1. Visió general de la generació d'energia hidroelèctrica
La generació d'energia hidroelèctrica consisteix a convertir l'energia de l'aigua dels rius naturals en energia elèctrica per a l'ús humà. Les fonts d'energia que utilitzen les centrals elèctriques són diverses, com ara l'energia solar, l'energia hidràulica dels rius i l'energia eòlica generada pel flux d'aire. El cost de la generació d'energia hidroelèctrica mitjançant energia hidroelèctrica és econòmic, i la construcció de centrals hidroelèctriques també es pot combinar amb altres projectes de conservació d'aigua. La Xina és rica en recursos hídrics i té unes condicions excel·lents. L'energia hidroelèctrica juga un paper important en la construcció econòmica nacional.
El nivell de l'aigua aigües amunt d'un riu és més alt que el nivell de l'aigua aigües avall. A causa de la diferència entre el nivell de l'aigua del riu, es genera energia hídrica. Aquesta energia s'anomena energia potencial o energia potencial. La diferència entre l'alçada de la superfície de l'aigua del riu s'anomena caiguda, també anomenada diferència de nivell o salt. Aquesta caiguda és una condició bàsica per a l'energia hidràulica. A més, la magnitud de l'energia hidràulica també depèn de la magnitud del cabal d'aigua del riu, que és una altra condició bàsica tan important com la caiguda. Tant la caiguda com el cabal afecten directament la magnitud de l'energia hidràulica; com més gran sigui la caiguda d'aigua, més gran serà la potència hidràulica; si la caiguda i el volum d'aigua són relativament petits, la producció de la central hidroelèctrica serà menor.
La caiguda s'expressa generalment en metres. El gradient de la superfície de l'aigua és la relació entre la caiguda i la distància, que pot indicar el grau de concentració de la caiguda. Si la caiguda és relativament concentrada, l'ús de l'energia hidràulica és més convenient. La caiguda utilitzada per una central hidroelèctrica és la diferència entre la superfície de l'aigua aigües amunt de la central hidroelèctrica i la superfície de l'aigua aigües avall després de passar per la turbina hidràulica.
El cabal és la quantitat d'aigua que flueix per un riu en una unitat de temps, expressada en metres cúbics per segon. Un metre cúbic d'aigua és una tona. El cabal d'un riu canvia en qualsevol moment i en qualsevol lloc, per la qual cosa quan parlem del cabal, hem d'explicar el temps del lloc específic on flueix. El cabal canvia significativament en el temps. En general, els rius de la Xina tenen un gran cabal a l'estiu, la tardor i l'estació de pluges, però un petit cabal a l'hivern i la primavera. El cabal varia de mes a dia i el volum d'aigua varia d'any a any. El cabal dels rius generals és relativament petit aigües amunt; a mesura que els afluents convergeixen, el cabal aigües avall augmenta gradualment. Per tant, tot i que la caiguda aigües amunt està concentrada, el cabal és petit; tot i que el cabal aigües avall és gran, la caiguda està relativament dispersa. Per tant, sovint és més econòmic utilitzar l'energia hidràulica al tram mitjà del riu.
Coneixent el cabal i la caiguda utilitzada per una central hidroelèctrica, la seva producció es pot calcular amb la fórmula següent:
N= GQH
A la fórmula, N – sortida, unitat: kW, també anomenada potència;
Q — cabal, en metres cúbics per segon;
H — Caiguda, en metres;
G=9,8, és l'acceleració de la gravetat, en Newton/kg
La potència teòrica es calcula segons la fórmula anterior i no es dedueix cap pèrdua. De fet, en el procés de generació d'energia hidroelèctrica, les turbines d'aigua, els equips de transmissió, els generadors, etc. tenen pèrdues de potència inevitables. Per tant, la potència teòrica s'ha de descomptar, és a dir, la potència real que podem utilitzar s'ha de multiplicar pel coeficient d'eficiència (símbol: K).
