1. Oversigt over vandkraftproduktion
Vandkraftproduktion omdanner vandenergi fra naturlige floder til elektrisk energi, som mennesker kan bruge. De energikilder, der anvendes af kraftværker, er forskellige, såsom solenergi, vandkraft fra floder og vindkraft genereret af luftstrømme. Omkostningerne ved vandkraftproduktion ved hjælp af vandkraft er billige, og opførelsen af vandkraftværker kan også kombineres med andre vandbesparende projekter. Kina er rigt på vandressourcer og har fremragende forhold. Vandkraft spiller en vigtig rolle i den nationale økonomiske opbygning.
Vandstanden opstrøms i en flod er højere end dens nedstrøms vandstand. På grund af forskellen i vandstanden i floden genereres vandenergi. Denne energi kaldes potentiel energi eller potentiel energi. Forskellen i højden af flodens vandoverflade kaldes fald, også kaldet vandstandsforskel eller vandsøjleforskel. Dette fald er en grundlæggende betingelse for hydraulisk kraft. Derudover afhænger størrelsen af vandkraften også af størrelsen af vandgennemstrømningen i floden, hvilket er en anden grundlæggende betingelse, der er lige så vigtig som faldet. Både fald og afstrømning påvirker direkte størrelsen af den hydrauliske kraft; Jo større vandfaldet er, desto større er den hydrauliske kraft; hvis faldet og vandmængden er relativt lille, vil vandkraftværkets produktion være mindre.
Faldet udtrykkes generelt i meter. Vandoverfladegradienten er forholdet mellem fald og afstand, hvilket kan indikere dråbens koncentrationsgrad. Hvis dråbet er relativt koncentreret, er udnyttelsen af vandkraft mere bekvem. Det fald, der bruges af et vandkraftværk, er forskellen mellem vandoverfladen opstrøms for vandkraftværket og vandoverfladen nedstrøms efter at have passeret gennem den hydrauliske turbine.
Strømning er den mængde vand, der strømmer gennem en flod på en tidsenhed, udtrykt i kubikmeter pr. sekund. En kubikmeter vand er et ton. En flods strømning ændrer sig når som helst og hvor som helst, så når vi taler om strømningen, skal vi forklare tidspunktet for det specifikke sted, hvor den løber. Strømningen ændrer sig betydeligt over tid. Generelt har floder i Kina stor strømning om sommeren, efteråret og regntiden, men lille strømning om vinteren og foråret. Strømningen varierer fra måned til dag, og vandmængden varierer fra år til år. Strømningen af generelle floder er relativt lille i opstrøms; Når bifloderne konvergerer, øges den nedstrøms strømning gradvist. Derfor, selvom faldet opstrøms er koncentreret, er strømningen lille; selvom den nedstrøms strømning er stor, er faldet relativt spredt. Derfor er det ofte det mest økonomiske at bruge vandkraft i flodens midterste løb.
Når man kender det vandfald og den strømning, der anvendes af et vandkraftværk, kan dets ydelse beregnes med følgende formel:
N= GQH
I formlen er N output, enhed: kW, også kaldet effekt;
Q — flow, i kubikmeter pr. sekund;
H — Fald, i meter;
G=9,8 er tyngdeaccelerationen i Newton/kg
Den teoretiske effekt beregnes i henhold til ovenstående formel, og der fratrækkes intet tab. Faktisk har vandturbiner, transmissionsudstyr, generatorer osv. uundgåelige effekttab i forbindelse med vandkraftproduktion. Derfor bør den teoretiske effekt fratrækkes, dvs. den faktiske effekt, vi kan bruge, skal ganges med virkningsgradskoefficienten (symbol: K).
