Grundkenntnisse zu Kleinstwasserkraftwerken

Was sind die Betriebsparameter einer Wasserturbine?
Zu den grundlegenden Betriebsparametern einer Wasserturbine zählen Fallhöhe, Durchflussrate, Drehzahl, Leistung und Wirkungsgrad.
Die Wassersäule einer Turbine bezeichnet die Differenz der Energie des Wasserdurchflusses je Gewichtseinheit zwischen dem Einlass- und dem Auslassabschnitt der Turbine, ausgedrückt in H und gemessen in Metern.
Die Durchflussrate einer Wasserturbine bezieht sich auf das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit durch den Querschnitt der Turbine fließt.
Die Turbinendrehzahl gibt an, wie oft sich die Hauptwelle der Turbine pro Minute dreht.
Unter der Leistung einer Wasserturbine versteht man die Leistungsabgabe am Wellenende der Wasserturbine.
Der Turbinenwirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis der Turbinenleistung zur Wasserdurchflussleistung.
Welche Arten von Wasserturbinen gibt es?
Wasserturbinen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Gegenstromturbinen und Impulsturbinen. Gegenstromturbinen gibt es in sechs Typen: Mischturbine (HL), Axialturbine mit festem Rotorblatt (ZD), Axialturbine mit festem Rotorblatt (ZZ), Schrägturbine (XL), Durchströmungsturbine mit festem Rotorblatt (GD) und Durchströmungsturbine mit festem Rotorblatt (GZ).
Es gibt drei Arten von Impulsturbinen: Schaufelradturbinen (Schneidradturbinen) (CJ), Schrägradturbinen (XJ) und Doppelanzapfungsturbinen (SJ).
3. Was sind Gegenangriffsturbinen und Impulsturbinen?
Eine Wasserturbine, die die potenzielle Energie, Druckenergie und kinetische Energie des Wasserflusses in feste mechanische Energie umwandelt, wird als Gegenangriffs-Wasserturbine bezeichnet.
Eine Wasserturbine, die die kinetische Energie des Wasserflusses in feste mechanische Energie umwandelt, wird als Impulsturbine bezeichnet.
Was sind die Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Mischströmungsturbinen?
Bei einer Mischstromturbine, auch Francis-Turbine genannt, tritt der Wasserstrom radial in das Laufrad ein und fließt im Allgemeinen axial ab. Mischstromturbinen sind vielseitig einsetzbar, einfach aufgebaut, zuverlässig im Betrieb und hocheffizient. Sie zählen zu den am weitesten verbreiteten Wasserturbinen der heutigen Zeit. Der anwendbare Wasserdruckbereich liegt zwischen 50 und 700 m.
Was sind die Eigenschaften und der Anwendungsbereich der rotierenden Wasserturbine?
Bei einer Axialturbine verläuft der Wasserstrom im Laufradbereich axial und zwischen den Leitschaufeln und dem Laufrad ändert sich der Wasserstrom von radial nach axial.
Die Konstruktion eines Festpropellers ist einfach, doch sinkt ihre Effizienz bei Abweichungen von den Konstruktionsbedingungen deutlich. Sie eignet sich für Kraftwerke mit geringer Leistung und geringen Wasserdruckschwankungen, die in der Regel zwischen 3 und 50 Metern liegen. Die Konstruktion eines Drehpropellers ist vergleichsweise komplex. Durch die Koordination der Rotation von Schaufeln und Leitschaufeln wird eine doppelte Verstellung der Leitschaufeln und -blätter erreicht, wodurch der Leistungsbereich des Hochleistungsbereichs erweitert und eine gute Betriebsstabilität gewährleistet wird. Der derzeit anwendbare Wasserdruckbereich reicht von wenigen Metern bis zu 50–70 Metern.
Was sind die Eigenschaften und Anwendungsgebiete von Schaufelrad-Wasserturbinen?
Eine Schaufelradturbine, auch Petion-Turbine genannt, arbeitet, indem sie die Schaufelblätter der Turbine tangential zum Turbinenumfang mit dem Strahl aus der Düse beaufschlagt. Schaufelradturbinen werden bei hohen Wasserständen eingesetzt, wobei kleine Schaufelradturbinen bei Wasserständen von 40–250 m und große Schaufelradturbinen bei Wasserständen von 400–4500 m eingesetzt werden.
