1. Преглед на производството на водноелектрическа енергия
Производството на водноелектрическа енергия е предназначено да преобразува водната енергия на естествените реки в електрическа енергия, която хората могат да използват. Енергийните източници, използвани от електроцентралите, са разнообразни, като например слънчева енергия, водна енергия на реките и вятърна енергия, генерирана от въздушния поток. Цената на производството на водноелектрическа енергия чрез водноелектрическа енергия е ниска, а изграждането на водноелектрически централи може да се комбинира и с други инициативи за опазване на водите. Китай е богат на водни ресурси и има отлични условия. Водноелектрическата енергия играе важна роля в изграждането на националната икономика.
Нивото на водата нагоре по течението на реката е по-високо от нивото ѝ надолу по течението. Поради разликата в нивото на водата в реката се генерира водна енергия. Тази енергия се нарича потенциална енергия или потенциална енергия. Разликата във височината на водната повърхност на реката се нарича пад, наричан още разлика в нивото на водата или напор. Този пад е основно условие за хидравлична мощност. Освен това, размерът на водната мощност зависи и от размера на водния поток в реката, което е друго основно условие, също толкова важно, колкото и падът. Както падът, така и дебитът пряко влияят върху размера на хидравличната мощност; Колкото по-голям е падът на водата, толкова по-голяма е хидравличната мощност; Ако падът и обемът на водата са относително малки, мощността на водноелектрическата централа ще бъде по-малка.
Падът обикновено се изразява в метри. Градиентът на водната повърхност е съотношението на пада и разстоянието, което може да показва степента на концентрация на пада. Ако падът е относително концентриран, използването на водната енергия е по-удобно. Падът, използван от водноелектрическа централа, е разликата между водната повърхност нагоре по течението на водноелектрическата централа и водната повърхност надолу по течението след преминаване през хидравличната турбина.
Дебитът е количеството вода, което тече през реката за единица време, изразено в кубически метри в секунда. Кубичен метър вода е един тон. Дебитът на реката се променя по всяко време и навсякъде, така че когато говорим за дебита, трябва да обясним времето на конкретното място, където тя тече. Дебитът се променя значително с течение на времето. Като цяло, реките в Китай имат голям дебит през лятото, есента и дъждовния сезон, но малък дебит през зимата и пролетта. Дебитът варира от месец на ден, а обемът на водата варира от година на година. Дебитът на общите реки е сравнително малък в горното течение; С сливането на притоците, дебитът надолу по течението постепенно се увеличава. Следователно, въпреки че спадът нагоре по течението е концентриран, дебитът е малък; въпреки че потокът надолу по течението е голям, спадът е сравнително разпръснат. Следователно, често е най-икономично да се използва водна енергия в средното течение на реката.
Познавайки падът и дебита, използвани от водноелектрическа централа, нейната мощност може да се изчисли по следната формула:
N= GQH
Във формулата, N – изходна мощност, единица: kW, наричана още мощност;
Q — дебит, в кубически метри в секунда;
H — Пад, в метри;
G=9,8 е ускорението на гравитацията, в нютони/кг
Теоретичната мощност се изчислява по горната формула и не се приспадат загуби. Всъщност, в процеса на производство на водна енергия, водните турбини, преносното оборудване, генераторите и др. неизбежно имат загуби на мощност. Следователно, теоретичната мощност трябва да се намали, т.е. действителната мощност, която можем да използваме, трябва да се умножи по коефициента на ефективност (символ: K).
