Hidroenergija služi za pretvaranje vodene energije prirodnih rijeka u električnu energiju koju ljudi koriste. Postoje različiti izvori energije koji se koriste u proizvodnji energije, kao što su solarna energija, energija vode u rijekama i energija vjetra generirana protokom zraka. Troškovi proizvodnje hidroenergije korištenjem hidroenergije su jeftini, a izgradnja hidroelektrana može se kombinirati i s drugim projektima očuvanja vode. Naša zemlja je vrlo bogata hidroenergetskim resursima, a uvjeti su također vrlo dobri. Hidroenergija igra važnu ulogu u izgradnji nacionalne ekonomije.
Uzvodni nivo vode rijeke je viši od nizvodnog. Zbog razlike u nivou vode u rijeci, generira se energija vode. Ova energija se naziva potencijalna energija ili energija nastanka energije. Razlika između visine riječne vode naziva se pad, koji se naziva i razlika nivoa vode ili vodeni stup. Ovaj pad je osnovni uslov za formiranje hidraulične snage. Pored toga, veličina hidraulične snage zavisi i od veličine protoka vode u rijeci, što je još jedan osnovni uslov jednako važan kao i pad. I pad i protok direktno utiču na hidrauličnu snagu; što je veća zapremina vode u padu, to je veća hidraulična snaga; ako su pad i zapremina vode relativno mali, snaga hidroelektrane će biti manja.
Pad se obično izražava u metrima. Gradijent je odnos pada i udaljenosti, što može ukazivati na stepen koncentracije kapi. Pad je koncentrisaniji, a korištenje hidraulične energije je pogodnije. Pad koji koristi hidroelektrana je razlika između uzvodne površine vode hidroelektrane i nizvodne površine vode nakon prolaska kroz turbinu.
Protok je količina vode koja teče kroz rijeku u jedinici vremena, a izražava se u kubnim metrima u jednoj sekundi. Jedan kubni metar vode je jedna tona. Protok rijeke se mijenja u bilo kojem trenutku, pa kada govorimo o protoku, moramo objasniti vrijeme specifičnog mjesta gdje teče. Protok se vrlo značajno mijenja s vremenom. Rijeke u našoj zemlji uglavnom imaju veliki protok u kišnoj sezoni ljeti i u jesen, a relativno mali zimi i u proljeće. Općenito, protok rijeke je relativno mali u uzvodnom dijelu; jer se pritoke spajaju, nizvodni protok postepeno raste. Stoga, iako je pad uzvodno koncentriran, protok je mali; nizvodni protok je velik, ali je pad relativno raspršen. Stoga je često najekonomičnije koristiti hidrauličnu energiju u srednjem toku rijeke.
Poznavajući pad i protok koji koristi hidroelektrana, njen učinak se može izračunati pomoću sljedeće formule:
N= GQH
U formuli, N-izlaz, u kilovatima, može se nazvati i snagom;
Q – protok, u kubnim metrima u sekundi;
H – pad, u metrima;
G = 9,8, je ubrzanje gravitacije, jedinica: Newton/kg
Prema gornjoj formuli, teorijska snaga se izračunava bez oduzimanja bilo kakvih gubitaka. U stvari, u procesu proizvodnje hidroenergije, turbine, prijenosna oprema, generatori itd. imaju neizbježne gubitke snage. Stoga, teorijsku snagu treba odbiti, odnosno stvarnu snagu koju možemo koristiti treba pomnožiti s koeficijentom korisnosti (simbol: K).
