Energia wodna polega na przekształcaniu energii wody z naturalnych rzek w energię elektryczną, z której mogą korzystać ludzie.W produkcji energii wykorzystywane są różne źródła energii, takie jak energia słoneczna, energia wodna w rzekach i energia wiatru wytwarzana przez przepływ powietrza.Koszt wytwarzania energii wodnej z wykorzystaniem energii wodnej jest tani, a budowę elektrowni wodnych można również połączyć z innymi projektami ochrony wody.Nasz kraj jest bardzo bogaty w zasoby hydroenergetyczne, a warunki są również bardzo dobre.Energetyka wodna odgrywa ważną rolę w budowie gospodarki narodowej.
Poziom wody w górnym biegu rzeki jest wyższy niż w dolnym biegu rzeki.Ze względu na różnicę poziomów wody w rzece generowana jest energia wodna.Ta energia nazywana jest energią potencjalną lub energią potencjalną.Różnica między wysokością wody w rzece nazywana jest spadkiem, inaczej różnicą poziomów wody lub spadkiem wody.Spadek ten jest podstawowym warunkiem powstania siły hydraulicznej.Ponadto wielkość mocy hydraulicznej zależy również od wielkości przepływu wody w rzece, co jest kolejnym podstawowym warunkiem równie ważnym jak spadek.Zarówno spadek, jak i przepływ bezpośrednio wpływają na moc hydrauliczną;im większa objętość kropli, tym większa moc hydrauliczna;jeśli spadek i objętość wody są stosunkowo niewielkie, wydajność elektrowni wodnej będzie mniejsza.
Spadek jest na ogół wyrażany w metrach.Gradient to stosunek kropli do odległości, który może wskazywać na stopień koncentracji kropli.Kropla jest bardziej skoncentrowana, a korzystanie z mocy hydraulicznej jest wygodniejsze.Kropla wykorzystywana przez elektrownię wodną jest różnicą między powierzchnią wody w górnym biegu elektrowni wodnej a powierzchnią wody w dolnym biegu po przejściu przez turbinę.
Przepływ to ilość wody przepływającej w rzece w jednostce czasu, wyrażona w metrach sześciennych na sekundę.Jeden metr sześcienny wody to jedna tona.Przepływ rzeki zmienia się w każdej chwili, więc kiedy mówimy o przepływie, musimy wyjaśnić czas w konkretnym miejscu, w którym płynie.Przepływ zmienia się bardzo znacząco w czasie.Rzeki w naszym kraju mają zazwyczaj duży przepływ w porze deszczowej latem i jesienią, a stosunkowo niewielki zimą i wiosną.Ogólnie rzecz biorąc, przepływ rzeki jest stosunkowo niewielki w górnym biegu rzeki;ponieważ dopływy łączą się, przepływ w dole rzeki stopniowo się zwiększa.Dlatego chociaż spadek w górę jest skoncentrowany, przepływ jest mały;przepływ w dół jest duży, ale kropla jest stosunkowo rozproszona.Dlatego często najbardziej ekonomiczne jest wykorzystanie energii hydraulicznej na środkowym biegu rzeki.
Znając spadek i przepływ wykorzystywany przez elektrownię wodną, jej wydajność można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
N= GQH
We wzorze wyjście N w kilowatach można również nazwać mocą;
Q–przepływ, w metrach sześciennych na sekundę;
H – spadek w metrach;
G = 9,8 , to przyspieszenie ziemskie, jednostka: Newton/kg
Zgodnie z powyższym wzorem moc teoretyczną oblicza się bez odliczania strat.W rzeczywistości w procesie wytwarzania energii wodnej turbiny, urządzenia przesyłowe, generatory itp. mają nieuniknione straty mocy.Dlatego moc teoretyczną należy zdyskontować, czyli rzeczywistą moc jaką możemy wykorzystać należy pomnożyć przez współczynnik sprawności (symbol: K).
