1. Pregled proizvodnje hidroenergije
Proizvodnja hidroelektrana služi za pretvaranje vodene energije prirodnih rijeka u električnu energiju koju ljudi koriste. Izvori energije koje koriste elektrane su raznoliki, kao što su solarna energija, vodna energija rijeka i energija vjetra generirana protokom zraka. Troškovi proizvodnje hidroenergije korištenjem hidroelektrana su jeftini, a izgradnja hidroelektrana može se kombinirati i s drugim projektima očuvanja vode. Kina je bogata vodnim resursima i ima odlične uvjete. Hidroenergija igra važnu ulogu u izgradnji nacionalne ekonomije.
Uzvodni nivo vode rijeke je viši od nizvodnog. Zbog razlike u nivou vode rijeke, generira se energija vode. Ova energija se naziva potencijalna energija ili energija potencijala. Razlika između visine površine riječne vode naziva se pad, također se naziva razlika nivoa vode ili pad. Ovaj pad je osnovni uslov za hidrauličku snagu. Osim toga, veličina snage vode također ovisi o veličini protoka vode u rijeci, što je još jedan osnovni uslov jednako važan kao i pad. I pad i protok direktno utiču na veličinu hidrauličke snage; Što je veći pad vode, veća je hidraulična snaga; Ako su pad i zapremina vode relativno mali, snaga hidroelektrane će biti manja.
Pad se obično izražava u metrima. Gradijent vodene površine je odnos pada i udaljenosti, što može ukazivati na stepen koncentracije pada. Ako je pad relativno koncentrisan, korištenje vodene energije je pogodnije. Pad koji koristi hidroelektrana je razlika između uzvodne vodene površine hidroelektrane i nizvodne vodene površine nakon prolaska kroz hidrauličnu turbinu.
Protok je količina vode koja teče kroz rijeku u jedinici vremena, izražena u kubnim metrima u sekundi. Kubni metar vode je jedna tona. Protok rijeke se mijenja u bilo koje vrijeme i bilo gdje, pa kada govorimo o protoku, moramo objasniti vrijeme specifičnog mjesta gdje teče. Protok se značajno mijenja s vremenom. Općenito, rijeke u Kini imaju veliki protok ljeti, jeseni i u kišnoj sezoni, ali mali protok zimi i proljeću. Protok varira od mjeseca do dana, a količina vode varira iz godine u godinu. Protok općih rijeka je relativno mali u uzvodnom dijelu; Kako se pritoke spajaju, nizvodni tok se postepeno povećava. Stoga, iako je pad uzvodno koncentriran, protok je mali; iako je nizvodni tok velik, pad je relativno raspršen. Stoga je često najekonomičnije koristiti vodnu energiju u srednjem toku rijeke.
Poznavajući pad i protok koji koristi hidroelektrana, njen učinak se može izračunati sljedećom formulom:
N= GQH
U formuli, N – izlazna snaga, jedinica: kW, također se naziva snaga;
Q — protok, u kubnim metrima u sekundi;
H — Pad, u metrima;
G=9,8 je ubrzanje gravitacije, u Newton/kg
Teorijska snaga se izračunava prema gornjoj formuli i ne oduzimaju se gubici. U stvari, u procesu proizvodnje hidroenergije, vodne turbine, prijenosna oprema, generatori itd. imaju neizbježne gubitke snage. Stoga, teoretsku 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 hidrauličnih turbina i generatora (uključujući gubitke u cjevovodima). U ruralnim mikro hidroelektranama, razni gubici čine 40~50% ukupne teorijske snage, tako da izlaz hidroelektrana može koristiti samo 50~60% teorijske snage, odnosno efikasnost je oko 0,5~0,60 (uključujući efikasnost turbine od 0,70~0,85, efikasnost generatora od 0,85~0,90 i efikasnost cjevovoda i prenosne opreme od 0,80~0,85). Stoga se stvarna snaga (izlaz) hidroelektrane može izračunati na sljedeći način:
K – stepen korisnosti hidroelektrane, (0,5~0,6) se usvaja za grubi proračun mikro hidroelektrane; Gornja formula se može pojednostaviti kao:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG stvarna snaga=korist × protok × pad × devet, osam
Upotreba hidroenergije je korištenje vode za pokretanje vrste mašinerije koja se naziva vodena turbina. Na primjer, drevni vodeni točak u Kini je vrlo jednostavna vodena turbina. Različite hidraulične turbine koje se danas koriste prilagođene su različitim specifičnim hidrauličnim uslovima, tako da se mogu efikasnije okretati i pretvarati energiju vode u mehaničku energiju. Druga mašina, generator, spojena je na vodenu turbinu kako bi rotor generatora rotirao zajedno s vodenom turbinom, a zatim se može generirati električna energija. Generator se može podijeliti na dva dijela: dio koji se okreće zajedno s hidrauličnom turbinom i fiksni dio generatora. Dio koji se okreće zajedno s hidrauličnom turbinom naziva se rotor generatora i oko rotora postoji mnogo magnetskih polova; krug oko rotora je fiksni dio generatora, koji se naziva stator generatora. Stator je omotan mnogim bakrenim zavojnicama. Kada se mnogo magnetskih polova rotora okreće u sredini bakrene zavojnice statora, struja će se generirati na bakrenoj žici, a generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju.
