Гідраэнергетыка прызначана для пераўтварэння энергіі вады прыродных рэк у электрычнасць для выкарыстання людзьмі. Для вытворчасці электраэнергіі выкарыстоўваюцца розныя крыніцы энергіі, такія як сонечная энергія, энергія вады ў рэках і энергія ветру, якая выпрацоўваецца паветранымі патокамі. Вытворчасць гідраэнергіі з выкарыстаннем гідраэнергіі недарагая, і будаўніцтва гідраэлектрастанцый таксама можна спалучаць з іншымі праектамі па ахове водных рэсурсаў. Наша краіна вельмі багатая гідраэнергетычнымі рэсурсамі, і ўмовы для гэтага таксама вельмі добрыя. Гідраэнергетыка адыгрывае важную ролю ў будаўніцтве нацыянальнай эканомікі.
Узровень вады ў рацэ вышэйшы за ўзровень вады ўніз па цячэнні. З-за розніцы ўзроўняў вады ў рацэ выпрацоўваецца энергія вады. Гэтая энергія называецца патэнцыяльнай энергіяй або патэнцыяльнай энергіяй. Розніца паміж вышынёй вады ў рацэ называецца падзеннем, якое таксама называюць розніцай узроўняў вады або напорам вады. Гэта падзенне з'яўляецца асноўнай умовай для фарміравання гідраўлічнай магутнасці. Акрамя таго, велічыня гідраўлічнай магутнасці таксама залежыць ад велічыні патоку вады ў рацэ, што з'яўляецца яшчэ адной асноўнай умовай, гэтак жа важнай, як і падзенне. Як падзенне, так і паток непасрэдна ўплываюць на гідраўлічную магутнасць; чым большы аб'ём вады ў падзенні, тым большая гідраўлічная магутнасць; калі падзенне і аб'ём вады адносна малыя, прадукцыйнасць гідраэлектрастанцыі будзе меншай.
Падзенне вады звычайна выражаецца ў метрах. Градыент — гэта суадносіны падзення вады і адлегласці, якое можа паказваць ступень канцэнтрацыі кропель. Чым больш канцэнтраванае падзенне вады, тым зручнейшае выкарыстанне гідраўлічнай энергіі. Падзенне вады, якое выкарыстоўваецца гідраэлектрастанцыяй, — гэта розніца паміж узроўнем вады вышэй па цячэнні гідраэлектрастанцыі і ўзроўнем вады ніжэй па цячэнні пасля праходжання праз турбіну.
Паток — гэта колькасць вады, якая працякае па рацэ за адзінку часу, і выражаецца ў кубічных метрах за адну секунду. Адзін кубічны метр вады — гэта адна тона. Паток ракі змяняецца ў любы час, таму, калі мы гаворым пра паток, мы павінны растлумачыць час канкрэтнага месца, дзе яна цячэ. Паток змяняецца вельмі істотна з цягам часу. Рэкі ў нашай краіне звычайна маюць вялікі паток у сезон дажджоў летам і восенню і адносна невялікі зімой і вясной. Як правіла, паток ракі адносна невялікі ў верхнім цячэнні; паколькі прытокі зліваюцца, паток у ніжнім цячэнні паступова павялічваецца. Такім чынам, хоць падзенне ў верхнім цячэнні сканцэнтраванае, паток невялікі; паток у ніжнім цячэнні вялікі, але падзенне адносна рассеянае. Таму часта найбольш эканамічна выкарыстоўваць гідраўлічную энергію ў сярэднім цячэнні ракі.
Ведаючы падзенне і расход, якія выкарыстоўваюцца гідраэлектрастанцыяй, яе прадукцыйнасць можна разлічыць па наступнай формуле:
N= GQH
У формуле N — выхадная магутнасць у кілаватах — таксама можна назваць магутнасцю;
Q – расход, у кубічных метрах у секунду;
H – перапад тэмпературы, у метрах;
G = 9,8 — паскарэнне свабоднага падзення, адзінка вымярэння: ньютан/кг
Згодна з прыведзенай вышэй формулай, тэарэтычная магутнасць разлічваецца без выліку страт. Фактычна, у працэсе вытворчасці гідраэнергіі турбіны, перадавальнае абсталяванне, генератары і г.д. непазбежна маюць страты магутнасці. Таму тэарэтычную магутнасць варта ўлічваць, гэта значыць фактычную магутнасць, якую мы можам выкарыстоўваць, трэба памножыць на каэфіцыент эфектыўнасці (сімвал: K).
