Grundkenntnisse über Kleinwasserkraftwerke

Was sind die Betriebsparameter einer Wasserturbine?
Zu den grundlegenden Betriebsparametern einer Wasserturbine gehören Fallhöhe, Durchflussrate, Drehzahl, Leistung und Wirkungsgrad.
Die Fallhöhe einer Turbine bezeichnet die Differenz der spezifischen Wasserströmungsenergie zwischen dem Einlass- und dem Auslassbereich der Turbine, ausgedrückt in H und gemessen in Metern.
Der Durchfluss einer Wasserturbine bezeichnet das Wasservolumen, das pro Zeiteinheit durch den Querschnitt der Turbine strömt.
Die Turbinendrehzahl bezeichnet die Anzahl der Umdrehungen der Hauptwelle der Turbine pro Minute.
Die Leistung einer Wasserturbine bezieht sich auf die am Wellenende der Wasserturbine abgegebene Leistung.
Der Wirkungsgrad einer Turbine bezeichnet das Verhältnis von Turbinenleistung zu Wasserdurchfluss.
Welche Arten von Wasserturbinen gibt es?
Wasserturbinen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen: Gegenstromturbinen und Impulsturbinen. Zu den Gegenstromturbinen gehören sechs Typen: Mischstromturbine (HL), Axialturbine mit feststehenden Schaufeln (ZD), Axialturbine mit feststehenden Schaufeln (ZZ), Schrägstromturbine (XL), Durchströmungsturbine mit feststehenden Schaufeln (GD) und Durchströmungsturbine mit feststehenden Schaufeln (GZ).
Es gibt drei Arten von Impulsturbinen: Schaufelradturbinen (CJ), Schrägradturbinen (XJ) und Doppeltippturbinen (SJ).
3. Was sind Gegenangriffsturbinen und Impulsturbinen?
Eine Wasserturbine, die die potenzielle Energie, die Druckenergie und die kinetische Energie des Wasserstroms in feste mechanische Energie umwandelt, wird als Gegenangriffs-Wasserturbine bezeichnet.
Eine Wasserturbine, die die kinetische Energie des Wasserstroms in mechanische Energie eines Feststoffs umwandelt, wird als Impulsturbine bezeichnet.
Was sind die Merkmale und der Anwendungsbereich von Mischstromturbinen?
Eine Mischstromturbine, auch Francis-Turbine genannt, zeichnet sich durch radialen Wassereintritt in das Laufrad und axialen Wasseraustritt aus. Mischstromturbinen finden in einem breiten Fallhöhenbereich Anwendung, sind einfach aufgebaut, arbeiten zuverlässig und erzielen einen hohen Wirkungsgrad. Sie gehören zu den am weitesten verbreiteten Wasserturbinen der Neuzeit. Der Anwendungsbereich der Fallhöhe liegt zwischen 50 und 700 m.
Was sind die Merkmale und der Anwendungsbereich der rotierenden Wasserturbine?
Bei einer Axialturbine strömt das Wasser im Laufradbereich axial, und zwischen den Leitschaufeln und dem Laufrad ändert sich die Strömungsrichtung von radial zu axial.
Die Festpropellerkonstruktion ist einfach, ihr Wirkungsgrad sinkt jedoch stark, wenn von den Auslegungsbedingungen abgewichen wird. Sie eignet sich für Kraftwerke mit geringer Leistung und kleinen Fallhöhenänderungen, typischerweise zwischen 3 und 50 Metern. Die Rotationspropellerkonstruktion ist vergleichsweise komplex. Durch die koordinierte Rotation von Schaufeln und Leitschaufeln wird eine doppelte Verstellung der Leitschaufeln und Schaufeln erreicht. Dies erweitert den Leistungsbereich des hocheffizienten Bereichs und sorgt für eine gute Betriebsstabilität. Derzeit reicht der Anwendungsbereich der Fallhöhe von wenigen Metern bis zu 50–70 Metern.
Was sind die Merkmale und der Anwendungsbereich von Schaufelradturbinen?
Eine Schaufelradturbine, auch Pétion-Turbine genannt, erzeugt Arbeit, indem der Wasserstrahl aus der Düse tangential auf die Schaufelblätter trifft. Schaufelradturbinen werden bei hohen Fallhöhen eingesetzt, wobei kleinere Ausführungen für Fallhöhen von 40–250 m und größere Ausführungen für Fallhöhen von 400–4500 m verwendet werden.
7. Was sind die Merkmale und der Anwendungsbereich von Schrägturbinen?
Die geneigte Wasserturbine erzeugt einen Wasserstrahl, der am Einlass einen Winkel (üblicherweise 22,5 Grad) zur Laufradebene bildet. Dieser Turbinentyp wird in kleinen und mittelgroßen Wasserkraftwerken mit einer geeigneten Fallhöhe unter 400 m eingesetzt.
