Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι η μετατροπή της υδάτινης ενέργειας των φυσικών ποταμών σε ηλεκτρική ενέργεια για χρήση από τους ανθρώπους.Υπάρχουν διάφορες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ενέργειας, όπως η ηλιακή ενέργεια, η υδάτινη ενέργεια στα ποτάμια και η αιολική ενέργεια που παράγεται από τη ροή του αέρα.Το κόστος παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας με χρήση υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι φθηνό και η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών μπορεί επίσης να συνδυαστεί με άλλα έργα εξοικονόμησης νερού.Η χώρα μας είναι πολύ πλούσια σε υδροηλεκτρικούς πόρους και οι συνθήκες είναι επίσης πολύ καλές.Η υδροηλεκτρική ενέργεια παίζει σημαντικό ρόλο στην οικοδόμηση της εθνικής οικονομίας.
Η στάθμη του νερού ανάντη ενός ποταμού είναι υψηλότερη από τη στάθμη του νερού κατάντη.Λόγω της διαφοράς στη στάθμη του νερού του ποταμού, παράγεται υδάτινη ενέργεια.Αυτή η ενέργεια ονομάζεται δυναμική ενέργεια ή δυναμική ενέργεια.Η διαφορά μεταξύ του ύψους του νερού του ποταμού ονομάζεται πτώση, που ονομάζεται επίσης διαφορά στάθμης νερού ή κεφαλή νερού.Αυτή η πτώση είναι βασική προϋπόθεση για το σχηματισμό υδραυλικής ισχύος.Επιπλέον, το μέγεθος της υδραυλικής ισχύος εξαρτάται και από το μέγεθος της ροής του νερού στον ποταμό, που είναι μια άλλη βασική προϋπόθεση εξίσου σημαντική με την πτώση.Τόσο η πτώση όσο και η ροή επηρεάζουν άμεσα την υδραυλική ισχύ.Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος νερού της σταγόνας, τόσο μεγαλύτερη είναι η υδραυλική ισχύς.εάν η πτώση και ο όγκος του νερού είναι σχετικά μικρή, η απόδοση του υδροηλεκτρικού σταθμού θα είναι μικρότερη.
Η πτώση εκφράζεται γενικά σε μέτρα.Η κλίση είναι η αναλογία πτώσης και απόστασης, η οποία μπορεί να υποδεικνύει τον βαθμό συγκέντρωσης της πτώσης.Η πτώση είναι πιο συγκεντρωμένη και η χρήση της υδραυλικής ισχύος είναι πιο βολική.Η πτώση που χρησιμοποιείται από έναν υδροηλεκτρικό σταθμό είναι η διαφορά μεταξύ της επιφάνειας νερού ανάντη του υδροηλεκτρικού σταθμού και της επιφάνειας του νερού κατάντη μετά τη διέλευση από τον στρόβιλο.
Ροή είναι η ποσότητα νερού που ρέει σε ένα ποτάμι ανά μονάδα χρόνου και εκφράζεται σε κυβικά μέτρα σε ένα δευτερόλεπτο.Ένα κυβικό μέτρο νερού είναι ένας τόνος.Η ροή ενός ποταμού αλλάζει ανά πάσα στιγμή, οπότε όταν μιλάμε για τη ροή, πρέπει να εξηγήσουμε την ώρα του συγκεκριμένου τόπου που ρέει.Η ροή αλλάζει πολύ σημαντικά στο χρόνο.Τα ποτάμια στη χώρα μας έχουν γενικά μεγάλη ροή την περίοδο των βροχών το καλοκαίρι και το φθινόπωρο και σχετικά μικρή το χειμώνα και την άνοιξη.Γενικά, η ροή του ποταμού είναι σχετικά μικρή στο ανάντη.Επειδή οι παραπόταμοι συγχωνεύονται, η κατάντη ροή σταδιακά αυξάνεται.Επομένως, αν και η σταγόνα ανάντη είναι συγκεντρωμένη, η ροή είναι μικρή.η κατάντη ροή είναι μεγάλη, αλλά η πτώση είναι σχετικά διάσπαρτη.Ως εκ τούτου, είναι συχνά πιο οικονομικό να χρησιμοποιείται η υδραυλική ενέργεια στο μεσαίο ρεύμα του ποταμού.
