Vandkraft omdanner vandenergien fra naturlige floder til elektricitet, som mennesker kan bruge. Der findes forskellige energikilder, der bruges til elproduktion, såsom solenergi, vandkraft i floder og vindkraft genereret af luftstrømme. Omkostningerne ved vandkraftproduktion ved hjælp af vandkraft er billige, og opførelsen af vandkraftværker kan også kombineres med andre vandbesparelsesprojekter. Vores land er meget rigt på vandkraftressourcer, og forholdene er også meget gode. Vandkraft spiller en vigtig rolle i opbygningen af den nationale økonomi.
Vandstanden opstrøms i en flod er højere end dens vandstand nedstrøms. På grund af forskellen i vandstanden i floden genereres vandenergi. Denne energi kaldes potentiel energi eller potentiel energi. Forskellen i flodens vandstandshøjde kaldes faldet, også kaldet vandstandsforskellen eller vandsøjlen. Dette fald er en grundlæggende betingelse for dannelsen af hydraulisk kraft. Derudover afhænger størrelsen af den hydrauliske kraft også af størrelsen af vandstrømmen i floden, hvilket er en anden grundlæggende betingelse, der er lige så vigtig som faldet. Både faldet og strømningen påvirker direkte den hydrauliske kraft; jo større vandvolumen i dråbet er, desto større er den hydrauliske kraft; hvis faldet og vandvolumenet er relativt små, vil vandkraftværkets ydelse være mindre.
Faldet udtrykkes generelt i meter. Gradient er forholdet mellem fald og afstand, hvilket kan indikere graden af dråbekoncentration. Dråbet er mere koncentreret, og brugen af hydraulisk kraft er mere bekvem. Det fald, der bruges af et vandkraftværk, er forskellen mellem vandoverfladen opstrøms for vandkraftværket og vandoverfladen nedstrøms efter at have passeret gennem turbinen.
Strømning er den mængde vand, der strømmer i en flod pr. tidsenhed, og det udtrykkes i kubikmeter på et sekund. En kubikmeter vand er et ton. En flods strømning ændrer sig til enhver tid, så når vi taler om strømningen, skal vi forklare tidspunktet for det specifikke sted, den løber. Strømningen ændrer sig meget markant over tid. Floderne i vores land har generelt en stor strømning i regntiden om sommeren og efteråret og relativt lille om vinteren og foråret. Generelt er flodens strømning relativt lille i opstrøms; fordi bifloderne smelter sammen, øges den nedstrøms strømning gradvist. Derfor, selvom faldet opstrøms er koncentreret, er strømningen lille; den nedstrøms strømning er stor, men faldet er relativt spredt. Derfor er det ofte mest økonomisk at udnytte hydraulisk kraft i flodens midterste løb.
Når man kender det vandfald og den strømning, der anvendes af et vandkraftværk, kan dets ydelse beregnes ved hjælp af følgende formel:
N= GQH
I formlen kan N-output, i kilowatt, også kaldes effekt;
Q–flow, i kubikmeter pr. sekund;
H – fald, i meter;
G = 9,8 er tyngdeaccelerationen, enhed: Newton/kg
Ifølge ovenstående formel beregnes den teoretiske effekt uden at fratrække tab. Faktisk har turbiner, transmissionsudstyr, generatorer osv. i forbindelse med vandkraftproduktion uundgåelige effekttab. Derfor bør den teoretiske effekt diskonteres, dvs. den faktiske effekt, vi kan bruge, skal ganges med virkningsgradskoefficienten (symbol: K).
