لمحة عامة عن توليد الطاقة الكهرومائية

الطاقة الكهرومائية هي تحويل الطاقة المائية للأنهار الطبيعية إلى كهرباء ليستخدمها الناس.هناك العديد من مصادر الطاقة المستخدمة في توليد الطاقة ، مثل الطاقة الشمسية ، وطاقة المياه في الأنهار ، وطاقة الرياح الناتجة عن تدفق الهواء.تكلفة توليد الطاقة الكهرومائية باستخدام الطاقة الكهرومائية رخيصة ، ويمكن أيضًا أن يقترن إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية بمشاريع أخرى للحفاظ على المياه.بلدنا غني جدًا بموارد الطاقة الكهرومائية والظروف أيضًا جيدة جدًا.تلعب الطاقة الكهرومائية دورًا مهمًا في بناء الاقتصاد الوطني.
مستوى المياه في المنبع أعلى من منسوب المياه في اتجاه مجرى النهر.بسبب الاختلاف في مستوى مياه النهر ، يتم توليد الطاقة المائية.هذه الطاقة تسمى الطاقة الكامنة أو الطاقة الكامنة.يُطلق على الفرق بين ارتفاع مياه النهر اسم القطرة ، ويسمى أيضًا اختلاف مستوى الماء أو رأس الماء.هذا الانخفاض هو شرط أساسي لتشكيل القدرة الهيدروليكية.بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد حجم القوة الهيدروليكية أيضًا على حجم تدفق المياه في النهر ، وهو شرط أساسي آخر لا يقل أهمية عن الانخفاض.يؤثر كل من الانخفاض والتدفق بشكل مباشر على الطاقة الهيدروليكية ؛كلما زاد حجم الماء في القطرة ، زادت القوة الهيدروليكية ؛إذا كان الانخفاض وحجم الماء صغيرين نسبيًا ، فسيكون ناتج محطة الطاقة الكهرومائية أصغر.
يتم التعبير عن الانخفاض بشكل عام بالأمتار.التدرج هو نسبة القطرة والمسافة ، والتي يمكن أن تشير إلى درجة تركيز الانخفاض.يكون القطرة أكثر تركيزًا ، ويكون استخدام الطاقة الهيدروليكية أكثر ملاءمة.الانخفاض الذي تستخدمه محطة الطاقة الكهرومائية هو الفرق بين سطح الماء في المنبع لمحطة الطاقة الكهرومائية وسطح المياه في اتجاه مجرى النهر بعد المرور عبر التوربين.

التدفق هو كمية المياه المتدفقة في النهر لكل وحدة زمنية ، ويتم التعبير عنها بالمتر المكعب في ثانية واحدة.المتر المكعب من الماء يساوي طن واحد.يتغير تدفق النهر في أي وقت ، لذلك عندما نتحدث عن التدفق ، يجب أن نشرح وقت المكان المحدد الذي يتدفق فيه.يتغير التدفق بشكل كبير في الوقت المناسب.تتدفق الأنهار في بلادنا بشكل عام بشكل كبير في موسم الأمطار في الصيف والخريف ، وتكون صغيرة نسبيًا في الشتاء والربيع.بشكل عام ، يكون تدفق النهر صغيرًا نسبيًا في المنبع ؛لأن الروافد تندمج ، يزداد تدفق المصب تدريجياً.لذلك ، على الرغم من تركيز انخفاض المنبع ، فإن التدفق صغير ؛تدفق المصب كبير ، لكن الانخفاض مبعثر نسبيًا.لذلك ، غالبًا ما يكون استخدام الطاقة الهيدروليكية في الروافد الوسطى للنهر أكثر اقتصادا.
بمعرفة الانخفاض والتدفق اللذين تستخدمهما محطة الطاقة الكهرومائية ، يمكن حساب ناتجها باستخدام الصيغة التالية:
N = GQH
في الصيغة ، يمكن أيضًا تسمية N – output ، بالكيلوواط ، power ؛
Q – flow، بالمتر المكعب في الثانية؛
H - انخفاض ، بالأمتار ؛
G = 9.8 ، هي عجلة الجاذبية ، الوحدة: نيوتن / كجم
وفقًا للصيغة أعلاه ، يتم حساب القوة النظرية دون خصم أي خسائر.في الواقع ، في عملية توليد الطاقة الكهرومائية ، فإن التوربينات ، ومعدات النقل ، والمولدات ، وما إلى ذلك جميعها لها خسائر حتمية في الطاقة.لذلك ، يجب خصم القوة النظرية ، أي يجب ضرب القوة الفعلية التي يمكننا استخدامها في معامل الكفاءة (الرمز: K).
