L'energia idroelettrica consiste nel convertire l'energia dell'acqua dei fiumi naturali in elettricità per l'uso da parte delle persone.Esistono varie fonti di energia utilizzate nella produzione di energia, come l'energia solare, l'energia idrica nei fiumi e l'energia eolica generata dal flusso d'aria.Il costo della produzione di energia idroelettrica mediante l'energia idroelettrica è economico e la costruzione di centrali idroelettriche può anche essere combinata con altri progetti di tutela dell'acqua.Il nostro Paese è molto ricco di risorse idroelettriche e anche le condizioni sono molto buone.L'energia idroelettrica gioca un ruolo importante nella costruzione dell'economia nazionale.
Il livello dell'acqua a monte di un fiume è superiore al livello dell'acqua a valle.A causa della differenza del livello dell'acqua del fiume, viene generata energia dall'acqua.Questa energia è chiamata energia potenziale o energia potenziale.La differenza tra l'altezza dell'acqua del fiume è chiamata goccia, chiamata anche differenza di livello dell'acqua o battente dell'acqua.Questa caduta è una condizione fondamentale per la formazione della potenza idraulica.Inoltre, l'entità della potenza idraulica dipende anche dall'entità del flusso d'acqua nel fiume, che è un'altra condizione fondamentale importante quanto la caduta.Sia la caduta che il flusso influiscono direttamente sulla potenza idraulica;maggiore è il volume d'acqua della goccia, maggiore è la potenza idraulica;se la caduta e il volume dell'acqua sono relativamente piccoli, la produzione della centrale idroelettrica sarà inferiore.
La caduta è generalmente espressa in metri.Il gradiente è il rapporto tra goccia e distanza, che può indicare il grado di concentrazione della goccia.La caduta è più concentrata e l'uso della potenza idraulica è più conveniente.La caduta utilizzata da una centrale idroelettrica è la differenza tra la superficie dell'acqua a monte della centrale idroelettrica e la superficie dell'acqua a valle dopo il passaggio attraverso la turbina.
La portata è la quantità di acqua che scorre in un fiume per unità di tempo ed è espressa in metri cubi in un secondo.Un metro cubo d'acqua è una tonnellata.Il flusso di un fiume cambia in qualsiasi momento, quindi quando parliamo di flusso, dobbiamo spiegare l'ora del luogo specifico in cui scorre.Il flusso cambia in modo molto significativo nel tempo.I fiumi nel nostro paese hanno generalmente una grande portata nella stagione delle piogge in estate e in autunno, e relativamente piccola in inverno e primavera.In generale, la portata del fiume è relativamente piccola a monte;poiché gli affluenti si fondono, il flusso a valle aumenta gradualmente.Pertanto, sebbene la caduta a monte sia concentrata, la portata è piccola;il flusso a valle è ampio, ma la caduta è relativamente dispersa.Pertanto, è spesso più economico utilizzare l'energia idraulica nel corso centrale del fiume.
Conoscendo la caduta e il flusso utilizzati da una centrale idroelettrica, la sua produzione può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
N = GQH
Nella formula, N–uscita, in kilowatt, può anche essere chiamata potenza;
Q–flusso, in metri cubi al secondo;
H – caduta, in metri;
G = 9,8 , è l'accelerazione di gravità, unità: Newton/kg
Secondo la formula sopra, la potenza teorica viene calcolata senza dedurre le perdite.Infatti, nel processo di generazione di energia idroelettrica, turbine, apparecchiature di trasmissione, generatori, ecc. hanno tutti inevitabili perdite di potenza.Pertanto, la potenza teorica dovrebbe essere scontata, ovvero la potenza effettiva che possiamo utilizzare dovrebbe essere moltiplicata per il coefficiente di efficienza (simbolo: K).
