1. Агляд вытворчасці гідраэнергіі
Вытворчасць гідраэлектраэнергіі прызначана для пераўтварэння энергіі вады прыродных рэк у электрычную энергію для выкарыстання людзьмі. Крыніцы энергіі, якія выкарыстоўваюцца электрастанцыямі, разнастайныя, такія як сонечная энергія, энергія вады рэк і энергія ветру, якая выпрацоўваецца паветранымі патокамі. Вытворчасць гідраэнергіі з выкарыстаннем гідраэнергіі недарагая, і будаўніцтва гідраэлектрастанцый таксама можа спалучацца з іншымі мерапрыемствамі па ахове водных рэсурсаў. Кітай багаты воднымі рэсурсамі і мае выдатныя ўмовы. Гідраэнергія адыгрывае важную ролю ў будаўніцтве нацыянальнай эканомікі.
Узровень вады ў рацэ вышэйшы за ўзровень вады ўніз па цячэнні. З-за розніцы паміж узроўнямі вады ў рацэ выпрацоўваецца энергія вады. Гэтая энергія называецца патэнцыяльнай энергіяй або патэнцыяльнай энергіяй. Розніца паміж вышынёй паверхні вады ў рацэ называецца падзеннем, якое таксама называюць розніцай узроўняў вады або напорам. Гэта падзенне з'яўляецца асноўнай умовай гідраўлічнай магутнасці. Акрамя таго, велічыня магутнасці вады 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 расход вады непасрэдна ўплываюць на велічыню гідраўлічнай магутнасці; чым большае падзенне вады, тым большая гідраўлічная магутнасць; калі падзенне і аб'ём вады адносна малыя, выпрацоўка гідраэлектрастанцыі будзе меншай.
Падзенне звычайна выражаецца ў метрах. Градыент паверхні вады — гэта суадносіны падзення і адлегласці, якое можа паказваць ступень канцэнтрацыі падзення. Калі падзенне адносна канцэнтраванае, выкарыстанне энергіі вады больш зручнае. Падзенне, якое выкарыстоўваецца гідраэлектрастанцыяй, — гэта розніца паміж узроўнем вады вышэй па цячэнні ад гідраэлектрастанцыі і ўзроўнем вады ніжэй па цячэнні пасля праходжання праз гідраўлічную турбіну.
Паток — гэта колькасць вады, якая працякае праз раку за адзінку часу, выражаная ў кубічных метрах у секунду. Кубічны метр вады — гэта адна тона. Паток ракі змяняецца ў любы час і ў любым месцы, таму, калі мы гаворым пра паток, мы павінны растлумачыць час канкрэтнага месца, дзе яна цячэ. Паток значна змяняецца з цягам часу. У цэлым, рэкі ў Кітаі маюць вялікі паток летам, восенню і ў сезон дажджоў, але невялікі паток зімой і вясной. Паток змяняецца з месяца ў дзень, а аб'ём вады змяняецца з года ў год. Паток агульных рэк адносна невялікі ў верхнім цячэнні; па меры збліжэння прытокаў паток у ніжнім цячэнні паступова павялічваецца. Такім чынам, хоць падзенне ў верхнім цячэнні сканцэнтраванае, паток невялікі; хоць паток у ніжнім цячэнні вялікі, падзенне адносна размеркаванае. Таму часта найбольш эканамічна выкарыстоўваць гідраэнергію ў сярэднім цячэнні ракі.