Γνωρίζοντας την πτώση και τη ροή που χρησιμοποιεί ένας υδροηλεκτρικός σταθμός, η παραγωγή του μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
N= GQH
Στον τύπο, η έξοδος N, σε κιλοβάτ, μπορεί επίσης να ονομαστεί ισχύς.
Q–ροή, σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
H – πτώση, σε μέτρα.
G = 9,8 , είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας, μονάδα: Newton/kg
Σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, η θεωρητική ισχύς υπολογίζεται χωρίς να αφαιρεθούν τυχόν απώλειες.Στην πραγματικότητα, στη διαδικασία παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας, οι τουρμπίνες, ο εξοπλισμός μεταφοράς, οι γεννήτριες κ.λπ. έχουν αναπόφευκτες απώλειες ισχύος.Επομένως, η θεωρητική ισχύς θα πρέπει να προεξοφληθεί, δηλαδή η πραγματική ισχύς που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε να πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή απόδοσης (σύμβολο: K).
Η σχεδιασμένη ισχύς της γεννήτριας στον υδροηλεκτρικό σταθμό ονομάζεται ονομαστική ισχύς και η πραγματική ισχύς ονομάζεται πραγματική ισχύς.Στη διαδικασία του μετασχηματισμού ενέργειας, είναι αναπόφευκτο να χαθεί ένα μέρος της ενέργειας.Στη διαδικασία παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας σημειώνονται κυρίως απώλειες στροβίλων και γεννητριών (υπάρχουν απώλειες και σε αγωγούς).Οι διάφορες απώλειες στον αγροτικό μικρο-υδροηλεκτρικό σταθμό αντιπροσωπεύουν περίπου το 40-50% της συνολικής θεωρητικής ισχύος, επομένως η παραγωγή του υδροηλεκτρικού σταθμού μπορεί στην πραγματικότητα να χρησιμοποιήσει μόνο το 50-60% της θεωρητικής ισχύος, δηλαδή η απόδοση είναι περίπου 0,5-0,60 (εκ των οποίων η απόδοση του στροβίλου είναι 0,70-0,85, η απόδοση των γεννητριών είναι 0,85 έως 0,90 και η απόδοση των αγωγών και του εξοπλισμού μετάδοσης είναι 0,80 έως 0,85).Επομένως, η πραγματική ισχύς (παραγωγή) του υδροηλεκτρικού σταθμού μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
K–η απόδοση του υδροηλεκτρικού σταθμού, (0,5-0,6) χρησιμοποιείται στον χονδρικό υπολογισμό του μικρο-υδροηλεκτρικού σταθμού.Αυτή η τιμή μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:
N=(0,5~0,6)QHG Πραγματική ισχύς=απόδοση×ροή×πτώση×9,8
Η χρήση της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι η χρήση της ενέργειας του νερού για την προώθηση μιας μηχανής, η οποία ονομάζεται υδροστρόβιλος.Για παράδειγμα, ο αρχαίος υδροστρόβιλος στη χώρα μας είναι ένας πολύ απλός υδροστρόβιλος.Οι διάφοροι υδραυλικοί στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι προσαρμοσμένοι σε διάφορες ειδικές υδραυλικές συνθήκες, έτσι ώστε να μπορούν να περιστρέφονται πιο αποτελεσματικά και να μετατρέπουν την ενέργεια του νερού σε μηχανική ενέργεια.Ένα άλλο είδος μηχανήματος, μια γεννήτρια, συνδέεται με τον στρόβιλο, έτσι ώστε ο ρότορας της γεννήτριας να περιστρέφεται μαζί με τον στρόβιλο για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια.Η γεννήτρια μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: το τμήμα που περιστρέφεται με τον στρόβιλο και το σταθερό μέρος της γεννήτριας.Το τμήμα που είναι συνδεδεμένο με τον στρόβιλο και περιστρέφεται ονομάζεται ρότορας της γεννήτριας και υπάρχουν πολλοί μαγνητικοί πόλοι γύρω από τον ρότορα.ένας κύκλος γύρω από τον ρότορα είναι το σταθερό μέρος της γεννήτριας, που ονομάζεται στάτορας της γεννήτριας, και ο στάτορας είναι τυλιγμένος με πολλά χάλκινα πηνία.Όταν πολλοί μαγνητικοί πόλοι του ρότορα περιστρέφονται στη μέση των χάλκινων πηνίων του στάτορα, δημιουργείται ρεύμα στα χάλκινα σύρματα και η γεννήτρια μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον σταθμό ηλεκτροπαραγωγής μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια (ηλεκτρικός κινητήρας ή κινητήρας), φωτεινή ενέργεια (ηλεκτρικός λαμπτήρας), θερμική ενέργεια (ηλεκτρικός φούρνος) και ούτω καθεξής από διάφορους ηλεκτρικούς εξοπλισμούς.
