Հիդրոէլեկտրակայանների արտադրության ակնարկ

Հիդրոէներգիան բնական գետերի ջրային էներգիան էլեկտրականության վերածելն է, որպեսզի մարդիկ օգտագործեն:Էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ օգտագործվում են էներգիայի տարբեր աղբյուրներ, ինչպիսիք են արևային էներգիան, գետերի ջրային էներգիան և օդի հոսքից առաջացած քամու էներգիան:Հիդրոէլեկտրակայանների օգտագործմամբ հիդրոէներգիայի արտադրության արժեքը էժան է, և հիդրոէլեկտրակայանների կառուցումը կարող է զուգակցվել նաև ջրի պահպանման այլ նախագծերի հետ։Մեր երկիրը շատ հարուստ է հիդրոէներգետիկ ռեսուրսներով, պայմանները նույնպես շատ լավ են։Հիդրոէներգիան կարևոր դեր է խաղում ազգային տնտեսության կառուցման գործում։
Գետի վերին հոսանքի ջրի մակարդակն ավելի բարձր է, քան նրա ներքևի ջրի մակարդակը:Գետի ջրի մակարդակի տարբերության պատճառով առաջանում է ջրային էներգիա։Այս էներգիան կոչվում է պոտենցիալ էներգիա կամ պոտենցիալ էներգիա:Գետի ջրի բարձրության տարբերությունը կոչվում է կաթիլ, որը նաև կոչվում է ջրի մակարդակի տարբերություն կամ ջրի գլուխ։Այս անկումը հիդրավլիկ հզորության ձևավորման հիմնական պայմանն է:Բացի այդ, հիդրավլիկ հզորության մեծությունը կախված է նաև գետում ջրի հոսքի մեծությունից, որը ևս մեկ հիմնական պայման է, որքան կաթիլը:Ե՛վ անկումը, և՛ հոսքը ուղղակիորեն ազդում են հիդրավլիկ հզորության վրա.որքան մեծ է անկման ջրի ծավալը, այնքան մեծ է հիդրավլիկ հզորությունը.եթե անկումը և ջրի ծավալը համեմատաբար փոքր են, ՀԷԿ-ի թողարկումն ավելի փոքր կլինի։
Անկումը հիմնականում արտահայտվում է մետրերով։Գրադիենտը անկման և հեռավորության հարաբերակցությունն է, որը կարող է ցույց տալ անկման կոնցենտրացիայի աստիճանը:Կաթիլն ավելի կենտրոնացված է, իսկ հիդրավլիկ էներգիայի օգտագործումն ավելի հարմար է։ՀԷԿ-ի կողմից օգտագործվող կաթիլը տարբերությունն է հիդրոէլեկտրակայանի վերին հոսանքի ջրի մակերեսի և տուրբինի միջով անցնելուց հետո ջրի մակերևույթի միջև:

Հոսքը գետում հոսող ջրի քանակությունն է մեկ վայրկյանում, և այն արտահայտվում է խորանարդ մետրերով մեկ վայրկյանում։Մեկ խորանարդ մետր ջուրը մեկ տոննա է։Գետի հոսքը փոխվում է ցանկացած պահի, ուստի երբ խոսում ենք հոսքի մասին, պետք է բացատրել այն կոնկրետ վայրի ժամանակը, որտեղ այն հոսում է:Հոսքը շատ էականորեն փոխվում է ժամանակի ընթացքում։Մեր երկրի գետերը հիմնականում մեծ հոսք են ունենում ամռանը և աշնանը անձրևների սեզոնին, իսկ ձմռանն ու գարնանը՝ համեմատաբար փոքր։Ընդհանուր առմամբ, գետի հոսքը համեմատաբար փոքր է վերին հոսանքում.քանի որ վտակները միաձուլվում են, հոսանքն ի վար աստիճանաբար մեծանում է։Հետևաբար, չնայած հոսանքին հակառակ անկումը կենտրոնացած է, հոսքը փոքր է.հոսանքն ի վար հոսքը մեծ է, բայց անկումը համեմատաբար ցրված է:Հետևաբար, հաճախ առավել խնայող է գետի միջին հոսանքների հիդրավլիկ էներգիան օգտագործելը:
Իմանալով հիդրոէլեկտրակայանի կողմից օգտագործվող անկումը և հոսքը, դրա ելքը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
N= GQH
Բանաձևում N–ելքը, կիլովատներով, կարելի է անվանել նաև հզորություն.