Den designmæssige effekt af en generator i et vandkraftværk kaldes nominel effekt, og den faktiske effekt kaldes faktisk effekt. I processen med energiomdannelse er det uundgåeligt at tabe noget energi. I processen med vandkraftproduktion er der primært tab fra hydrauliske turbiner og generatorer (inklusive tab fra rørledninger). I landlige mikro-vandkraftværker tegner forskellige tab sig for 40~50% af den samlede teoretiske effekt, så produktionen fra vandkraftværker kan kun bruge 50~60% af den teoretiske effekt, dvs. virkningsgraden er omkring 0,5~0,60 (inklusive turbineeffektivitet på 0,70~0,85, generatoreffektivitet på 0,85~0,90 og rør- og transmissionsudstyrseffektivitet på 0,80~0,85). Derfor kan vandkraftværkets faktiske effekt (output) beregnes som følger:
K – vandkraftværkets virkningsgrad (0,5~0,6) anvendes til grov beregning af mikrovandkraftværket; Ovenstående formel kan forenkles som:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG faktisk effekt = virkningsgrad × flow × fald × ni komma otte
Brugen af vandkraft er at bruge vand til at drive en slags maskineri, der kaldes vandturbiner. For eksempel er det gamle vandhjul i Kina en meget simpel vandturbine. De forskellige hydrauliske turbiner, der bruges nu, er tilpasset forskellige specifikke hydrauliske forhold, så de kan rotere mere effektivt og omdanne vandenergi til mekanisk energi. En anden maskine, generatoren, er forbundet til vandturbinen for at få generatorens rotor til at rotere sammen med vandturbinen, og derefter kan der genereres elektricitet. Generatoren kan opdeles i to dele: den del, der roterer sammen med den hydrauliske turbine, og den faste del af generatoren. Den del, der roterer sammen med den hydrauliske turbine, kaldes generatorens rotor, og der er mange magnetiske poler omkring rotoren; en cirkel omkring rotoren er den faste del af generatoren, som kaldes generatorens stator. Statoren er viklet med mange kobberspoler. Når mange magnetiske poler på rotoren roterer midt i statorens kobberspole, vil der blive genereret strøm på kobbertråden, og generatoren skal omdanne mekanisk energi til elektrisk energi.
Den elektriske energi, der genereres af kraftværket, omdannes fra forskellige elektriske apparater til mekanisk energi (motor eller motor), lysenergi (elektrisk lampe), varmeenergi (elektrisk ovn) osv.
2. Sammensætning af vandkraftværk
Vandkraftværket består af hydrauliske strukturer, mekanisk udstyr og elektrisk udstyr.
(1) Hydrauliske strukturer
Det omfatter overløbsdæmning (dæmning), indsugningssport, kanal (eller tunnel), forrum (eller reguleringstank), rørledning, kraftværk og udløbskanal osv.
Byg en dæmning i floden for at blokere floden, hæve vandoverfladen og danne et reservoir. På denne måde dannes et koncentreret fald fra reservoirets vandoverflade på dæmningen til flodens vandoverflade under dæmningen, og derefter ledes vandet ind i vandkraftværket gennem vandrør eller tunneler. I den stejle flodrende kan brugen af afledningskanaler også danne et fald. For eksempel er faldet i en naturlig flod 10 meter pr. kilometer. Hvis en kanal åbnes i den øvre ende af denne del af floden for at indføre vand, vil kanalen blive udgravet langs floden, og kanalens hældning vil være flad. Hvis faldet i kanalen kun er 1 meter pr. kilometer, vil vandet strømme 5 kilometer i kanalen, og vandet vil kun falde 5 meter, mens vandet vil falde 50 meter efter at have gået 5 kilometer i den naturlige flod. På dette tidspunkt ledes vandet i kanalen tilbage til kraftværket af floden via vandrør eller tunneler, og der er et 45 m koncentreret fald, der kan bruges til at generere elektricitet.
Et vandkraftværk, der bruger afledningskanaler, tunneler eller vandrør (såsom plastrør, stålrør, betonrør osv.) til at danne en koncentreret dråbe, kaldes et vandkraftværk af afledningskanaltypen, hvilket er et typisk layout for vandkraftværker.
(2) Mekanisk og elektrisk udstyr
Ud over ovenstående hydrauliske arbejder (dæmning, kanal, forhave, rørledning og kraftværk) har vandkraftværket også brug for følgende udstyr:
(1) Mekanisk udstyr
Der er hydrauliske turbiner, regulatorer, skydeventiler, transmissionsudstyr og ikke-kraftproduktionsudstyr.
(2) Elektrisk udstyr
Der er generatorer, distributionskontrolpaneler, transformere, transmissionsledninger osv.
Imidlertid har ikke alle små vandkraftværker ovennævnte hydrauliske strukturer og mekaniske og elektriske udstyr. Hvis vandkraftværker med lav vandsøjle og en vandsøjle på mindre end 6 meter generelt anvender en afledningskanal og et åbent afledningskammer, vil der ikke være nogen forbåd eller rørledning. Kraftværker med lille strømforsyning og kort transmissionsafstand anvender direkte transmission uden transformer. Vandkraftværker med reservoirer behøver ikke at bygge dæmninger. Der anvendes et dybt vandindløb, og det indre rør (eller tunnel) og overløbet i dæmningen behøver ikke at bruge hydrauliske strukturer såsom overløb, indløbsport, kanal og forbåd.
