымы пайдаланылатын турбина — активті турбина деп, ал реактивті әсерде судың статикалық қысымы пайдалалылатын турбина — реактивті турбина деп аталады.Ожаулы активті турбинада су қысымының потенциалдық энергиясы ағын Су жүретін су жолының қимасын тарылту үшін орнатылған бағыттағышта толығынан су қозғалысының кинетикалық энергиясына ауысады. Турбинаның жұмыс доңғалағы шеңбер бойына ожау пішінді қалақшалар бекітілген диск түрінде жасалған.

Ағын су турбина доқғалағының қалақшаларына әсер етуінен, судың қозғалыс энергиясы турбина доңғалағының айналу энергиясына түрленеді. Бағыттағыштың ішінде оның қима ауданын, яғни ағын су көлемін реттеп отыратын реттегіш білік орнатылған. Реактивті су турбинасының жұмыс доңғалағының қалақшаларында судың, кинетикалық энергиясы да, потенциалдық энергиясы да турбинаның механикалық энергиясына түрленеді. Реактивті турбинаның жұмыс доңғалағы активті, турбинамен салыстырғанда толығымен судың ішінде тұрады, бұл су ағыны жұмыс денесінің барлық қалақшаларына бір мезгілде әсер етеде деген сөз. Реактивті-турбинаның жұмыс доңғалағының бірнеше түрлері жасалған: радиалды-білікті, пропеллер пішінді, айналмалы қалақты және екі қалақты. Турбина қуаты бірнеше киловаттан 500 МВт-қа дейін, ал оның айналу жылдамдығы 16213-тен 1500 мин- 1-ге дейін өзгереді.

Әрбір энергия жүйесі сенімді әрі тиімді жұмыс жасау үшін оның құрамында жылу және атом электр станцияларымен бірге су электр станциясы да болуы керек. Себебі, су электр станциясы аса жылдам (1 мин шамасында) жұмысқа қосылатын, тез энергия өндіре алатын және өз-жұмысын тез доғара алатын станция болыпта болады, ал жылу электр станцияларын жұмысқа қосу үшін 3—6 сағ уақыт қажет. Осы себепті ЖЭС-ларды бір тәулік ішінде тоқтатып, одан кейін іске қосу өте тиімсіз. Су электр станциясының техника-экономикалық көрсеткіші ЖЭС-мен салыстырғанда жоғары: СуЭС-да өндірілген энергияның өзіндік құны ЖЭС-мен салыстырғанда 5—6 есе арзан; СуЭС өз мұқтаждығына ЖЭС-на қарағанда әлдеқайда аз энергия жұмсалады; СуЭС пайдалы әсер коэффициенті ЖЭС-на қарағанда әлдеқайда жоғары.Қуатты СуЭС салу үшін су қоймасы, бөгет, су жолдары Сияқты көлемді құрылыс жұмыстарын жасау қажет. Мұндай құрылыстар салу қуатты техника көмекке келген соңғы онжылдықтарда ғана мүмкін болып отыр. Тіпті осындай, техниканы пайдаланғанның өзінде, қуатты СуЭС-ның құрылысы көптеген жылдарға созылады.