Проектната мощност на генератора във водноелектрическа централа се нарича номинална мощност, а действителната мощност се нарича действителна мощност. В процеса на преобразуване на енергията е неизбежно да се загубят някои енергийни загуби. В процеса на производство на водноелектрическа енергия има главно загуби в хидравличните турбини и генераторите (включително загуби в тръбопроводите). В селските микро водноелектрически централи различните загуби представляват 40~50% от общата теоретична мощност, така че продукцията на водноелектрическите централи може да използва само 50~60% от теоретичната мощност, т.е. ефективността е около 0,5~0,60 (включително ефективността на турбината 0,70~0,85, ефективността на генератора 0,85~0,90 и ефективността на тръбопроводите и преносното оборудване 0,80~0,85). Следователно, действителната мощност (производителност) на водноелектрическата централа може да се изчисли, както следва:
K – коефициентът на полезно действие на водноелектрическа централа (0,5~0,6) е приет за грубо изчисление на микро водноелектрическа централа; горната формула може да бъде опростена като:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG действителна мощност=ефективност × дебит × спад × девет, осем
Използването на водноелектрическа енергия е да се използва водата за задвижване на вид машина, наречена водна турбина. Например, древното водно колело в Китай е много проста водна турбина. Различните хидравлични турбини, използвани днес, са адаптирани към различни специфични хидравлични условия, така че да могат да се въртят по-ефективно и да превръщат водната енергия в механична енергия. Друга машина, генераторът, е свързана към водната турбина, за да накара ротора на генератора да се върти заедно с водната турбина и след това да се генерира електричество. Генераторът може да бъде разделен на две части: частта, която се върти заедно с хидравличната турбина, и неподвижната част на генератора. Частта, която се върти заедно с хидравличната турбина, се нарича ротор на генератора и около ротора има много магнитни полюси; кръг около ротора е неподвижната част на генератора, която се нарича статор на генератора. Статорът е обвит с много медни намотки. Когато много магнитни полюси на ротора се въртят в средата на медната намотка на статора, по медния проводник ще се генерира ток и генераторът трябва да преобразува механичната енергия в електрическа.
Електрическата енергия, генерирана от електроцентралата, се трансформира от различни електрически съоръжения в механична енергия (двигател или мотор), светлинна енергия (електрическа лампа), топлинна енергия (електрическа пещ) и др.
2. Състав на водноелектрическата централа
Водноелектрическата централа се състои от хидравлични съоръжения, механично оборудване и електрическо оборудване.
(1) Хидрохидравлични съоръжения
Това включва преливник (язовир), всмукателен шлюз, канал (или тунел), преден залив (или регулиращ резервоар), тръбопровод, електроцентрала и отводнителен канал и др.
Изграждане на преливник (язовир) в реката, за да се блокира реката, да се повдигне водната повърхност и да се образува резервоар. По този начин се образува концентриран спад от водната повърхност на резервоара върху преливника (язовира) до водната повърхност на реката под язовира, след което водата се вкарва във водноелектрическата централа чрез водопроводни тръби или тунели. В стръмния речен канал, използването на отклонителни канали също може да образува спад. Например, спадът на естествена река е 10 метра на километър. Ако в горния край на този участък от реката се отвори канал за вкарване на вода, каналът ще бъде изкопан по протежение на реката и наклонът на канала ще бъде равен. Ако спадът в канала е само 1 метър на километър, водата ще тече 5 километра в канала и ще пада само 5 метра, докато в естествената река водата ще пада 50 метра след изминаване на 5 километра. По това време водата в канала се отвежда обратно към електроцентралата от реката с водопроводни тръби или тунели и има концентриран спад от 45 метра, който може да се използва за производство на електроенергия.
Водноелектрическа централа, която използва отклонителни канали, тунели или водопроводи (като пластмасови тръби, стоманени тръби, бетонни тръби и др.), за да образува концентриран спад, се нарича водноелектрическа централа тип отклонителен канал, което е типично разположение на водноелектрическите централи.
(2) Механично и електрическо оборудване
В допълнение към гореспоменатите хидравлични съоръжения (преливник, канал, преден залив, тръбопровод и електроцентрала), водноелектрическата централа се нуждае и от следното оборудване:
(1) Механично оборудване
Има хидравлични турбини, регулатори, шибърни клапани, предавателно оборудване и оборудване, което не е предназначено за производство на енергия.
(2) Електрическо оборудване
Има генератори, разпределителни табла, трансформатори, електропроводи и др.
Не всички малки водноелектрически централи обаче разполагат с гореспоменатите хидравлични конструкции, механично и електрическо оборудване. Ако нисконапорна водноелектрическа централа с воден напор по-малък от 6 метра обикновено използва отклонителен канал и отворена отклонителна камера, няма да има преден залив и тръбопровод. Електроцентралите с малък обхват на електрозахранване и късо разстояние на предаване използват директно предаване без трансформатор. Водноелектрическите централи с резервоари не е необходимо да изграждат язовири. Използва се дълбок вход за вода и вътрешната тръба (или тунел) и преливникът на язовира не е необходимо да използват хидравлични конструкции като преливник, входен затвор, канал и преден залив.