η σύνθεση του υδροηλεκτρικού σταθμού
Η σύνθεση ενός υδροηλεκτρικού σταθμού περιλαμβάνει: υδραυλικές κατασκευές, μηχανολογικό εξοπλισμό και ηλεκτρολογικό εξοπλισμό.
(1) Υδραυλικές κατασκευές
Διαθέτει φράγματα (φράγματα), πύλες εισαγωγής, κανάλια (ή σήραγγες), μπροστινές δεξαμενές πίεσης (ή ρυθμιστικές δεξαμενές), σωλήνες πίεσης, ηλεκτροπαραγωγούς σταθμούς και αυλάκια κ.λπ.
Ένα φράγμα (φράγμα) είναι χτισμένο στον ποταμό για να φράξει το νερό του ποταμού και να ανυψώσει την επιφάνεια του νερού για να σχηματίσει μια δεξαμενή.Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζεται μια συγκεντρωμένη σταγόνα μεταξύ της επιφάνειας του νερού της δεξαμενής στο φράγμα (φράγμα) και της επιφάνειας νερού του ποταμού κάτω από το φράγμα και στη συνέχεια το νερό εισάγεται στον υδροηλεκτρικό σταθμό μέσω της χρήσης σωλήνων νερού. ή σήραγγες.Σε σχετικά απότομους ποταμούς, η χρήση καναλιών εκτροπής μπορεί επίσης να σχηματίσει πτώση.Για παράδειγμα: Γενικά, η πτώση ανά χιλιόμετρο ενός φυσικού ποταμού είναι 10 μέτρα.Εάν ανοίξει ένα κανάλι στο πάνω άκρο αυτού του τμήματος του ποταμού για την εισαγωγή του νερού του ποταμού, το κανάλι θα εκσκαφεί κατά μήκος του ποταμού και η κλίση του καναλιού θα είναι πιο επίπεδη.Εάν η πτώση στο κανάλι γίνει ανά χιλιόμετρο, έπεσε μόνο 1 μέτρο, έτσι ώστε το νερό να κυλήσει 5 χιλιόμετρα στο κανάλι και η επιφάνεια του νερού έπεσε μόνο 5 μέτρα, ενώ το νερό έπεσε 50 μέτρα μετά από 5 χιλιόμετρα στο φυσικό κανάλι .Αυτή τη στιγμή, το νερό από το κανάλι οδηγείται πίσω στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας από το ποτάμι με σωλήνα νερού ή σήραγγα και υπάρχει μια συγκεντρωμένη πτώση 45 μέτρων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.Σχήμα 2
Η χρήση καναλιών εκτροπής, σηράγγων ή σωλήνων νερού (όπως πλαστικοί σωλήνες, χαλύβδινοι σωλήνες, σωλήνες από σκυρόδεμα κ.λπ.) για το σχηματισμό ενός υδροηλεκτρικού σταθμού με συγκεντρωμένη πτώση ονομάζεται υδροηλεκτρικός σταθμός καναλιών εκτροπής, ο οποίος είναι μια τυπική διάταξη υδροηλεκτρικών σταθμών .
(2) Μηχανολογικός και ηλεκτρολογικός εξοπλισμός
Εκτός από τα προαναφερθέντα υδραυλικά έργα (φράγματα, κανάλια, αυλάκια, σωλήνες πίεσης, συνεργεία), ο υδροηλεκτρικός σταθμός χρειάζεται και τον ακόλουθο εξοπλισμό:
(1) Μηχανολογικός εξοπλισμός
Υπάρχουν τουρμπίνες, ρυθμιστές, βαλβίδες πύλης, εξοπλισμός μετάδοσης και εξοπλισμός μη παραγωγής.