Was ist der grundlegende Aufbau einer Schaufelrad-Wasserturbine?
Die Schaufelrad-Wasserturbine verfügt über folgende Überstromkomponenten, deren Hauptfunktionen wie folgt lauten:
(l) Die Düse entsteht durch den Wasserstrom aus dem vorgelagerten Druckrohr, der durch die Düse strömt und einen Strahl bildet, der auf das Laufrad trifft. Die Druckenergie des Wasserstroms innerhalb der Düse wird in die kinetische Energie des Strahls umgewandelt.
(2) Durch die Bewegung der Nadel ändert sich der Durchmesser des aus der Düse versprühten Strahls, wodurch sich auch die Einlassdurchflussrate der Wasserturbine ändert.
(3) Das Rad besteht aus einer Scheibe und mehreren darauf befestigten Schaufeln. Der Wasserstrahl strömt auf die Schaufeln zu und überträgt seine kinetische Energie auf diese, wodurch das Rad in Rotation versetzt wird und Arbeit verrichtet.
(4) Der Deflektor befindet sich zwischen Düse und Laufrad. Bei plötzlicher Lastreduzierung der Turbine lenkt der Deflektor den Wasserstrahl schnell in Richtung der Schaufeln. Die Düsennadel schließt sich daraufhin langsam in eine für die neue Last geeignete Position. Sobald sich die Düse in der neuen Position stabilisiert hat, kehrt der Deflektor in seine ursprüngliche Position zurück und ist für den nächsten Vorgang bereit.
(5) Das Gehäuse ermöglicht den reibungslosen Abfluss des fertigen Wasserstroms stromabwärts, und der Druck im Inneren des Gehäuses entspricht dem Atmosphärendruck. Das Gehäuse dient außerdem zur Lagerung der Wasserturbine.
9. Wie kann man die Marke einer Wasserturbine ablesen und verstehen?
Gemäß den chinesischen „Regeln für die Bezeichnung von Turbinenmodellen“ (JBB84-74) besteht die Turbinenbezeichnung aus drei durch Bindestriche („-“) getrennten Teilen. Das Symbol im ersten Teil ist der Anfangsbuchstabe der chinesischen Pinyin-Schreibung für den Turbinentyp, gefolgt von arabischen Ziffern für die charakteristische spezifische Drehzahl. Der zweite Teil besteht aus zwei Pinyin-Buchstaben: Der erste beschreibt die Anordnung der Hauptwelle, der zweite die Eigenschaften der Einlasskammer. Der dritte Teil gibt den Nenndurchmesser des Turbinenrads in Zentimetern an.
Wie werden die Nenndurchmesser verschiedener Wasserturbinentypen festgelegt?
Der Nenndurchmesser einer Mischstromturbine 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 im Inneren der Laufradkammer am Schnittpunkt der Laufradschaufelachse und der Laufradkammer.
Der Nenndurchmesser einer Schaufelrad-Wasserturbine ist der Teilkreisdurchmesser, bei dem das Laufrad die Hauptstrahllinie tangiert.
Was sind die Hauptursachen für Kavitation in Wasserturbinen?
Die Ursachen von Kavitation in Wasserturbinen sind relativ komplex. Man geht allgemein davon aus, dass die Druckverteilung im Turbinenlaufrad ungleichmäßig ist. Ist das Laufrad beispielsweise zu hoch im Verhältnis zum Wasserspiegel stromabwärts installiert, kann das durch den Niederdruckbereich strömende Wasser mit hoher Geschwindigkeit den Verdampfungsdruck erreichen und Blasen bilden. Strömt das Wasser in die Hochdruckzone, kondensieren die Blasen aufgrund des Druckanstiegs. Dabei stoßen die Wasserpartikel mit hoher Geschwindigkeit auf die Blasenmitte zu und füllen die durch die Kondensation entstandenen Lücken. Dies führt zu starken hydraulischen und elektrochemischen Effekten, die die Schaufeln erodieren und Lochfraß, wabenartige Poren und sogar Durchdringungen bis hin zu Löchern verursachen.
Welche Maßnahmen sind am wichtigsten, um Kavitation in Wasserturbinen zu verhindern?
Die Folgen von Kavitation in Wasserturbinen sind Lärm, Vibrationen und ein starker Wirkungsgradverlust. Dies führt zu Schaufelerosion, Lochfraß und wabenförmigen Poren und sogar zur Bildung von Löchern durch Durchdringung, was die Anlage beschädigt und ihren Betrieb unmöglich macht. Daher sollten Maßnahmen ergriffen werden, um Kavitation im Betrieb zu vermeiden. Zu den wichtigsten Maßnahmen zur Vorbeugung und Reduzierung von Kavitationsschäden zählen derzeit:
(l) Das Turbinenlaufrad muss so konstruiert sein, dass der Kavitationskoeffizient der Turbine reduziert wird.