Разліковая магутнасць генератара на гідраэлектрастанцыі называецца намінальнай магутнасцю, а фактычная магутнасць — фактычнай магутнасцю. У працэсе пераўтварэння энергіі непазбежна страціць частку энергіі. У працэсе вытворчасці гідраэнергіі ў асноўным адбываюцца страты ў турбінах і генератарах (ёсць таксама страты ў трубаправодах). Розныя страты на сельскай мікрагідраэлектрастанцыі складаюць каля 40-50% ад агульнай тэарэтычнай магутнасці, таму выхадная магутнасць гідраэлектрастанцыі можа фактычна выкарыстоўваць толькі 50-60% ад тэарэтычнай магутнасці, гэта значыць ККД складае каля 0,5-0,60 (з якіх ККД турбіны складае 0,70-0,85, ККД генератараў — ад 0,85 да 0,90, а ККД трубаправодаў і перадавога абсталявання — ад 0,80 да 0,85). Такім чынам, фактычную магутнасць (выхадную магутнасць) гідраэлектрастанцыі можна разлічыць наступным чынам:
K – каэфіцыент эфектыўнасці гідраэлектрастанцыі (0,5～0,6), які выкарыстоўваецца ў прыблізным разліку мікрагідраэлектрастанцыі; гэта значэнне можна спрасціць наступным чынам:
N=(0,5～0,6)QHG Фактычная магутнасць=каэфіцыент эфектыўнасці×паток×падзенне×9,8
Выкарыстанне гідраэнергіі заключаецца ў выкарыстанні энергіі вады для прывядзення ў рух машыны, якая называецца вадзяной турбінай. Напрыклад, старажытнае вадзяное кола ў нашай краіне — гэта вельмі простая вадзяная турбіна. Розныя гідраўлічныя турбіны, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час, адаптаваны да розных канкрэтных гідраўлічных умоў, каб яны маглі круціцца больш эфектыўна і пераўтвараць энергію вады ў механічную энергію. Іншы від машыны, генератар, падключаны да турбіны, так што ротар генератара круціцца разам з турбінай для выпрацоўкі электрычнасці. Генератар можна падзяліць на дзве часткі: частку, якая круціцца разам з турбінай, і нерухомую частку генератара. Частка, якая падключана да турбіны і круціцца, называецца ротарам генератара, і вакол ротара ёсць шмат магнітных полюсаў; акружнасць вакол ротара — гэта нерухомая частка генератара, якая называецца статарам генератара, а статар абматаны мноствам медных шпулек. Калі шмат магнітных полюсаў ротара круціцца ў сярэдзіне медных шпулек статара, на медных правадах генеруецца ток, і генератар пераўтварае механічную энергію ў электрычную.
Электрычная энергія, якая выпрацоўваецца электрастанцыяй, пераўтвараецца ў механічную энергію (электрарухавік або рухавік), светлавую энергію (электрычная лямпа), цеплавую энергію (электрычная печ) і гэтак далей з дапамогай рознага электраабсталявання.
склад гідраэлектрастанцыі
У склад гідраэлектрастанцыі ўваходзяць: гідратэхнічныя збудаванні, механічнае абсталяванне і электраабсталяванне.
(1) Гідратэхнічныя збудаванні
Ён мае плаціны, водазаборныя вароты, каналы (або тунэлі), напорныя рэзервуары (або рэгулявальныя рэзервуары), напорныя трубы, электрастанцыі і адводныя каналы і г.д.