(2) Ηλεκτρολογικός εξοπλισμός
Υπάρχουν γεννήτριες, πίνακες ελέγχου διανομής, μετασχηματιστές και γραμμές μεταφοράς.
Όμως δεν έχουν όλοι οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί τις προαναφερθείσες υδραυλικές κατασκευές και μηχανολογικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό.Εάν η κεφαλή του νερού είναι μικρότερη από 6 μέτρα στον υδροηλεκτρικό σταθμό χαμηλής κεφαλής, χρησιμοποιούνται γενικά το κανάλι οδηγού νερού και το κανάλι νερού ανοιχτού καναλιού και δεν υπάρχει πρόσθια πισίνα πίεσης και σωλήνας νερού υπό πίεση.Για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με μικρή εμβέλεια τροφοδοσίας και μικρή απόσταση μετάδοσης, υιοθετείται η άμεση μετάδοση ισχύος και δεν απαιτείται μετασχηματιστής.Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί με ταμιευτήρες δεν χρειάζεται να κατασκευάσουν φράγματα.Η χρήση βαθιών εισαγωγών, εσωτερικών σωλήνων φράγματος (ή σηράγγων) και υπερχειλιστών εξαλείφει την ανάγκη για υδραυλικές κατασκευές όπως φράγματα, πύλες εισαγωγής, κανάλια και μπροστινές δεξαμενές πίεσης.
Για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού, πρώτα απ 'όλα, πρέπει να γίνουν προσεκτικές εργασίες έρευνας και σχεδιασμού.Στις εργασίες σχεδιασμού, υπάρχουν τρία στάδια σχεδιασμού: προμελέτη, τεχνική μελέτη και λεπτομέρεια κατασκευής.Για να γίνει καλή δουλειά στις εργασίες σχεδιασμού, είναι πρώτα απαραίτητο να πραγματοποιηθεί διεξοδική έρευνα, δηλαδή να κατανοηθούν πλήρως οι τοπικές φυσικές και οικονομικές συνθήκες – π.χ. τοπογραφία, γεωλογία, υδρολογία, κεφάλαιο και ούτω καθεξής.Η ορθότητα και η αξιοπιστία του σχεδιασμού μπορεί να διασφαλιστεί μόνο αφού κατακτήσετε αυτές τις καταστάσεις και τις αναλύσετε.
Τα εξαρτήματα των μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών έχουν διάφορες μορφές ανάλογα με τον τύπο του υδροηλεκτρικού σταθμού.
3. Τοπογραφική Αποτύπωση
Η ποιότητα των εργασιών τοπογραφικής αποτύπωσης έχει μεγάλη επίδραση στη μηχανική διάταξη και στην εκτίμηση της μηχανικής ποσότητας.
Η γεωλογική εξερεύνηση (κατανόηση των γεωλογικών συνθηκών) εκτός από τη γενική κατανόηση και έρευνα σχετικά με τη γεωλογία της λεκάνης απορροής και κατά μήκος του ποταμού, είναι επίσης απαραίτητο να κατανοηθεί εάν η βάση του μηχανοστάσου είναι σταθερή, γεγονός που επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια της ισχύος ο ίδιος ο σταθμός.Μόλις καταστραφεί το φράγμα με συγκεκριμένο όγκο ταμιευτήρα, όχι μόνο θα βλάψει τον ίδιο τον υδροηλεκτρικό σταθμό, αλλά θα προκαλέσει και τεράστιες απώλειες ζωών και περιουσίας κατάντη.