تسمى الطاقة المصممة للمولد في محطة الطاقة الكهرومائية الطاقة المقدرة ، وتسمى الطاقة الفعلية الطاقة الفعلية.في عملية تحويل الطاقة ، لا مفر من فقدان جزء من الطاقة.في عملية توليد الطاقة الكهرومائية ، هناك خسائر أساسية في التوربينات والمولدات (هناك أيضًا خسائر في خطوط الأنابيب).تمثل الخسائر المختلفة في محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة الريفية حوالي 40-50 ٪ من إجمالي الطاقة النظرية ، لذلك يمكن أن يستخدم ناتج محطة الطاقة الكهرومائية في الواقع فقط 50-60 ٪ من الطاقة النظرية ، أي أن الكفاءة تدور حول 0.5-0.60 (منها كفاءة التوربين هي 0.70-0.85 ، كفاءة المولدات من 0.85 إلى 0.90 ، وكفاءة خطوط الأنابيب ومعدات النقل هي 0.80 إلى 0.85).لذلك ، يمكن حساب الطاقة (الإخراج) الفعلية لمحطة الطاقة الكهرومائية على النحو التالي:
ك - كفاءة محطة الطاقة الكهرومائية (0.5 0.6) تستخدم في الحساب التقريبي لمحطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة ؛يمكن تبسيط هذه القيمة على النحو التالي:
N = (0.5 ～ 0.6) QHG الطاقة الفعلية = الكفاءة × التدفق × الانخفاض × 9.8
إن استخدام الطاقة الكهرومائية هو استخدام الطاقة المائية لدفع آلة تسمى التوربينات المائية.على سبيل المثال ، العجلة المائية القديمة في بلدنا هي توربينات مائية بسيطة للغاية.يتم تكييف التوربينات الهيدروليكية المختلفة المستخدمة حاليًا مع مختلف الظروف الهيدروليكية المحددة ، بحيث يمكن تدويرها بشكل أكثر كفاءة وتحويل طاقة المياه إلى طاقة ميكانيكية.نوع آخر من الآلات ، مولد ، متصل بالتوربين ، بحيث يدور دوار المولد مع التوربين لتوليد الكهرباء.يمكن تقسيم المولد إلى جزأين: الجزء الذي يدور مع التوربين والجزء الثابت للمولد.الجزء المتصل بالتوربين ويدور يسمى دوار المولد ، وهناك العديد من الأقطاب المغناطيسية حول الدوار ؛الدائرة حول الدوار هي الجزء الثابت من المولد ، ويسمى الجزء الثابت للمولد ، ويتم لف الجزء الثابت بالعديد من الملفات النحاسية.عندما تدور العديد من الأقطاب المغناطيسية للجزء المتحرك في منتصف الملفات النحاسية للجزء الثابت ، يتم توليد تيار على الأسلاك النحاسية ، ويقوم المولد بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية.
يتم تحويل الطاقة الكهربائية التي تولدها محطة الطاقة إلى طاقة ميكانيكية (محرك أو محرك كهربائي) ، طاقة ضوئية (مصباح كهربائي) ، طاقة حرارية (فرن كهربائي) وما إلى ذلك بواسطة معدات كهربائية مختلفة.
تكوين محطة الطاقة الكهرومائية
يشمل تكوين محطة الطاقة الكهرومائية: الهياكل الهيدروليكية ، والمعدات الميكانيكية ، والمعدات الكهربائية.
(1) الهياكل الهيدروليكية
يحتوي على سدود (سدود) ، وبوابات سحب ، وقنوات (أو أنفاق) ، وخزانات ضغط أمامية (أو خزانات منظمة) ، وأنابيب ضغط ، ومخازن طاقة ، وممرات ، إلخ.
