La energía hidroeléctrica consiste en convertir la energía del agua de los ríos naturales en electricidad para que la use la gente.Hay varias fuentes de energía utilizadas en la generación de energía, como la energía solar, la energía hidráulica en los ríos y la energía eólica generada por el flujo de aire.El costo de la generación de energía hidroeléctrica mediante el uso de energía hidroeléctrica es económico, y la construcción de centrales hidroeléctricas también se puede combinar con otros proyectos de conservación del agua.Nuestro país es muy rico en recursos hidroeléctricos y las condiciones también son muy buenas.La energía hidroeléctrica juega un papel importante en la construcción de la economía nacional.
El nivel del agua aguas arriba de un río es más alto que el nivel del agua aguas abajo.Debido a la diferencia en el nivel del agua del río, se genera energía del agua.Esta energía se llama energía potencial o energía potencial.La diferencia entre la altura del agua del río se llama caída, también llamada diferencia de nivel del agua o cabeza de agua.Esta caída es una condición básica para la formación de energía hidráulica.Además, la magnitud de la potencia hidráulica también depende de la magnitud del caudal de agua en el río, que es otra condición básica tan importante como el desnivel.Tanto la caída como el caudal afectan directamente a la potencia hidráulica;cuanto mayor sea el volumen de agua de la gota, mayor será la potencia hidráulica;si la caída y el volumen de agua son relativamente pequeños, la producción de la central hidroeléctrica será menor.
La caída se expresa generalmente en metros.El gradiente es la relación entre la caída y la distancia, que puede indicar el grado de concentración de la gota.La gota está más concentrada y el uso de la energía hidráulica es más conveniente.La gota aprovechada por una central hidroeléctrica es la diferencia entre la superficie de agua aguas arriba de la central hidroeléctrica y la superficie de agua aguas abajo después de pasar por la turbina.
El caudal es la cantidad de agua que fluye en un río por unidad de tiempo, y se expresa en metros cúbicos por segundo.Un metro cúbico de agua es una tonelada.El caudal de un río cambia en cualquier momento, por lo que cuando hablamos del caudal, debemos explicar el tiempo del lugar específico por el que fluye.El flujo cambia muy significativamente en el tiempo.Los ríos de nuestro país generalmente tienen un caudal grande en la época de lluvias en verano y otoño, y relativamente pequeño en invierno y primavera.Generalmente, el caudal del río es relativamente pequeño aguas arriba;debido a que los afluentes se fusionan, el flujo aguas abajo aumenta gradualmente.Por tanto, aunque el descenso aguas arriba sea concentrado, el caudal es pequeño;el flujo aguas abajo es grande, pero la gota está relativamente dispersa.Por lo tanto, a menudo es más económico utilizar energía hidráulica en el curso medio del río.
Conociendo el caudal y el desnivel que utiliza una central hidroeléctrica, se puede calcular su rendimiento mediante la siguiente fórmula:
N= GQH
En la fórmula, la salida de N, en kilovatios, también se puede llamar potencia;
Q–caudal, en metros cúbicos por segundo;
H – caída, en metros;
G = 9.8 , es la aceleración de la gravedad, unidad: Newton/kg
Según la fórmula anterior, la potencia teórica se calcula sin deducir pérdidas.De hecho, en el proceso de generación de energía hidroeléctrica, las turbinas, los equipos de transmisión, los generadores, etc., todos tienen pérdidas de energía inevitables.Por tanto, se debe descontar la potencia teórica, es decir, se debe multiplicar la potencia real que podemos utilizar por el coeficiente de eficiencia (símbolo: K).