(2) Verbesserung der Fertigungsqualität, Sicherstellung der korrekten geometrischen Form und relativen Position der Schaufeln sowie Gewährleistung glatter und polierter Oberflächen.
(3) Verwendung von Antikavitationsmaterialien zur Reduzierung von Kavitationsschäden, wie z. B. Edelstahlräder.
(4) Die Installationshöhe der Wasserturbine muss korrekt bestimmt werden.
(5) Die Betriebsbedingungen sind so zu verbessern, dass ein längerer Betrieb der Turbine unter geringer Fallhöhe und niedriger Last vermieden wird. Der Betrieb von Wasserturbinen unter Teillast (z. B. unter 50 % der Nennleistung) ist in der Regel nicht zulässig. Bei Wasserkraftwerken mit mehreren Einheiten ist ein längerer Betrieb unter Teillast und Überlastung einzelner Einheiten zu vermeiden.
(6) Um die bösartige Entstehung von Kavitationsschäden zu vermeiden, sollte der Polierqualität der Reparaturschweißung rechtzeitig Aufmerksamkeit geschenkt werden.
(7) Mithilfe einer Luftzufuhrvorrichtung wird Luft in das Abwasserrohr eingeleitet, um ein übermäßiges Vakuum zu beseitigen, das Kavitation verursachen könnte.
Wie werden große, mittlere und kleine Kraftwerke klassifiziert?
Gemäß den aktuellen Abteilungsstandards gelten Anlagen mit einer installierten Leistung von weniger als 50.000 kW als klein; Anlagen mit einer installierten Leistung von 50.000 bis 250.000 kW als mittelgroß; Anlagen mit einer installierten Leistung von mehr als 250.000 kW gelten als groß.

Was ist das Grundprinzip der Wasserkrafterzeugung?
Die Wasserkrafterzeugung nutzt die hydraulische Kraft (die Fallhöhe des Wassers), um eine Turbine anzutreiben und so die Wasserenergie in mechanische Energie umzuwandeln. Wird ein Generator an die Turbine angeschlossen, um während ihrer Rotation Strom zu erzeugen, wird die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die Wasserkrafterzeugung ist somit der Prozess der Umwandlung der potenziellen Energie des Wassers in mechanische und anschließend in elektrische Energie.
Welche Methoden zur Erschließung hydraulischer Ressourcen gibt es und welche Grundtypen von Wasserkraftwerken existieren?
Die Methoden zur Erschließung hydraulischer Ressourcen werden nach dem konzentrierten Gefälle ausgewählt, wobei es im Allgemeinen drei Grundmethoden gibt: Dammbau, Umleitung und Mischbau.
(1) Bei einem Staudamm-Wasserkraftwerk handelt es sich um ein Wasserkraftwerk, das in einem Flussbett errichtet wurde, einen konzentrierten Fall und ein bestimmtes Speichervolumen aufweist und sich in der Nähe des Damms befindet.
(2) Bei einem Wasserumleitungskraftwerk handelt es sich um ein Wasserkraftwerk, das das natürliche Gefälle des Flusses vollständig nutzt, um Wasser umzuleiten und Strom zu erzeugen, ohne über einen Stausee oder eine Regulierungsanlage zu verfügen und sich an einem weit entfernten flussabwärts gelegenen Fluss befindet.
(3) Ein Hybrid-Wasserkraftwerk ist ein Wasserkraftwerk, das einen durch Staudammbau erzeugten Gefällestau und ein natürliches Gefälle eines Flusslaufs mit einer bestimmten Speicherkapazität nutzt. Das Kraftwerk befindet sich in einem flussabwärts gelegenen Flusslauf.
Was versteht man unter Abfluss, Gesamtabfluss und durchschnittlichem Jahresabfluss?
Die Durchflussrate bezeichnet das Wasservolumen, das 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.
Der mittlere jährliche Abfluss bezieht sich auf den mittleren jährlichen Abfluss Q3/S eines Flussabschnitts, der auf der Grundlage bestehender hydrologischer Reihen berechnet wurde.
Was sind die Hauptkomponenten eines Projekts zur Vernetzung kleiner Wasserkraftwerke?
Es besteht im Wesentlichen aus vier Teilen: Wasserrückhalteanlagen (Dämme), Hochwasserentlastungsanlagen (Überläufe oder Schleusentore), Wasserumleitungsanlagen (Umleitungskanäle oder Tunnel, einschließlich Druckregulierungsschächte) und Kraftwerksgebäuden (einschließlich Unterwasserkanäle und Druckerhöhungsstationen).
18. Was ist ein Oberflächenwasserkraftwerk? Was sind seine Merkmale?
Ein Kraftwerk ohne Ausgleichsbecken wird als Oberflächenwasserkraftwerk bezeichnet. Die installierte Leistung dieses Kraftwerkstyps richtet sich nach dem durchschnittlichen jährlichen Abfluss des Flussbetts und der maximal erreichbaren Fallhöhe. