Vesivoimalla muutetaan luonnollisten jokien vesienergiaa ihmisten käytettäväksi sähköksi.Sähköntuotannossa käytetään erilaisia energialähteitä, kuten aurinkoenergiaa, jokien vesivoimaa ja ilmavirran tuottamaa tuulivoimaa.Vesivoimalla tuotetun vesivoiman kustannukset ovat halpoja, ja vesivoimalaitosten rakentaminen voidaan yhdistää myös muihin vesihuoltoprojekteihin.Maamme on erittäin rikas vesivoimavaroista ja olosuhteet ovat myös erittäin hyvät.Vesivoimalla on tärkeä rooli kansantalouden rakentamisessa.
Joen yläjuoksun vedenkorkeus on korkeampi kuin sen alajuoksun vedenkorkeus.Joen vedenkorkeuseron vuoksi syntyy vesienergiaa.Tätä energiaa kutsutaan potentiaalienergiaksi tai potentiaalienergiaksi.Joen veden korkeuseroa kutsutaan pudotukseksi, jota kutsutaan myös vedenkorkeudeksi tai vesipääksi.Tämä pudotus on perusedellytys hydraulivoiman muodostumiselle.Lisäksi hydraulisen tehon suuruus riippuu myös joen veden virtauksen suuruudesta, mikä on toinen yhtä tärkeä perusehto kuin pudotus.Sekä pudotus että virtaus vaikuttavat suoraan hydraulitehoon;mitä suurempi pisaran vesitilavuus, sitä suurempi on hydrauliteho;jos pudotus ja vesitilavuus ovat suhteellisen pieniä, vesivoimalaitoksen teho on pienempi.
Pudotus ilmaistaan yleensä metreinä.Gradientti on pudotuksen ja etäisyyden suhde, joka voi osoittaa pudotuksen pitoisuuden asteen.Pudotus on keskittyneempi ja hydraulivoiman käyttö on kätevämpää.Vesivoimalaitoksen käyttämä pudotus on vesivoimalaitoksen ylävirran vedenpinnan ja alavirran vesipinnan erotus turbiinin läpi kulkemisen jälkeen.
Virtaus on joessa aikayksikköä kohti virtaavan veden määrä, ja se ilmaistaan kuutiometreinä sekunnissa.Yksi kuutiometri vettä on yksi tonni.Joen virtaus muuttuu milloin tahansa, joten kun puhumme virtauksesta, meidän on selitettävä tietyn paikan aika, jolloin se virtaa.Virtaus muuttuu ajan myötä erittäin merkittävästi.Maamme jokien virtaama on yleensä suuri sadekaudella kesällä ja syksyllä ja suhteellisen pieni talvella ja keväällä.Yleensä joen virtaama ylävirtaan on suhteellisen pieni;koska sivujoet sulautuvat yhteen, myötävirtaus vähitellen kasvaa.Siksi, vaikka ylävirran pisara on keskittynyt, virtaus on pieni;alavirran virtaus on suuri, mutta pudotus on suhteellisen hajallaan.Siksi on usein edullisinta hyödyntää hydraulivoimaa joen keskijuoksulla.
Kun tiedetään vesivoimalaitoksen käyttämä pudotus ja virtaus, sen teho voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
N = GQH
Kaavassa N-tehoa kilowatteina voidaan kutsua myös tehoksi;
Q-virtaus, kuutiometreinä sekunnissa;
H – pudotus metreinä;
G = 9,8 , on painovoiman kiihtyvyys, yksikkö: Newton/kg
Yllä olevan kaavan mukaan teoreettinen teho lasketaan vähentämättä häviöitä.Itse asiassa vesivoiman tuotantoprosessissa turbiineilla, voimansiirtolaitteilla, generaattoreilla jne. kaikilla on väistämätön tehohäviö.Siksi teoreettinen teho tulee diskontata, eli todellinen teho, jota voimme käyttää, tulisi kertoa hyötysuhdekertoimella (symboli: K).
