水力発電の概要

水力発電は、自然の川の水エネルギーを人々が使用できるように電気に変換することです。太陽光発電、河川の水力発電、気流による風力発電など、さまざまなエネルギー源が発電に利用されています。水力発電を利用した水力発電の費用は安く、水力発電所の建設は他の水利プロジェクトと組み合わせることができます。私たちの国は水力資源が非常に豊富で、条件もとても良いです。水力発電は、国民経済の構築において重要な役割を果たしています。
川の上流の水位は、その下流の水位よりも高くなっています。川の水位の違いにより、水エネルギーが発生します。このエネルギーは、位置エネルギーまたは位置エネルギーと呼ばれます。川の水の高さの差は水滴と呼ばれ、水位差または水頭とも呼ばれます。この低下は、水力を形成するための基本的な条件です。さらに、水力の大きさは、川の水の流れの大きさにも依存します。これは、水滴と同じくらい重要なもう1つの基本的な条件です。ドロップとフローの両方が水力に直接影響します。液滴の水量が多いほど、水力は大きくなります。水滴と水量が比較的少ない場合、水力発電所の出力は小さくなります。
ドロップは一般的にメートルで表されます。勾配は、液滴と距離の比率であり、液滴濃度の程度を示すことができます。ドロップがより集中し、水力の使用がより便利になります。水力発電所で使用される水滴は、水力発電所の上流の水面とタービンを通過した後の下流の水面との差です。

流量は、単位時間あたりに河川を流れる水の量であり、1秒あたりの立方メートルで表されます。1立方メートルの水は1トンです。川の流れはいつでも変わるので、流れについて話すときは、特定の場所の時間を説明する必要があります。流れは時間とともに非常に大きく変化します。わが国の河川は、一般的に夏と秋の雨季には流れが大きく、冬と春には比較的流れが少ない。一般的に、川の流れは上流では比較的少ないです。支流が合流するため、下流の流れは徐々に増加します。したがって、上流の液滴は集中しますが、流れは小さくなります。下流の流れは大きいですが、液滴は比較的分散しています。したがって、川の中流域で水力を利用するのが最も経済的であることがよくあります。
水力発電所で使用される水滴と流量がわかれば、その出力は次の式を使用して計算できます。
N = GQH
式では、キロワット単位のN出力は電力とも呼ばれます。
Q-フロー、立方メートル/秒。
H –ドロップ、メートル単位。
G = 9.8、は重力加速度、単位：ニュートン/ kg
上記の式に従って、理論上の電力は損失を差し引くことなく計算されます。実際、水力発電の過程で、タービン、送電設備、発電機などはすべて必然的な電力損失を抱えています。したがって、理論上の電力を割り引く必要があります。つまり、使用できる実際の電力に効率係数（記号：K）を掛ける必要があります。
水力発電所の発電機の設計電力は定格電力と呼ばれ、実際の電力は実際の電力と呼ばれます。エネルギー変換の過程で、エネルギーの一部を失うことは避けられません。水力発電の過程では、主にタービンと発電機の損失があります（パイプラインの損失もあります）。地方の小水力発電所のさまざまな損失は、理論上の総電力の約40〜50％を占めるため、水力発電所の出力は、実際には理論上の電力の50〜60％しか使用できません。つまり、効率は約0.5-0.60（タービン効率は0.70-0.85、発電機の効率は0.85から0.90、パイプラインと送電設備の効率は0.80から0.85）。したがって、水力発電所の実際の電力（出力）は次のように計算できます。
K-水力発電所の効率（0.5〜0.6）は、小水力発電所の大まかな計算に使用されます。この値は次のように簡略化できます。
N =（0.5〜0.6）QHG実際の電力=効率×流量×ドロップ×9.8
水力発電の使用は、水力を使用して、水車と呼ばれる機械を推進することです。たとえば、私たちの国の古代の水車は非常に単純な水車です。現在使用されているさまざまな水力タービンは、さまざまな特定の水力条件に適合しているため、より効率的に回転し、水エネルギーを機械エネルギーに変換できます。別の種類の機械である発電機がタービンに接続されているため、発電機のローターはタービンと一緒に回転して発電します。発電機は、タービンと一緒に回転する部分と発電機の固定部分の2つの部分に分けることができます。タービンに接続されて回転する部分は発電機の回転子と呼ばれ、回転子の周りには多くの磁極があります。回転子の周りの円は、発電機の固定子と呼ばれる発電機の固定部分であり、固定子は多くの銅コイルで包まれています。固定子の銅コイルの真ん中で回転子の多くの磁極が回転すると、銅線に電流が発生し、発電機が機械的エネルギーを電気エネルギーに変換します。
発電所で発生する電気エネルギーは、さまざまな電気機器によって機械エネルギー（電気モーターまたはモーター）、光エネルギー（電気ランプ）、熱エネルギー（電気炉）などに変換されます。
水力発電所の構成
水力発電所の構成には、油圧構造物、機械設備、電気設備が含まれます。
（1）油圧構造
堰（ダム）、取水口、水路（またはトンネル）、圧力前タンク（または調整タンク）、圧力管、発電所、放水路などがあります。
堰（ダム）が川に建設され、川の水を遮断し、水面を上げて貯水池を形成します。このようにして、堰（ダム）の貯水池の水面とダム下の河川の水面との間に集中水滴が形成され、水道管を利用して水力発電所に水が導入されます。またはトンネル。比較的急な川では、分水路の使用も低下を形成する可能性があります。例：一般的に、自然の川の1キロメートルあたりの落下は10メートルです。川のこの部分の上端に水路を開いて河川水を導入すると、川に沿って水路が掘削され、水路の傾斜が平坦になります。水路の落下が1キロメートルあたりの場合1メートルしか落下しないため、水路は5キロメートル流れ、水面は5メートルしか落下しませんでしたが、自然の水路を5キロメートル移動した後、水は50メートル落下しました。 。このとき、水路からの水は水道管やトンネルで川によって発電所に戻され、発電に使用できる45メートルの集中水滴があります。図2