Projektovana snaga generatora u hidroelektrani naziva se nazivna snaga, a stvarna snaga se naziva efektivna snaga. U procesu transformacije energije, neizbježan je gubitak dijela energije. U procesu proizvodnje hidroenergije, uglavnom postoje gubici na turbinama i generatorima (postoje i gubici u cjevovodima). Različiti gubici u ruralnoj mikro-hidroelektrani čine oko 40-50% ukupne teorijske snage, tako da izlaz hidroelektrane zapravo može koristiti samo 50-60% teorijske snage, odnosno efikasnost je oko 0,5-0,60 (od čega je efikasnost turbine 0,70-0,85, efikasnost generatora 0,85 do 0,90, a efikasnost cjevovoda i prenosne opreme 0,80 do 0,85). Stoga se stvarna snaga (izlaz) hidroelektrane može izračunati na sljedeći način:
K – efikasnost hidroelektrane, (0,5～0,6) se koristi u grubom proračunu mikro-hidroelektrane; ova vrijednost se može pojednostaviti kao:
N=(0,5～0,6)QHG Stvarna snaga=korist×protok×pad×9,8
Upotreba hidroenergije je korištenje vodene snage za pokretanje mašine, koja se naziva vodena turbina. Na primjer, drevni vodeni točak u našoj zemlji je vrlo jednostavna vodena turbina. Različite hidraulične turbine koje se trenutno koriste prilagođene su različitim specifičnim hidrauličkim uslovima, tako da se mogu efikasnije okretati i pretvarati energiju vode u mehaničku energiju. Druga vrsta mašine, generator, povezana je s turbinom, tako da se rotor generatora okreće s turbinom kako bi generirao električnu energiju. Generator se može podijeliti na dva dijela: dio koji se okreće s turbinom i fiksni dio generatora. Dio koji je povezan s turbinom i okreće se naziva rotor generatora, a oko rotora postoji mnogo magnetskih polova; krug oko rotora je fiksni dio generatora, nazvan stator generatora, a stator je omotan mnogim bakrenim zavojnicama. Kada se mnogo magnetskih polova rotora okreće u sredini bakrenih zavojnica statora, na bakrenim žicama se generira struja, a generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju.
Električna energija koju generira elektrana pretvara se u mehaničku energiju (elektromotor ili motor), svjetlosnu energiju (električna lampa), toplinsku energiju (električna peć) i tako dalje pomoću raznih električnih uređaja.
Sastav hidroelektrane
Sastav hidroelektrane uključuje: hidraulične konstrukcije, mehaničku opremu i električnu opremu.
(1) Hidrotehničke konstrukcije
Ima brane, usisne kapije, kanale (ili tunele), predtankove (ili regulacione tankove), tlačne cijevi, strojarnice i odvodne kanale itd.
Brana se gradi u rijeci kako bi blokirala riječnu vodu i podigla površinu vode, formirajući rezervoar. Na taj način se formira koncentrirani pad između površine vode rezervoara na brani i površine vode rijeke ispod brane, a zatim se voda uvodi u hidroelektranu pomoću vodovodnih cijevi ili tunela. U relativno strmim rijekama, upotreba derivacijskih kanala također može formirati pad. Na primjer: Općenito, pad po kilometru prirodne rijeke je 10 metara. Ako se na gornjem kraju ovog dijela rijeke otvori kanal za uvođenje riječne vode, kanal će biti iskopan duž rijeke, a nagib kanala će biti ravniji. Ako se pad u kanalu napravi po kilometru, pao bi samo 1 metar, tako da bi voda tekla 5 kilometara u kanalu, a površina vode padala je samo 5 metara, dok bi voda padala 50 metara nakon što bi prešla 5 kilometara u prirodnom kanalu. U ovom trenutku, voda iz kanala se vraća u elektranu rijekom pomoću vodovodne cijevi ili tunela, a postoji koncentrirani pad od 45 metara koji se može koristiti za proizvodnju električne energije. Slika 2
Korištenje derivacijskih kanala, tunela ili vodovodnih cijevi (kao što su plastične cijevi, čelične cijevi, betonske cijevi itd.) za formiranje hidroelektrane s koncentriranim padom naziva se hidroelektrana s derivacijskim kanalom, što je tipičan raspored hidroelektrana.
(2) Mehanička i električna oprema
Pored gore navedenih hidrauličkih radova (pregrade, kanali, predgrađa, tlačne cijevi, radionice), hidroelektrani je potrebna i sljedeća oprema:
(1) Mehanička oprema
Tu su turbine, regulatori, zaporni ventili, oprema za prenos i oprema koja ne proizvodi energiju.
(2) Električna oprema
Tu su generatori, distribucijske kontrolne ploče, transformatori i dalekovodi.
Međutim, ne posjeduju sve male hidroelektrane gore spomenute hidraulične konstrukcije i mehaničku i električnu opremu. Ako je visina vode manja od 6 metara u hidroelektrani s niskim padom, obično se koriste kanal za usmjeravanje vode i otvoreni kanal za vodu, a nema prednjeg bazena pod pritiskom i cijevi za vodu pod pritiskom. Za elektrane s malim dometom napajanja i kratkom udaljenošću prijenosa, usvaja se direktan prijenos energije i nije potreban transformator. Hidroelektrane s akumulacijama ne moraju graditi brane. Korištenje dubokih usisnih kanala, unutrašnjih cijevi (ili tunela) brane i preljeva eliminira potrebu za hidrauličnim konstrukcijama kao što su preljevi, usisni zatvarači, kanali i prednji bazeni pod pritiskom.
