Das Funktionsprinzip eines Wasserkraftwerks. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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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. Schema 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. Wasserkraftwerktyp

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 HPPs - von 1 MW bis 30 MW;
• Mini-WKW - von 100 kW bis 1 MW;
• Mikro-WKW - von 5 kW bis 100 kW;
• Wasserkraftwerk Pico - bis 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, Fischpässe, Wasserentnahmebauwerke 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.
• (+) Flussabfluss 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 Flächen ein.
• (-) Staudämme verändern oft die Art der Fischerei, da sie den Weg zu den Laichplätzen für Wanderfische versperren, begünstigen aber häufig eine Vergrößerung der Fischbestände im Stausee selbst und die Umsetzung von Fischzucht.

Autoren: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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