4. Υδρολογική δοκιμή
Για τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, τα πιο σημαντικά υδρολογικά δεδομένα είναι οι καταγραφές της στάθμης του νερού του ποταμού, της ροής, της περιεκτικότητας σε ιζήματα, των συνθηκών παγοποίησης, των μετεωρολογικών δεδομένων και των δεδομένων έρευνας πλημμύρας.Το μέγεθος της ροής του ποταμού επηρεάζει τη διάταξη του υπερχειλιστή του υδροηλεκτρικού σταθμού.Η υποτίμηση της σοβαρότητας της πλημμύρας θα προκαλέσει τη ζημιά του φράγματος.το ίζημα που μεταφέρει το ποτάμι μπορεί να γεμίσει γρήγορα τη δεξαμενή στη χειρότερη περίπτωση.Για παράδειγμα, το κανάλι εισροής θα προκαλέσει τη λάσπη του καναλιού και το χονδρόκοκκο ίζημα θα περάσει μέσα από τον στρόβιλο και θα προκαλέσει φθορά του στροβίλου.Επομένως, η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών πρέπει να έχει επαρκή υδρολογικά δεδομένα.
Επομένως, πριν αποφασίσουμε να κατασκευάσουμε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, πρέπει πρώτα να διερευνήσουμε την κατεύθυνση της οικονομικής ανάπτυξης στον τομέα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και τη μελλοντική ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας.Ταυτόχρονα, εκτιμήστε την κατάσταση άλλων πηγών ενέργειας στην περιοχή ανάπτυξης.Μόνο μετά από έρευνα και ανάλυση της παραπάνω κατάστασης μπορούμε να αποφασίσουμε εάν πρέπει να κατασκευαστεί ο υδροηλεκτρικός σταθμός και πόσο μεγάλη θα πρέπει να είναι η κλίμακα.
Γενικά, ο σκοπός της έρευνας υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι η παροχή ακριβών και αξιόπιστων βασικών πληροφοριών που είναι απαραίτητες για το σχεδιασμό και την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών.
5. Γενικοί όροι για την επιλογή του χώρου
Οι γενικοί όροι για την επιλογή μιας τοποθεσίας μπορούν να εξηγηθούν από τις ακόλουθες τέσσερις πτυχές:
(1) Η επιλεγμένη τοποθεσία θα πρέπει να μπορεί να χρησιμοποιεί την ενέργεια του νερού με τον πιο οικονομικό τρόπο και να συμμορφώνεται με την αρχή της εξοικονόμησης κόστους, δηλαδή, μετά την ολοκλήρωση του σταθμού παραγωγής ενέργειας, δαπανώνται τα λιγότερα χρήματα και παράγεται η περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια .Συνήθως μπορεί να μετρηθεί με εκτίμηση των ετήσιων εσόδων από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και της επένδυσης στην κατασκευή του σταθμού για να δούμε πόσο χρόνο μπορεί να ανακτηθεί το επενδυμένο κεφάλαιο.Ωστόσο, οι υδρολογικές και τοπογραφικές συνθήκες είναι διαφορετικές σε διαφορετικά μέρη, και οι ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια είναι επίσης διαφορετικές, επομένως το κόστος κατασκευής και η επένδυση δεν πρέπει να περιορίζονται από ορισμένες αξίες.
(2) Οι τοπογραφικές, γεωλογικές και υδρολογικές συνθήκες της επιλεγμένης τοποθεσίας θα πρέπει να είναι σχετικά ανώτερες και θα πρέπει να υπάρχουν δυνατότητες σχεδιασμού και κατασκευής.Στην κατασκευή μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών, η χρήση δομικών υλικών θα πρέπει να είναι σύμφωνα με την αρχή των «τοπικών υλικών» όσο το δυνατόν περισσότερο.
(3) Η επιλεγμένη τοποθεσία απαιτείται να βρίσκεται όσο το δυνατόν περισσότερο κοντά στην περιοχή τροφοδοσίας και επεξεργασίας ρεύματος για να μειωθεί η επένδυση σε εξοπλισμό μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας και η απώλεια ισχύος.
(4) Κατά την επιλογή του χώρου, οι υπάρχουσες υδραυλικές κατασκευές θα πρέπει να χρησιμοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο.Για παράδειγμα, η σταγόνα νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού σε ένα αρδευτικό κανάλι ή ένας υδροηλεκτρικός σταθμός μπορεί να κατασκευαστεί δίπλα σε μια δεξαμενή άρδευσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη ροή άρδευσης, και ούτω καθεξής.Επειδή αυτοί οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί μπορούν να πληρούν την αρχή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όταν υπάρχει νερό, η οικονομική τους σημασία είναι πιο εμφανής.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Μαΐου 2022