Үлкен су қоймаларының салынуы жергілікті ауа райына, жер жағдайына және өсімдік әлеміне әсер етеді. Көптеген жер алқабы су астында қалады. Міне, осындай жағдайларға байланысты, су энергиясы «таза» энергия көзі болып есептелінгенімен, әрбір СуЭС-ын саларда оның қоршаған ортаға тигізер кері әсері мұқият зерттеледі. Тәуелсіз Мемлекеттер СуЭС-ның тұңғышы —Волхов СуЭС-ы. Оның салыну жоспарының дүниеге келуі және құрылысының басталуы көрнекті орыс инженері, профессор Г.О.Графито есімімен тікелей байланысты. Г.О.Графито 1902—1903 жылдары Волхов су электр станциясын салудың алғашқы жоспарын, ал 1910—1912 жылдары егжей-тегжейлі ойластырылған екінші жоспарын жасағанымен, оны салу туралы шешім тек 1918 жылы ғана қабылданды.Волхов құрылысының басталуы Тәуелсіз Мемлекеттерде өз қоштаушысын тапты. ТаШкенттің, жанында 1923 жылы Боз-Сүйек, Арменияда Ереван СуЭС-ларының құрылыстары басталды.1926 жылы Волхов СуЭС-ы жұмысқа қосылғаннан кейін, Боз-Сүйек және Ереван СуЭС-лары де жұмысқа қосылды. Шығыс Қазақстанның Громатуха өзені бойына салынған Жоғарғы-Хариуз СуЭС-ы электр энергиясын өндіре бастады. Оның алғашқы қуаты 3 МВт болып, кейінірек 5-6 МВт-қа жеткізілді. Қазақстан су энергетикасының тұңғышы Хариуз СуЭС-ы қазір де жұмыс жасап тұр. Су энергетикасын одан әрі дамытуда ТМД ғалымдары мен инженерлері Г.О.Графито, A.B.Винтер, Б.Е.Веденеев, профессор Н.А.Филимонов, инженерлер В.А.Захарьевский, М.М.Карпов, А.А.Беляков, И.И.Кандалов, Г.А.Гуссо, П.П.Лауиман, Г.С.Веселова өсімдері дүние жүзіне-мәлім болды.1939 жылға дейін 33 су электр станциясы салынды. "Су энергетика құрылысы кең қанат жайды. Аса күрделі геологиялық жағдайда су электр станцияларын салу мен күрделі техника проблемаларын шешу жағынан елеулі қадамдар жасалды. Волгада Куйбышев СуЭС-ын, Ертісте Өскемен және басқа да қуатты су электр станцияларын салу үшін дайындық жұмыстары жүргізілді.

1941 жылы бұрынғы КСРО-ға қарсы фашистік Германияның басқыншылық соғысы басталуымен Ұлы Отан соғысы жылдарында жалпы қуаты 1 млн. кВт болатын 11 су электр станциясы істен шықты. Блокада жағдайында қалған Санкт-Петербургты тек Волхов СуЭС-ы электр энергиясымен жабдықтап тұрды. Москва қаласын электрмен жабдықтауда Углич және Рыбинск СуЭС-лары елеулі роль атқарды. Сонымен отын тапшылығы ерекше сезілген аса ауыр соғыс жылдары, су электр стан-цияларының артықшылығы айқын байқалды.Соғыстан кейінгі жылдары да бұрынғы КСРО-да су энергетика құрылысы аса кең көлемде жүргізілді. 1946 — 1958 жылдары қалпына келтірілген және жаңадан салынған 63 су электр станциясының жалпы қуаты 9,6 млн. кВт болды. 1958 жылдың соңында су электр станцияларының жалпы қуаты 10,9 млн. кВт-қа жетіп, оларда 46,5 млрд. кВт-сағ электр энергиясы өндірілді. Бұл барлық өндірілген энергияның 19,7%-і еді.

1959—1965 жылдары энергетика құрылысының негізгі бөлігі бұрынғы КСРО-ның, шығыс аудандарында жүрді. Сібірде, Орта Азияда, Кавказ бен Қиыр Шығыста қуатты су электр станциялары салынды. Осы жылдары Волжск, Канск және Днепровск су электр станцияларының каскадын салу жұмыстары одан әрі жүргізілді. Осы мерзімде жаңа 11,4 млн. кВт су энергия қуаты іске қосылып, жалпы СуЭС қуаты 2 еседен аса өсіп, 22,2 млн. кВт-қа жетті. 1965 жылы су электр станцияларында 81,4 - млрд. кВт-сағ электр энергиясы өндірілді. Су энергетикасының табиғи жағдайы қуатты станциялар салуға тиімді шығысқа қарай ығысуы су энергия құрылысына жұмсалатын өзіндік қаржы мөлшерін азайту мүмкіндігін туғызды.