La potenza progettata del generatore nella centrale idroelettrica è chiamata potenza nominale e la potenza effettiva è chiamata potenza effettiva.Nel processo di trasformazione dell'energia, è inevitabile perdere una parte dell'energia.Nel processo di generazione di energia idroelettrica si verificano principalmente perdite di turbine e generatori (vi sono anche perdite nelle condotte).Le varie perdite nella microcentrale idroelettrica rurale rappresentano circa il 40-50% della potenza teorica totale, quindi la produzione della centrale idroelettrica può effettivamente utilizzare solo il 50-60% della potenza teorica, ovvero l'efficienza è di circa 0,5-0,60 (di cui l'efficienza della turbina è 0,70-0,85, l'efficienza dei generatori è compresa tra 0,85 e 0,90 e l'efficienza delle tubazioni e delle apparecchiature di trasmissione è compresa tra 0,80 e 0,85).Pertanto, la potenza effettiva (produzione) della centrale idroelettrica può essere calcolata come segue:
K–l'efficienza della centrale idroelettrica, (0,5~0,6) viene utilizzata nel calcolo approssimativo della microcentrale idroelettrica;questo valore può essere semplificato come:
N=(0,5~0,6)QHG Potenza effettiva=efficienza×portata×caduta×9,8
L'uso dell'energia idroelettrica consiste nell'utilizzare l'energia idrica per azionare una macchina, chiamata turbina ad acqua.Ad esempio, l'antica ruota idraulica nel nostro paese è una turbina ad acqua molto semplice.Le varie turbine idrauliche attualmente utilizzate sono adattate a diverse condizioni idrauliche specifiche, in modo da poter ruotare in modo più efficiente e convertire l'energia dell'acqua in energia meccanica.Un altro tipo di macchinario, un generatore, è collegato alla turbina, in modo che il rotore del generatore ruoti con la turbina per generare elettricità.Il generatore può essere diviso in due parti: la parte che ruota con la turbina e la parte fissa del generatore.La parte che è collegata alla turbina e ruota è chiamata rotore del generatore, e ci sono molti poli magnetici attorno al rotore;un cerchio attorno al rotore è la parte fissa del generatore, chiamata statore del generatore, e lo statore è avvolto da molte bobine di rame.Quando molti poli magnetici del rotore ruotano nel mezzo delle bobine di rame dello statore, viene generata una corrente sui fili di rame e il generatore converte l'energia meccanica in energia elettrica.
L'energia elettrica generata dalla centrale viene trasformata in energia meccanica (motore elettrico o motore), energia luminosa (lampada elettrica), energia termica (forno elettrico) e così via da varie apparecchiature elettriche.
a composizione della centrale idroelettrica
La composizione di una centrale idroelettrica comprende: strutture idrauliche, apparecchiature meccaniche e apparecchiature elettriche.
(1) Strutture idrauliche
Ha sbarramenti (dighe), porte di aspirazione, canali (o tunnel), serbatoi a pressione (o serbatoi di regolazione), tubi in pressione, centrali elettriche e scarichi, ecc.
Uno sbarramento (diga) è costruito nel fiume per bloccare l'acqua del fiume e sollevare la superficie dell'acqua per formare un serbatoio.In questo modo si forma una goccia concentrata tra la superficie dell'acqua dell'invaso sulla diga (diga) e la superficie dell'acqua del fiume sottostante la diga, quindi l'acqua viene immessa nella centrale idroelettrica attraverso l'uso di condotte idriche o tunnel.In fiumi relativamente ripidi, anche l'uso di canali di deviazione può formare una goccia.Ad esempio: Generalmente, il dislivello per chilometro di un fiume naturale è di 10 metri.Se un canale viene aperto all'estremità superiore di questa sezione del fiume per introdurre l'acqua del fiume, il canale verrà scavato lungo il fiume e la pendenza del canale sarà più piatta.Se la caduta nel canale è fatta per chilometro, è sceso solo 1 metro, quindi l'acqua scorreva per 5 chilometri nel canale e la superficie dell'acqua è scesa di soli 5 metri, mentre l'acqua è caduta di 50 metri dopo aver percorso 5 chilometri nel canale naturale .In questo momento, l'acqua del canale viene ricondotta alla centrale elettrica dal fiume con un tubo dell'acqua o un tunnel, e c'è un dislivello concentrato di 45 metri che può essere utilizzato per generare elettricità.figura 2
L'uso di canali di deviazione, tunnel o condotte idriche (come tubi di plastica, tubi di acciaio, tubi di cemento, ecc.) per formare una centrale idroelettrica a caduta concentrata è chiamato centrale idroelettrica a canale di deviazione, che è un layout tipico delle centrali idroelettriche .
(2) Apparecchiature meccaniche ed elettriche
Oltre alle suddette opere idrauliche (dighe, canali, piazzali, condotte in pressione, officine), la centrale idroelettrica necessita anche delle seguenti attrezzature:
(1) Equipaggiamento meccanico
Ci sono turbine, regolatori, saracinesche, apparecchiature di trasmissione e apparecchiature non generatrici.
(2) Apparecchiature elettriche
Ci sono generatori, quadri di distribuzione, trasformatori e linee di trasmissione.
Ma non tutte le piccole centrali idroelettriche hanno le suddette strutture idrauliche e apparecchiature meccaniche ed elettriche.Se il battente dell'acqua è inferiore a 6 metri nella centrale idroelettrica a bassa prevalenza, vengono generalmente utilizzati il canale di guida dell'acqua e il canale dell'acqua a canale aperto e non sono presenti avampilo a pressione e tubo dell'acqua in pressione.Per centrali elettriche con portata di alimentazione ridotta e breve distanza di trasmissione, viene adottata la trasmissione di potenza diretta e non è richiesto alcun trasformatore.Le centrali idroelettriche con serbatoi non hanno bisogno di costruire dighe.L'uso di prese profonde, tubi interni di dighe (o tunnel) e sfioratori elimina la necessità di strutture idrauliche come sbarramenti, porte di aspirazione, canali e vasche di preselezione.