7. Was sind die Eigenschaften und der Anwendungsbereich einer geneigten Turbine?
Die geneigte Wasserturbine erzeugt einen Strahl aus der Düse, der am Einlass einen Winkel (normalerweise 22,5 Grad) mit der Ebene des Laufrads bildet. Dieser Wasserturbinentyp wird in kleinen und mittelgroßen Wasserkraftwerken mit einer geeigneten Fallhöhe unter 400 m eingesetzt.
Wie ist die Grundstruktur einer Wasserturbine vom Bechertyp?
Die Schaufelrad-Wasserturbine verfügt über die folgenden Überstromkomponenten, deren Hauptfunktionen wie folgt sind:
(l) Die Düse wird durch den Wasserstrom aus der vorgeschalteten Druckleitung gebildet, der durch die Düse strömt und einen Strahl bildet, der auf das Laufrad trifft. Die Druckenergie des Wasserstroms in der Düse wird in die kinetische Energie des Strahls umgewandelt.
(2) Durch die Bewegung der Nadel verändert sich der Durchmesser des aus der Düse austretenden Strahls und damit auch die Zulaufmenge der Wasserturbine.
(3) Das Rad besteht aus einer Scheibe und mehreren daran befestigten Schaufeln. Der Strahl strömt auf die Schaufeln zu und überträgt seine kinetische Energie auf sie. Dadurch wird das Rad angetrieben und verrichtet Arbeit.
(4) Der Deflektor befindet sich zwischen Düse und Laufrad. Wenn die Turbine plötzlich die Last reduziert, lenkt der Deflektor den Strahl schnell in Richtung Schaufel ab. An diesem Punkt nähert sich die Nadel langsam einer für die neue Last geeigneten Position. Nachdem sich die Düse in der neuen Position stabilisiert hat, kehrt der Deflektor in die ursprüngliche Position des Strahls zurück und bereitet sich auf die nächste Aktion vor.
(5) Das Gehäuse ermöglicht den reibungslosen Abfluss des gesamten Wasserstroms, wobei der Druck im Gehäuse dem atmosphärischen Druck entspricht. Das Gehäuse dient auch zur Lagerung der Lager der Wasserturbine.
9. Wie liest und versteht man die Marke einer Wasserturbine?
Gemäß den „Regeln für die Bezeichnung von Turbinenmodellen“ JBB84-74 in China besteht die Turbinenbezeichnung aus drei Teilen, die jeweils durch ein „-“ getrennt sind. Das Symbol im ersten Teil ist der erste Buchstabe des chinesischen Pinyin für den Typ der Wasserturbine, und arabische Ziffern stehen für die charakteristische Drehzahl der Wasserturbine. Der zweite Teil besteht aus zwei chinesischen Pinyin-Buchstaben, wobei der erste den Aufbau der Hauptwelle der Wasserturbine und der zweite die Eigenschaften der Ansaugkammer darstellt. Der dritte Teil gibt den Nenndurchmesser des Rades in Zentimetern an.
Wie sind die Nenndurchmesser verschiedener Wasserturbinentypen festgelegt?
Der Nenndurchmesser einer Halbaxialturbine ist der maximale Durchmesser an der Eintrittskante der Laufradschaufeln, also der Durchmesser am Schnittpunkt des unteren Laufradrings mit der Eintrittskante der Schaufeln.
Der Nenndurchmesser von Axial- und Schrägströmungsturbinen ist der Durchmesser innerhalb der Laufradkammer am Schnittpunkt der Laufradschaufelachse mit der Laufradkammer.
Der Nenndurchmesser einer Schaufelrad-Wasserturbine ist der Teilkreisdurchmesser, bei dem das Laufrad die Hauptlinie im Strahl tangiert.
Was sind die Hauptursachen für Kavitation in Wasserturbinen?
Die Ursachen für Kavitation in Wasserturbinen sind komplex. Allgemein wird angenommen, dass die Druckverteilung im Turbinenlaufrad ungleichmäßig ist. Ist das Laufrad beispielsweise im Verhältnis zum stromabwärtigen Wasserspiegel zu hoch installiert, erreicht das mit hoher Geschwindigkeit durch den Niederdruckbereich strömende Wasser leicht den Verdampfungsdruck und es bilden sich Blasen. Strömt das Wasser in den Hochdruckbereich, kondensieren die Blasen aufgrund des Druckanstiegs. Die Wasserpartikel prallen mit hoher Geschwindigkeit auf das Blasenzentrum und füllen die durch die Kondensation entstandenen Lücken. Dadurch entstehen starke hydraulische und elektrochemische Effekte, die die Schaufeln erodieren, Lochfraß und wabenartige Poren verursachen und sogar Löcher bilden.