Den designmæssige effekt af generatoren i vandkraftværket kaldes den nominelle effekt, og den faktiske effekt kaldes den faktiske effekt. I processen med energiomdannelse er det uundgåeligt at miste en del af energien. I processen med vandkraftproduktion er der primært tab i turbiner og generatorer (der er også tab i rørledninger). De forskellige tab i det landlige mikro-vandkraftværk tegner sig for omkring 40-50% af den samlede teoretiske effekt, så vandkraftværkets produktion kan faktisk kun bruge 50-60% af den teoretiske effekt, dvs. virkningsgraden er omkring 0,5-0,60 (hvoraf turbineeffektiviteten er 0,70-0,85, generatoreffektiviteten er 0,85 til 0,90, og rørledningernes og transmissionsudstyrets virkningsgrad er 0,80 til 0,85). Derfor kan vandkraftværkets faktiske effekt (output) beregnes som følger:
K – vandkraftværkets virkningsgrad (0,5～0,6) bruges i den grove beregning af mikro-vandkraftværket; denne værdi kan forenkles som:
N=(0,5～0,6)QHG Faktisk effekt = virkningsgrad × flow × fald × 9,8
Brugen af vandkraft er at bruge vandkraft til at drive en maskine, der kaldes en vandturbine. For eksempel er det gamle vandhjul i vores land en meget simpel vandturbine. De forskellige hydrauliske turbiner, der anvendes i øjeblikket, er tilpasset forskellige specifikke hydrauliske forhold, så de kan rotere mere effektivt og omdanne vandenergi til mekanisk energi. En anden type maskineri, en generator, er forbundet til turbinen, så generatorens rotor roterer sammen med turbinen for at generere elektricitet. Generatoren kan opdeles i to dele: den del, der roterer sammen med turbinen, og den faste del af generatoren. Den del, der er forbundet til turbinen og roterer, kaldes generatorens rotor, og der er mange magnetiske poler omkring rotoren; en cirkel omkring rotoren er den faste del af generatoren, kaldet generatorens stator, og statoren er viklet med mange kobberspiraler. Når mange magnetiske poler på rotoren roterer midt i statorens kobberspiraler, genereres der en strøm på kobbertrådene, og generatoren omdanner mekanisk energi til elektrisk energi.
Den elektriske energi, der genereres af kraftværket, omdannes til mekanisk energi (elmotor eller motor), lysenergi (elektrisk lampe), termisk energi (elektrisk ovn) og så videre af forskellige elektriske apparater.
sammensætningen af vandkraftværket
Sammensætningen af et vandkraftværk omfatter: hydrauliske strukturer, mekanisk udstyr og elektrisk udstyr.
(1) Hydrauliske strukturer
Den har dæmninger, indsugningssporte, kanaler (eller tunneler), trykfortanke (eller reguleringstanke), trykrør, kraftcentre og udløb osv.
En dæmning (overløb) bygges i floden for at blokere flodvandet og hæve vandoverfladen for at danne et reservoir. På denne måde dannes et koncentreret fald mellem vandoverfladen af reservoiret på dæmningen (overløbet) og flodens vandoverflade under dæmningen, og derefter føres vandet ind i vandkraftværket ved hjælp af vandrør eller tunneler. I relativt stejle floder kan brugen af afledningskanaler også danne et fald. For eksempel: Generelt er faldet pr. kilometer i en naturlig flod 10 meter. Hvis en kanal åbnes i den øvre ende af denne del af floden for at indføre flodvand, vil kanalen blive udgravet langs floden, og kanalens hældning vil være fladere. Hvis faldet i kanalen laves pr. kilometer, falder den kun 1 meter, så vandet flød 5 kilometer i kanalen, og vandoverfladen falder kun 5 meter, mens vandet falder 50 meter efter at have bevæget sig 5 kilometer i den naturlige kanal. På dette tidspunkt ledes vandet fra kanalen tilbage til kraftværket af floden via et vandrør eller en tunnel, og der er et koncentreret fald på 45 meter, som kan bruges til at generere elektricitet. Figur 2
Brugen af afledningskanaler, tunneler eller vandrør (såsom plastrør, stålrør, betonrør osv.) til at danne et vandkraftværk med et koncentreret fald kaldes et afledningskanal-vandkraftværk, hvilket er et typisk layout af vandkraftværker.
(2) Mekanisk og elektrisk udstyr
Ud over de ovennævnte hydrauliske arbejder (dæmninger, kanaler, forpladser, trykrør, værksteder) har vandkraftværket også brug for følgende udstyr:
(1) Mekanisk udstyr
Der er turbiner, regulatorer, skydeventiler, transmissionsudstyr og ikke-genererende udstyr.
(2) Elektrisk udstyr
Der er generatorer, distributionskontrolpaneler, transformere og transmissionsledninger.
Men ikke alle små vandkraftværker har de ovennævnte hydrauliske strukturer og mekaniske og elektriske udstyr. Hvis vandsøjlen er mindre end 6 meter i lavtryksvandkraftværket, anvendes generelt vandføringskanalen og den åbne vandkanal, og der er ingen trykforpøl og trykvandsrør. For kraftværker med lille strømforsyningsrækkevidde og kort transmissionsafstand anvendes direkte kraftoverførsel, og der kræves ingen transformer. Vandkraftværker med reservoirer behøver ikke at bygge dæmninger. Brugen af dybe indtag, dæmningsindvendige rør (eller tunneler) og overløb eliminerer behovet for hydrauliske strukturer såsom stemmeværker, indtagsporte, kanaler og trykforpøle.