La potència dissenyada del generador en una central hidroelèctrica s'anomena potència nominal, i la potència real s'anomena potència real. En el procés de transformació d'energia, és inevitable perdre una mica d'energia. En el procés de generació d'energia hidroelèctrica, hi ha principalment pèrdues de turbines i generadors hidràulics (incloses les pèrdues de les canonades). A les microcentrals hidroelèctriques rurals, diverses pèrdues representen el 40~50% de la potència teòrica total, de manera que la producció de les centrals hidroelèctriques només pot utilitzar el 50~60% de la potència teòrica, és a dir, l'eficiència és d'aproximadament 0,5~0,60 (inclosa l'eficiència de la turbina de 0,70~0,85, l'eficiència del generador de 0,85~0,90 i l'eficiència de les canonades i els equips de transmissió de 0,80~0,85). Per tant, la potència real (sortida) de la central hidroelèctrica es pot calcular de la següent manera:
K – l'eficiència de la central hidroelèctrica (0,5~0,6) s'adopta per al càlcul aproximat de la microcentral hidroelèctrica; La fórmula anterior es pot simplificar com:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG potència real = eficiència × cabal × caiguda × nou com a vuit
L'ús de l'energia hidroelèctrica consisteix a utilitzar l'aigua per impulsar un tipus de maquinària, que s'anomena turbina hidràulica. Per exemple, l'antiga roda hidràulica a la Xina és una turbina hidràulica molt senzilla. Les diverses turbines hidràuliques que s'utilitzen actualment s'adapten a diverses condicions hidràuliques específiques, de manera que poden girar de manera més eficaç i convertir l'energia de l'aigua en energia mecànica. Una altra màquina, el generador, està connectada a la turbina hidràulica per fer que el rotor del generador giri amb la turbina hidràulica i, aleshores, es pot generar electricitat. El generador es pot dividir en dues parts: la part que gira juntament amb la turbina hidràulica i la part fixa del generador. La part que gira juntament amb la turbina hidràulica s'anomena rotor del generador, i hi ha molts pols magnètics al voltant del rotor; Un cercle al voltant del rotor és la part fixa del generador, que s'anomena estator del generador. L'estator està embolicat amb moltes bobines de coure. Quan molts pols magnètics del rotor giren al mig de la bobina de coure de l'estator, es generarà corrent al cable de coure i el generador convertirà l'energia mecànica en energia elèctrica.
L'energia elèctrica generada per la central elèctrica es transforma a partir de diversos equips elèctrics en energia mecànica (motor o motor), energia lumínica (làmpada elèctrica), energia calorífica (forn elèctric), etc.
2. Composició de la central hidroelèctrica
La central hidroelèctrica consta d'estructures hidràuliques, equips mecànics i equips elèctrics.
(1) Estructures hidràuliques
Inclou la presa, la comporta d'admissió, el canal (o túnel), la bústia (o dipòsit regulador), la força conducta, la casa de màquines i el conducte de desguàs, etc.
Construir una presa al riu per bloquejar-lo, elevar la superfície de l'aigua i formar un embassament. D'aquesta manera, es forma una caiguda concentrada des de la superfície de l'aigua de l'embassament a la presa fins a la superfície del riu sota la presa, i després s'introdueix aigua a la central hidroelèctrica a través de canonades o túnels. En el canal fluvial escarpat, també es pot formar una caiguda mitjançant canals de desviació. Per exemple, la caiguda d'un riu natural és de 10 metres per quilòmetre. Si s'obre un canal a l'extrem superior d'aquesta secció del riu per introduir aigua, el canal s'excavarà al llarg del riu i el pendent del canal serà pla. Si la caiguda del canal és de només 1 metre per quilòmetre, l'aigua fluirà 5 quilòmetres al canal i només caurà 5 metres, mentre que després de caminar 5 quilòmetres al riu natural caurà 50 metres. En aquest moment, l'aigua del canal es condueix de tornada a la central elèctrica pel riu amb canonades o túnels, i hi ha una caiguda concentrada de 45 m que es pot utilitzar per generar electricitat.
Una central hidroelèctrica que utilitza canals de desviació, túnels o canonades d'aigua (com ara canonades de plàstic, canonades d'acer, canonades de formigó, etc.) per formar una gota concentrada s'anomena central hidroelèctrica de tipus canal de desviació, que és un disseny típic de les centrals hidroelèctriques.
(2) Equipament mecànic i elèctric
A més de les obres hidràuliques esmentades (assut, canal, dic d'aproximació, força conducta i casa de màquines), la central hidroelèctrica també necessita els següents equips:
(1) Equipament mecànic
Hi ha turbines hidràuliques, reguladors, vàlvules de comporta, equips de transmissió i equips que no són de generació d'energia.
(2) Equipament elèctric
Hi ha generadors, panells de control de distribució, transformadors, línies de transmissió, etc.
Tanmateix, no totes les petites centrals hidroelèctriques tenen les estructures hidràuliques i els equips mecànics i elèctrics esmentats. Si la central hidroelèctrica de baixa alçada amb una alçada d'aigua inferior a 6 metres generalment adopta el mètode de canal de desviació i cambra de desviació de canal obert, no hi haurà canal d'aigües ni conductes forçats. La central amb un abast de subministrament d'energia petit i una distància de transmissió curta adopta la transmissió directa sense transformador. Les centrals hidroelèctriques amb embassaments no necessiten construir preses. S'adopta l'entrada d'aigua profunda i la canonada interior (o túnel) i el sobreeixidor de la presa no requereixen l'ús d'estructures hidràuliques com ara rescloses, comportes d'admissió, canals i canals d'aigües.
