A vízenergia-termelés áttekintése

A vízenergia célja a természetes folyók vízenergiájának elektromos energiává alakítása, amelyet az emberek használhatnak.Az energiatermelésben különféle energiaforrásokat használnak, mint például a napenergia, a folyók vízenergiája és a légáram által termelt szélenergia.A vízenergiával történő vízenergia-termelés költsége olcsó, és a vízerőművek építése más vízgazdálkodási projektekkel is kombinálható.Hazánk vízenergia-kincsekben nagyon gazdag és a feltételek is nagyon jók.A vízenergia fontos szerepet játszik a nemzetgazdaság felépítésében.
A folyó felső vízszintje magasabb, mint a folyó alsó vízszintje.A folyó vízszintkülönbsége miatt vízenergia keletkezik.Ezt az energiát potenciális energiának vagy potenciális energiának nevezik.A folyóvíz magassága közötti különbséget esésnek, vízszint-különbségnek vagy vízmagasságnak is nevezik.Ez az esés alapfeltétele a hidraulikus teljesítmény kialakulásának.Emellett a hidraulikus teljesítmény nagysága a folyó vízhozamának nagyságától is függ, ami egy másik olyan fontos alapfeltétel, mint a vízesés.Mind a csepp, mind az áramlás közvetlenül befolyásolja a hidraulikus teljesítményt;minél nagyobb a csepp vízmennyisége, annál nagyobb a hidraulikus teljesítmény;Ha a vízesés és a víztérfogat viszonylag kicsi, akkor a vízerőmű teljesítménye kisebb lesz.
Az esést általában méterben fejezik ki.A gradiens az esés és a távolság aránya, amely jelezheti a cseppkoncentráció mértékét.A csepp koncentráltabb, és kényelmesebb a hidraulikus erő használata.A vízerőmű által használt csepp a vízerőmű felső vízfelülete és a turbinán való áthaladás utáni vízfelület közötti különbség.

Az áramlás a folyóban időegység alatt átfolyó víz mennyisége, és köbméterben van kifejezve egy másodperc alatt.Egy köbméter víz egy tonna.Egy folyó áramlása bármikor változik, ezért amikor áramlásról beszélünk, meg kell magyarázni az adott hely idejét, ahol folyik.Az áramlás időben jelentősen változik.Hazánkban a folyók csapadékos évszakban nyáron és ősszel általában nagy, télen és tavasszal viszonylag kicsik.Általában a folyó vízhozama viszonylag kicsi a felvízben;mivel a mellékfolyók összeolvadnak, a lefelé irányuló áramlás fokozatosan növekszik.Ezért, bár a felfelé irányuló csepp koncentrált, az áramlás kicsi;a lefelé irányuló áramlás nagy, de a csepp viszonylag szórt.Ezért gyakran a leggazdaságosabb a hidraulikus energia hasznosítása a folyó középső szakaszán.
A vízerőmű által használt esés és áramlás ismeretében a teljesítménye a következő képlettel számítható ki:
N = GQH
A képletben a kilowattban kifejezett N–kimenetet teljesítménynek is nevezhetjük;
Q-áramlás, köbméter per másodpercben;
H – esés, méterben;
G = 9,8 , a gravitáció gyorsulása, mértékegysége: Newton/kg
A fenti képlet szerint az elméleti teljesítményt veszteségek levonása nélkül számítjuk ki.Valójában a vízenergia-termelés folyamatában a turbinák, az átviteli berendezések, a generátorok stb. elkerülhetetlen teljesítményveszteséggel járnak.Ezért az elméleti teljesítményt diszkontálni kell, vagyis az általunk felhasználható tényleges teljesítményt meg kell szorozni a hatékonysági együtthatóval (jele: K).