For at bygge et vandkraftværk skal der først udføres et omhyggeligt opmålings- og designarbejde. I designarbejdet er der tre designfaser: foreløbig design, teknisk design og konstruktionsdetaljering. For at udføre et godt stykke arbejde i designarbejdet er det først nødvendigt at udføre et grundigt opmålingsarbejde, dvs. at have en fuldt ud forståelse af de lokale naturlige og økonomiske forhold – dvs. topografi, geologi, hydrologi, kapital osv. Designets korrekthed og pålidelighed kan kun garanteres efter at have mestret disse situationer og analyseret dem.
Komponenterne i små vandkraftværker har forskellige former afhængigt af typen af vandkraftværk.
3. Topografisk undersøgelse
Kvaliteten af det topografiske opmålingsarbejde har stor indflydelse på den tekniske layout og estimeringen af den tekniske mængde.
Geologisk udforskning (forståelse af geologiske forhold) ud over generel forståelse og forskning i geologien i vandskellet og langs floden, er det også nødvendigt at forstå, om fundamentet i maskinrummet er solidt, hvilket direkte påvirker selve kraftværkets sikkerhed. Når spærringen med et vist reservoirvolumen ødelægges, vil det ikke kun beskadige selve vandkraftværket, men også forårsage enorme tab af menneskeliv og ejendom nedstrøms.
4. Hydrologisk test
For vandkraftværker er de vigtigste hydrologiske data registreringer af flodens vandstand, strømning, sedimentindhold, isforhold, meteorologiske data og data fra oversvømmelsesundersøgelser. Størrelsen af flodens strømning påvirker udformningen af vandkraftværkets overløbskanal. Undervurdering af oversvømmelsens omfang vil forårsage skade på dæmningen; sedimentet, der føres med af floden, kan i værste fald hurtigt fylde reservoiret. For eksempel vil tilløbskanalen få kanalen til at sande til, og det grovkornede sediment vil passere gennem turbinen og forårsage slid på turbinen. Derfor skal konstruktionen af vandkraftværker have tilstrækkelige hydrologiske data.
Derfor skal vi, inden vi beslutter at bygge et vandkraftværk, først undersøge retningen for den økonomiske udvikling i elforsyningsområdet og den fremtidige efterspørgsel efter elektricitet. Samtidig skal vi vurdere situationen for andre energikilder i udviklingsområdet. Først efter research og analyse af ovenstående situation kan vi beslutte, om vandkraftværket skal bygges, og hvor stort det skal være.
Generelt er formålet med vandkraftundersøgelser at give nøjagtige og pålidelige grundlæggende oplysninger, der er nødvendige for design og konstruktion af vandkraftværker.
5. Generelle betingelser for valg af lokation
De generelle betingelser for valg af et sted kan forklares ud fra følgende fire aspekter:
(1) Det valgte sted skal kunne udnytte vandenergi på den mest økonomiske måde og overholde princippet om omkostningsbesparelser, dvs. at når kraftværket er færdigt, bruges der mindst mulig penge og produceres mest elektricitet. Dette kan normalt måles ved at estimere den årlige elproduktionsindtægt og investeringen i opførelsen af kraftværket for at se, hvor lang tid den investerede kapital kan tjenes ind. De hydrologiske og topografiske forhold er dog forskellige fra sted til sted, og elbehovet er også forskelligt, så byggeomkostninger og investeringer bør ikke begrænses af bestemte værdier.
(2) De topografiske, geologiske og hydrologiske forhold på det valgte sted bør være relativt gode, og der bør være muligheder inden for design og konstruktion. Ved opførelse af små vandkraftværker bør brugen af byggematerialer så vidt muligt ske i overensstemmelse med princippet om "lokale materialer".
(3) Det valgte sted skal være så tæt på strømforsynings- og forarbejdningsområdet som muligt for at reducere investeringen i kraftoverføringsudstyr og strømtab.
(4) Ved valg af placering bør de eksisterende hydrauliske strukturer udnyttes så meget som muligt. For eksempel kan vanddråben bruges til at bygge et vandkraftværk i en vandingskanal, eller et vandkraftværk kan bygges ved siden af et vandingsreservoir for at generere elektricitet fra vandingsstrømmen osv. Fordi disse vandkraftværker kan opfylde princippet om at generere elektricitet, når der er vand, er deres økonomiske betydning mere åbenlys.
Udsendelsestidspunkt: 19. maj 2022