Per realizzare una centrale idroelettrica, prima di tutto, è necessario eseguire un attento lavoro di rilievo e progettazione.Nel lavoro di progettazione, ci sono tre fasi di progettazione: progettazione preliminare, progettazione tecnica e dettagli costruttivi.Per svolgere un buon lavoro nel lavoro di progettazione, è necessario prima svolgere un lavoro di rilievo approfondito, cioè comprendere appieno le condizioni naturali ed economiche locali – cioè topografia, geologia, idrologia, capitale e così via.La correttezza e l'affidabilità del progetto possono essere garantite solo dopo aver padroneggiato queste situazioni e averle analizzate.
I componenti delle piccole centrali idroelettriche hanno forme diverse a seconda del tipo di centrale idroelettrica.
3. Rilievo topografico
La qualità del lavoro di rilievo topografico ha una grande influenza sul layout ingegneristico e sulla stima della quantità ingegneristica.
L'esplorazione geologica (comprensione delle condizioni geologiche) oltre alla comprensione generale e alla ricerca sulla geologia dello spartiacque e lungo il fiume, è anche necessario capire se le fondamenta della sala macchine sono solide, il che influisce direttamente sulla sicurezza dell'energia stazione stessa.Una volta distrutto lo sbarramento con un certo volume del serbatoio, non solo danneggerà la centrale idroelettrica stessa, ma causerà anche enormi perdite di vite umane e proprietà a valle.
4. Test idrologico
Per le centrali idroelettriche, i dati idrologici più importanti sono le registrazioni del livello dell'acqua del fiume, della portata, del contenuto di sedimenti, delle condizioni di formazione del ghiaccio, dei dati meteorologici e dei dati di rilevamento delle inondazioni.La dimensione della portata del fiume incide sulla disposizione dello sfioratore della centrale idroelettrica.Sottovalutare la gravità dell'alluvione causerà il danneggiamento della diga;il sedimento trasportato dal fiume può riempire rapidamente il serbatoio nel peggiore dei casi.Ad esempio, il canale di afflusso causerà l'insabbiamento del canale e il sedimento a grana grossa passerà attraverso la turbina e causerà l'usura della turbina.Pertanto, la costruzione di centrali idroelettriche deve disporre di dati idrologici sufficienti.
Pertanto, prima di decidere di realizzare una centrale idroelettrica, bisogna prima indagare sulla direzione dello sviluppo economico nell'area dell'approvvigionamento energetico e sulla futura domanda di energia elettrica.Allo stesso tempo, stimare la situazione delle altre fonti di energia nell'area di sviluppo.Solo dopo la ricerca e l'analisi della situazione di cui sopra possiamo decidere se la centrale idroelettrica deve essere costruita e quanto grande dovrebbe essere la scala.
In generale, lo scopo del lavoro di rilevamento dell'energia idroelettrica è fornire informazioni di base accurate e affidabili necessarie per la progettazione e la costruzione di centrali idroelettriche.
5. Condizioni generali per la scelta del sito
Le condizioni generali per la scelta di un sito possono essere spiegate dai seguenti quattro aspetti:
(1) Il sito prescelto dovrebbe essere in grado di utilizzare l'energia idrica nel modo più economico e rispettare il principio del risparmio sui costi, ovvero, dopo il completamento della centrale, viene spesa la minima quantità di denaro e viene generata la maggior parte dell'elettricità .Di solito può essere misurato stimando il reddito annuo di generazione di energia e l'investimento nella costruzione della stazione per vedere quanto tempo può essere recuperato il capitale investito.Tuttavia, le condizioni idrologiche e topografiche sono diverse in luoghi diversi e anche il fabbisogno di energia elettrica è diverso, quindi il costo di costruzione e l'investimento non dovrebbero essere limitati da determinati valori.
(2) Le condizioni topografiche, geologiche e idrologiche del sito selezionato dovrebbero essere relativamente superiori e dovrebbero esserci possibilità di progettazione e costruzione.Nella costruzione di piccole centrali idroelettriche, l'uso dei materiali da costruzione dovrebbe essere il più possibile conforme al principio dei "materiali locali".
(3) Il sito selezionato deve essere il più vicino possibile all'area di alimentazione e di elaborazione per ridurre l'investimento in apparecchiature di trasmissione di potenza e la perdita di potenza.
(4) Nella scelta del sito, occorre utilizzare il più possibile le strutture idrauliche esistenti.Ad esempio, la goccia d'acqua può essere utilizzata per costruire una centrale idroelettrica in un canale di irrigazione, oppure una centrale idroelettrica può essere costruita accanto a un bacino di irrigazione per generare elettricità dal flusso di irrigazione, e così via.Poiché queste centrali idroelettriche possono soddisfare il principio della generazione di elettricità in presenza di acqua, il loro significato economico è più evidente.
Tempo di pubblicazione: 19-maggio-2022