تم بناء سد (سد) في النهر لإغلاق مياه النهر ورفع سطح الماء لتشكيل خزان.وبهذه الطريقة يتم تكوين قطرة مركزة بين سطح الماء للخزان على السد (السد) والسطح المائي للنهر أسفل السد ، ومن ثم يتم إدخال المياه إلى محطة الطاقة الكهرومائية من خلال استخدام أنابيب المياه أو الأنفاق.في الأنهار شديدة الانحدار نسبيًا ، يمكن أن يؤدي استخدام قنوات التحويل أيضًا إلى انخفاض.على سبيل المثال: بشكل عام ، يبلغ الانخفاض لكل كيلومتر من النهر الطبيعي 10 أمتار.إذا تم فتح قناة في الطرف العلوي من هذا الجزء من النهر لإدخال مياه النهر ، فسيتم حفر القناة على طول النهر ، وسيكون منحدر القناة أكثر انبساطًا.إذا حدث الانخفاض في القناة بالكيلومتر ، فقد انخفض بمقدار متر واحد فقط ، بحيث تدفقت المياه في القناة مسافة 5 كيلومترات ، ولم ينخفض ​​سطح الماء إلا 5 أمتار ، بينما انخفض الماء 50 مترًا بعد السفر 5 كيلومترات في القناة الطبيعية .في هذا الوقت ، يتم إرجاع مياه القناة إلى محطة توليد الكهرباء عن طريق النهر بواسطة أنبوب مياه أو نفق ، وهناك قطرة مركزة تبلغ 45 مترًا يمكن استخدامها لتوليد الكهرباء.الشكل 2

يُطلق على استخدام قنوات التحويل أو الأنفاق أو أنابيب المياه (مثل الأنابيب البلاستيكية والأنابيب الفولاذية والأنابيب الخرسانية وما إلى ذلك) لتكوين محطة للطاقة الكهرومائية مع انخفاض مركز قناة تحويل الطاقة الكهرومائية ، وهو مخطط نموذجي لمحطات الطاقة الكهرومائية .
(2) المعدات الميكانيكية والكهربائية
بالإضافة إلى الأعمال الهيدروليكية المذكورة أعلاه (السدود ، القنوات ، الفناء الأمامي ، أنابيب الضغط ، الورش) ، تحتاج محطة الطاقة الكهرومائية أيضًا إلى المعدات التالية:
(1) المعدات الميكانيكية
هناك توربينات ومحافظات وصمامات بوابة ومعدات نقل ومعدات غير مولدة.
(2) المعدات الكهربائية
يوجد مولدات ولوحات تحكم في التوزيع ومحولات وخطوط نقل.
ولكن ليست كل محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة بها الهياكل الهيدروليكية المذكورة أعلاه والمعدات الميكانيكية والكهربائية.إذا كان رأس الماء أقل من 6 أمتار في محطة الطاقة الكهرومائية منخفضة الرأس ، يتم استخدام قناة توجيه المياه وقناة المياه المفتوحة بشكل عام ، ولا يوجد ضغط أمامي وأنبوب ماء للضغط.بالنسبة لمحطات الطاقة ذات نطاق إمداد الطاقة الصغير ومسافة النقل القصيرة ، يتم اعتماد نقل الطاقة المباشر ولا يلزم وجود محول.لا تحتاج محطات الطاقة الكهرومائية ذات الخزانات إلى بناء سدود.إن استخدام المآخذ العميقة ، والأنابيب الداخلية (أو الأنفاق) والممرات المائية يلغي الحاجة إلى الهياكل الهيدروليكية مثل السدود ، وبوابات السحب ، والقنوات ، وبرك الضغط الأمامية.
لبناء محطة للطاقة الكهرومائية ، يجب أولاً وقبل كل شيء إجراء مسح دقيق وأعمال تصميم.في أعمال التصميم ، هناك ثلاث مراحل للتصميم: التصميم الأولي ، والتصميم الفني ، وتفاصيل البناء.من أجل القيام بعمل جيد في أعمال التصميم ، من الضروري أولاً إجراء مسح شامل ، أي الفهم الكامل للظروف الطبيعية والاقتصادية المحلية - مثل التضاريس والجيولوجيا والهيدرولوجيا ورأس المال وما إلى ذلك.لا يمكن ضمان صحة وموثوقية التصميم إلا بعد إتقان هذه المواقف وتحليلها.
مكونات محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة لها أشكال مختلفة حسب نوع محطة الطاقة الكهرومائية.
3. المسح الطبوغرافي
إن جودة أعمال المسح الطبوغرافي لها تأثير كبير على التخطيط الهندسي وتقدير الكمية الهندسية.