На рацэ будуецца плаціна (дамба), каб блакаваць рачную ваду і падняць паверхню вады, утвараючы вадасховішча. Такім чынам, паміж паверхняй вады вадасховішча на плаціне (дамбе) і паверхняй вады ракі пад плацінай утвараецца канцэнтраванае падзенне, а затым вада падаецца ў гідраэлектрастанцыю з дапамогай вадаправодных труб або тунэляў. У рэках з адносна стромкім схілам падзенне таксама можа ўтвараць выкарыстанне адводных каналаў. Напрыклад: звычайна падзенне на кіламетр натуральнай ракі складае 10 метраў. Калі ў верхнім канцы гэтага ўчастка ракі адкрыць канал для падачы рачной вады, канал будзе пракладзены ўздоўж ракі, і схіл канала будзе больш плоскім. Калі падзенне ў канале зроблена на кіламетр, яно апусціцца толькі на 1 метр, таму вада працякае ў канале на 5 кіламетраў, а паверхня вады апускаецца толькі на 5 метраў, у той час як вада ў натуральным канале апускаецца на 50 метраў пасля праходжання 5 кіламетраў. У гэты час вада з канала па рацэ па вадаправодзе або тунэлі вяртаецца на электрастанцыю, і там утвараецца канцэнтраваны перапад вышыні 45 метраў, які можна выкарыстоўваць для выпрацоўкі электрычнасці. Малюнак 2
Выкарыстанне адводных каналаў, тунэляў або вадаправодаў (напрыклад, пластыкавых труб, сталёвых труб, бетонных труб і г.д.) для фарміравання гідраэлектрастанцыі з канцэнтраваным падзеннем вады называецца гідраэлектрастанцыяй з адводным каналам, што з'яўляецца тыповай кампаноўкай гідраэлектрастанцый.
(2) Механічнае і электрычнае абсталяванне
Акрамя вышэйзгаданых гідратэхнічных збудаванняў (плаціны, каналы, акваторыі, напорныя трубы, майстэрні), гідраэлектрастанцыя таксама мае патрэбу ў наступным абсталяванні:
(1) Механічнае абсталяванне
Ёсць турбіны, рэгулятары, засаўкі, перадавальнае абсталяванне і негенеруючае абсталяванне.
(2) Электраабсталяванне
Ёсць генератары, размеркавальныя панэлі кіравання, трансфарматары і лініі электраперадачы.
Але не ўсе малыя гідраэлектрастанцыі маюць вышэйзгаданыя гідратэхнічныя збудаванні, а таксама механічнае і электрычнае абсталяванне. Калі на нізканапорнай гідраэлектрастанцыі вышыня напору менш за 6 метраў, звычайна выкарыстоўваюцца водаправодны канал і адкрыты канал, і няма напорных форвадаёмаў і напорных трубаправодаў. Для электрастанцый з невялікай далёкасцю электразабеспячэння і кароткай адлегласцю перадачы выкарыстоўваецца прамая перадача энергіі, і трансфарматар не патрабуецца. Гідраэлектрастанцыям з вадасховішчамі не трэба будаваць плаціны. Выкарыстанне глыбокіх водазабораў, унутраных труб (або тунэляў) плацін і вадаскідаў выключае неабходнасць у гідратэхнічных збудаваннях, такіх як плаціны, шлюзы, каналы і напорныя форвадаёмы.
Каб пабудаваць гідраэлектрастанцыю, перш за ўсё неабходна правесці дбайную вышукальную і праектную працу. У праектных работах ёсць тры этапы праектавання: папярэдні праект, тэхнічны праект і будаўнічая дэталізацыя. Каб добра выканаць праектныя работы, спачатку неабходна правесці дбайную вышукальную працу, гэта значыць цалкам зразумець мясцовыя прыродныя і эканамічныя ўмовы, гэта значыць тапаграфію, геалогію, гідралогіі, капітал і гэтак далей. Правільнасць і надзейнасць праекта можна гарантаваць толькі пасля вывучэння гэтых сітуацый і іх аналізу.
Кампаненты малых гідраэлектрастанцый маюць розныя формы ў залежнасці ад тыпу гідраэлектрастанцыі.
3. Тапаграфічная здымка
Якасць тапаграфічных здымкаў мае вялікі ўплыў на інжынерную планіроўку і ацэнку аб'ёму інжынерных работ.
Геалагічная разведка (разуменне геалагічных умоў), акрамя агульнага разумення і даследаванняў геалогіі вадазбору і ўздоўж ракі, таксама неабходна зразумець, ці з'яўляецца трывалым падмурак машыннага аддзялення, што непасрэдна ўплывае на бяспеку самой электрастанцыі. Пасля разбурэння плаціны з пэўным аб'ёмам вадасховішча гэта не толькі пашкодзіць саму гідраэлектрастанцыю, але і прывядзе да велізарных страт жыццяў і маёмасці ніжэй па плыні.