A vízerőműben a generátor tervezett teljesítményét névleges teljesítménynek, a tényleges teljesítményt pedig tényleges teljesítménynek nevezzük.Az energia átalakulás során elkerülhetetlen az energia egy részének elvesztése.A vízenergia-termelés során elsősorban a turbinák és a generátorok veszteségei vannak (csővezetékekben is vannak veszteségek).A vidéki mikrovízi erőműben a különböző veszteségek a teljes elméleti teljesítmény mintegy 40-50%-át teszik ki, így a vízerőmű teljesítménye valójában csak az elméleti teljesítmény 50-60%-át tudja felhasználni, vagyis a hatásfok kb. 0,5-0,60 (ebből a turbina hatásfoka 0,70-0,85, a generátorok hatásfoka 0,85-0,90, a csővezetékek és az átviteli berendezések hatásfoka 0,80-0,85).Ezért a vízerőmű tényleges teljesítménye (kimenete) a következőképpen számítható ki:
K – a vízerőmű hatásfoka, (0,5～0,6) a mikrovízerőmű hozzávetőleges számításánál;ez az érték a következőképpen egyszerűsíthető:
N=(0,5～0,6)QHG Tényleges teljesítmény=hatékonyság×áramlás×esés×9,8
A vízenergia felhasználása a vízenergia felhasználása egy gép meghajtására, amelyet vízturbinának neveznek.Például az ősi vízikerék nálunk egy nagyon egyszerű vízturbina.A jelenleg használt különféle hidraulikus turbinák különféle speciális hidraulikus feltételekhez vannak igazítva, így hatékonyabban tudnak forogni és a vízenergiát mechanikai energiává alakítani.A turbinához egy másik fajta gép, egy generátor csatlakozik, így a generátor forgórésze a turbinával együtt forog elektromos áramot termelve.A generátor két részre osztható: a turbinával együtt forgó részre és a generátor rögzített részére.A turbinához kapcsolódó és forgó részt a generátor forgórészének nevezik, és a rotor körül sok mágneses pólus van;a forgórész körül egy kör a generátor rögzített része, amelyet a generátor állórészének neveznek, és az állórészt sok réztekercs veszi körül.Amikor a forgórész sok mágneses pólusa forog az állórész réztekercseinek közepén, a rézhuzalokon áram keletkezik, és a generátor a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja.
Az erőmű által termelt villamos energiát különféle elektromos berendezések alakítják át mechanikai energiává (villanymotor vagy motor), fényenergiává (villanylámpa), hőenergiává (elektromos kemence) és így tovább.
a vízerőmű összetétele
A vízerőmű összetétele a következőket tartalmazza: hidraulikus szerkezetek, gépészeti berendezések és elektromos berendezések.
(1) Hidraulikus szerkezetek
Vannak benne gátak (gátak), szívókapuk, csatornák (vagy alagutak), nyomás alatti elülső tartályok (vagy szabályozó tartályok), nyomócsövek, erőművek és hátsó láncok stb.
A folyóban egy gátat (gátat) építenek, amely elzárja a folyó vizét és megemeli a víz felszínét, hogy tározót képezzen.Ily módon a gáton (gáton) lévő tározó vízfelülete és a gát alatti folyó vízfelülete között koncentrált csepp jön létre, majd a vizet vízvezetékek segítségével vezetik be a vízerőműbe. vagy alagutak.Viszonylag meredek folyókban a terelőcsatornák használata is esést képezhet.Például: Általában egy természetes folyó kilométerenkénti esése 10 méter.Ha a folyó ezen szakaszának felső végén csatornát nyitnak a folyóvíz bevezetésére, a csatorna a folyó mentén kiásásra kerül, és a csatorna lejtése laposabb lesz.Ha kilométerenként történik a meder esés Csak 1 métert esett, így a víz 5 kilométert folyt le a csatornában, és a vízfelület csak 5 métert esett, míg a természetes mederben 5 kilométer megtétele után a víz 50 métert esett .Ekkor a csatornából a vizet vízvezetékkel vagy alagúttal a folyón vezetik vissza az erőműbe, és ott koncentrált, 45 méteres esés van, amivel áramot lehet termelni.2. ábra

Az elterelő csatornák, alagutak vagy vízvezetékek (például műanyag csövek, acélcsövek, betoncsövek stb.) koncentrált eséssel rendelkező vízerőmű kialakítását elterelő csatornás vízerőműnek nevezzük, amely a vízerőművek tipikus elrendezése. .
(2) Mechanikai és elektromos berendezések
A vízerőműhöz a fent említett hidraulikus munkákon (gát, csatornák, előterek, nyomócsövek, műhelyek) kívül az alábbi berendezésekre is szükség van:
(1) Mechanikus berendezések
Vannak turbinák, szabályozók, tolózárak, sebességváltó berendezések és nem termelő berendezések.
(2) Elektromos berendezések
Vannak generátorok, elosztó központok, transzformátorok és távvezetékek.
De nem minden kis vízerőmű rendelkezik a fent említett hidraulikus szerkezetekkel, mechanikai és elektromos berendezésekkel.Ha a vízmagasság kevesebb, mint 6 méter az alacsony vízerőműben, akkor általában a vízvezető csatornát és a nyílt csatornás vízcsatornát használják, és nincs nyomás alatti előmedence és nyomóvízcső.A kis tápellátási hatótávolságú és rövid átviteli távolságú erőműveknél közvetlen energiaátvitelt alkalmaznak, és nincs szükség transzformátorra.A tározóval rendelkező vízerőműveknek nem kell gátakat építeni.A mély beömlőnyílások, a gátak belső csövek (vagy alagutak) és a kiömlő utak használata szükségtelenné teszi a hidraulikus szerkezeteket, például gátakat, szívókapukat, csatornákat és nyomású előmedencéket.