Električna energija koju generira elektrana transformira se iz različite električne opreme u mehaničku energiju (motor ili elektromotor), svjetlosnu energiju (električna lampa), toplinsku energiju (električna peć) itd.
2. Sastav hidroelektrane
Hidroelektrana se sastoji od hidrauličnih konstrukcija, mašinske opreme i električne opreme.
(1) Hidraulične konstrukcije
Uključuje preljev (branu), usisnu kapiju, kanal (ili tunel), prednji bazen (ili regulacioni rezervoar), cjevovod, mašinsku zgradu i odvodni kanal itd.
Izgradite branu u rijeci kako biste blokirali rijeku, podigli površinu vode i formirali rezervoar. Na taj način se formira koncentrirani pad od površine vode rezervoara na brani do površine vode rijeke ispod brane, a zatim se voda uvodi u hidroelektranu kroz vodovodne cijevi ili tunele. U strmom riječnom koritu, korištenje derivacijskih kanala također može formirati pad. Na primjer, pad prirodne rijeke je 10 metara po kilometru. Ako se na gornjem kraju ovog dijela rijeke otvori kanal za uvođenje vode, kanal će biti iskopan duž rijeke, a nagib kanala će biti ravan. Ako je pad u kanalu samo 1 metar po kilometru, voda će teći 5 kilometara u kanalu i padati samo 5 metara, dok će voda padati 50 metara nakon pređenih 5 kilometara u prirodnoj rijeci. U ovom trenutku, voda u kanalu se rijekom vodovodnim cijevima ili tunelima vraća u elektranu, a postoji koncentrirani pad od 45 metara koji se može koristiti za proizvodnju električne energije.
Hidroelektrana koja koristi derivacijske kanale, tunele ili vodovodne cijevi (kao što su plastične cijevi, čelične cijevi, betonske cijevi itd.) za formiranje koncentriranog pada naziva se hidroelektrana tipa derivacijskog kanala, što je tipičan raspored hidroelektrana.
(2) Mehanička i električna oprema
Pored gore navedenih hidrauličkih radova (preljev, kanal, prednji bazen, cjevovod i strojarnica), hidroelektrani je potrebna i sljedeća oprema:
(1) Mehanička oprema
Tu su hidraulične turbine, regulatori, zaporni ventili, oprema za prijenos i oprema koja nije namijenjena za proizvodnju energije.
(2) Električna oprema
Tu su generatori, distribucijske kontrolne ploče, transformatori, dalekovodi itd.
Međutim, ne posjeduju sve male hidroelektrane gore navedene hidraulične konstrukcije i mehaničku i električnu opremu. Ako hidroelektrana niskog pada, s visinom vode manjom od 6 metara, uglavnom usvoji način preusmjeravanja kanala i otvorene preusmjeravajuće komore kanala, neće biti prednjeg bazena i cjevovoda. Elektrane s malim dometom napajanja i kratkom udaljenošću prijenosa usvajaju direktan prijenos bez transformatora. Hidroelektrane s akumulacijama ne moraju graditi brane. Usvaja se duboki ulaz vode, a unutrašnja cijev (ili tunel) i preljev brane ne zahtijevaju korištenje hidrauličnih konstrukcija kao što su preljev, usisna vrata, kanal i prednji bazen.