Ведаючы падзенне і расход, якія выкарыстоўваюцца гідраэлектрастанцыяй, яе прадукцыйнасць можна разлічыць па наступнай формуле:
N= GQH
У формуле N – магутнасць, адзінка вымярэння: кВт, таксама называецца магутнасцю;
Q — расход, у кубічных метрах у секунду;
H — падзенне, у метрах;
G=9,8 — паскарэнне свабоднага падзення ў ньютанах/кг
Тэарэтычная магутнасць разлічваецца па прыведзенай вышэй формуле без уліку страт. Фактычна, у працэсе вытворчасці гідраэнергіі гідратурбіны, 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 непазбежныя страты часткі энергіі. У працэсе вытворчасці гідраэнергіі ў асноўным адбываюцца страты ў гідраўлічных турбінах і генератарах (у тым ліку страты ў трубаправодах). У сельскіх мікрагідраэлектрастанцыях розныя страты складаюць 40~50% ад агульнай тэарэтычнай магутнасці, таму выхадная магутнасць гідраэлектрастанцый можа выкарыстоўваць толькі 50~60% ад тэарэтычнай магутнасці, гэта значыць, ККД складае каля 0,5~0,60 (у тым ліку ККД турбіны 0,70~0,85, ККД генератара 0,85~0,90 і ККД трубаправодаў і перадавога абсталявання 0,80~0,85). Такім чынам, фактычная магутнасць (выхадная магутнасць) гідраэлектрастанцыі можа быць разлічана наступным чынам:
K – каэфіцыент эфектыўнасці гідраэлектрастанцыі (0,5~0,6) прымаецца для прыблізнага разліку мікрагідраэлектрастанцыі; вышэйпаказаная формула можа быць спрашчана наступным чынам:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG фактычная магутнасць = эфектыўнасць × расход × падзенне × дзевяць, восем
Выкарыстанне гідраэнергіі заключаецца ў выкарыстанні вады для прывада віду механізму, які называецца вадзяной турбінай. Напрыклад, старажытнае вадзяное кола ў Кітаі — гэта вельмі простая вадзяная турбіна. Розныя гідраўлічныя турбіны, якія выкарыстоўваюцца зараз, адаптаваны да розных канкрэтных гідраўлічных умоў, каб яны маглі больш эфектыўна круціцца і пераўтвараць энергію вады ў механічную энергію. Іншая машына, генератар, падключаецца да вадзяной турбіны, каб прымусіць ротар генератара круціцца разам з вадзяной турбінай, і такім чынам можна выпрацоўваць электрычнасць. Генератар можна падзяліць на дзве часткі: частку, якая круціцца разам з гідраўлічнай турбінай, і нерухомую частку генератара. Частка, якая круціцца разам з гідраўлічнай турбінай, называецца ротарам генератара, і вакол ротара ёсць шмат магнітных полюсаў; акружнасць вакол ротара — гэта нерухомая частка генератара, якая называецца статарам генератара. Статар абматаны мноствам медных шпулек. Калі ў сярэдзіне меднай шпулькі статара круціцца шмат магнітных полюсаў ротара, на медным дроце будзе генеравацца ток, і генератар павінен пераўтвараць механічную энергію ў электрычную.
Электрычная энергія, якая выпрацоўваецца электрастанцыяй, пераўтвараецца розным электрычным абсталяваннем у механічную энергію (рухавік або рухавік), светлавую энергію (электрычная лямпа), цеплавую энергію (электрычная печ) і г.д.
2. Склад гідраэлектрастанцыі
Гідраэлектрастанцыя складаецца з гідратэхнічных збудаванняў, механічнага абсталявання і электраабсталявання.
(1) Гідратэхнічныя збудаванні
Ён уключае ў сябе плаціну, вадаспускную засаўку, канал (або тунэль), перадгаліновую заліўку (або рэгулюючы рэзервуар), напорны трубаправод, электрастанцыю і адводны канал і г.д.
Пабудуйце ў рацэ плаціну, каб перакрыць раку, падняць паверхню вады і ўтварыць вадасховішча. Такім чынам, утвараецца канцэнтраванае падзенне ад паверхні вады вадасховішча на плаціне да паверхні вады ракі пад плацінай, а затым вада падаецца ў гідраэлектрастанцыю па вадаправодах або тунэлях. У стромкім рэчышчы ракі падзенне таксама можа ўтварыцца з дапамогай адводных каналаў. Напрыклад, падзенне натуральнай ракі складае 10 метраў на кіламетр. Калі ў верхнім канцы гэтага ўчастка ракі адкрыць канал для падачы вады, канал будзе пракладзены ўздоўж ракі, і ўхіл рэчышча будзе спадзістым. Калі падзенне ў рэчышчы складае ўсяго 1 метр на кіламетр, вада будзе цячы ў рэчышчы 5 кіламетраў, і вада будзе падаць толькі на 5 метраў, у той час як у натуральнай рацэ вада будзе падаць на 50 метраў пасля праходжання 5 кіламетраў. У гэты час вада ў рэчышчы вяртаецца да электрастанцыі па рацэ па вадаправодах або тунэлях, і ўтвараецца канцэнтраванае падзенне 45 метраў, якое можна выкарыстоўваць для выпрацоўкі электраэнергіі.
