المعرفة الأساسية بمحطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة

ما هي معايير تشغيل توربينات المياه؟
تتضمن المعلمات الأساسية لتشغيل توربينات المياه الرأس ومعدل التدفق والسرعة والإنتاج والكفاءة.
يشير رأس الماء في التوربين إلى الفرق في طاقة تدفق الماء بوزن الوحدة بين قسم المدخل وقسم المخرج في التوربين، ويعبر عنه بـ H ويتم قياسه بالأمتار.
يشير معدل تدفق توربين المياه إلى حجم تدفق المياه الذي يمر عبر المقطع العرضي للتوربين لكل وحدة زمنية.
تشير سرعة التوربين إلى عدد المرات التي يدور فيها العمود الرئيسي للتوربين في الدقيقة.
يشير خرج توربين المياه إلى خرج الطاقة عند نهاية عمود توربين المياه.
تشير كفاءة التوربين إلى نسبة ناتج التوربين إلى ناتج تدفق المياه.
ما هي أنواع توربينات المياه؟
يمكن تقسيم توربينات المياه إلى فئتين: توربينات الهجوم المضاد، وتوربينات الدفع النبضي. تشمل توربينات الهجوم المضاد ستة أنواع: توربينات التدفق المختلط (HL)، توربينات الشفرات الثابتة المحورية التدفق (ZD)، توربينات الشفرات الثابتة المحورية التدفق (ZZ)، توربينات التدفق المائل (XL)، توربينات الشفرات الثابتة ذات التدفق المباشر (GD)، وتوربينات الشفرات الثابتة ذات التدفق المباشر (GZ).
هناك ثلاثة أشكال من التوربينات النبضية: توربينات من النوع الدلوي (نوع القاطع) (CJ)، وتوربينات من النوع المائل (XJ)، وتوربينات من النوع المزدوج الصنبور (SJ).
3. ما هي التوربينات المضادة للهجوم والتوربينات الدافعة؟
يُطلق على توربين المياه الذي يحول الطاقة الكامنة وطاقة الضغط والطاقة الحركية لتدفق المياه إلى طاقة ميكانيكية صلبة اسم توربين المياه المضاد.
يُطلق على توربين المياه الذي يحول الطاقة الحركية لتدفق المياه إلى طاقة ميكانيكية صلبة اسم توربين نبضي.
ما هي خصائص ونطاق تطبيق توربينات التدفق المختلط؟
توربين التدفق المختلط، المعروف أيضًا باسم توربين فرانسيس، يدخل الماء إلى الدافع شعاعيًا ويتدفق للخارج محوريًا. تتميز توربينات التدفق المختلط بمجموعة واسعة من تطبيقات ارتفاع الماء، وبنيتها البسيطة، وتشغيلها الموثوق، وكفاءتها العالية. وهي من أكثر توربينات المياه استخدامًا في العصر الحديث. يتراوح نطاق ارتفاع الماء المناسب بين 50 و700 متر.
ما هي خصائص ومجالات تطبيق التوربينات المائية الدوارة؟
توربين التدفق المحوري، يتدفق تدفق المياه في منطقة الدافع بشكل محوري، ويتغير تدفق المياه من شعاعي إلى محوري بين الريش الموجهة والدافع.
هيكل المروحة الثابتة بسيط، لكن كفاءتها تنخفض بشكل حاد عند الانحراف عن شروط التصميم. وهي مناسبة لمحطات الطاقة ذات الطاقة المنخفضة والتغيرات الطفيفة في ارتفاع الماء، والتي تتراوح عادةً بين 3 و50 مترًا. أما هيكل المروحة الدوارة فهو معقد نسبيًا. فهو يحقق تعديلًا مزدوجًا لريش التوجيه وريشه من خلال تنسيق دوران الريش وريش التوجيه، مما يوسع نطاق خرج منطقة الكفاءة العالية ويضمن استقرارًا تشغيليًا جيدًا. حاليًا، يتراوح نطاق ارتفاع الماء المطبق بين بضعة أمتار و50-70 مترًا.
ما هي خصائص ونطاق تطبيق توربينات المياه الدلو؟
توربينات المياه ذات الدلو، والمعروفة أيضًا باسم توربينات بيتيون، تعمل عن طريق دفع ريش الدلو على طول الاتجاه المماس لمحيط التوربين مع تدفق الهواء من الفوهة. تُستخدم توربينات المياه ذات الدلو في منسوب المياه العالي، بينما تُستخدم الأنواع الصغيرة من الدلو لمنسوب المياه الذي يتراوح بين 40 و250 مترًا، والأنواع الكبيرة لمنسوب المياه الذي يتراوح بين 400 و4500 متر.