For at bygge et vandkraftværk skal der først udføres en grundig undersøgelse og design. Der er tre designfaser i designet: foreløbigt design, teknisk design og konstruktionsdetaljer. For at kunne udføre et godt designarbejde skal vi først udføre en grundig undersøgelse, det vil sige en fuldt ud forståelse af de lokale naturlige og økonomiske forhold - det vil sige topografi, geologi, hydrologi, kapital osv. Designets korrekthed og pålidelighed kan kun garanteres efter at have mestret disse forhold og analyseret dem.
Komponenterne i små vandkraftværker har forskellige former afhængigt af de forskellige typer vandkraftværker.
3. Topografisk undersøgelse
Kvaliteten af den topografiske opmåling har stor indflydelse på projektets layout og estimering af mængder.
Geologisk udforskning (forståelse af geologiske forhold) kræver ikke kun en generel forståelse og forskning i bassingeologien og flodbreddens geologi, men også en forståelse af, om maskinrummets fundament 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 i nedstrøms. Derfor sættes den geologiske udvælgelse af forbugten generelt i første række.
4. Hydrometri
For vandkraftværker er de vigtigste hydrologiske data registreringer af flodens vandstand, strømning, sedimentkoncentration, isdannelse, meteorologiske data og data fra oversvømmelsesundersøgelser. Størrelsen af flodens strømning påvirker udformningen af vandkraftværkets overløb, og oversvømmelsens omfang undervurderes, hvilket vil føre til ødelæggelse af dæmningen. Sedimentet, der transporteres af floden, kan i værste fald fylde reservoiret hurtigt. For eksempel vil tilstrømning til kanalen forårsage tilslammning af kanalen, og groft sediment vil passere gennem den hydrauliske turbine og forårsage slid på den hydrauliske turbine. Derfor skal konstruktionen af vandkraftværker have tilstrækkelige hydrologiske data.
Derfor er det nødvendigt at undersøge og studere retningen for den økonomiske udvikling og den fremtidige efterspørgsel efter elektricitet i elforsyningsområdet, inden man beslutter sig for at bygge et vandkraftværk. Samtidig skal man vurdere situationen for andre energikilder i udviklingsområdet. Først efter at have studeret og analyseret ovenstående forhold kan vi beslutte, om vandkraftværket skal bygges, og hvor stort byggeriet skal være.
Generelt er formålet med vandkraftundersøgelser at levere nøjagtige og pålidelige grundlæggende data, der er nødvendige for design og konstruktion af vandkraftværker.
5. Generelle forhold for den valgte stationslokation
De generelle betingelser for valg af stationsplacering kan beskrives i følgende fire aspekter:
(1) Det valgte kraftværkssted skal være i stand til at udnytte vandenergi mest økonomisk og overholde princippet om omkostningsbesparelser, dvs. at efter færdiggørelsen af kraftværket vil der blive brugt minimale omkostninger og genereret maksimal strøm. Generelt kan dette måles ved at estimere den årlige indtægt fra elproduktion og investeringer i værkets opførelse for at se, hvor længe den investerede kapital kan tjenes ind. På grund af forskellige hydrologiske og topografiske forhold og forskellige energibehov bør omkostninger og investeringer dog ikke begrænses af bestemte værdier.
(2) Det valgte stationssted skal have bedre topografiske, geologiske og hydrologiske forhold og være muligt i design og konstruktion. Opførelsen af små vandkraftværker skal i videst muligt omfang overholde princippet om "lokale materialer" med hensyn til byggematerialer.
(3) Den valgte stationsplacering skal være så tæt på strømforsynings- og behandlingsområdet som muligt for at reducere investeringen i transmissionsudstyr og strømtab.
(4) Ved valg af stationsplacering skal eksisterende hydrauliske strukturer anvendes så meget som muligt. For eksempel kan vanddråber bruges til at bygge vandkraftværker i vandingskanaler, eller vandkraftværker kan bygges i nærheden af vandingsreservoirer for at generere elektricitet ved hjælp af vandingsstrøm osv. Fordi disse vandkraftværker kan overholde princippet om at generere elektricitet, når der er vand, er deres økonomiske betydning mere åbenlys.
Opslagstidspunkt: 25. oktober 2022