Vesivoimalaitoksen generaattorin suunniteltua tehoa kutsutaan nimellistehoksi ja todellista tehoa todelliseksi tehoksi.Energian muunnosprosessissa on väistämätöntä menettää osa energiasta.Vesivoiman tuotannossa tapahtuu pääasiassa turbiinien ja generaattoreiden häviöitä (häviöitä on myös putkistoissa).Maaseudun mikrovesivoimalaitoksen erilaiset häviöt muodostavat noin 40-50 % teoreettisesta kokonaistehosta, joten vesivoimalaitoksen teho voi itse asiassa käyttää vain 50-60 % teoreettisesta tehosta, eli hyötysuhde on n. 0,5-0,60 (josta turbiinin hyötysuhde on 0,70-0,85, generaattoreiden hyötysuhde 0,85-0,90 ja putkistojen ja siirtolaitteiden hyötysuhde 0,80-0,85).Siksi vesivoimalaitoksen todellinen teho (teho) voidaan laskea seuraavasti:
K-vesivoimalaitoksen hyötysuhde (0,5～0,6) on käytetty mikrovesivoimalaitoksen karkeassa laskennassa;tämä arvo voidaan yksinkertaistaa seuraavasti:
N=(0,5～0,6)QHG Todellinen teho = hyötysuhde × virtaus × pudotus × 9,8
Vesivoiman käyttö on vesivoiman käyttöä koneen, jota kutsutaan vesiturbiiniksi, kuljettamiseen.Esimerkiksi maamme ikivanha vesipyörä on hyvin yksinkertainen vesiturbiini.Nykyään käytetyt erilaiset hydrauliturbiinit on sovitettu erilaisiin erityisiin hydraulisiin olosuhteisiin, jotta ne pystyvät pyörimään tehokkaammin ja muuttamaan vesienergiaa mekaaniseksi energiaksi.Turbiiniin on kytketty toisenlainen koneisto, generaattori, jolloin generaattorin roottori pyörii turbiinin mukana tuottaen sähköä.Generaattori voidaan jakaa kahteen osaan: turbiinin mukana pyörivään osaan ja generaattorin kiinteään osaan.Turbiiniin kytkettyä ja pyörivää osaa kutsutaan generaattorin roottoriksi, ja roottorin ympärillä on monia magneettisia napoja;roottorin ympärillä oleva ympyrä on generaattorin kiinteä osa, jota kutsutaan generaattorin staattoriksi, ja staattori on kääritty useilla kuparikäämeillä.Kun monta roottorin magneettinapaa pyörii staattorin kuparikäämien keskellä, kuparijohtimiin muodostuu virtaa ja generaattori muuttaa mekaanisen energian sähköenergiaksi.
Voimalaitoksen tuottama sähköenergia muunnetaan erilaisten sähkölaitteiden avulla mekaaniseksi energiaksi (sähkömoottori tai moottori), valoenergiaksi (sähkölamppu), lämpöenergiaksi (sähköuuni) ja niin edelleen.
vesivoimalan kokoonpano
Vesivoimalaitoksen kokoonpano sisältää: hydrauliset rakenteet, mekaaniset laitteet ja sähkölaitteet.
(1) Hydrauliset rakenteet
Siinä on patoja (patoja), imuportteja, kanavia (tai tunneleita), painekeulasäiliöitä (tai säätösäiliöitä), paineputkia, voimalaitoksia ja peräkiskoja jne.