迂回水路、トンネル、水道管（プラスチック管、鋼管、コンクリート管など）を使用して水滴が集中する水力発電所を形成することは、水力発電所の典型的なレイアウトである水力発電所と呼ばれます。 。
（2）機械的および電気的機器
上記の水力工事（堰、水路、前庭、圧力管、作業場）に加えて、水力発電所には次の設備も必要です。
（1）機械設備
タービン、ガバナ、ゲートバルブ、送電設備、非発電設備があります。
（2）電気設備
発電機、配電制御盤、変圧器、送電線があります。
しかし、すべての小さな水力発電所が上記の油圧構造と機械的および電気的設備を備えているわけではありません。低水力発電所の水頭が6メートル未満の場合は、通常、水ガイド水路と開水路水路が使用され、圧力前水力と圧力水管はありません。電力供給範囲が狭く、送電距離が短い発電所では、直接送電を採用しており、変圧器は不要です。山池のある水力発電所はダムを建設する必要はありません。深い取水口、ダムの内部パイプ（またはトンネル）、余水吐を使用すると、堰、取水口ゲート、水路、圧力フォアプールなどの油圧構造が不要になります。
水力発電所を建設するには、まず、慎重な調査と設計作業を実施する必要があります。設計作業には、予備設計、技術設計、建設の詳細という3つの設計段階があります。設計作業で良い仕事をするためには、まず徹底的な調査作業を行う必要があります。つまり、地形、地質、水文学、首都など、地域の自然と経済の状況を完全に理解する必要があります。設計の正確性と信頼性は、これらの状況をマスターして分析した後にのみ保証されます。
小型水力発電所の構成要素は、水力発電所の種類に応じてさまざまな形態をとっています。
3.地形調査
地形調査作業の質は、エンジニアリングレイアウトとエンジニアリング量の推定に大きな影響を及ぼします。
流域や河川沿いの地質に関する一般的な理解と研究に加えて、地質調査（地質条件の理解）は、機械室の基礎がしっかりしているかどうかを理解する必要があります。これは、電力の安全性に直接影響します。駅自体。一定の貯水池容量の弾幕が破壊されると、水力発電所自体に損害を与えるだけでなく、下流の人命と財産の莫大な損失を引き起こします。
4.水文学的試験
水力発電所の場合、最も重要な水文データは、河川の水位、流量、堆積物の含有量、着氷状態、気象データ、洪水調査データの記録です。河川の流れの大きさは、水力発電所の余水吐のレイアウトに影響を与えます。洪水の深刻さを過小評価すると、ダムが被害を受けるでしょう。最悪の場合、川によって運ばれる堆積物がすぐに貯水池を満たす可能性があります。たとえば、流入チャネルはチャネルを沈泥させ、粗粒の堆積物はタービンを通過してタービンの摩耗を引き起こします。したがって、水力発電所の建設には十分な水文データが必要です。
したがって、水力発電所の建設を決定する前に、まず電力供給地域の経済発展の方向性と将来の電力需要を調査する必要があります。同時に、開発地域の他の電源の状況を推定します。上記の状況を調査・分析して初めて、水力発電所を建設する必要があるかどうか、規模を大きくする必要があるかどうかを判断できます。
一般に、水力調査作業の目的は、水力発電所の設計と建設に必要な正確で信頼できる基本情報を提供することです。
5.サイト選択の一般条件
サイトを選択するための一般的な条件は、次の4つの側面から説明できます。
（1）選択されたサイトは、水エネルギーを最も経済的な方法で利用でき、コスト削減の原則に準拠している必要があります。つまり、発電所が完成した後、最も少ない金額で最も多くの電力が生成されます。 。これは通常、年間の発電収入とステーション建設への投資を見積もり、投資された資本を回収できる時間を確認することで測定できます。ただし、場所によって水文条件や地形条件が異なり、電力需要も異なるため、建設費や投資額を一定の値で制限することはできません。
（2）選択されたサイトの地形的、地質学的および水文学的条件は比較的優れている必要があり、設計および建設に可能性があるはずです。小さな水力発電所の建設では、建築材料の使用は、可能な限り「地元の材料」の原則に従う必要があります。
（3）送電設備への投資や電力の損失を減らすために、選択するサイトは、電力供給および処理エリアにできるだけ近い必要があります。
（4）サイトを選択する際には、可能な限り既存の油圧構造を使用する必要があります。たとえば、水滴を使用して灌漑用水路に水力発電所を建設したり、灌漑用貯水池の隣に水力発電所を建設して灌漑用水流から発電したりすることができます。これらの水力発電所は、水があるときに発電するという原則を満たすことができるため、その経済的重要性はより明白です。