Moc projektowana generatora w elektrowni wodnej nazywana jest mocą znamionową, a moc rzeczywista nazywana jest mocą rzeczywistą.W procesie transformacji energii nieunikniona jest utrata części energii.W procesie wytwarzania energii wodnej występują głównie straty turbin i generatorów (są też straty w rurociągach).Różne straty w wiejskiej mikroelektrowni wodnej stanowią około 40-50% całkowitej mocy teoretycznej, więc wydajność elektrowni wodnej może w rzeczywistości wykorzystywać tylko 50-60% mocy teoretycznej, czyli wydajność wynosi około 0,5-0,60 (w tym sprawność turbiny 0,70-0,85, sprawność generatorów 0,85-0,90, a rurociągów i urządzeń przesyłowych 0,80-0,85).Dlatego rzeczywistą moc (produkcję) elektrowni wodnej można obliczyć w następujący sposób:
K – sprawność elektrowni wodnej (0,5～0,6) jest wykorzystywana w przybliżonych obliczeniach mikroelektrowni;wartość tę można uprościć jako:
N=(0,5～0,6)QHG Rzeczywista moc=sprawność×przepływ×spadek×9,8
Wykorzystanie energii wodnej polega na wykorzystaniu energii wody do napędzania maszyny zwanej turbiną wodną.Na przykład starożytne koło wodne w naszym kraju to bardzo prosta turbina wodna.Różne obecnie stosowane turbiny hydrauliczne są przystosowane do różnych specyficznych warunków hydraulicznych, dzięki czemu mogą obracać się wydajniej i przekształcać energię wody w energię mechaniczną.Inny rodzaj maszyny, generator, jest połączony z turbiną, dzięki czemu wirnik generatora obraca się wraz z turbiną, wytwarzając energię elektryczną.Generator można podzielić na dwie części: część obracającą się wraz z turbiną oraz część nieruchomą generatora.Część połączona z turbiną i obracająca się nazywana jest wirnikiem generatora, a wokół wirnika znajduje się wiele biegunów magnetycznych;okrąg wokół wirnika to stała część generatora, zwana stojanem generatora, a stojan jest owinięty wieloma miedzianymi cewkami.Kiedy wiele biegunów magnetycznych wirnika obraca się w środku miedzianych cewek stojana, na drutach miedzianych generowany jest prąd, a generator przekształca energię mechaniczną w energię elektryczną.
Energia elektryczna generowana przez elektrownię jest przekształcana w energię mechaniczną (silnik elektryczny lub silnik), energię świetlną (lampa elektryczna), energię cieplną (piec elektryczny) i tak dalej przez różne urządzenia elektryczne.
skład elektrowni wodnej
W skład elektrowni wodnej wchodzą: konstrukcje hydrauliczne, urządzenia mechaniczne i elektryczne.
(1) Konstrukcje hydrauliczne
Posiada jazy (zapory), zastawki wlotowe, kanały (lub tunele), zbiorniki ciśnieniowe (lub zbiorniki regulacyjne), rury ciśnieniowe, elektrownie i ogony itp.
Na rzece budowany jest jaz (zapora), który blokuje wodę rzeczną i podnosi lustra wody, tworząc zbiornik.W ten sposób pomiędzy lustrem wody zbiornika na jazie (zaporą) a lustrem wody rzeki poniżej zapory powstaje kropla skoncentrowana, a następnie woda wprowadzana jest do elektrowni wodnej za pomocą rur wodociągowych lub tunele.W stosunkowo stromych rzekach zastosowanie kanałów obrzutowych może również stanowić spadek.Na przykład: Ogólnie spadek na kilometr naturalnej rzeki wynosi 10 metrów.Jeśli kanał zostanie otwarty w górnym końcu tego odcinka rzeki w celu wprowadzenia wody rzecznej, kanał zostanie wydrążony wzdłuż rzeki, a nachylenie kanału będzie bardziej płaskie.Jeśli spadek w kanale jest wykonywany na kilometr to spadło tylko 1 metr, tak że woda płynęła w kanale 5 kilometrów, a powierzchnia wody opadła tylko 5 metrów, podczas gdy woda spadła 50 metrów po przebyciu 5 kilometrów w naturalnym korycie .W tym czasie woda z kanału jest odprowadzana z powrotem do elektrowni przez rzekę wodociągiem lub tunelem, gdzie znajduje się skoncentrowany spadek 45 metrów, który można wykorzystać do produkcji energii elektrycznej.Rysunek 2
Wykorzystanie kanałów zmiany kierunku, tuneli lub rur wodociągowych (takich jak rury z tworzyw sztucznych, rury stalowe, rury betonowe itp.) do utworzenia elektrowni wodnej o skoncentrowanej kropli nazywamy hydroelektrownią kanałową, co jest typowym układem elektrowni wodnych .
(2) Sprzęt mechaniczny i elektryczny
Oprócz wyżej wymienionych prac hydraulicznych (jazy, kanały, podjazdy, rurociągi ciśnieniowe, warsztaty) elektrownia wodna potrzebuje również następującego wyposażenia:
(1) Wyposażenie mechaniczne
Są turbiny, regulatory, zasuwy, sprzęt transmisyjny i sprzęt niegenerujący.
(2) Sprzęt elektryczny
Są generatory, rozdzielnice, transformatory i linie przesyłowe.
Jednak nie wszystkie małe elektrownie wodne posiadają ww. konstrukcje hydrotechniczne oraz urządzenia mechaniczne i elektryczne.Jeśli wysokość podnoszenia wody jest mniejsza niż 6 metrów w elektrowni wodnej o niskiej wysokości, zwykle stosuje się kanał doprowadzający wodę i kanał wodny z otwartym kanałem i nie ma ciśnieniowego basenu wstępnego i rury ciśnieniowej wody.W przypadku elektrowni o małym zasięgu zasilania i krótkiej odległości transmisji przyjmuje się bezpośrednią transmisję mocy i nie jest wymagany transformator.Elektrownie wodne ze zbiornikami nie wymagają budowy zapór.Zastosowanie głębokich wlotów, wewnętrznych rur zapór (lub tuneli) i przelewów eliminuje potrzebę budowy konstrukcji hydrotechnicznych, takich jak jazy, zastawki wlotowe, kanały i przedpola ciśnieniowe.