Da bi se izgradila hidroelektrana, prvo treba provesti pažljivo istraživanje i projektovanje. Postoje tri faze projektovanja: preliminarni projekat, tehnički projekat i detalji izgradnje. Da bismo dobro obavili posao projektovanja, prvo moramo provesti temeljito istraživanje, odnosno u potpunosti razumjeti lokalne prirodne i ekonomske uslove - topografiju, geologiju, hidrologiju, kapital itd. Ispravnost i pouzdanost projekta mogu se garantovati tek nakon savladavanja ovih uslova i njihove analize.
Komponente malih hidroelektrana imaju različite oblike u skladu s različitim tipovima hidroelektrana.
3. Topografsko snimanje
Kvalitet topografskog snimanja ima veliki utjecaj na raspored projekta i procjenu količina.
Geološka istraživanja (razumijevanje geoloških uslova) zahtijevaju ne samo opće razumijevanje i istraživanje geologije bazena i geologije priobalja, već i razumijevanje da li su temelji mašinske sale 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. Stoga se geološki odabir prednjeg zaliva uglavnom stavlja na prvo mjesto.
4. Hidrometrija
Za hidroelektrane, najvažniji hidrološki podaci su zapisi o vodostaju rijeke, protoku, koncentraciji sedimenta, zaleđivanju, meteorološki podaci i podaci istraživanja poplava. Veličina riječnog protoka utiče na raspored preljeva hidroelektrane, a ozbiljnost poplave se podcjenjuje, što će dovesti do uništenja brane; sediment koji nosi rijeka može u najgorem slučaju brzo napuniti akumulaciju. Na primjer, dotok u kanal će uzrokovati zamuljivanje kanala, a krupni sediment će proći kroz hidrauličnu turbinu i uzrokovati habanje hidrauličke turbine. Stoga, izgradnja hidroelektrana mora imati dovoljno hidroloških podataka.
Stoga, prije donošenja odluke o izgradnji hidroelektrane, potrebno je istražiti i proučiti smjer ekonomskog razvoja i buduću potražnju za električnom energijom u području snabdijevanja energijom. Istovremeno, procijeniti situaciju s drugim izvorima energije u području razvoja. Tek nakon proučavanja i analize gore navedenih uvjeta možemo odlučiti da li je potrebno izgraditi hidroelektranu i koliki bi trebao biti opseg izgradnje.
Općenito, svrha hidroenergetskog istraživanja je pružanje tačnih i pouzdanih osnovnih podataka potrebnih za projektovanje i izgradnju hidroelektrana.
5. Opći uvjeti odabrane lokacije stanice
Opšti uslovi za odabir lokacije stanice mogu se opisati kroz sljedeća četiri aspekta:
(1) Odabrana lokacija za elektranu mora omogućiti najekonomičnije korištenje vodene energije i biti u skladu s principom uštede troškova, odnosno, nakon završetka izgradnje elektrane, troškovi će se minimalno trošiti, a proizvoditi maksimalna energija. Općenito, to se može mjeriti procjenom godišnjeg prihoda od proizvodnje energije i ulaganja u izgradnju elektrane kako bi se vidjelo koliko dugo se uloženi kapital može povratiti. Međutim, zbog različitih hidroloških i topografskih uvjeta i različite potražnje za energijom, troškovi i ulaganja ne bi trebali biti ograničeni određenim vrijednostima.
(2) Odabrana lokacija za elektranu treba da ima superiorne topografske, geološke i hidrološke uslove, te da bude pogodna za projektovanje i izgradnju. Izgradnja malih hidroelektrana treba da se što je više moguće pridržava principa "lokalnih materijala" u pogledu građevinskih materijala.
(3) Odabrana lokacija stanice treba biti što bliže području napajanja i obrade kako bi se smanjila ulaganja u opremu za prijenos i gubici energije.
(4) Prilikom odabira lokacije za stanicu, postojeće hidraulične strukture treba iskoristiti koliko god je to moguće. Na primjer, kap vode se može koristiti za izgradnju hidroelektrana u kanalima za navodnjavanje ili se hidroelektrane mogu graditi u blizini rezervoara za navodnjavanje za proizvodnju električne energije korištenjem protoka za navodnjavanje itd. Budući da ove hidroelektrane mogu biti u skladu s principom proizvodnje električne energije kada ima vode, njihov ekonomski značaj je očigledniji.
Vrijeme objave: 25. oktobar 2022.
