В естествените реки водата тече отгоре надолу по течението, смесена със седименти, и често мие речното корито и бреговите склонове, което показва, че във водата е скрито известно количество енергия. При естествени условия тази потенциална енергия се изразходва за измиване, избутване на седименти и преодоляване на съпротивлението на триене. Ако построим някои сгради и инсталираме необходимото оборудване, за да осигурим постоянен поток вода през водна турбина, водната турбина ще се задвижва от водния поток, подобно на вятърна мелница, която може да се върти непрекъснато, и водната енергия ще се преобразува в механична енергия. Когато водната турбина задвижва генератора да се върти заедно, той може да генерира електричество, а водната енергия се преобразува в електрическа енергия. Това е основният принцип на производството на водноелектрическа енергия. Водните турбини и генератори са най-основното оборудване за производство на водноелектрическа енергия. Нека ви дам кратко въведение в малкото познания за производството на водноелектрическа енергия.
1. Хидроенергия и мощност на водния поток
При проектирането на водноелектрическа централа, за да се определи мащабът на централата, е необходимо да се знае капацитетът за производство на електроенергия. Съгласно основните принципи на производството на водноелектрическа енергия, не е трудно да се види, че капацитетът за производство на електроенергия на една електроцентрала се определя от количеството работа, което може да се извърши от тока. Общата работа, която водата може да извърши за определен период от време, наричаме водна енергия, а работата, която може да се извърши за единица време (секунда), се нарича мощност на тока. Очевидно е, че колкото по-голяма е мощността на водния поток, толкова по-голям е капацитетът за производство на електроенергия на електроцентралата. Следователно, за да знаем капацитета за производство на електроенергия на електроцентралата, първо трябва да изчислим мощността на водния поток. Мощността на водния поток в реката може да се изчисли по този начин, като се приеме, че падът на водната повърхност в определен участък от реката е H (метри), а обемът на водата H, преминаващ през напречното сечение на реката за единица време (секунди), е Q (кубически метри/секунда), тогава мощността на потока в сечението е равна на произведението от теглото на водата и падът. Очевидно е, че колкото по-висок е водният спад, толкова по-голям е дебитът и толкова по-голяма е силата на водния поток.
2. Производството на водноелектрически централи
При определен напор и дебит, електричеството, което една водноелектрическа централа може да генерира, се нарича хидроенергийна мощност. Очевидно е, че изходната мощност зависи от мощността на водния поток през турбината. В процеса на преобразуване на водната енергия в електрическа енергия, водата трябва да преодолее съпротивлението на речните корита или сградите по пътя от горното до долното течение. Водните турбини, генераторите и преносното оборудване също трябва да преодолеят много съпротивления по време на работа. За да се преодолее съпротивлението, трябва да се извърши работа и ще се изразходва мощност на водния поток, което е неизбежно. Следователно, мощността на водния поток, която може да се използва за генериране на електроенергия, е по-малка от стойността, получена по формулата, т.е. мощността на водноелектрическата централа трябва да бъде равна на мощността на водния поток, умножена с коефициент по-малък от 1. Този коефициент се нарича още коефициент на ефективност на водноелектрическа централа.
Специфичната стойност на ефективността на водноелектрическа централа е свързана с количеството загуби на енергия, които възникват, когато водата тече през сградата и водната турбина, преносното оборудване, генератора и др. Колкото по-голяма е загубата, толкова по-нисък е КПД. В малка водноелектрическа централа сумата от тези загуби представлява около 25-40% от мощността на водния поток. Тоест, водният поток, който може да генерира 100 киловата електроенергия, влиза във водноелектрическата централа, а генераторът може да генерира само 60 до 75 киловата електроенергия, така че КПД на водноелектрическата централа е еквивалентен на 60~75%.
От предишното въведение може да се види, че когато дебитът на електроцентралата и разликата в нивото на водата са постоянни, мощността на електроцентралата зависи от ефективността. Практиката е доказала, че освен производителността на хидравличните турбини, генераторите и преносното оборудване, други фактори, влияещи върху ефективността на водноелектрическите централи, като например качеството на строителството и монтажа на оборудването, качеството на експлоатацията и управлението, както и правилното проектиране на водноелектрическата централа, са все фактори, които влияят върху ефективността на водноелектрическата централа. Разбира се, някои от тези влияещи фактори са първични, а други - вторични, и при определени условия първичните и вторичните фактори също ще се трансформират един в друг.
Независимо от фактора обаче, решаващият е, че хората не са обекти, машините се контролират от хора, а технологиите се управляват от мисълта. Следователно, при проектирането, изграждането и избора на оборудване за водноелектрически централи е необходимо да се отдаде пълноценно на субективната роля на човека и да се стремим към високи постижения в технологиите, за да се минимизират загубите на енергия от водния поток, доколкото е възможно. Това е особено важно за някои водноелектрически централи, където самият спад на водата е сравнително нисък. В същото време е необходимо ефективно да се засили експлоатацията и управлението на водноелектрически централи, за да се подобри ефективността на електроцентралите, да се използват пълноценно водните ресурси и да се даде възможност на малките водноелектрически централи да играят по-голяма роля.
Време на публикуване: 09 юни 2021 г.
