ภาพรวมของการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ

ไฟฟ้าพลังน้ำคือการแปลงพลังงานน้ำจากแม่น้ำธรรมชาติให้เป็นไฟฟ้าให้ประชาชนใช้มีแหล่งพลังงานต่างๆ ที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้า เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานน้ำในแม่น้ำ และพลังงานลมที่เกิดจากการไหลของอากาศต้นทุนการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำโดยใช้ไฟฟ้าพลังน้ำมีราคาถูก และการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำสามารถใช้ร่วมกับโครงการอนุรักษ์น้ำอื่นๆ ได้ประเทศของเราอุดมไปด้วยทรัพยากรไฟฟ้าพลังน้ำและสภาพก็ดีมากเช่นกันไฟฟ้าพลังน้ำมีบทบาทสำคัญในการสร้างเศรษฐกิจของประเทศ
ระดับน้ำต้นน้ำของแม่น้ำสูงกว่าระดับน้ำปลายน้ำเนื่องจากความแตกต่างของระดับน้ำในแม่น้ำ พลังงานน้ำจึงถูกสร้างขึ้นพลังงานนี้เรียกว่าพลังงานศักย์หรือพลังงานศักย์ความแตกต่างระหว่างความสูงของน้ำในแม่น้ำเรียกว่าหยดน้ำหรือที่เรียกว่าความแตกต่างของระดับน้ำหรือหัวน้ำการดรอปนี้เป็นเงื่อนไขพื้นฐานสำหรับการก่อตัวของพลังงานไฮดรอลิกนอกจากนี้ ขนาดของกำลังไฮดรอลิกยังขึ้นอยู่กับขนาดของการไหลของน้ำในแม่น้ำด้วย ซึ่งเป็นเงื่อนไขพื้นฐานอีกประการหนึ่งที่สำคัญพอๆ กับหยดน้ำทั้งการตกและการไหลส่งผลโดยตรงต่อกำลังไฮดรอลิกยิ่งปริมาณน้ำหยดมากเท่าไร พลังไฮดรอลิกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้นถ้าหยดน้ำและปริมาณน้ำค่อนข้างน้อย ผลผลิตของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำจะเล็กลง
โดยทั่วไปการลดลงจะแสดงเป็นเมตรการไล่ระดับสีคืออัตราส่วนของการหยดและระยะทาง ซึ่งสามารถระบุระดับความเข้มข้นของการหยดได้หยดมีความเข้มข้นมากขึ้นและการใช้พลังงานไฮดรอลิกสะดวกกว่าหยดน้ำที่ใช้โดยสถานีไฟฟ้าพลังน้ำคือความแตกต่างระหว่างผิวน้ำต้นน้ำของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำกับผิวน้ำปลายน้ำหลังจากผ่านกังหัน

การไหลคือปริมาณน้ำที่ไหลในแม่น้ำต่อหน่วยเวลา และแสดงเป็นลูกบาศก์เมตรในหนึ่งวินาทีน้ำหนึ่งลูกบาศก์เมตรคือหนึ่งตันการไหลของแม่น้ำเปลี่ยนแปลงได้ตลอดเวลา ดังนั้นเมื่อเราพูดถึงกระแสน้ำ เราต้องอธิบายเวลาของสถานที่เฉพาะที่ไหลการไหลเปลี่ยนแปลงอย่างมากในเวลาแม่น้ำในประเทศของเราโดยทั่วไปมีปริมาณมากในฤดูฝนในฤดูร้อนและฤดูใบไม้ร่วง และค่อนข้างเล็กในฤดูหนาวและฤดูใบไม้ผลิโดยทั่วไปการไหลของแม่น้ำจะค่อนข้างเล็กในต้นน้ำเพราะน้ำสาขารวมกัน กระแสน้ำค่อย ๆ เพิ่มขึ้นดังนั้นแม้ว่าต้นน้ำจะกระจุกตัวอยู่ แต่การไหลก็ยังน้อยกระแสน้ำไหลออกมีขนาดใหญ่ แต่การลดลงค่อนข้างกระจัดกระจายดังนั้นจึงมักจะประหยัดที่สุดหากใช้พลังงานไฮดรอลิกส์บริเวณต้นน้ำลำธารตอนกลาง
เมื่อทราบการหยดและการไหลที่ใช้โดยสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ ผลลัพธ์สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:
N= GQH
ในสูตร N–output ในหน่วยกิโลวัตต์ สามารถเรียกอีกอย่างว่ากำลัง
Q–flow ในหน่วยลูกบาศก์เมตรต่อวินาที
H – หยด หน่วยเป็นเมตร
G = 9.8 , คือความเร่งของแรงโน้มถ่วง หน่วย: นิวตัน/กก.