Welche Maßnahmen gibt es hauptsächlich, um Kavitation in Wasserturbinen zu verhindern?
Kavitation in Wasserturbinen führt zu Lärm, Vibrationen und einem starken Wirkungsgradverlust. Dies führt zu Schaufelerosion, Lochfraß und wabenartigen Porenbildung sowie sogar zur Bildung von Löchern durch Eindringen. Dies kann zu Schäden an der Anlage und Betriebsunfähigkeit führen. Daher sollte Kavitation während des Betriebs vermieden werden. Zu den wichtigsten Maßnahmen zur Vorbeugung und Reduzierung von Kavitationsschäden zählen derzeit:
(l) Konstruieren Sie das Turbinenlaufrad so, dass der Kavitationskoeffizient der Turbine verringert wird.
(2) Verbessern Sie die Fertigungsqualität, stellen Sie die richtige geometrische Form und relative Position der Klingen sicher und achten Sie auf glatte und polierte Oberflächen.
(3) Verwendung von Antikavitationsmaterialien zur Reduzierung von Kavitationsschäden, wie beispielsweise Edelstahlrädern.
(4) Bestimmen Sie die Aufstellungshöhe der Wasserturbine korrekt.
(5) Verbessern Sie die Betriebsbedingungen, um einen längeren Betrieb der Turbine mit geringer Fallhöhe und geringer Last zu verhindern. Wasserturbinen dürfen üblicherweise nicht mit geringer Leistung (z. B. unter 50 % der Nennleistung) betrieben werden. Bei Wasserkraftwerken mit mehreren Blöcken sollte ein längerer Betrieb mit geringer Last und Überlast eines einzelnen Blocks vermieden werden.
(6) Um die bösartige Entwicklung von Kavitationsschäden zu vermeiden, sollten Reparaturschweißungen rechtzeitig gewartet und auf ihre Polierqualität geachtet werden.
(7) Mittels einer Luftzufuhreinrichtung wird Luft in die Unterwasserleitung eingeleitet, um einen zu hohen Unterdruck, der zu Kavitation führen kann, zu beseitigen.
Wie werden große, mittlere und kleine Kraftwerke eingeteilt?
Gemäß den aktuellen Abteilungsstandards gelten Anlagen mit einer installierten Leistung von weniger als 50.000 kW als klein; Anlagen mittlerer Größe mit einer installierten Leistung von 50.000 bis 250.000 kW; Anlagen mit einer installierten Leistung von mehr als 250.000 kW gelten als groß.

Was ist das Grundprinzip der Stromerzeugung durch Wasserkraft?
Wasserkraft ist die Nutzung hydraulischer Kraft (mit Wassersäule), um hydraulische Maschinen (Turbinen) anzutreiben und Wasserenergie in mechanische Energie umzuwandeln. Wird eine weitere Maschine (Generator) an die Turbine angeschlossen, um während der Rotation Strom zu erzeugen, wird die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Wasserkraft ist gewissermaßen der Prozess, die potenzielle Energie des Wassers in mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie umzuwandeln.
Welche Erschließungsmethoden gibt es für hydraulische Ressourcen und welche Grundtypen gibt es für Wasserkraftwerke?
Die Erschließungsmethoden hydraulischer Ressourcen werden entsprechend dem konzentrierten Gefälle ausgewählt. Im Allgemeinen gibt es drei grundlegende Methoden: Dammtyp, Umleitungstyp und gemischter Typ.
(1) Unter einem Staudamm-Wasserkraftwerk versteht man ein Wasserkraftwerk, das in einem Flussbett mit konzentriertem Gefälle und einer bestimmten Speicherkapazität in der Nähe des Staudamms errichtet wird.
(2) Unter einem Wasserumleitungskraftwerk versteht man ein Wasserkraftwerk, das das natürliche Gefälle des Flusses zur Wasserumleitung und Stromerzeugung voll ausnutzt, ohne über ein Reservoir oder eine Regelkapazität zu verfügen, und das an einem weit entfernten Fluss flussabwärts liegt.