Q– հոսք, խորանարդ մետր վայրկյանում;
H - կաթիլ, մետրերով;
G = 9,8 , ծանրության արագացումն է, միավորը՝ Նյուտոն/կգ
Վերոնշյալ բանաձևի համաձայն՝ տեսական հզորությունը հաշվարկվում է առանց կորուստների հանելու։Փաստորեն, հիդրոէներգիայի արտադրության գործընթացում տուրբինները, փոխանցման սարքավորումները, գեներատորները և այլն, բոլորն էլ ունենում են էներգիայի անխուսափելի կորուստներ։Հետևաբար, տեսական հզորությունը պետք է զեղչվի, այսինքն՝ փաստացի հզորությունը, որը մենք կարող ենք օգտագործել, պետք է բազմապատկենք արդյունավետության գործակցով (նշանը՝ K):
Հիդրոէլեկտրակայանում գեներատորի նախագծված հզորությունը կոչվում է անվանական հզորություն, իսկ իրական հզորությունը՝ փաստացի։Էներգիայի փոխակերպման գործընթացում անխուսափելի է կորցնել էներգիայի մի մասը։Հիդրոէներգիայի արտադրության գործընթացում հիմնականում լինում են տուրբինների և գեներատորների կորուստներ (կորուստներ կան նաև խողովակաշարերում)։Գյուղական միկրոհիդրոէլեկտրակայանում տարբեր կորուստները կազմում են ընդհանուր տեսական հզորության մոտ 40-50%-ը, ուստի ՀԷԿ-ի արտադրանքը իրականում կարող է օգտագործել տեսական հզորության միայն 50-60%-ը, այսինքն՝ արդյունավետությունը մոտ է. |Այսպիսով, հիդրոէլեկտրակայանի փաստացի հզորությունը (ելքը) կարելի է հաշվարկել հետևյալ կերպ.
K– ՀԷԿ-ի արդյունավետությունը, (0,5-0,6) օգտագործվում է միկրոհիդրոէլեկտրակայանի մոտավոր հաշվարկում.այս արժեքը կարելի է պարզեցնել հետևյալ կերպ.
N=(0,5~0,6)QHG Փաստացի հզորություն=արդյունավետություն×հոսք×կաթիլ×9,8
Հիդրոէներգիայի օգտագործումը մեքենան մղելու համար ջրի էներգիայի օգտագործումն է, որը կոչվում է ջրային տուրբին:Օրինակ, մեր երկրում հնագույն ջրային անիվը շատ պարզ ջրային տուրբին է։Ներկայումս օգտագործվող տարբեր հիդրավլիկ տուրբինները հարմարեցված են տարբեր հատուկ հիդրավլիկ պայմաններին, որպեսզի նրանք կարողանան ավելի արդյունավետ պտտվել և ջրի էներգիան վերածել մեխանիկական էներգիայի:Մեկ այլ տեսակի մեքենա՝ գեներատորը, միացված է տուրբինին, այնպես որ գեներատորի ռոտորը տուրբինի հետ պտտվում է՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։Գեներատորը կարելի է բաժանել երկու մասի՝ տուրբինի հետ պտտվող մասի և գեներատորի ֆիքսված մասի։Այն մասը, որը միացված է տուրբինին և պտտվում է, կոչվում է գեներատորի ռոտոր, իսկ ռոտորի շուրջ կան բազմաթիվ մագնիսական բևեռներ;ռոտորի շուրջ շրջանագիծը գեներատորի ֆիքսված մասն է, որը կոչվում է գեներատորի ստատոր, իսկ ստատորը փաթաթված է բազմաթիվ պղնձե պարույրներով:Երբ ռոտորի բազմաթիվ մագնիսական բևեռներ պտտվում են ստատորի պղնձե պարույրների մեջտեղում, պղնձե լարերի վրա հոսանք է առաջանում, և գեներատորը մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի։