Гідраэлектрастанцыя, якая выкарыстоўвае адводныя каналы, тунэлі або вадаправодныя трубы (напрыклад, пластыкавыя трубы, сталёвыя трубы, бетонныя трубы і г.д.) для ўтварэння канцэнтраванага падзення, называецца гідраэлектрастанцыяй тыпу адводнага канала, што з'яўляецца тыповай кампаноўкай гідраэлектрастанцый.
(2) Механічнае і электрычнае абсталяванне
Акрамя вышэйзгаданых гідратэхнічных збудаванняў (плаціна, канал, форвардэйдж, напорны трубаправод і электрастанцыя), гідраэлектрастанцыі таксама неабходна наступнае абсталяванне:
(1) Механічнае абсталяванне
Ёсць гідраўлічныя турбіны, рэгулятары, засаўкі, трансмісійнае абсталяванне і абсталяванне, не звязанае з выпрацоўкай энергіі.
(2) Электраабсталяванне
Ёсць генератары, размеркавальныя панэлі кіравання, трансфарматары, лініі электраперадачы і г.д.
Аднак не ўсе малыя гідраэлектрастанцыі маюць вышэйзгаданыя гідратэхнічныя збудаванні, а таксама механічнае і электрычнае абсталяванне. Калі нізканапорная гідраэлектрастанцыя з вышынёй вады менш за 6 метраў звычайна выкарыстоўвае адводны канал і адводную камеру адкрытага канала, то не будзе пярэдняга заліва і напорнага трубаправода. Электрастанцыі з малой далёкасцю электразабеспячэння і кароткай далёкасцю перадачы выкарыстоўваюць прамую перадачу без трансфарматара. Гідраэлектрастанцыі з вадасховішчамі не павінны будаваць плаціны. Выкарыстоўваецца глыбокі ўваход вады, і ўнутраная труба (або тунэль) і вадазліў плаціны не патрабуюць выкарыстання гідратэхнічных збудаванняў, такіх як плаціна, ўваходны затвор, канал і пярэдні заліў.
Каб пабудаваць гідраэлектрастанцыю, спачатку неабходна правесці дбайнае абследаванне і праектаванне. Праектаванне складаецца з трох этапаў: папярэдняе праектаванне, тэхнічнае праектаванне і дэталі будаўніцтва. Каб добра выканаць праектаванне, трэба спачатку правесці дбайнае абследаванне, гэта значыць цалкам зразумець мясцовыя прыродныя і эканамічныя ўмовы, гэта значыць тапаграфію, геалогію, гідралогію, капітал і г.д. Правільнасць і надзейнасць праектавання могуць быць гарантаваны толькі пасля вывучэння гэтых умоў і іх аналізу.
Кампаненты малых гідраэлектрастанцый маюць розныя формы ў залежнасці ад розных тыпаў гідраэлектрастанцый.
3. Тапаграфічная здымка
Якасць тапаграфічнай здымкі мае вялікі ўплыў на планіроўку праекта і ацэнку аб'ёмаў работ.
Геалагічная разведка (разуменне геалагічных умоў) патрабуе не толькі агульнага разумення і даследавання геалогіі басейна і прыбярэжнай зоны, але і разумення таго, ці з'яўляецца фундамент машыннага аддзялення трывалым, што непасрэдна ўплывае на бяспеку самой электрастанцыі. Разбурэнне плаціны з пэўным аб'ёмам вадасховішча не толькі пашкодзіць саму гідраэлектрастанцыю, але і прывядзе да велізарных страт жыццяў і маёмасці ў ніжнім цячэнні. Таму геалагічны выбар пярэдняй заліва звычайна ставіцца на першае месца.