7. ما هي خصائص ونطاق تطبيق التوربين المائل؟
يُنتج توربين الماء المائل تدفقًا من الفوهة يُشكّل زاوية (عادةً ٢٢.٥ درجة) مع مستوى الدافع عند المدخل. يُستخدم هذا النوع من التوربينات المائية في محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة والمتوسطة، بارتفاع مناسب يقل عن ٤٠٠ متر.
ما هو الهيكل الأساسي لتوربينات المياه من نوع الدلو؟
يحتوي توربين المياه من نوع الدلو على مكونات التيار الزائد التالية، والتي تكون وظائفها الرئيسية كما يلي:
(ل) تتشكل الفوهة بتدفق الماء من أنبوب الضغط العلوي المار عبر الفوهة، مُشكلاً نفثاً يصطدم بالمروحة. تتحول طاقة ضغط الماء داخل الفوهة إلى طاقة حركية للنفث.
(2) تغير الإبرة قطر النفاثة التي يتم رشها من الفوهة عن طريق تحريك الإبرة، وبالتالي تغير أيضًا معدل تدفق مدخل توربين المياه.
(3) تتكون العجلة من قرص وعدة دلاء مثبتة عليه. يندفع النفاث نحو الدلاء وينقل طاقته الحركية إليها، مما يدفع العجلة إلى الدوران وبذل الشغل.
(4) يقع العاكس بين الفوهة والمروحة. عندما يُخفِّض التوربين الحمل فجأةً، يُحرِّف العاكس النفاث بسرعة نحو الدلو. عند هذه النقطة، تُغلق الإبرة ببطء حتى تصل إلى وضع مناسب للحمل الجديد. بعد استقرار الفوهة في الوضع الجديد، يعود العاكس إلى الوضع الأصلي للنفاث ويستعد للحركة التالية.
(5) يسمح الغلاف بتصريف تدفق المياه المكتمل بسلاسة باتجاه مجرى النهر، ويكون الضغط داخل الغلاف مساويًا للضغط الجوي. كما يُستخدم الغلاف لدعم محامل توربينات المياه.
9. كيفية قراءة وفهم العلامة التجارية لتوربينات المياه؟
وفقًا للمعيار JBB84-74 "قواعد تسمية نماذج التوربينات" في الصين، يتكون تسمية التوربين من ثلاثة أجزاء، يفصل بينها علامة "-". الرمز في الجزء الأول هو الحرف الأول من نظام بينيين الصيني لنوع التوربين المائي، بينما تمثل الأرقام العربية السرعة النوعية المميزة للتوربين المائي. يتكون الجزء الثاني من حرفين من نظام بينيين الصيني، يمثل الأول تصميم العمود الرئيسي للتوربين المائي، ويمثل الثاني خصائص غرفة السحب. أما الجزء الثالث فهو القطر الاسمي للعجلة بالسنتيمتر.
كيف يتم تحديد الأقطار الاسمية لأنواع مختلفة من توربينات المياه؟
القطر الاسمي لتوربين التدفق المختلط هو القطر الأقصى على حافة مدخل شفرات المكره، وهو القطر عند تقاطع الحلقة السفلية للمكره وحافة مدخل الشفرات.
القطر الاسمي للتوربينات ذات التدفق المحوري والمائل هو القطر داخل غرفة المكره عند تقاطع محور شفرة المكره وغرفة المكره.
القطر الاسمي لتوربين مائي من نوع الدلو هو قطر دائرة الملعب التي يكون فيها المجرى مماسا للخط الرئيسي في النفاثة.
ما هي الأسباب الرئيسية للتجويف في توربينات المياه؟
أسباب التجويف في توربينات المياه معقدة نسبيًا. يُعتقد عمومًا أن توزيع الضغط داخل مجرى التوربين غير متساوٍ. على سبيل المثال، إذا تم تركيب المجرى على ارتفاع عالٍ جدًا بالنسبة لمستوى الماء في المصب، فإن تدفق الماء عالي السرعة المار عبر منطقة الضغط المنخفض يكون عرضة للوصول إلى ضغط التبخر وتكوين فقاعات. عندما يتدفق الماء إلى منطقة الضغط العالي، وبسبب زيادة الضغط، تتكثف الفقاعات، وتصطدم جزيئات تدفق الماء بسرعة عالية باتجاه مركز الفقاعات لملء الفجوات الناتجة عن التكثيف، مما يُحدث تأثيرًا هيدروليكيًا وتأثيرات كهروكيميائية كبيرة، مما يتسبب في تآكل الشفرات، مما يؤدي إلى تآكلها وظهور مسام تشبه قرص العسل، وحتى اختراقها لتكوين ثقوب.
