V přírodních řekách teče voda od horního k dolnímu toku smíchaná se sedimenty a často omývá koryto řeky a břehy, což ukazuje, že ve vodě je skryto určité množství energie. Za přirozených podmínek se tato potenciální energie spotřebovává na drhnutí, tlačení sedimentů a překonávání třecího odporu. Pokud postavíme nějaké budovy a nainstalujeme potřebné zařízení, které zajistí stálý proud vody vodní turbínou, bude vodní turbína poháněna proudem vody, podobně jako větrný mlýn, který se může nepřetržitě otáčet, a energie vody se bude přeměňovat na mechanickou energii. Když vodní turbína pohání generátor k otáčení, může generovat elektřinu a energie vody se přeměňuje na elektrickou energii. Toto je základní princip výroby vodní energie. Vodní turbíny a generátory jsou nejzákladnějším zařízením pro výrobu vodní energie. Dovolte mi, abych vám stručně představil málo znalostí o výrobě vodní energie.
1. Vodní energie a energie proudění vody
Při návrhu vodní elektrárny je pro určení jejího rozsahu nutné znát její výrobní kapacitu. Podle základních principů výroby vodní energie není těžké vidět, že výrobní kapacita elektrárny je určena množstvím práce, kterou může proud vykonat. Celkovou práci, kterou může voda vykonat za určitý čas, nazýváme vodní energií a práci, kterou lze vykonat za jednotku času (sekundu), nazýváme proudovým výkonem. Čím větší je výkon průtoku vody, tím větší je výrobní kapacita elektrárny. Abychom tedy znali výrobní kapacitu elektrárny, musíme nejprve vypočítat výkon průtoku vody. Výkon průtoku vody v řece lze vypočítat tímto způsobem za předpokladu, že pokles hladiny vody v určitém úseku řeky je H (metry) a objem vody H protékající průřezem řeky za jednotku času (sekundy) je Q (metry krychlové/sekundu), pak se výkon v průřezu rovná součinu hmotnosti vody a poklesu. Je zřejmé, že čím vyšší je vodní kapka, tím větší je průtok a tím větší je síla proudění vody.
2. Výkon vodních elektráren
Elektřina, kterou může vodní elektrárna při určitém spádu a průtoku vyrobit, se nazývá výkon vodní energie. Výstupní výkon samozřejmě závisí na výkonu vody protékající turbínou. Při procesu přeměny vodní energie na elektrickou energii musí voda překonávat odpor koryt řek nebo budov na cestě od proudu k proudu. Vodní turbíny, generátory a přenosová zařízení musí také během své práce překonávat mnoho odporů. K překonání odporu je nutné vykonat práci a spotřebovat energii průtoku vody, což je nevyhnutelné. Proto je výkon průtoku vody, který lze použít k výrobě elektřiny, menší než hodnota získaná vzorcem, to znamená, že výkon vodní elektrárny by se měl rovnat výkonu průtoku vody vynásobenému faktorem menším než 1. Tento koeficient se také nazývá účinnost vodní elektrárny.
Konkrétní hodnota účinnosti vodní elektrárny souvisí s množstvím energetických ztrát, ke kterým dochází při průtoku vody budovou a vodní turbínou, přenosovým zařízením, generátorem atd. Čím větší jsou ztráty, tím nižší je účinnost. V malé vodní elektrárně tvoří součet těchto ztrát přibližně 25–40 % výkonu průtoku vody. To znamená, že průtok vody, který může generovat 100 kilowattů elektřiny, vstupuje do vodní elektrárny a generátor dokáže generovat pouze 60 až 75 kilowattů elektřiny, takže účinnost vodní elektrárny se rovná 60–75 %.
Z předchozího úvodu je patrné, že když je průtok elektrárny a rozdíl hladin vody konstantní, výkon elektrárny závisí na účinnosti. Praxe ukázala, že kromě výkonu hydraulických turbín, generátorů a přenosových zařízení ovlivňují účinnost vodních elektráren i další faktory, jako je kvalita konstrukce budovy a instalace zařízení, kvalita provozu a řízení a správnost návrhu vodní elektrárny. Některé z těchto ovlivňujících faktorů jsou samozřejmě primární a některé sekundární a za určitých podmínek se primární a sekundární faktory vzájemně proměňují.
Ať už je faktor jakýkoli, rozhodujícím faktorem je, že lidé nejsou objekty, stroje jsou ovládány lidmi a technologie se řídí myšlenkou. Proto je při návrhu, konstrukci a výběru zařízení vodních elektráren nutné plně zohlednit subjektivní roli člověka a usilovat o dokonalost v technologiích, aby se co nejvíce minimalizovaly energetické ztráty průtoku vody. To platí zejména pro některé vodní elektrárny, kde je samotný pokles vody relativně nízký. Zároveň je nutné efektivně posílit provoz a řízení vodních elektráren, aby se zlepšila jejich účinnost, plně využily vodní zdroje a umožnilo se větší roli malých vodních elektráren.
Čas zveřejnění: 9. června 2021