Էլեկտրակայանի արտադրած էլեկտրական էներգիան տարբեր էլեկտրական սարքավորումների միջոցով վերածվում է մեխանիկական էներգիայի (էլեկտրական շարժիչ կամ շարժիչ), լույսի էներգիայի (էլեկտրական լամպ), ջերմային էներգիայի (էլեկտրական վառարան) և այլն։
ՀԷԿ-ի կազմը
ՀԷԿ-ի կազմը ներառում է՝ հիդրոտեխնիկական կառույցներ, մեխանիկական սարքավորումներ և էլեկտրական սարքավորումներ:
(1) Հիդրավլիկ կառույցներ
Այն ունի ալիքներ (ամբարտակներ), ջրընդունիչ դարպասներ, ալիքներ (կամ թունելներ), ճնշման առջևի տանկեր (կամ կարգավորիչ տանկեր), ճնշման խողովակներ, էլեկտրակայաններ և պոչամբարներ և այլն:
Գետի մեջ կառուցվում է ջրամբար (ամբարտակ)՝ գետի ջուրը փակելու և ջրի մակերեսը բարձրացնելու համար ջրամբար ձևավորելու համար։Այսպիսով, ջրամբարի ջրամբարի (պատնեշի) վրա գտնվող ջրամբարի և պատնեշից ներքև գտնվող գետի ջրային մակերևույթի միջև առաջանում է կենտրոնացված կաթիլ, այնուհետև ջրատարների միջոցով ջուրը ներմուծվում է հիդրոէլեկտրակայան։ կամ թունելներ։Համեմատաբար զառիթափ գետերում դիվերսիոն ուղիների օգտագործումը նույնպես կարող է կաթիլ ձևավորել:Օրինակ. Ընդհանրապես, բնական գետի մեկ կիլոմետր անկումը 10 մետր է:Եթե ​​գետի այս հատվածի վերին ծայրում գետի ջուր մտցնելու համար ալիք բացվի, գետի երկայնքով ալիքը կփորվի, իսկ ալիքի թեքությունն ավելի հարթ կլինի:Եթե ​​ջրանցքի անկումը կատարվում է մեկ կիլոմետրի վրա, ապա այն իջել է ընդամենը 1 մետրով, այնպես որ ջուրը հոսել է ալիքով 5 կիլոմետր, իսկ ջրի մակերեսը ընկել է ընդամենը 5 մետր, մինչդեռ ջուրն ընկել է 50 մետր բնական ջրանցքով 5 կիլոմետր անցնելուց հետո։ .Այս պահին ջրանցքից ջուրը գետով ջրատարով կամ թունելով հետ է տանում դեպի էլեկտրակայան, և կա 45 մետր կենտրոնացված կաթիլ, որը կարող է օգտագործվել էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար։Նկար 2

Դիվերսիոն ալիքների, թունելների կամ ջրի խողովակների (օրինակ՝ պլաստիկ խողովակներ, պողպատե խողովակներ, բետոնե խողովակներ և այլն) օգտագործումը կենտրոնացված կաթիլով հիդրոէլեկտրակայան ձևավորելու համար կոչվում է դիվերսիոն ալիք հիդրոէլեկտրակայան, որը հիդրոէլեկտրակայանների տիպիկ դասավորություն է։ .
(2) Մեխանիկական և էլեկտրական սարքավորումներ
Բացի վերը նշված հիդրոտեխնիկական աշխատանքներից (հեղեղներ, ջրանցքներ, նախահորեր, ճնշման խողովակներ, արտադրամասեր) ՀԷԿ-ին անհրաժեշտ են նաև հետևյալ սարքավորումները.