ما هي الإجراءات الرئيسية لمنع التجويف في توربينات المياه؟
يؤدي التجويف في توربينات المياه إلى توليد ضوضاء واهتزازات وانخفاض حاد في الكفاءة، مما يؤدي إلى تآكل الشفرات، وتكوين ثقوب وثقوب تشبه خلايا النحل، وحتى تكوّن ثقوب من خلال الاختراق، مما يؤدي إلى تلف الوحدة وتعطيلها. لذلك، ينبغي بذل الجهود لتجنب التجويف أثناء التشغيل. تشمل الإجراءات الرئيسية الحالية للوقاية من أضرار التجويف والحد منها ما يلي:
(ل) قم بتصميم مجرى التوربين بشكل صحيح لتقليل معامل تجويف التوربين.
(2) تحسين جودة التصنيع، وضمان الشكل الهندسي الصحيح والموقع النسبي للشفرات، والاهتمام بالأسطح الملساء والمصقولة.
(3) استخدام مواد مضادة للتجويف لتقليل أضرار التجويف، مثل عجلات الفولاذ المقاوم للصدأ.
(4) تحديد ارتفاع تركيب توربين المياه بشكل صحيح.
(5) تحسين ظروف التشغيل لمنع تشغيل التوربينات بضغط منخفض وحمل منخفض لفترات طويلة. لا يُسمح عادةً بتشغيل التوربينات المائية بإخراج منخفض (مثل أقل من 50% من الإنتاج المُصنّف). في محطات الطاقة الكهرومائية متعددة الوحدات، يجب تجنب تشغيل وحدة واحدة بحمل منخفض أو حمل زائد لفترات طويلة.
(6) يجب إجراء الصيانة في الوقت المناسب والاهتمام بجودة تلميع اللحام الإصلاحي لتجنب التطور الخبيث لأضرار التجويف.
(7) باستخدام جهاز إمداد الهواء، يتم إدخال الهواء إلى أنبوب المياه الذيلية لإزالة الفراغ الزائد الذي قد يسبب التجويف.
كيف يتم تصنيف محطات الطاقة الكبيرة والمتوسطة والصغيرة؟
وفقًا للمعايير الإدارية الحالية، تعتبر المعدات التي لديها قدرة مثبتة أقل من 50000 كيلو وات صغيرة؛ المعدات متوسطة الحجم التي لديها قدرة مثبتة من 50000 إلى 250000 كيلو وات؛ تعتبر القدرة المثبتة التي تزيد عن 250000 كيلو وات كبيرة.

ما هو المبدأ الأساسي لتوليد الطاقة الكهرومائية؟
توليد الطاقة الكهرومائية هو استخدام الطاقة الهيدروليكية (بضغط الماء) لتشغيل الآلات الهيدروليكية (التوربينات)، مما يُحوّل طاقة الماء إلى طاقة ميكانيكية. عند توصيل آلة أخرى (مولّد) بالتوربين لتوليد الكهرباء أثناء دورانه، تُحوّل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. توليد الطاقة الكهرومائية، بمعنى ما، هو عملية تحويل الطاقة الكامنة للماء إلى طاقة ميكانيكية، ثم إلى طاقة كهربائية.
ما هي طرق تطوير الموارد المائية وما هي الأنواع الأساسية لمحطات الطاقة الكهرومائية؟
يتم اختيار طرق تطوير الموارد الهيدروليكية وفقًا للقطرات المركزة، وهناك عمومًا ثلاث طرق أساسية: نوع السد، ونوع التحويل، والنوع المختلط.
(1) تشير محطة الطاقة الكهرومائية من نوع السد إلى محطة الطاقة الكهرومائية المبنية في مجرى النهر، مع انخفاض مركّز وسعة خزان معينة، وتقع بالقرب من السد.
(2) تشير محطة تحويل المياه إلى محطة طاقة كهرومائية تستخدم بالكامل الانخفاض الطبيعي للنهر لتحويل المياه وتوليد الكهرباء، دون خزان أو قدرة تنظيمية، وتقع على نهر بعيد في اتجاه مجرى النهر.