(3) Ein Hybridwasserkraftwerk ist ein Wasserkraftwerk, das ein teilweise durch den Bau eines Staudamms und teilweise durch das natürliche Gefälle eines Flussbetts gebildetes Wassergefälle mit einer bestimmten Speicherkapazität nutzt. Das Kraftwerk befindet sich an einem flussabwärts gelegenen Flussbett.
Was sind Durchfluss, Gesamtabfluss und durchschnittlicher Jahresdurchfluss?
Unter Durchflussrate versteht man die Wassermenge, die pro Zeiteinheit durch den Querschnitt eines Flusses (oder eines hydraulischen Bauwerks) fließt, ausgedrückt in Kubikmetern pro Sekunde.
Der Gesamtabfluss bezeichnet die Summe des gesamten Wasserdurchflusses durch den Abschnitt eines Flusses in einem hydrologischen Jahr, ausgedrückt in 104 m3 oder 108 m3;
Bei der mittleren Jahresdurchflussrate handelt es sich um die auf Basis bestehender hydrologischer Reihen berechnete mittlere Jahresdurchflussrate Q3/S eines Flussabschnitts.
Was sind die Hauptkomponenten eines Hub-Projekts für Kleinwasserkraftwerke?
Es besteht im Wesentlichen aus vier Teilen: Wasserrückhaltebauwerke (Dämme), Hochwasserabflussbauwerke (Überlaufrinnen oder Wehranlagen), Wasserumleitungsbauwerke (Umleitungskanäle oder -tunnel, einschließlich Druckregelschächte) und Kraftwerksgebäude (einschließlich Unterwasserkanäle und Druckerhöhungsanlagen).
18. Was ist ein Abflusswasserkraftwerk? Welche Eigenschaften hat es?
Ein Kraftwerk ohne Ausgleichsbehälter wird als Abflusswasserkraftwerk bezeichnet. Dieser Wasserkraftwerkstyp wählt seine installierte Leistung basierend auf der durchschnittlichen jährlichen Durchflussrate des Flussbetts und der möglichen Wassersäule. Die Stromerzeugung in der Trockenzeit sinkt stark um weniger als 50 % und kann manchmal aufgrund der natürlichen Strömung des Flusses nicht einmal Strom erzeugen. In der Regenzeit hingegen gibt es eine große Menge an stehendem Wasser.
19. Was ist die Leistung? Wie schätzt man die Leistung und berechnet die Stromerzeugung eines Wasserkraftwerks?
In einem Wasserkraftwerk wird die vom Generator erzeugte Energie als Leistung bezeichnet. Die Leistung eines bestimmten Flussabschnitts entspricht den Wasserenergieressourcen dieses Abschnitts. Die Wasserleistung gibt die Menge an Wasserenergie pro Zeiteinheit an. In der Gleichung N = 9,81 η QH ist Q die Durchflussrate (m³/s), H die Fallhöhe (m), N die Leistung des Wasserkraftwerks (W) und η der Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks. Die Näherungsformel für die Leistung kleiner Wasserkraftwerke lautet N = (6,0–8,0) QH. Die Formel für die jährliche Stromerzeugung lautet E = NT, wobei N die durchschnittliche Leistung und T die jährliche Betriebszeit sind.
Wie hoch sind die jährlichen Nutzungsstunden der installierten Kapazität?
Bezeichnet die durchschnittliche Volllastbetriebszeit einer Wasserkraftanlage innerhalb eines Jahres. Sie ist ein wichtiger Indikator für die wirtschaftliche Rentabilität von Wasserkraftwerken. Für kleine Wasserkraftwerke ist eine jährliche Betriebsdauer von über 3.000 Stunden vorgeschrieben.
21. Was sind tägliche Anpassung, wöchentliche Anpassung, jährliche Anpassung und mehrjährige Anpassung?
(1) Tägliche Regulierung: bezeichnet die Umverteilung des Abflusses innerhalb eines Tages und einer Nacht mit einer Regulierungsperiode von 24 Stunden.
(2) Wöchentliche Anpassung: Der Anpassungszeitraum beträgt eine Woche (7 Tage).