(1) Մեխանիկական սարքավորումներ
Կան տուրբիններ, կառավարիչներ, դարպասի փականներ, փոխանցման սարքավորումներ և չգեներացնող սարքավորումներ։
(2) Էլեկտրասարքավորումներ
Կան գեներատորներ, բաշխիչ կառավարման վահանակներ, տրանսֆորմատորներ և էլեկտրահաղորդման գծեր։
Բայց ոչ բոլոր փոքր հիդրոէլեկտրակայաններն ունեն վերը նշված հիդրոտեխնիկական կառույցներն ու մեխանիկական ու էլեկտրական սարքավորումները։Եթե ​​ցածր մակարդակի հիդրոէլեկտրակայանում ջրի գլխիկը 6 մետրից պակաս է, ապա սովորաբար օգտագործվում են ջրի ուղեցույցը և բաց ալիքի ջրի ալիքը, և չկա ճնշման առաջնային և ճնշման ջրի խողովակ:Փոքր էլեկտրամատակարարման միջակայք ունեցող և հաղորդման կարճ հեռավորություն ունեցող էլեկտրակայանների համար ընդունված է ուղղակի էներգիայի փոխանցում և տրանսֆորմատոր չի պահանջվում:Ջրամբարներով ՀԷԿ-երը ամբարտակներ կառուցելու կարիք չունեն.Խորը ջրընդունիչների, պատնեշների ներքին խողովակների (կամ թունելների) և արտահոսքի օգտագործումը վերացնում է հիդրավլիկ կառույցների անհրաժեշտությունը, ինչպիսիք են ալիքները, ջրընդունիչ դարպասները, ալիքները և ճնշման առջևի լողավազանները:
ՀԷԿ կառուցելու համար նախ և առաջ պետք է մանրազնին հետազոտական ​​և նախագծային աշխատանքներ տարվեն։Նախագծային աշխատանքներում կան երեք նախագծային փուլեր՝ նախնական նախագծում, տեխնիկական նախագծում և շինարարական դետալավորում։Նախագծային աշխատանքում լավ աշխատանք կատարելու համար նախ անհրաժեշտ է կատարել մանրակրկիտ հետազոտական ​​աշխատանք, այսինքն՝ լիովին հասկանալ տեղական բնական և տնտեսական պայմանները` տեղագրություն, երկրաբանություն, ջրաբանություն, կապիտալ և այլն:Դիզայնի կոռեկտությունն ու հուսալիությունը կարելի է երաշխավորել միայն այս իրավիճակները տիրապետելուց և դրանք վերլուծելուց հետո։
Փոքր հիդրոէլեկտրակայանների բաղադրիչները տարբեր ձևեր ունեն՝ կախված ՀԷԿ-ի տեսակից։
3. Տեղագրական հետազոտություն
Տեղագրական հետազոտության աշխատանքի որակը մեծ ազդեցություն ունի ինժեներական հատակագծի և ինժեներական քանակի գնահատման վրա:
Երկրաբանական հետախուզումը (երկրաբանական պայմանների ըմբռնումը) ի լրումն ջրբաժանի և գետի երկայնքով երկրաբանության ընդհանուր պատկերացումների և հետազոտությունների, անհրաժեշտ է նաև հասկանալ, թե արդյոք հաստոցների հիմքը ամուր է, ինչը ուղղակիորեն ազդում է էլեկտրաէներգիայի անվտանգության վրա։ ինքնին կայանը:Ջրամբարի որոշակի ծավալով պատնեշը քանդելուց հետո ոչ միայն կվնասի բուն ՀԷԿ-ին, այլև հոսանքի ներքևում կպատճառի մարդկային ու գույքի հսկայական կորուստներ։
4. Հիդրոլոգիական փորձարկում