La potencia diseñada del generador en la central hidroeléctrica se denomina potencia nominal y la potencia real se denomina potencia real.En el proceso de transformación de la energía, es inevitable perder una parte de la energía.En el proceso de generación hidroeléctrica se presentan principalmente pérdidas de turbinas y generadores (también existen pérdidas en oleoductos).Las diversas pérdidas en la microcentral hidroeléctrica rural representan alrededor del 40-50 % de la potencia teórica total, por lo que la producción de la central hidroeléctrica en realidad solo puede utilizar el 50-60 % de la potencia teórica, es decir, la eficiencia es de aproximadamente 0,5-0,60 (de los cuales la eficiencia de la turbina es de 0,70-0,85, la eficiencia de los generadores es de 0,85 a 0,90 y la eficiencia de las tuberías y el equipo de transmisión es de 0,80 a 0,85).Por lo tanto, la potencia real (salida) de la central hidroeléctrica se puede calcular de la siguiente manera:
K: la eficiencia de la central hidroeléctrica (0,5～0,6) se utiliza en el cálculo aproximado de la microcentral hidroeléctrica;este valor se puede simplificar como:
N=(0.5～0.6)QHG Potencia real=eficiencia×flujo×caída×9.8
El uso de la energía hidroeléctrica consiste en utilizar la energía del agua para impulsar una máquina, que se llama turbina de agua.Por ejemplo, la antigua rueda hidráulica en nuestro país es una turbina de agua muy simple.Las diversas turbinas hidráulicas que se utilizan actualmente se adaptan a diversas condiciones hidráulicas específicas, para que puedan girar de manera más eficiente y convertir la energía del agua en energía mecánica.Otro tipo de maquinaria, un generador, está conectado a la turbina, de modo que el rotor del generador gira con la turbina para generar electricidad.El generador se puede dividir en dos partes: la parte que gira con la turbina y la parte fija del generador.La parte que está conectada a la turbina y gira se llama rotor del generador, y hay muchos polos magnéticos alrededor del rotor;un círculo alrededor del rotor es la parte fija del generador, llamado estator del generador, y el estator está envuelto con muchas bobinas de cobre.Cuando muchos polos magnéticos del rotor giran en medio de las bobinas de cobre del estator, se genera una corriente en los cables de cobre y el generador convierte la energía mecánica en energía eléctrica.
La energía eléctrica generada por la central es transformada en energía mecánica (motor eléctrico o motor), energía lumínica (lámpara eléctrica), energía térmica (horno eléctrico) y así sucesivamente por diversos equipos eléctricos.
La composición de la central hidroeléctrica
La composición de una central hidroeléctrica incluye: estructuras hidráulicas, equipos mecánicos y equipos eléctricos.
(1) Estructuras hidráulicas
Cuenta con vertederos (presas), compuertas de toma, canales (o túneles), tanques de presión (o tanques de regulación), tuberías de presión, casas de máquinas y desagües, etc.
Se construye una presa (dique) en el río para bloquear el agua del río y elevar la superficie del agua para formar un depósito.De esta manera, se forma una gota concentrada entre la superficie del agua del embalse en el vertedero (presa) y la superficie del agua del río debajo de la presa, y luego el agua se introduce en la central hidroeléctrica mediante el uso de tuberías de agua. o túneles.En ríos relativamente empinados, el uso de canales de desviación también puede formar una caída.Por ejemplo: Generalmente, el desnivel por kilómetro de un río natural es de 10 metros.Si se abre un canal en el extremo superior de esta sección del río para introducir el agua del río, el canal se excavará a lo largo del río y la pendiente del canal será más plana.Si el descenso en el cauce se hace por kilómetro Cayó solo 1 metro, por lo que el agua fluyó 5 kilómetros en el cauce, y el espejo de agua solo cayó 5 metros, mientras que el agua cayó 50 metros después de recorrer 5 kilómetros en el cauce natural .En este momento, el agua del canal es conducida de regreso a la planta de energía por el río con una tubería o túnel de agua, y hay una caída concentrada de 45 metros que puede usarse para generar electricidad.Figura 2
El uso de canales de desviación, túneles o tuberías de agua (como tuberías de plástico, tuberías de acero, tuberías de hormigón, etc.) para formar una central hidroeléctrica con una caída concentrada se denomina central hidroeléctrica de canal de desviación, que es un diseño típico de las centrales hidroeléctricas. .
(2) Equipos mecánicos y eléctricos
Además de las obras hidráulicas mencionadas anteriormente (presas, canales, explanadas, tuberías de presión, talleres), la central hidroeléctrica también necesita los siguientes equipos:
(1) Equipo mecánico
Hay turbinas, gobernadores, válvulas de compuerta, equipos de transmisión y equipos no generadores.
(2) Equipo eléctrico
Hay generadores, tableros de control de distribución, transformadores y líneas de transmisión.
Pero no todas las pequeñas centrales hidroeléctricas cuentan con las estructuras hidráulicas y los equipos mecánicos y eléctricos mencionados anteriormente.Si la cabeza de agua es inferior a 6 metros en la central hidroeléctrica de cabeza baja, generalmente se utilizan el canal de guía de agua y el canal de agua de canal abierto, y no hay antepiscina de presión ni tubería de agua a presión.Para las centrales eléctricas con un rango de suministro de energía pequeño y una distancia de transmisión corta, se adopta la transmisión de energía directa y no se requiere transformador.Las centrales hidroeléctricas con embalses no necesitan construir presas.El uso de tomas profundas, tuberías internas de presas (o túneles) y vertederos elimina la necesidad de estructuras hidráulicas como presas, compuertas de toma, canales y piscinas de presión.