(3) Jährliche Regulierung: Die Umverteilung des Abflusses innerhalb eines Jahres, bei der nur ein Teil des während der Hochwassersaison überschüssigen Wassers gespeichert werden kann, wird als unvollständige jährliche Regulierung (oder saisonale Regulierung) bezeichnet. Die Fähigkeit, das einströmende Wasser innerhalb des Jahres entsprechend den Wassernutzungsanforderungen vollständig umzuverteilen, ohne dass Wasser zurückgelassen werden muss, wird als jährliche Regulierung bezeichnet.
(4) Mehrjährige Regulierung: Wenn das Reservoirvolumen groß genug ist, um überschüssiges Wasser über viele Jahre hinweg im Reservoir zu speichern und es dann mehreren trockenen Jahren zur jährlichen Regulierung zuzuteilen, spricht man von mehrjähriger Regulierung.
22. Was ist der Tropfen eines Flusses?
Als Höhenunterschied bezeichnet man den Höhenunterschied zwischen den beiden Querschnitten des genutzten Flussabschnitts, als Gesamthöhenunterschied den Höhenunterschied zwischen den Wasseroberflächen an der Quelle und der Mündung des Flusses.
23. Wie hoch sind die Niederschlagsmengen, die Niederschlagsdauer, die Niederschlagsintensität, das Niederschlagsgebiet und das Regenzentrum?
Niederschlag ist die Gesamtmenge an Wasser, die während eines bestimmten Zeitraums auf einen bestimmten Punkt oder ein bestimmtes Gebiet fällt, ausgedrückt in Millimetern.
Unter Niederschlagsdauer versteht man die Dauer des Niederschlags.
Unter Niederschlagsintensität versteht man die Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit, ausgedrückt in mm/h.
Mit der Niederschlagsfläche ist die horizontale Niederschlagsfläche gemeint, ausgedrückt in km².
Mit Regenzentrum ist ein kleines lokales Gebiet gemeint, in dem sich der Regen konzentriert.
24. Was ist eine technische Investitionsschätzung? Technische Investitionsschätzung und technisches Budget?
Das Engineering-Budget ist ein technisches und wirtschaftliches Dokument, das alle für ein Projekt erforderlichen Baumittel in Geldform zusammenfasst. Das Vorentwurfsbudget ist ein wichtiger Bestandteil der Vorentwurfsunterlagen und die wichtigste Grundlage für die Beurteilung der wirtschaftlichen Vernünftigkeit. Das genehmigte Gesamtbudget ist ein wichtiger, vom Staat anerkannter Indikator für grundlegende Bauinvestitionen und bildet zudem die Grundlage für die Erstellung grundlegender Baupläne und Ausschreibungsentwürfe. Die Schätzung der Engineering-Investitionen entspricht dem Investitionsbetrag, der während der Machbarkeitsstudie getätigt wird. Das Engineering-Budget ist der Investitionsbetrag, der während der Bauphase getätigt wird.
Was sind die wichtigsten wirtschaftlichen Indikatoren von Wasserkraftwerken?
(1) Die Kilowattinvestitionseinheit bezeichnet die erforderliche Investition pro Kilowatt installierter Leistung.
(2) Unter Einheitsenergieinvestition versteht man die Investition, die pro Kilowattstunde Strom erforderlich ist.
(3) Die Stromkosten sind die Vergütung, die pro Kilowattstunde Strom gezahlt wird.
(4) Die jährlichen Betriebsstunden der installierten Leistung sind ein Maß für den Auslastungsgrad der Anlagen eines Wasserkraftwerks.
(5) Der Stromverkaufspreis ist der Preis pro Kilowattstunde Strom, der ins Netz eingespeist wird.
Wie berechnet man die wichtigsten Wirtschaftsindikatoren von Wasserkraftwerken?
Die wichtigsten wirtschaftlichen Indikatoren von Wasserkraftwerken werden nach folgender Formel berechnet:
(1) Kilowatt-Investition = Gesamtinvestition in den Bau von Wasserkraftwerken/gesamte installierte Leistung des Wasserkraftwerks
(2) Einheitliche Energieinvestition = Gesamtinvestition in den Bau eines Wasserkraftwerks/durchschnittliche jährliche Stromerzeugung des Wasserkraftwerks
(3) Jährliche Nutzungsstunden der installierten Leistung = durchschnittliche jährliche Stromerzeugung/gesamte installierte Leistung