Հիդրոէլեկտրակայանների համար ամենակարևոր հիդրոլոգիական տվյալներն են գետի ջրի մակարդակի, հոսքի, նստվածքի պարունակության, մերկասառույցի պայմանների, օդերևութաբանական և ջրհեղեղների հետազոտության տվյալները:Գետի հոսքի չափը ազդում է ՀԷԿ-ի ջրհեղեղի հատակագծի վրա:Ջրհեղեղի ուժգնության թերագնահատումը կհանգեցնի պատնեշի վնասմանը.գետով տեղափոխվող նստվածքը վատագույն դեպքում կարող է արագ լցնել ջրամբարը։Օրինակ, ներհոսքի ալիքը կհանգեցնի ալիքի տիղմի, իսկ խոշոր հատիկավոր նստվածքը կանցնի տուրբինի միջով և կառաջացնի տուրբինի մաշվածություն:Ուստի հիդրոէլեկտրակայանների կառուցումը պետք է ունենա բավարար հիդրոլոգիական տվյալներ։
Ուստի, նախքան ՀԷԿ կառուցելու որոշում կայացնելը, նախ պետք է ուսումնասիրել էլեկտրամատակարարման ոլորտում տնտեսական զարգացման ուղղությունը և էլեկտրաէներգիայի ապագա պահանջարկը։Միևնույն ժամանակ գնահատեք զարգացման տարածքում գտնվող էներգիայի այլ աղբյուրների վիճակը:Վերոնշյալ իրավիճակի ուսումնասիրությունից և վերլուծությունից հետո միայն կարող ենք որոշել, թե արդյոք ՀԷԿ-ը պետք է կառուցվի և որքան մասշտաբ պետք է լինի։
Ընդհանուր առմամբ, հիդրոէլեկտրակայանների հետազոտման աշխատանքների նպատակը հիդրոէլեկտրակայանների նախագծման և կառուցման համար անհրաժեշտ ճշգրիտ և հուսալի հիմնարար տեղեկատվություն տրամադրելն է:
5. Կայքի ընտրության ընդհանուր պայմաններ
Կայքի ընտրության ընդհանուր պայմանները կարելի է բացատրել հետևյալ չորս ասպեկտներից.
(1) Ընտրված տեղանքը պետք է կարողանա օգտագործել ջրի էներգիան առավել խնայողաբար և համապատասխանի ծախսերի խնայողության սկզբունքին, այսինքն՝ էլեկտրակայանի ավարտից հետո ծախսվի նվազագույն գումար և արտադրվի ամենաշատ էլեկտրաէներգիան։ .Այն սովորաբար կարելի է չափել՝ գնահատելով էներգիայի արտադրության տարեկան եկամուտը և կայանի կառուցման մեջ կատարված ներդրումները՝ տեսնելու համար, թե որքան ժամանակ կարող է վերականգնվել ներդրված կապիտալը:Սակայն տարբեր վայրերում տարբեր են ջրաբանական և տեղագրական պայմանները, տարբեր են նաև էլեկտրաէներգիայի կարիքները, ուստի շինարարության արժեքը և ներդրումները չպետք է սահմանափակվեն որոշակի արժեքներով։
(2) Ընտրված տեղանքի տեղագրական, երկրաբանական և հիդրոլոգիական պայմանները պետք է համեմատաբար ավելի բարձր լինեն, և հնարավորություններ պետք է լինեն նախագծման և շինարարության մեջ:Փոքր հիդրոէլեկտրակայանների կառուցման ժամանակ շինանյութի օգտագործումը պետք է հնարավորինս համապատասխան լինի «տեղական նյութերի» սկզբունքին։
(3) Ընտրված տեղանքը պետք է հնարավորինս մոտ լինի էլեկտրամատակարարման և վերամշակման տարածքին, որպեսզի նվազեցնի էլեկտրահաղորդման սարքավորումների ներդրումները և էներգիայի կորուստը:
(4) Տարածքը ընտրելիս պետք է հնարավորինս օգտագործվեն առկա հիդրոտեխնիկական կառույցները:Օրինակ՝ ջրի կաթիլը կարելի է օգտագործել ոռոգման ջրանցքում ՀԷԿ կառուցելու համար, կամ ոռոգման ջրամբարի կողքին ՀԷԿ կառուցել՝ ոռոգման հոսքից էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար և այլն։Քանի որ այս ՀԷԿ-երը կարող են բավարարել էլեկտրաէներգիա արտադրելու սկզբունքը, երբ ջուր կա, դրանց տնտեսական նշանակությունն ավելի ակնհայտ է։