A vízerőmű építéséhez mindenekelőtt gondos felmérést és tervezési munkát kell végezni.A tervezési munkában három tervezési szakasz van: előtervezés, műszaki tervezés és kivitelezési részletezés.A tervezési munkák jó elvégzéséhez először alapos felmérési munkák elvégzése szükséges, vagyis a helyi természeti és gazdasági viszonyok – azaz domborzati, geológiai, hidrológiai, tőke stb. – teljes megértése.A tervezés helyessége és megbízhatósága csak ezen helyzetek elsajátítása és elemzése után garantálható.
A kis vízerőművek alkatrészei a vízerőmű típusától függően változatos formájúak.
3. Topográfiai felmérés
A topográfiai felmérési munka minősége nagyban befolyásolja a mérnöki elrendezést és a mérnöki mennyiség becslését.
A földtani feltárás (geológiai viszonyok megértése) a vízgyűjtő és a folyó menti geológiájának általános megértése és kutatása mellett azt is tudni kell, hogy a gépterem alapja szilárd-e, ami közvetlenül befolyásolja az erőmű biztonságát. maga az állomás.Amint egy bizonyos tározótérfogatú duzzasztógát megsemmisül, az nemcsak magát a vízerőművet fogja károsítani, hanem hatalmas ember- és vagyonveszteséget is okoz a folyásirányban.
4. Hidrológiai vizsgálat
A vízerőműveknél a legfontosabb hidrológiai adatok a folyók vízállásáról, vízhozamáról, hordaléktartalmáról, jegesedési viszonyairól, meteorológiai adatokról és árvízfelvételi adatokról.A vízhozam nagysága befolyásolja a vízerőmű kiömlésének elrendezését.Az árvíz súlyosságának alábecsülése a gát károsodását okozza;a folyó által szállított üledék legrosszabb esetben is gyorsan megtöltheti a tározót.Például a beömlő csatorna a csatorna feliszapolását okozza, és a durva szemcsés üledék áthalad a turbinán, és a turbina kopását okozza.Ezért a vízerőművek építéséhez elegendő hidrológiai adattal kell rendelkeznie.
Ezért, mielőtt a vízerőmű építése mellett döntenénk, először is meg kell vizsgálnunk az áramszolgáltatási területen a gazdasági fejlődés irányát és a jövőbeni villamosenergia-igényt.Ugyanakkor becsülje meg a fejlesztési területen lévő egyéb áramforrások helyzetét.Csak a fenti helyzet kutatása és elemzése után tudjuk eldönteni, hogy szükséges-e a vízerőmű építése, és mekkora legyen a méret.
Általánosságban elmondható, hogy a vízerőművi felmérési munkák célja a vízerőművek tervezéséhez és építéséhez szükséges pontos és megbízható alapinformációk nyújtása.
5. A helyszínválasztás általános feltételei
A helyszín kiválasztásának általános feltételei a következő négy szempont alapján magyarázhatók:
(1) A kiválasztott telephelynek képesnek kell lennie a vízenergia leggazdaságosabb hasznosítására, és meg kell felelnie a költségtakarékosság elvének, vagyis az erőmű elkészülte után a legkevesebb pénzt költenek el és a legtöbb villamos energiát termelik. .Általában az éves áramtermelési bevétel és az állomásépítési beruházás becslésével mérhető, hogy mennyi idő alatt térülhet meg a befektetett tőke.A hidrológiai és domborzati adottságok azonban helyenként eltérőek, illetve a villamosenergia-igények is eltérőek, így az építési költséget és a beruházást bizonyos értékek ne korlátozzák.
(2) A kiválasztott helyszín domborzati, geológiai és hidrológiai adottságai viszonylag jobbak legyenek, tervezési és kivitelezési lehetőségek legyenek.A kis vízerőművek építésénél az építőanyag-felhasználás lehetőleg a „helyi anyagok” elvének megfelelő legyen.
(3) A kiválasztott telephelynek a lehető legközelebb kell lennie az áramellátáshoz és a feldolgozási területhez, hogy csökkentse az energiaátviteli berendezések beruházását és az energiaveszteséget.
(4) A helyszín kiválasztásakor lehetőség szerint a meglévő vízműtárgyakat kell kihasználni.Például a vízcsepp felhasználható vízerőmű építésére egy öntözőcsatornában, vagy vízerőmű építhető egy öntözőtározó mellé, hogy az öntözőáramból villamos energiát állítsanak elő, és így tovább.Mivel ezek a vízerőművek képesek megfelelni a villamosenergia-termelés elvének, ha van víz, gazdasági jelentőségük nyilvánvalóbb.