Jokeen rakennetaan pato, joka tukkii joen veden ja nostaa veden pintaa säiliön muodostamiseksi.Tällä tavalla padon (padon) säiliön vedenpinnan ja padon alapuolella olevan joen vedenpinnan väliin muodostuu tiivistetty pisara, jonka jälkeen vesi johdetaan vesiputkien avulla vesivoimalaitokseen. tai tunneleita.Suhteellisen jyrkissä joissa myös kiertokanavien käyttö voi muodostaa pudotuksen.Esimerkiksi: Luonnollisen joen pudotus kilometriä kohden on yleensä 10 metriä.Jos tämän jokiosuuden yläpäähän avataan väylä jokiveden tuomiseksi, väylä kaivetaan jokea pitkin ja väylän kaltevuus on tasaisempi.Jos putoaminen väylässä tehdään kilometriä kohden Se putosi vain 1 metri, joten vesi virtasi kanavassa 5 kilometriä ja veden pinta putosi vain 5 metriä, kun taas vesi putosi 50 metriä kuljettuaan 5 kilometriä luonnollisessa väylässä .Tällä hetkellä kanavan vesi johdetaan vesiputkella tai tunnelilla takaisin voimalaitokselle joen varrella ja siellä on tiivistetty 45 metrin pudotus, jolla voidaan tuottaa sähköä.Kuva 2
Ohjauskanavien, tunneleiden tai vesiputkien (kuten muoviputkien, teräsputkien, betoniputkien jne.) käyttöä vesivoimalaitoksen muodostamiseksi tiivistetyllä putoamalla kutsutaan kiertokanavavesivoimalaitokseksi, joka on tyypillinen vesivoimaloiden layout. .
(2) Mekaaniset ja sähkölaitteet
Vesivoimalaitos tarvitsee edellä mainittujen hydraulitöiden (padot, kanavat, etupihat, paineputket, työpajat) lisäksi myös seuraavat laitteet:
(1) Mekaaniset laitteet
Siellä on turbiineja, säätimiä, luistiventtiilejä, voimansiirtolaitteita ja ei-generoivia laitteita.
(2) Sähkölaitteet
Siellä on generaattoreita, jakelun ohjauspaneeleja, muuntajia ja siirtolinjoja.
Kaikilla pienillä vesivoimalaitoksilla ei kuitenkaan ole edellä mainittuja hydraulisia rakenteita sekä mekaanisia ja sähkölaitteita.Jos vesikorkeus on alle 6 metriä matalapaineisessa vesivoimalaitoksessa, käytetään yleensä vesijohtokanavaa ja avokanavavesikanavaa, eikä siinä ole paineetuallasta ja painevesiputkia.Voimalaitoksissa, joissa on pieni tehonsyöttöalue ja lyhyt lähetysetäisyys, käytetään suoraa voimansiirtoa eikä muuntajaa tarvita.Vesivoimalaitoksilla, joissa on altaita, ei tarvitse rakentaa patoja.Syvien imuaukkojen, patojen sisäputkien (tai tunneleiden) ja ylivuotoaukkojen käyttö eliminoi hydraulisten rakenteiden, kuten patojen, imuporttien, kanavien ja painekeula-altaiden, tarpeen.
Vesivoimalaitoksen rakentaminen edellyttää ennen kaikkea huolellista kartoitus- ja suunnittelutyötä.Suunnittelutyössä on kolme suunnitteluvaihetta: esisuunnittelu, tekninen suunnittelu ja rakentamisen yksityiskohdat.Suunnittelutyön onnistumiseksi on ensin suoritettava perusteellinen kartoitus eli paikallisten luonnon- ja talousolosuhteiden – eli topografian, geologian, hydrologian, pääoman ja niin edelleen – ymmärtäminen.Suunnittelun oikeellisuus ja luotettavuus voidaan taata vasta näiden tilanteiden hallitsemisen ja analysoinnin jälkeen.
Pienten vesivoimalaitosten komponentit ovat eri muotoisia vesivoimalaitoksen tyypistä riippuen.
3. Topografinen tutkimus
Topografisen mittaustyön laadulla on suuri vaikutus suunnittelun layoutiin ja suunnittelumäärän arviointiin.