(3) تشير محطة الطاقة الكهرومائية الهجينة إلى محطة طاقة كهرومائية تستخدم قطرة ماء، تتشكل جزئيًا نتيجة بناء سد، وجزئيًا من قطرة طبيعية في مجرى نهر، مع سعة تخزين محددة. تقع المحطة على مجرى نهر في اتجاه مجرى النهر.
ما هو التدفق والجريان الكلي والتدفق السنوي المتوسط؟
يشير معدل التدفق إلى حجم المياه التي تمر عبر المقطع العرضي للنهر (أو الهيكل الهيدروليكي) لكل وحدة زمنية، معبرًا عنها بالمتر المكعب في الثانية؛
يشير إجمالي الجريان السطحي إلى مجموع إجمالي تدفق المياه عبر قسم من النهر في سنة هيدرولوجية، معبرًا عنه بـ 104 م 3 أو 108 م 3؛
يشير متوسط ​​معدل التدفق السنوي إلى متوسط ​​معدل التدفق السنوي Q3/S لقسم النهر المحسوب على أساس السلسلة الهيدرولوجية الموجودة.
ما هي المكونات الرئيسية لمشروع محطة الطاقة الكهرومائية الصغيرة؟
تتكون بشكل أساسي من أربعة أجزاء: هياكل احتجاز المياه (السدود)، وهياكل تصريف الفيضانات (الممرات أو البوابات)، وهياكل تحويل المياه (قنوات التحويل أو الأنفاق، بما في ذلك أعمدة تنظيم الضغط)، ومباني محطة الطاقة (بما في ذلك قنوات المياه الذيلية ومحطات التعزيز).
١٨. ما هي محطة توليد الطاقة الكهرومائية؟ ما هي خصائصها؟
تُسمى محطة توليد الطاقة الكهرومائية التي لا تحتوي على خزان تنظيمي بمحطة توليد الطاقة الكهرومائية. يختار هذا النوع من محطات توليد الطاقة الكهرومائية سعته المُركّبة بناءً على متوسط ​​معدل التدفق السنوي لمجرى النهر ومستوى المياه المُحتمل. ينخفض ​​توليد الطاقة خلال موسم الجفاف انخفاضًا حادًا، أقل من 50%، وأحيانًا لا يُمكن توليد الكهرباء، نظرًا لقلة التدفق الطبيعي للنهر، مع وجود كميات كبيرة من المياه المُهدرة خلال موسم الأمطار.
١٩. ما هو الناتج؟ كيف يُمكن تقدير الناتج وحساب توليد الطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية؟
في محطة الطاقة الكهرومائية، تُسمى الطاقة المُولّدة من وحدة توليد الطاقة الكهرومائية "المُخرَج"، ويُمثّل مُخرَج قسم مُعيّن من جريان المياه في النهر موارد الطاقة المائية لذلك القسم. يُشير مُخرَج جريان المياه إلى كمية الطاقة المائية لكل وحدة زمنية. في المعادلة N=9.81 η QH، Q هو مُعدّل التدفق (م3/ثانية)؛ H هو منسوب المياه (م)؛ N هو مُخرَج محطة الطاقة الكهرومائية (وات)؛ η هو مُعامل كفاءة المولد الكهرومائي. الصيغة التقريبية لمُخرَج محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة هي N=(6.0-8.0) QH. صيغة توليد الطاقة السنوي هي E=NT، حيث N هو مُتوسّط المُخرَج؛ T هي ساعات الاستخدام السنوية.
ما هي ساعات الاستخدام السنوية للطاقة المركبة؟
يشير هذا المصطلح إلى متوسط ​​مدة تشغيل وحدة توليد الطاقة الكهرومائية بكامل طاقتها خلال عام. وهو مؤشر مهم لقياس الفوائد الاقتصادية لمحطات الطاقة الكهرومائية، حيث يتعين على محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة أن تحقق ساعات تشغيل سنوية تزيد عن 3000 ساعة.
21. ما هو التعديل اليومي، والتعديل الأسبوعي، والتعديل السنوي، والتعديل متعدد السنوات؟
(1) التنظيم اليومي: يقصد به إعادة توزيع الجريان السطحي خلال يوم وليلة، بفترة تنظيم مدتها 24 ساعة.
(2) التعديل الأسبوعي: مدة التعديل أسبوع واحد (7 أيام).