ตามสูตรข้างต้น กำลังคำนวณตามทฤษฎีโดยไม่หักการสูญเสียใดๆในความเป็นจริง ในกระบวนการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ กังหัน อุปกรณ์ส่งกำลัง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ ล้วนมีการสูญเสียพลังงานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ดังนั้นควรลดกำลังตามทฤษฎี นั่นคือ กำลังไฟฟ้าจริงที่เราสามารถใช้ได้ควรคูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (สัญลักษณ์: K)
กำลังไฟฟ้าที่ออกแบบไว้ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในสถานีไฟฟ้าพลังน้ำเรียกว่ากำลังไฟฟ้าที่กำหนด และกำลังไฟฟ้าจริงเรียกว่ากำลังไฟฟ้าจริงในกระบวนการเปลี่ยนรูปพลังงาน การสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ในกระบวนการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ กังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนใหญ่จะสูญเสีย (มีการสูญเสียในท่อด้วย)การสูญเสียต่างๆ ในสถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กในชนบทมีสัดส่วนประมาณ 40-50% ของกำลังไฟฟ้าตามทฤษฎีทั้งหมด ดังนั้นเอาต์พุตของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่จริงแล้วสามารถใช้พลังงานตามทฤษฎีเพียง 50-60% เท่านั้น กล่าวคือ ประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 0.5-0.60 (ซึ่งประสิทธิภาพของกังหันคือ 0.70-0.85 ประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ 0.85 ถึง 0.90 และประสิทธิภาพของท่อและอุปกรณ์ส่งกำลัง 0.80 ถึง 0.85)ดังนั้นจึงสามารถคำนวณกำลัง (เอาต์พุต) จริงของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำได้ดังนี้
K–ประสิทธิภาพของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ (0.5~0.6) ใช้ในการคำนวณคร่าวๆ ของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กค่านี้สามารถทำให้ง่ายขึ้นเป็น:
N=(0.5~0.6)QHG พลังงานจริง=ประสิทธิภาพ×การไหล×ดรอป×9.8
การใช้ไฟฟ้าพลังน้ำคือการใช้พลังน้ำขับเคลื่อนเครื่องจักรซึ่งเรียกว่ากังหันน้ำตัวอย่างเช่น กังหันน้ำโบราณในประเทศของเราเป็นกังหันน้ำที่เรียบง่ายมากกังหันไฮโดรลิกต่างๆ ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันได้รับการปรับให้เข้ากับสภาวะไฮดรอลิกต่างๆ ที่เฉพาะเจาะจง เพื่อให้สามารถหมุนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและแปลงพลังงานน้ำเป็นพลังงานกลเครื่องจักรอีกประเภทหนึ่งคือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเชื่อมต่อกับกังหันเพื่อให้โรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนด้วยกังหันเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: ส่วนที่หมุนด้วยกังหันและส่วนที่ตายตัวของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าส่วนที่เชื่อมต่อกับกังหันและหมุนเรียกว่าโรเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมีขั้วแม่เหล็กอยู่รอบโรเตอร์วงกลมรอบโรเตอร์เป็นส่วนคงที่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เรียกว่าสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสเตเตอร์ถูกพันด้วยขดลวดทองแดงจำนวนมากเมื่อขั้วแม่เหล็กหลายขั้วของโรเตอร์หมุนตรงกลางขดลวดทองแดงของสเตเตอร์ กระแสไฟฟ้าจะถูกสร้างขึ้นบนสายทองแดง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า
พลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากโรงไฟฟ้าจะเปลี่ยนเป็นพลังงานกล (มอเตอร์ไฟฟ้าหรือมอเตอร์) พลังงานแสง (หลอดไฟฟ้า) พลังงานความร้อน (เตาไฟฟ้า) และอื่น ๆ โดยอุปกรณ์ไฟฟ้าต่างๆ
องค์ประกอบของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ
องค์ประกอบของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำประกอบด้วย โครงสร้างไฮดรอลิก อุปกรณ์เครื่องกล และอุปกรณ์ไฟฟ้า
(1) โครงสร้างไฮดรอลิก
มีฝาย (เขื่อน), ประตูไอดี, ช่อง (หรืออุโมงค์), ถังแรงดันด้านหน้า (หรือถังควบคุม), ท่อแรงดัน, โรงไฟฟ้าและส่วนท้าย ฯลฯ
เขื่อน (เขื่อน) ถูกสร้างขึ้นในแม่น้ำเพื่อกั้นน้ำในแม่น้ำและยกผิวน้ำให้เป็นอ่างเก็บน้ำด้วยวิธีนี้จะเกิดการหยดเข้มข้นขึ้นระหว่างผิวน้ำของอ่างเก็บน้ำบนฝาย (เขื่อน) กับผิวน้ำของแม่น้ำด้านล่างเขื่อนแล้วนำน้ำเข้าสู่สถานีไฟฟ้าพลังน้ำโดยใช้ท่อน้ำ หรืออุโมงค์ในแม่น้ำที่ค่อนข้างชัน การใช้ช่องทางผันน้ำสามารถทำให้เกิดหยดน้ำได้ตัวอย่างเช่น โดยทั่วไป การลดลงต่อกิโลเมตรของแม่น้ำธรรมชาติคือ 10 เมตรถ้าช่องเปิดตอนบนสุดของส่วนนี้ของแม่น้ำเพื่อแนะนำน้ำในแม่น้ำ ร่องจะขุดตามแม่น้ำ และความชันของช่องจะราบเรียบหากทำร่องในร่องน้ำต่อกิโลเมตร ก็ลดลงเพียง 1 เมตร ให้น้ำไหลเข้าช่อง 5 กิโลเมตร และผิวน้ำลดลงเพียง 5 เมตร ขณะที่น้ำลดลง 50 เมตร หลังจากเดินทาง 5 กิโลเมตรในช่องทางธรรมชาติ .โดยขณะนี้น้ำจากช่องระบายน้ำกลับเข้าสู่โรงไฟฟ้าริมแม่น้ำด้วยท่อประปาหรืออุโมงค์ แล้วมีน้ำหยดเข้มข้น 45 เมตร นำไปผลิตกระแสไฟฟ้าได้รูปที่ 2

การใช้ช่องทางผันแปร อุโมงค์ หรือท่อน้ำ (เช่น ท่อพลาสติก ท่อเหล็ก ท่อคอนกรีต ฯลฯ) มาสร้างเป็นสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่มีหยดน้ำแบบเข้มข้น เรียกว่า สถานีไฟฟ้าพลังน้ำช่องผันน้ำ ซึ่งเป็นรูปแบบทั่วไปของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ .
(2) อุปกรณ์เครื่องกลและไฟฟ้า
นอกเหนือจากงานไฮดรอลิกที่กล่าวถึงข้างต้น (ฝาย ช่องทาง ลานหน้า ท่อแรงดัน โรงปฏิบัติงาน) สถานีไฟฟ้าพลังน้ำยังต้องการอุปกรณ์ดังต่อไปนี้:
(1) อุปกรณ์เครื่องกล
มีเทอร์ไบน์, ผู้ว่าราชการ, วาล์วประตู, อุปกรณ์ส่งกำลังและอุปกรณ์ที่ไม่ก่อให้เกิด
(2) อุปกรณ์ไฟฟ้า
มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แผงควบคุมการกระจาย หม้อแปลงและสายส่ง
แต่ไม่ใช่สถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กทั้งหมดที่มีโครงสร้างไฮดรอลิกและอุปกรณ์เครื่องกลและไฟฟ้าที่กล่าวถึงข้างต้นถ้าหัวน้ำน้อยกว่า 6 เมตรในสถานีไฟฟ้าพลังน้ำหัวต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ช่องนำน้ำและช่องน้ำเปิดช่อง และไม่มีส่วนหน้าแรงดันและท่อแรงดันน้ำสำหรับสถานีไฟฟ้าที่มีช่วงการจ่ายไฟน้อยและระยะการส่งสั้น จะใช้ระบบส่งกำลังโดยตรงและไม่ต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าสถานีไฟฟ้าพลังน้ำที่มีอ่างเก็บน้ำไม่จำเป็นต้องสร้างเขื่อนการใช้ท่อไอดีลึก ท่อภายในเขื่อน (หรืออุโมงค์) และทางระบายน้ำล้น ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างไฮดรอลิก เช่น ฝาย ประตูไอดี ช่อง และแรงดันด้านหน้าของสระ
ในการสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ ก่อนอื่นต้องดำเนินการสำรวจและออกแบบอย่างรอบคอบในงานออกแบบ มีสามขั้นตอนการออกแบบ: การออกแบบเบื้องต้น การออกแบบทางเทคนิค และรายละเอียดการก่อสร้างเพื่อให้งานออกแบบออกมาดีได้ ก่อนอื่นต้องดำเนินการสำรวจอย่างละเอียดถี่ถ้วน กล่าวคือต้องเข้าใจสภาพธรรมชาติและเศรษฐกิจในท้องถิ่นอย่างถ่องแท้ เช่น ภูมิประเทศ ธรณีวิทยา อุทกวิทยา ทุน และอื่นๆความถูกต้องและความน่าเชื่อถือของการออกแบบสามารถรับประกันได้หลังจากเข้าใจสถานการณ์เหล่านี้และวิเคราะห์แล้วเท่านั้น
ส่วนประกอบของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็กมีหลายรูปแบบขึ้นอยู่กับประเภทของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ
3. การสำรวจภูมิประเทศ
คุณภาพของงานสำรวจภูมิประเทศมีอิทธิพลอย่างมากต่อรูปแบบทางวิศวกรรมและการประมาณปริมาณงานวิศวกรรม
การสำรวจทางธรณีวิทยา (ความเข้าใจสภาพทางธรณีวิทยา) นอกเหนือจากความเข้าใจทั่วไปและการวิจัยเกี่ยวกับธรณีวิทยาของลุ่มน้ำลุ่มน้ำและตามลำน้ำแล้ว ยังจำเป็นต้องเข้าใจด้วยว่ารากฐานของห้องเครื่องนั้นมั่นคงหรือไม่ ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยของกำลังไฟฟ้า สถานีเองเมื่อเขื่อนที่มีปริมาตรอ่างเก็บน้ำถูกทำลาย จะไม่เพียงสร้างความเสียหายให้กับสถานีไฟฟ้าพลังน้ำเท่านั้น แต่ยังทำให้สูญเสียชีวิตและทรัพย์สินอย่างใหญ่หลวงอีกด้วย
4. การทดสอบอุทกวิทยา
สำหรับสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ ข้อมูลทางอุทกวิทยาที่สำคัญที่สุด ได้แก่ บันทึกระดับน้ำในแม่น้ำ การไหล ปริมาณตะกอน สภาพน้ำแข็ง ข้อมูลอุตุนิยมวิทยา และข้อมูลการสำรวจน้ำท่วมขนาดของกระแสน้ำมีผลต่อแผนผังทางระบายน้ำของสถานีไฟฟ้าพลังน้ำการประเมินความรุนแรงของน้ำท่วมต่ำเกินไปจะทำให้เขื่อนเสียหายตะกอนที่ไหลไปตามแม่น้ำสามารถเติมอ่างเก็บน้ำได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เลวร้ายที่สุดตัวอย่างเช่น ช่องไหลเข้าจะทำให้ช่องเกิดตะกอน และตะกอนเนื้อหยาบจะผ่านกังหันและทำให้กังหันสึกหรอดังนั้นการสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำจึงต้องมีข้อมูลทางอุทกวิทยาเพียงพอ
ดังนั้น ก่อนตัดสินใจสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ เราต้องศึกษาทิศทางการพัฒนาเศรษฐกิจในด้านแหล่งพลังงานและความต้องการไฟฟ้าในอนาคตก่อนในขณะเดียวกัน ให้ประเมินสถานการณ์ของแหล่งพลังงานอื่นในพื้นที่พัฒนาหลังจากการวิจัยและวิเคราะห์สถานการณ์ข้างต้นแล้วเท่านั้นที่เราจะสามารถตัดสินใจได้ว่าต้องสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำหรือไม่และควรมีขนาดเท่าใด
โดยทั่วไป วัตถุประสงค์ของงานสำรวจไฟฟ้าพลังน้ำคือการให้ข้อมูลพื้นฐานที่ถูกต้องและเชื่อถือได้ซึ่งจำเป็นสำหรับการออกแบบและก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำ
5. เงื่อนไขทั่วไปในการเลือกสถานที่
เงื่อนไขทั่วไปในการเลือกไซต์สามารถอธิบายได้จากสี่ด้านต่อไปนี้:
(1) ไซต์ที่เลือกควรใช้พลังงานน้ำได้อย่างประหยัดที่สุดและเป็นไปตามหลักการประหยัดต้นทุน กล่าวคือ หลังจากโรงไฟฟ้าสร้างเสร็จ จะใช้เงินน้อยที่สุดและผลิตไฟฟ้าได้มากที่สุด .โดยปกติแล้วสามารถวัดได้โดยการประมาณรายได้จากการผลิตไฟฟ้าประจำปีและการลงทุนในการก่อสร้างสถานีเพื่อดูว่าสามารถกู้คืนเงินลงทุนได้นานแค่ไหนอย่างไรก็ตาม สภาพอุทกวิทยาและภูมิประเทศแตกต่างกันไปในแต่ละที่ และความต้องการไฟฟ้าก็ต่างกันด้วย ดังนั้นค่าก่อสร้างและการลงทุนจึงไม่ควรถูกจำกัดด้วยค่าบางค่า
(2) สภาพภูมิประเทศ ธรณีวิทยา และอุทกวิทยาของพื้นที่ที่เลือกควรมีความเหนือกว่า และควรมีความเป็นไปได้ในการออกแบบและก่อสร้างในการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำขนาดเล็ก การใช้วัสดุก่อสร้างควรเป็นไปตามหลักการของ "วัสดุในท้องถิ่น" ให้มากที่สุด
(3) ไซต์ที่เลือกจะต้องอยู่ใกล้กับแหล่งจ่ายไฟและพื้นที่การประมวลผลให้มากที่สุดเพื่อลดการลงทุนของอุปกรณ์ส่งกำลังและการสูญเสียพลังงาน
(4) เมื่อเลือกไซต์ ควรใช้โครงสร้างไฮดรอลิกที่มีอยู่ให้มากที่สุดตัวอย่างเช่น หยดน้ำสามารถใช้สร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำในช่องชลประทาน หรือสร้างสถานีไฟฟ้าพลังน้ำข้างๆ อ่างเก็บน้ำชลประทานเพื่อผลิตไฟฟ้าจากกระแสน้ำชลประทาน เป็นต้นเนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังน้ำเหล่านี้สามารถปฏิบัติตามหลักการผลิตไฟฟ้าเมื่อมีน้ำ ความสำคัญทางเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้าจึงชัดเจนมากขึ้น