Ресейдің шығысында орналасқан Енисей өзені бойындағы Красноярск СуЭС-на қуаты 500 МВт ғажайып су агрегаттары орнатылды. Осындай 10 агрегат орнатылған Красноярск СуЭС-ның қуаты 5 млн. кВт-қа жетті. Красноярск СуЭС-сында жылына 20 млрді кВт-сағ электр энергиясы өндіріледі. Су құрылысы құрамына ұзындығы 1060 м, биіктігі 124 м бетон плотина, СуЭС үйі, кернеуі 220 және 500 кВ электр энергиясын ашық тарату құрылғысы және кеме жолы қондырғысы кіреді.Красноярск СуЭС-ы плотинасы аса үлкен су қоймасын жасады (ұзындығы 380 км-дей, ал көлемі 73,3 млрд. м3 болады):

Оның іске қосылуы ондаған өнеркәсіп орындарын өмірге келтіріп, транспорт пен ауыл шаруашылығын электрмен жабдықтап, Сібірдің қалалары аудандарын электр шуағына бөледі.Іле өзені бойына салынған Қапшағай су электр станциясы электрмен жабдықтау және жер суландыру мәселесіп бірге шешу мүмкіндігін туғызды. Оның су қоймасының суын пайдалану арқылы 700 мың га жерді суландыруға болады.

1972—1973 жылдары Орта Азиядағы ең қуатты су электр станциясы — Нүрек СуЭС-ның алғашқы агрегаттары іске қосылды.

1979 жылы Нүрек СуЭС-ның соңғы тоғызыншы агрегаты өте жоғары бағамен қабылданып, ол Орта Азия энергия жүйесінің белді бір тірегі болды. Мұнда өндірілген энергия жоғары кернеулі электр желілері арқылы Тәжікстан, Түркменстан, Өзбекстан, Қазақстанның оңтүстік аудандары мен Қырғызстанның кәсіпорындары, қалалары мен ауылдарына беріледі. 1 млн. га-дан аса жер көлемі 10,5 млрд. м3 болатын Нүрек су қоймасының суымен суландырылады. Су энергетика құрылысының қай мерзімінде болмасын жеке агрегаттардың және бүкіл станцияның қуатын арттыру үнемі күн тәртібінде тұрды. Төмендегі 3.7-кестеде 1917—1980 жылдардағы жеке су агрегаттары мен СуЭС-ларының қуатының өсуі көрсетілген.

Ресейдегі ең қуатты Саяно-Шушенск СуЭС-ы 6400 МВт қуатпен 1980 жылдан бері жұмыс жасауда. Оның су қоймасының көлемі 31,3 млрд. м3.Су энергетика құрылысының маңызды бір міндеті — минералды отынды үнемдеу — алдағы уақыттың өзекті бір мәселесі болып отыр. Электр энергиясын өндіру үшін қуатты су электр станциялары салынып, жаңар- майтын отын қорын, әсіресе мұнай мен газды үнемдеу қажет. ТМД бірыңғай энергия жүйесін жасауда су электр станциялары ерекше роль атқарады.

Сібір өзендерінің аса қуатты су электр станциялары Канск-Ачинск және Екібастұздың қуатты жылу электр станцияларымен тоғыса отырып, ТМД-ның шығыс аудандарының энергетикалық потенциалын арттырып қана қоймай, мұнда өндірілген энергияның көлемді мөлшерін оның европалық бөлігіне де жіберу мүмкіндігін туғызады.

Су қорын кешенді пайдалану қарастырылуда. Бұрын су қоймалары СуЭС-ларда электр энергиясын өндіру үшін ғана пайдаланылған болса, қазіргі уақытта олар халық шаруашылығының басқа да салаларын (жер суландыру, кеме транспорты, балық шаруашылығы, сумен жабдықтау т.б.) дамытуда кеңінен пайдаланылады.Біз жылу және атом электр станцияларының генераторлары жұмыстарын тоқтатып және қайтадан іске қосылуы үшін 3—6 сағ уақыт қажет. Демек, бұл станциялармен бір тәулік ішінде өндірілетін электр энергиясының мөлшерін реттеп отыру мүмкін емес. Сондықтан энергия жүйесінің сенімді жұмыс жасауы үшін оның құрамында міндетті түрде маневрлі жұмыс жасайтын су электр станциялары да болулары қажет. Себебі, су электр станцияларының генераторлары бірер минуттың ішінде ғана өз жұмыстарын тоқтатып, қайтадан электр энергиясын өндіре алады.