Para construir una central hidroeléctrica, en primer lugar, se debe realizar un estudio cuidadoso y un trabajo de diseño.En el trabajo de diseño, hay tres etapas de diseño: diseño preliminar, diseño técnico y detalles de construcción.Para hacer un buen trabajo en el trabajo de diseño, primero es necesario realizar un trabajo topográfico exhaustivo, es decir, comprender completamente las condiciones naturales y económicas locales, es decir, topografía, geología, hidrología, capital, etc.La corrección y confiabilidad del diseño se pueden garantizar solo después de dominar estas situaciones y analizarlas.
Los componentes de las pequeñas centrales hidroeléctricas tienen varias formas según el tipo de central hidroeléctrica.
3. Levantamiento Topográfico
La calidad del trabajo de levantamiento topográfico tiene una gran influencia en el diseño de ingeniería y la estimación de la cantidad de ingeniería.
Exploración geológica (comprensión de las condiciones geológicas) además de la comprensión general y la investigación sobre la geología de la cuenca y a lo largo del río, también es necesario comprender si la base de la sala de máquinas es sólida, lo que afecta directamente la seguridad de la energía. estación en sí.Una vez que se destruya la presa con un cierto volumen de embalse, no solo dañará la central hidroeléctrica en sí, sino que también causará una gran pérdida de vidas y propiedades río abajo.
4. Prueba hidrológica
Para las centrales hidroeléctricas, los datos hidrológicos más importantes son los registros del nivel del agua del río, el caudal, el contenido de sedimentos, las condiciones de formación de hielo, los datos meteorológicos y los datos de estudios de inundaciones.El tamaño del caudal del río afecta a la disposición del aliviadero de la central hidroeléctrica.Subestimar la severidad de la inundación causará el daño de la represa;el sedimento arrastrado por el río puede llenar rápidamente el embalse en el peor de los casos.Por ejemplo, el canal de entrada hará que el canal se llene de sedimentos y el sedimento de grano grueso pasará a través de la turbina y provocará el desgaste de la turbina.Por lo tanto, la construcción de centrales hidroeléctricas debe contar con suficientes datos hidrológicos.
Por lo tanto, antes de decidir construir una central hidroeléctrica, primero debemos investigar la dirección del desarrollo económico en el área de suministro de energía y la futura demanda de electricidad.Al mismo tiempo, estimar la situación de otras fuentes de energía en el área de desarrollo.Solo después de la investigación y el análisis de la situación anterior podemos decidir si es necesario construir la central hidroeléctrica y qué tan grande debe ser la escala.
En general, el propósito del trabajo de levantamiento hidroeléctrico es proporcionar información básica precisa y confiable necesaria para el diseño y construcción de centrales hidroeléctricas.
5. Condiciones generales para la selección del sitio
Las condiciones generales para seleccionar un sitio se pueden explicar a partir de los siguientes cuatro aspectos:
(1) El sitio seleccionado debe poder utilizar la energía del agua de la manera más económica y cumplir con el principio de ahorro de costos, es decir, una vez que se completa la central eléctrica, se gasta la menor cantidad de dinero y se genera la mayor cantidad de electricidad. .Por lo general, se puede medir estimando los ingresos anuales de generación de energía y la inversión en la construcción de la estación para ver cuánto tiempo se puede recuperar el capital invertido.Sin embargo, las condiciones hidrológicas y topográficas son diferentes en diferentes lugares, y las necesidades de electricidad también son diferentes, por lo que el costo de construcción y la inversión no deben estar limitados por ciertos valores.
(2) Las condiciones topográficas, geológicas e hidrológicas del sitio seleccionado deben ser relativamente superiores y debe haber posibilidades en el diseño y la construcción.En la construcción de pequeñas centrales hidroeléctricas, el uso de materiales de construcción debe estar de acuerdo con el principio de "materiales locales" tanto como sea posible.
(3) Se requiere que el sitio seleccionado esté lo más cerca posible del suministro de energía y del área de procesamiento para reducir la inversión en equipos de transmisión de energía y la pérdida de energía.
(4) Al seleccionar el sitio, las estructuras hidráulicas existentes deben utilizarse tanto como sea posible.Por ejemplo, la gota de agua se puede utilizar para construir una central hidroeléctrica en un canal de riego, o se puede construir una central hidroeléctrica junto a un embalse de riego para generar electricidad a partir del caudal de riego, y así sucesivamente.Debido a que estas plantas hidroeléctricas pueden cumplir con el principio de generar electricidad cuando hay agua, su importancia económica es más obvia.
Hora de publicación: 19-may-2022