Za izgradnju hidroelektrane, prije svega, potrebno je provesti pažljiva istraživanja i projektovanje. U projektovanju postoje tri faze: preliminarni projekat, tehnički projekat i detaljno planiranje izgradnje. Da bi se dobro obavio posao u projektovanju, prvo je potrebno provesti temeljita istraživanja, odnosno u potpunosti razumjeti lokalne prirodne i ekonomske uslove - tj. topografiju, geologiju, hidrologiju, kapital i tako dalje. Ispravnost i pouzdanost projekta mogu se garantovati tek nakon savladavanja ovih situacija i njihove analize.
Komponente malih hidroelektrana imaju različite oblike ovisno o vrsti hidroelektrane.
3. Topografsko snimanje
Kvalitet topografskih geodetskih radova ima veliki utjecaj na inženjerski raspored i procjenu količine inženjerskih radova.
Geološka istraživanja (razumijevanje geoloških uslova), pored općeg razumijevanja i istraživanja geologije sliva i duž rijeke, neophodno je razumjeti i da li su temelji mašinske prostorije čvrsti, što direktno utiče na sigurnost same elektrane. Nakon što se uništi brana sa određenom zapreminom rezervoara, to neće samo oštetiti samu hidroelektranu, već će uzrokovati i ogromne gubitke života i imovine nizvodno.
4. Hidrološki test
Za hidroelektrane, najvažniji hidrološki podaci su zapisi o vodostaju rijeke, protoku, sadržaju sedimenta, uslovima zaleđivanja, meteorološki podaci i podaci istraživanja poplava. Veličina riječnog protoka utiče na raspored preljeva hidroelektrane. Podcjenjivanje ozbiljnosti poplave uzrokovat će oštećenje brane; sediment koji nosi rijeka može u najgorem slučaju brzo napuniti akumulaciju. Na primjer, dovodni kanal će uzrokovati zamuljivanje kanala, a grubozrnati sediment će proći kroz turbinu i uzrokovati habanje turbine. Stoga, izgradnja hidroelektrana mora imati dovoljno hidroloških podataka.
Stoga, prije donošenja odluke o izgradnji hidroelektrane, prvo moramo istražiti smjer ekonomskog razvoja u području snabdijevanja energijom i buduću potražnju za električnom energijom. Istovremeno, procijeniti situaciju s drugim izvorima energije u području razvoja. Tek nakon istraživanja i analize gore navedene situacije možemo odlučiti da li je potrebno izgraditi hidroelektranu i koliki bi trebao biti njen obim.
Općenito, svrha hidroenergetskih istraživanja je pružanje tačnih i pouzdanih osnovnih informacija potrebnih za projektovanje i izgradnju hidroelektrana.
5. Opšti uslovi za odabir lokacije
Opći uvjeti za odabir lokacije mogu se objasniti sa sljedeća četiri aspekta:
(1) Odabrana lokacija treba da bude u stanju da koristi energiju vode na najekonomičniji način i da se pridržava principa uštede troškova, odnosno da se nakon završetka izgradnje elektrane troši najmanje novca, a proizvodi najviše električne energije. To se obično može izmjeriti procjenom godišnjih prihoda od proizvodnje energije i ulaganja u izgradnju elektrane kako bi se vidjelo za koliko vremena se uloženi kapital može povratiti. Međutim, hidrološki i topografski uslovi su različiti na različitim mjestima, a i potrebe za električnom energijom su različite, tako da troškovi izgradnje i ulaganja ne bi trebali biti ograničeni određenim vrijednostima.
(2) Topografski, geološki i hidrološki uslovi odabrane lokacije trebaju biti relativno povoljni, a trebale bi postojati i mogućnosti u projektovanju i izgradnji. Prilikom izgradnje malih hidroelektrana, upotreba građevinskih materijala treba biti što je više moguće u skladu s principom „lokalnih materijala“.
(3) Odabrana lokacija mora biti što bliže području napajanja i obrade kako bi se smanjila ulaganja u opremu za prijenos energije i gubici energije.
(4) Prilikom odabira lokacije, postojeće hidraulične strukture treba iskoristiti koliko god je to moguće. Na primjer, kap vode se može iskoristiti za izgradnju hidroelektrane u kanalu za navodnjavanje ili se hidroelektrana može izgraditi pored rezervoara za navodnjavanje za proizvodnju električne energije iz protoka navodnjavanja i tako dalje. Budući da ove hidroelektrane mogu ispuniti princip proizvodnje električne energije kada ima vode, njihov ekonomski značaj je očigledniji.
Vrijeme objave: 19. maj 2022.