За да се изгради водноелектрическа централа, първо трябва да се извърши внимателно проучване и проектиране. Проектирането включва три етапа: предварителен проект, технически проект и строителни детайли. За да се справим добре с проектирането, първо трябва да извършим задълбочено проучване, т.е. да разберем напълно местните природни и икономически условия – топография, геология, хидрология, капитал и др. Правилността и надеждността на проекта могат да бъдат гарантирани само след овладяване на тези условия и техния анализ.
Компонентите на малките водноелектрически централи имат различни форми в зависимост от различните видове водноелектрически централи.
3. Топографско проучване
Качеството на топографското проучване има голямо влияние върху оформлението на проекта и оценката на количествата.
Геоложкото проучване (разбиране на геоложките условия) изисква не само общо разбиране и проучване на геологията на басейна и крайбрежието, но и разбиране дали основите на машинното отделение са стабилни, което пряко влияе върху безопасността на самата електроцентрала. След като баражът с определен обем на резервоара бъде разрушен, това не само ще повреди самата водноелектрическа централа, но и ще причини огромни загуби на човешки живот и имущество надолу по течението. Следователно, геоложкият избор на предния залив обикновено се поставя на първо място.
4. Хидрометрия
За водноелектрическите централи най-важните хидрологични данни са данните за нивото на речната вода, дебита, концентрацията на седименти, заледяването, метеорологичните данни и данните от проучванията за наводнения. Размерът на речния дебит влияе върху разположението на преливника на водноелектрическата централа и тежестта на наводнението се подценява, което ще доведе до разрушаване на язовира; седиментите, носени от реката, могат бързо да напълнят резервоара в най-лошия случай. Например, притокът в канала ще причини затлачване на канала, а едрите седименти ще преминат през хидравличната турбина и ще причинят износване на хидравличната турбина. Следователно, при изграждането на водноелектрически централи е необходимо да се разполага с достатъчно хидрологични данни.
Следователно, преди да се вземе решение за изграждане на водноелектрическа централа, е необходимо да се проучи и изучи посоката на икономическо развитие и бъдещото търсене на електроенергия в района на електроснабдяване. Едновременно с това, да се оцени състоянието на други енергийни източници в района на развитие. Едва след проучване и анализ на горепосочените условия можем да решим дали е необходимо да се изгради водноелектрическа централа и какъв трябва да бъде мащабът на строителството.
Като цяло, целта на хидроенергийното проучване е да осигури точни и надеждни основни данни, необходими за проектирането и изграждането на водноелектрически централи.
5. Общи условия на избраното място на станцията
Общите условия за избор на място за станцията могат да бъдат описани в следните четири аспекта:
(1) Избраното място за станцията трябва да може да използва водната енергия по най-икономичен начин и да отговаря на принципа за пестене на разходи, т.е. след завършване на електроцентралата ще се изразходват минимални разходи и ще се генерира максимална мощност. Обикновено това може да се измери чрез оценка на годишните приходи от производство на електроенергия и инвестициите в изграждането на станцията, за да се види за колко време може да се възстанови инвестираният капитал. Въпреки това, поради различните хидрологични и топографски условия и различното търсене на енергия, разходите и инвестициите не трябва да бъдат ограничавани от определени стойности.
(2) Избраното място за изграждане на електроцентралата трябва да има превъзходни топографски, геоложки и хидрологични условия, както и да е възможно най-добре проектиране и строителство. Изграждането на малки водноелектрически централи трябва да се съобразява с принципа на „местни материали“, доколкото е възможно, по отношение на строителните материали.
(3) Избраното място за станцията трябва да бъде възможно най-близо до зоната за електрозахранване и обработка, за да се намалят инвестициите в преносно оборудване и загубите на мощност.
(4) При избора на място за станцията, съществуващите хидравлични съоръжения трябва да се използват максимално. Например, водните капки могат да се използват за изграждане на водноелектрически централи в напоителни канали или водноелектрически централи могат да се изградят в близост до напоителни резервоари за генериране на електроенергия, използвайки напоителния поток и др. Тъй като тези водноелектрически централи могат да отговарят на принципа за генериране на електроенергия при наличие на вода, тяхното икономическо значение е по-очевидно.
Време на публикуване: 25 октомври 2022 г.