4. Гідралагічнае выпрабаванне
Для гідраэлектрастанцый найважнейшымі гідралагічнымі дадзенымі з'яўляюцца запісы ўзроўню вады ў рацэ, патоку, утрымання наносаў, умоў абледзянення, метэаралагічныя дадзеныя і дадзеныя паводкавых даследаванняў. Памер рачнога патоку ўплывае на планіроўку вадазліву гідраэлектрастанцыі. Недаацэнка маштабу паводкі прывядзе да пашкоджання плаціны; наносы, якія пераносіцца ракой, могуць у горшым выпадку хутка запоўніць вадасховішча. Напрыклад, прыток прывядзе да заілівання канала, а буйназярністыя наносы будуць праходзіць праз турбіну і выклікаць знос турбіны. Таму пры будаўніцтве гідраэлектрастанцый неабходна мець дастатковую колькасць гідралагічных дадзеных.
Такім чынам, перш чым прымаць рашэнне аб будаўніцтве гідраэлектрастанцыі, мы павінны спачатку даследаваць кірунак эканамічнага развіцця ў энергазабеспячэнні і будучы попыт на электраэнергію. Адначасова ацаніць сітуацыю з іншымі крыніцамі энергіі ў раёне развіцця. Толькі пасля даследавання і аналізу вышэйзгаданай сітуацыі мы можам вырашыць, ці трэба будаваць гідраэлектрастанцыю і наколькі вялікім павінен быць яе маштаб.
У цэлым, мэтай гідраэнергетычных даследаванняў з'яўляецца атрыманне дакладнай і надзейнай базавай інфармацыі, неабходнай для праектавання і будаўніцтва гідраэлектрастанцый.
5. Агульныя ўмовы выбару месца
Агульныя ўмовы выбару месца можна растлумачыць з наступных чатырох аспектаў:
(1) Абраная пляцоўка павінна мець магчымасць выкарыстоўваць энергію вады найбольш эканамічным чынам і адпавядаць прынцыпу эканоміі выдаткаў, гэта значыць, пасля завяршэння будаўніцтва электрастанцыі выдаткоўваецца найменшая сума грошай і выпрацоўваецца найбольшая колькасць электраэнергіі. Звычайна гэта можна вымераць, ацэніўшы гадавы даход ад вытворчасці электраэнергіі і інвестыцыі ў будаўніцтва станцыі, каб убачыць, за колькі часу могуць акупіцца ўкладзеныя сродкі. Аднак гідралагічныя і тапаграфічныя ўмовы ў розных месцах адрозніваюцца, як і патрэбы ў электраэнергіі, таму кошт будаўніцтва і інвестыцыі не павінны абмяжоўвацца пэўнымі значэннямі.
(2) Тапаграфічныя, геалагічныя і гідралагічныя ўмовы абранай пляцоўкі павінны быць адносна лепшымі, і павінны быць магчымасці ў праектаванні і будаўніцтве. Пры будаўніцтве малых гідраэлектрастанцый выкарыстанне будаўнічых матэрыялаў павінна максімальна адпавядаць прынцыпу «мясцовых матэрыялаў».
(3) Абраная пляцоўка павінна знаходзіцца як мага бліжэй да зоны электразабеспячэння і апрацоўкі, каб паменшыць інвестыцыі ў абсталяванне для перадачы энергіі і страты энергіі.
(4) Пры выбары месца неабходна максімальна выкарыстоўваць існуючыя гідратэхнічныя збудаванні. Напрыклад, кропля вады можа быць выкарыстана для будаўніцтва гідраэлектрастанцыі ў арашальным канале, або гідраэлектрастанцыя можа быць пабудавана побач з арашальным вадасховішчам для выпрацоўкі электраэнергіі з арашальнай вады і гэтак далей. Паколькі гэтыя гідраэлектрастанцыі могуць адпавядаць прынцыпу выпрацоўкі электраэнергіі пры наяўнасці вады, іх эканамічнае значэнне больш відавочнае.
Час публікацыі: 19 мая 2022 г.