Per construir una central hidroelèctrica, primer s'ha de dur a terme un estudi i un disseny acurats. Hi ha tres etapes de disseny en el disseny: disseny preliminar, disseny tècnic i detalls de construcció. Per fer una bona feina de disseny, primer hem de dur a terme un estudi exhaustiu, és a dir, comprendre completament les condicions naturals i econòmiques locals, és a dir, la topografia, la geologia, la hidrologia, el capital, etc. La correcció i la fiabilitat del disseny només es poden garantir després de dominar aquestes condicions i analitzar-les.
Els components de les petites centrals hidroelèctriques tenen diverses formes segons els diferents tipus de centrals hidroelèctriques.
3. Aixecament topogràfic
La qualitat de l'aixecament topogràfic té una gran influència en el disseny del projecte i l'estimació de quantitats.
L'exploració geològica (comprensió de les condicions geològiques) requereix no només una comprensió general i una investigació sobre la geologia de la conca i la geologia de la ribera, sinó també comprendre si els fonaments de la sala de màquines són sòlids, cosa que afecta directament la seguretat de la central elèctrica. Un cop destruïda la presa amb un cert volum de dipòsit, no només danyarà la central hidroelèctrica, sinó que també causarà grans pèrdues de vides i propietats aigües avall. Per tant, la selecció geològica de la badia de distribució generalment es posa en primer lloc.
4. Hidrometria
Per a les centrals hidroelèctriques, les dades hidrològiques més importants són els registres del nivell de l'aigua del riu, el cabal, la concentració de sediments, la formació de gel, les dades meteorològiques i les dades de l'estudi d'inundacions. La mida del cabal del riu afecta el disseny del sobreeixidor de la central hidroelèctrica i la gravetat de la inundació s'infraestima, cosa que conduirà a la destrucció de la presa; els sediments transportats pel riu poden omplir l'embassament ràpidament en el pitjor dels casos. Per exemple, l'entrada al canal provocarà la sedimentació del canal i els sediments gruixuts passaran a través de la turbina hidràulica i provocaran el desgast de la turbina hidràulica. Per tant, la construcció de centrals hidroelèctriques ha de tenir dades hidrològiques suficients.
Per tant, abans de decidir construir una central hidroelèctrica, cal investigar i estudiar la direcció del desenvolupament econòmic i la demanda futura d'electricitat a la zona de subministrament d'energia. Al mateix temps, s'ha d'estimar la situació d'altres fonts d'energia a la zona de desenvolupament. Només després d'estudiar i analitzar les condicions anteriors podem decidir si cal construir la central hidroelèctrica i quina ha de ser l'escala de construcció.
En general, l'objectiu dels estudis hidroelèctriques és proporcionar dades bàsiques precises i fiables necessàries per al disseny i la construcció de centrals hidroelèctriques.
5. Condicions generals de l'emplaçament de l'estació seleccionada
Les condicions generals per a la selecció de l'emplaçament de l'estació es poden descriure en els quatre aspectes següents:
(1) L'emplaçament de l'estació seleccionat ha de ser capaç de fer l'ús més econòmic de l'energia hídrica i ajustar-se al principi d'estalvi de costos, és a dir, després de la finalització de la central elèctrica, es gastarà el cost mínim i es generarà la màxima energia. Generalment, es pot mesurar estimant els ingressos anuals de la generació d'energia i la inversió en la construcció de l'estació per veure quant de temps es pot recuperar el capital invertit. Tanmateix, a causa de les diferents condicions hidrològiques i topogràfiques i les diferents demandes d'energia, el cost i la inversió no s'han de limitar a certs valors.
(2) L'emplaçament seleccionat per a l'estació ha de tenir unes condicions topogràfiques, geològiques i hidrològiques superiors, i ser possible en disseny i construcció. La construcció de petites centrals hidroelèctriques s'ha d'ajustar al principi dels "materials locals" en la mesura que sigui possible pel que fa als materials de construcció.
(3) L'emplaçament de l'estació seleccionat ha d'estar el més a prop possible de la font d'alimentació i la zona de processament per reduir la inversió en equips de transmissió i les pèrdues de potència.
(4) A l'hora de seleccionar l'emplaçament de l'estació, s'utilitzaran al màxim les estructures hidràuliques existents. Per exemple, es poden utilitzar gotes d'aigua per construir centrals hidroelèctriques en canals de reg, o es poden construir centrals hidroelèctriques prop dels embassaments de reg per generar electricitat utilitzant el flux de reg, etc. Com que aquestes centrals hidroelèctriques poden complir amb el principi de generar electricitat quan hi ha aigua, la seva importància econòmica és més evident.
Data de publicació: 25 d'octubre de 2022