4. Гідраметрыя
Для гідраэлектрастанцый найважнейшымі гідралагічнымі дадзенымі з'яўляюцца запісы ўзроўню вады ў рацэ, патоку, канцэнтрацыі наносаў, абледзянення, метэаралагічныя дадзеныя і дадзеныя паводкавых даследаванняў. Памер рачнога патоку ўплывае на размяшчэнне вадазліву гідраэлектрастанцыі, і маштаб паводкі недаацэньваецца, што прывядзе да разбурэння плаціны; наносы, якія пераносяцца ракой, могуць у горшым выпадку хутка запоўніць вадасховішча. Напрыклад, прыток у рэчышча выкліча заіліванне рэчышча, а буйныя наносы будуць праходзіць праз гідратурбіну і выклікаць знос гідратурбіны. Таму пры будаўніцтве гідраэлектрастанцый неабходна мець дастатковую колькасць гідралагічных дадзеных.
Такім чынам, перад тым, як прыняць рашэнне аб будаўніцтве гідраэлектрастанцыі, неабходна даследаваць і вывучыць кірунак эканамічнага развіцця і будучы попыт на электраэнергію ў раёне электразабеспячэння. Адначасова ацаніць сітуацыю з іншымі крыніцамі энергіі ў раёне развіцця. Толькі пасля вывучэння і аналізу вышэйзгаданых умоў можна вырашыць, ці трэба будаваць гідраэлектрастанцыю і наколькі вялікімі павінны быць маштабы будаўніцтва.
У цэлым, мэта гідраэнергетычных даследаванняў — атрымаць дакладныя і надзейныя асноўныя дадзеныя, неабходныя для праектавання і будаўніцтва гідраэлектрастанцый.
5. Агульныя ўмовы абранай станцыі
Агульныя ўмовы выбару месца для станцыі можна апісаць у наступных чатырох аспектах:
(1) Абранае месца для станцыі павінна дазваляць найбольш эканамічна выкарыстоўваць энергію вады і адпавядаць прынцыпу эканоміі выдаткаў, гэта значыць, што пасля завяршэння будаўніцтва электрастанцыі будуць выдаткаваны мінімальныя выдаткі і выпрацавана максімальная колькасць энергіі. Як правіла, гэта можна вымераць, ацэніўшы гадавы даход ад вытворчасці электраэнергіі і інвестыцыі ў будаўніцтва станцыі, каб убачыць, як доўга могуць акупіцца ўкладзеныя сродкі. Аднак з-за розных гідралагічных і тапаграфічных умоў і рознага попыту на электраэнергію, выдаткі і інвестыцыі не павінны абмяжоўвацца пэўнымі значэннямі.
(2) Абранае месца для станцыі павінна мець найлепшыя тапаграфічныя, геалагічныя і гідралагічныя ўмовы, а таксама быць прыдатным для праектавання і будаўніцтва. Будаўніцтва малых гідраэлектрастанцый павінна адпавядаць прынцыпу «мясцовых матэрыялаў» у максімальна магчымай ступені з пункту гледжання будаўнічых матэрыялаў.
(3) Абраная станцыя павінна размяшчацца як мага бліжэй да зоны электразабеспячэння і апрацоўкі, каб паменшыць інвестыцыі ў перадаткавае абсталяванне і страты магутнасці.
(4) Пры выбары месца для станцыі неабходна максімальна выкарыстоўваць існуючыя гідратэхнічныя збудаванні. Напрыклад, для будаўніцтва гідраэлектрастанцый у арашальных каналах можна выкарыстоўваць кроплі вады, або гідраэлектрастанцыі можна будаваць паблізу арашальных вадасховішчаў для выпрацоўкі электраэнергіі з выкарыстаннем арашальнай вады і г.д. Паколькі гэтыя гідраэлектрастанцыі могуць адпавядаць прынцыпу выпрацоўкі электраэнергіі пры наяўнасці вады, іх эканамічнае значэнне больш відавочнае.
Час публікацыі: 25 кастрычніка 2022 г.