الاستكشاف الجيولوجي (فهم الظروف الجيولوجية) بالإضافة إلى الفهم العام والبحث في جيولوجيا مستجمعات المياه وعلى طول النهر ، من الضروري أيضًا فهم ما إذا كان أساس غرفة الآلة متينًا ، مما يؤثر بشكل مباشر على سلامة الطاقة المحطة نفسها.بمجرد تدمير الوابل الذي يحتوي على حجم خزان معين ، لن يؤدي ذلك إلى إتلاف محطة الطاقة الكهرومائية نفسها فحسب ، بل يتسبب أيضًا في خسائر فادحة في الأرواح والممتلكات في اتجاه مجرى النهر.
4. الاختبار الهيدرولوجي
بالنسبة لمحطات الطاقة الكهرومائية ، فإن أهم البيانات الهيدرولوجية هي سجلات منسوب مياه النهر ، والتدفق ، ومحتوى الرواسب ، وظروف الجليد ، وبيانات الأرصاد الجوية وبيانات مسح الفيضانات.يؤثر حجم تدفق النهر على تصميم مجرى تصريف محطة الطاقة الكهرومائية.التقليل من شدة الفيضان سيؤدي إلى تلف السد ؛يمكن للرواسب التي يحملها النهر أن تملأ الخزان بسرعة في أسوأ الحالات.على سبيل المثال ، ستؤدي قناة التدفق إلى ترسب الطمي في القناة ، وسوف تمر الرواسب الخشنة الحبيبات عبر التوربين وتتسبب في تآكل التوربين.لذلك ، يجب أن يحتوي إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية على بيانات هيدرولوجية كافية.
لذلك ، قبل أن نقرر بناء محطة للطاقة الكهرومائية ، يجب علينا أولاً التحقيق في اتجاه التنمية الاقتصادية في مجال إمدادات الطاقة والطلب المستقبلي على الكهرباء.في نفس الوقت ، قم بتقدير حالة مصادر الطاقة الأخرى في منطقة التطوير.فقط بعد البحث والتحليل للوضع أعلاه يمكننا أن نقرر ما إذا كانت محطة الطاقة الكهرومائية بحاجة إلى البناء وما هو الحجم الذي يجب أن يكون عليه.
بشكل عام ، الغرض من أعمال مسح الطاقة الكهرومائية هو توفير معلومات أساسية دقيقة وموثوقة ضرورية لتصميم وبناء محطات الطاقة الكهرومائية.
5. الشروط العامة لاختيار الموقع
يمكن تفسير الشروط العامة لاختيار موقع من الجوانب الأربعة التالية:
(1) يجب أن يكون الموقع المختار قادرًا على استخدام الطاقة المائية بالطريقة الأكثر اقتصادا والامتثال لمبدأ توفير التكلفة ، أي بعد اكتمال محطة الطاقة ، يتم إنفاق أقل قدر من المال ويتم توليد معظم الكهرباء .يمكن قياسها عادةً عن طريق تقدير الإيرادات السنوية لتوليد الطاقة والاستثمار في بناء المحطة لمعرفة مقدار الوقت الذي يمكن استرداد رأس المال المستثمر فيه.ومع ذلك ، تختلف الظروف الهيدرولوجية والطبوغرافية في أماكن مختلفة ، كما تختلف احتياجات الكهرباء أيضًا ، لذلك لا ينبغي تقييد تكلفة البناء والاستثمار بقيم معينة.
(2) يجب أن تكون الظروف الطبوغرافية والجيولوجية والهيدرولوجية للموقع المختار أفضل نسبيًا ، ويجب أن تكون هناك إمكانيات في التصميم والبناء.عند إنشاء محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة ، يجب أن يكون استخدام مواد البناء وفقًا لمبدأ "المواد المحلية" قدر الإمكان.
(3) يجب أن يكون الموقع المحدد قريبًا من مصدر الطاقة ومنطقة المعالجة قدر الإمكان لتقليل استثمار معدات نقل الطاقة وفقدان الطاقة.
(4) عند اختيار الموقع ، يجب استخدام الهياكل الهيدروليكية الحالية قدر الإمكان.على سبيل المثال ، يمكن استخدام قطرة الماء لبناء محطة طاقة مائية في قناة ري ، أو يمكن بناء محطة طاقة مائية بجوار خزان ري لتوليد الكهرباء من تدفق الري ، وما إلى ذلك.نظرًا لأن محطات الطاقة الكهرومائية هذه يمكن أن تفي بمبدأ توليد الكهرباء عندما يكون هناك ماء ، فإن أهميتها الاقتصادية تكون أكثر وضوحًا.