(3) التنظيم السنوي: إعادة توزيع الجريان السطحي خلال عام واحد، حيث لا يمكن تخزين سوى جزء من المياه الزائدة خلال موسم الفيضان، يسمى التنظيم السنوي غير الكامل (أو التنظيم الموسمي)؛ وتسمى القدرة على إعادة توزيع المياه الواردة بالكامل خلال العام وفقًا لمتطلبات استخدام المياه دون الحاجة إلى التخلي عن المياه بالتنظيم السنوي.
(4) التنظيم متعدد السنوات: عندما يكون حجم الخزان كبيرًا بما يكفي لتخزين المياه الزائدة لسنوات عديدة في الخزان، ثم تخصيصها لعدة سنوات جافة للتنظيم السنوي، يُطلق عليه التنظيم متعدد السنوات.
22. ما هو قطرة النهر؟
يُطلق على الفرق في الارتفاع بين المقطعين العرضيين لقسم النهر المستغل اسم "الانحدار"، ويُطلق على الفرق في الارتفاع بين سطحي المياه عند منبع النهر ومصبه اسم "الانحدار الكلي".
23. ما هو هطول الأمطار، ومدة هطول الأمطار، وكثافة هطول الأمطار، ومنطقة هطول الأمطار، ومركز العاصفة المطيرة؟
الهطول هو إجمالي كمية المياه التي تسقط على نقطة أو منطقة معينة خلال فترة زمنية معينة، ويعبر عنها بالمليمترات.
تشير مدة هطول الأمطار إلى مدة هطول الأمطار.
تشير كثافة هطول الأمطار إلى كمية الأمطار لكل وحدة زمنية، معبرًا عنها بوحدة ملم/ساعة.
تشير منطقة هطول الأمطار إلى المنطقة الأفقية التي تغطيها الأمطار، والتي يتم التعبير عنها بالكيلومتر المربع.
يشير مركز العاصفة المطيرة إلى منطقة محلية صغيرة تتركز فيها العاصفة المطيرة.
٢٤. ما هو تقدير الاستثمار الهندسي؟ ما هو تقدير الاستثمار الهندسي وميزانية الهندسة؟
الميزانية الهندسية وثيقة فنية واقتصادية تُجمّع جميع أموال البناء اللازمة للمشروع نقدًا. تُعدّ ميزانية التصميم الأولي جزءًا أساسيًا من وثائق التصميم الأولي، وهي الأساس الرئيسي لتقييم الجدوى الاقتصادية. تُعدّ الميزانية الإجمالية المُعتمدة مؤشرًا هامًا تُقرّه الدولة للاستثمار في البناء الأساسي، كما تُشكّل أساسًا لإعداد خطط البناء الأساسية وتصاميم العطاءات. يُعرّف تقدير الاستثمار الهندسي بأنه مبلغ الاستثمار المُخصّص خلال مرحلة دراسة الجدوى، وهو مبلغ الاستثمار المُخصّص خلال مرحلة البناء.
ما هي المؤشرات الاقتصادية الرئيسية لمحطات الطاقة الكهرومائية؟
(1) يشير استثمار وحدة الكيلوواط إلى الاستثمار المطلوب لكل كيلوواط من القدرة المركبة.
(2) يشير استثمار الطاقة الوحدوية إلى الاستثمار المطلوب لكل كيلوواط ساعة من الكهرباء.
(3) تكلفة الكهرباء هي الرسوم المدفوعة لكل كيلو وات في الساعة من الكهرباء.
(4) تعتبر ساعات الاستخدام السنوية للقدرة المركبة مقياسًا لمستوى استخدام معدات محطة الطاقة الكهرومائية.
(5) سعر بيع الكهرباء هو السعر لكل كيلووات ساعة من الكهرباء المباعة للشبكة.
كيفية حساب المؤشرات الاقتصادية الرئيسية لمحطات الطاقة الكهرومائية؟
يتم حساب المؤشرات الاقتصادية الرئيسية لمحطات الطاقة الكهرومائية وفقًا للصيغة التالية:
(1) استثمار وحدة الكيلووات = إجمالي الاستثمار في بناء محطة الطاقة الكهرومائية / إجمالي القدرة المركبة لمحطة الطاقة الكهرومائية
(2) استثمار الطاقة في الوحدة = إجمالي الاستثمار في بناء محطة الطاقة الكهرومائية / متوسط ​​​​التوليد السنوي للطاقة لمحطة الطاقة الكهرومائية
(3) ساعات الاستخدام السنوية للقدرة المركبة = متوسط ​​توليد الطاقة السنوي / إجمالي القدرة المركبة