Aby zbudować elektrownię wodną, należy przede wszystkim przeprowadzić staranne prace badawcze i projektowe.W pracach projektowych przebiegają trzy etapy projektowania: projekt wstępny, projekt techniczny oraz detalowanie konstrukcji.Aby wykonać dobrą robotę w pracach projektowych, należy najpierw przeprowadzić gruntowne prace geodezyjne, czyli w pełni zrozumieć lokalne warunki przyrodnicze i gospodarcze – tj. topografię, geologię, hydrologię, kapitał i tak dalej.Poprawność i niezawodność projektu można zagwarantować dopiero po opanowaniu tych sytuacji i ich przeanalizowaniu.
Elementy składowe małych elektrowni wodnych mają różną postać w zależności od typu elektrowni wodnej.
3. Pomiary topograficzne
Jakość wykonania pomiarów topograficznych ma duży wpływ na układ inżynierski i oszacowanie wielkości inżynierskiej.
Eksploracja geologiczna (zrozumienie warunków geologicznych) oprócz ogólnego zrozumienia i badań nad geologią zlewni i wzdłuż rzeki, konieczne jest również zrozumienie, czy posadowienie maszynowni jest solidne, co bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo energetyki samej stacji.Zniszczenie zapory o określonej objętości zbiornika nie tylko uszkodzi samą elektrownię wodną, ale także spowoduje ogromne straty w życiu i mieniu w dole rzeki.
4. Próba hydrologiczna
W przypadku elektrowni wodnych najważniejszymi danymi hydrologicznymi są zapisy poziomu wód rzecznych, przepływu, zawartości osadów, warunków oblodzenia, dane meteorologiczne i dane z badań przeciwpowodziowych.Wielkość przepływu rzeki wpływa na układ przelewu elektrowni wodnej.Niedocenianie dotkliwości powodzi spowoduje zniszczenie zapory;niesiony przez rzekę osad może w najgorszym przypadku szybko zapełnić zbiornik.Na przykład kanał dopływowy spowoduje zamulenie kanału, a gruboziarnisty osad przejdzie przez turbinę i spowoduje zużycie turbiny.Dlatego budowa elektrowni wodnych musi mieć wystarczające dane hydrologiczne.
Dlatego przed podjęciem decyzji o budowie elektrowni wodnej musimy najpierw zbadać kierunek rozwoju gospodarczego w obszarze energetycznym oraz przyszłe zapotrzebowanie na energię elektryczną.Jednocześnie oszacuj sytuację pozostałych źródeł zasilania w obszarze rozwoju.Dopiero po zbadaniu i analizie powyższej sytuacji możemy zadecydować, czy elektrownia wodna wymaga budowy i jaka powinna być skala.
Ogólnie rzecz biorąc, celem badań hydroenergetycznych jest dostarczenie dokładnych i wiarygodnych podstawowych informacji niezbędnych do projektowania i budowy elektrowni wodnych.
5. Ogólne warunki wyboru lokalizacji
Ogólne warunki wyboru witryny można wyjaśnić na podstawie następujących czterech aspektów:
(1) Wybrane miejsce powinno być w stanie wykorzystać energię wodną w najbardziej ekonomiczny sposób i przestrzegać zasady oszczędności kosztów, to znaczy po zakończeniu budowy elektrowni wydawane jest najmniej pieniędzy i wytwarzana jest największa ilość energii elektrycznej .Zwykle można to zmierzyć, szacując roczne przychody z produkcji energii i inwestycje w budowę stacji, aby zobaczyć, ile czasu można odzyskać zainwestowany kapitał.Jednak warunki hydrologiczne i topograficzne są różne w różnych miejscach, a także zapotrzebowanie na energię elektryczną, dlatego koszt budowy i inwestycji nie powinien być ograniczony pewnymi wartościami.
(2) Warunki topograficzne, geologiczne i hydrologiczne wybranego miejsca powinny być stosunkowo lepsze, a także powinny istnieć możliwości projektowania i budowy.Przy budowie małych elektrowni wodnych wykorzystanie materiałów budowlanych powinno być w jak największym stopniu zgodne z zasadą „materiałów lokalnych”.
(3) Wybrane miejsce musi znajdować się jak najbliżej obszaru zasilania i przetwarzania, aby zmniejszyć inwestycje w sprzęt do przesyłu energii i utratę mocy.
(4) Przy wyborze lokalizacji należy w jak największym stopniu wykorzystać istniejące budowle hydrotechniczne.Na przykład kropla wody może być wykorzystana do budowy elektrowni wodnej w kanale nawadniającym lub elektrownia wodna może zostać zbudowana obok zbiornika nawadniającego, aby generować energię elektryczną z przepływu nawadniającego i tak dalej.Ponieważ te elektrownie wodne mogą spełniać zasadę wytwarzania energii elektrycznej, gdy jest woda, ich znaczenie gospodarcze jest bardziej oczywiste.
Czas wysyłki: 19 maja-2022