Geologinen tutkimus (geologisten olosuhteiden ymmärtäminen) vedenjakajan ja joen varrella olevan geologian yleisen ymmärryksen ja tutkimuksen lisäksi on myös ymmärrettävä, onko konehuoneen perustus vankka, mikä vaikuttaa suoraan voiman turvallisuuteen asema itse.Kun pato, jolla on tietty tilavuus, tuhoutuu, se ei ainoastaan vahingoita itse vesivoimalaa, vaan myös aiheuttaa valtavia ihmishenkien ja omaisuuden menetyksiä alavirtaan.
4. Hydrologinen testi
Vesivoimaloiden kannalta tärkeimmät hydrologiset tiedot ovat jokien vedenkorkeuden, virtauksen, sedimentin pitoisuuden, jääolosuhteiden, säätiedot ja tulvatutkimustiedot.Joen virtauksen koko vaikuttaa vesivoimalaitoksen valuma-altaan sijoitteluun.Tulvan vakavuuden aliarvioiminen aiheuttaa padon vaurioita;joen kantama sedimentti voi pahimmassa tapauksessa täyttää säiliön nopeasti.Esimerkiksi sisäänvirtauskanava saa kanavan liettymään ja karkearakeinen sedimentti kulkee turbiinin läpi ja aiheuttaa turbiinin kulumista.Siksi vesivoimalaitosten rakentamisessa on oltava riittävät hydrologiset tiedot.
Siksi ennen vesivoimalaitoksen rakentamispäätöstä on selvitettävä sähköntuotantoalueen taloudellisen kehityksen suunta ja tulevaisuuden sähkön kysyntä.Arvioi samalla kehitysalueen muiden voimalähteiden tilanne.Vasta edellä olevan tilanteen tutkimisen ja analysoinnin jälkeen voimme päättää, onko vesivoimalaitoksen rakentaminen tarpeen ja kuinka suuri sen mittakaava on oltava.
Yleisesti vesivoimamittaustyön tarkoituksena on tuottaa oikeaa ja luotettavaa perustietoa, jota tarvitaan vesivoimalaitosten suunnittelussa ja rakentamisessa.
5. Paikan valinnan yleiset ehdot
Sivuston valinnan yleiset ehdot voidaan selittää seuraavista neljästä näkökulmasta:
(1) Valitun kohteen tulee pystyä hyödyntämään vesienergiaa edullisimmalla tavalla ja noudattamaan kustannussäästön periaatetta, eli voimalaitoksen valmistuttua kuluu vähiten rahaa ja tuotetaan eniten sähköä .Yleensä sitä voidaan mitata arvioimalla vuosittaiset sähköntuotannon tuotot ja aseman rakentamiseen investoituvat investoinnit, jotta nähdään, kuinka kauan sijoitettu pääoma saadaan takaisin.Hydrologiset ja topografiset olosuhteet ovat kuitenkin erilaiset eri paikoissa ja myös sähköntarpeet ovat erilaisia, joten rakennuskustannuksia ja investointeja ei pidä rajoittaa tietyillä arvoilla.
(2) Valitun alueen topografisten, geologisten ja hydrologisten olosuhteiden tulee olla suhteellisen paremmat, ja suunnittelussa ja rakentamisessa tulee olla mahdollisuuksia.Pienten vesivoimaloiden rakentamisessa rakennusmateriaaleja tulee käyttää mahdollisimman pitkälle "paikallisten materiaalien" periaatteen mukaisesti.
(3) Valitun kohteen on oltava mahdollisimman lähellä virransyöttö- ja käsittelyaluetta voimansiirtolaitteistoinvestoinnin ja tehohäviön vähentämiseksi.
(4) Kohdetta valittaessa tulee käyttää mahdollisuuksien mukaan olemassa olevia hydraulisia rakenteita.Vesipisaralla voidaan esimerkiksi rakentaa vesivoimalaitos kastelukanavaan, tai vesivoimala voidaan rakentaa kastelusäiliön viereen tuottamaan sähköä kasteluvirrasta ja niin edelleen.Koska nämä vesivoimalaitokset voivat täyttää periaatteen tuottaa sähköä, kun on vettä, niiden taloudellinen merkitys on selvempi.
Postitusaika: 19.5.2022