Энергия жүйесінің қуатының өсуі және тұтынушылардың саны мен түрінің өзгеруі, электр энергиясын тұтыну графигіне елеулі әсер етуде. Мұндай өзгерістер бір тәулік ішінде электр энергиясын өндіруді тек су электр станцияларымен ғана реттеудің аса қиындыққа соғатынын байқатады. Себебі, бір жағынан өзеннің су арнасының деңгейі табиғат жағдайына тәуелді болса, екінші жағынан кейінгі уақытта су электр станцияларында аса қуатты су генераторлары орнатылуда. Ал оларда өндірілген электр энергиясы ең арзан және қоршаған ортаға тигізер зиянды әсері аз болуына байланысты мүмкіндігінше олардың үздіксіз жұмыс жасауы қарастырылады.

Ал артық өндірілген электр энергиясын басқа бір энергия түрі ретінде шоғырландырып, оған мұқтаждық туған уақытта жиналған энергиядан қайтадан электр энергиясын өндіру мүмкіншілігін туғызатын бір қондыр-ғының өмірге келуін талап етті.

Ұзақ ізденістерден кейін су электр станциясының жаңа түрі — су қорын жинайтын су электр станциясы — СуҚЖЭС дүниеге келді.

СуҚЖЭС-ын қайтымды су электр станциясы деп те айтуға болады. Оның СуЭС-нан айырмашылығы жоғарғы және төменгі су бассейндерінің болуы. Тәуліктің қай уақытында болмасын, электр энергиясы оны тұтынушыларға қажетті мөлшерден артық өндірілген уақытта, ол электр энергиясын пайдаланып, төменгі бассейннен жоғары бассейнге су қотарады. Ал энергия жүйесінде электр энергиясына тапшылық сезілгенде, ол СуЭС сияқты жұмыс жасап, қажетті электр энергиясын өндіреді, яғни су жоғарғы бассейннен төменгі бассейнге өтеді.Алғашқы СуҚЖЭС-ларда электр энергиясың өндіру үшін турбиналар мен генераторлар, ал төменгі бассейннен жоғарғы бассейнге су қотару үшін электр қозғалтқышы мен сорғы пайдаланылды. Мұндай станциялар орнатылған қондырғылардың санына қарай —төрт машиналы станция деп аталады. Генератор мен сорғының бір-бірінен тәуелсіз жұмыс жасауы кей уақытта осындай төрт машиналы станцияның тиімді жұмыс жасауына себепкер болады. Генератор мен қозғалтқыштың жұмысын қоса атқару мүмкіндігінің тууы, үш машиналы СуҚЖЭС салу жағдайын туғызды.Әрі турбина, әрі сорғы жұмысын атқаратын қайтымды су турбинасы жасалуына байланысты, СуҚЖЭС айтарлықтай тиімділікпен жұмыс атқара бастады. Станцияға тек екі ғана машина қойылатын болды.СуҚЖЭС-ның қарапайым схемасы көрсетілген. Турбина сорғы агрегаты қозғалтқыш-сорғы ретінде де, су турбинасы генератор ретінде де жұмыс атқара алады. СуҚЖЭС құрылысына СуЭС-на қарағанда молырақ қаржы жұмсалады. Егер де жер құрылысы әр түрлі деңгейдегі екі Су қоймасын салуға қолайды болса, онда оны салу біршама арзанға түседі.

СуҚЖЭС-ның пайдалы әсер коэффициенті 70% мөлшерінде болғаныменоның ерекше бір тиімділігі — ол қуатты энергия жүйелерінің тұрақты да сенімді жұмыс жасауын қамтамасыз етеді.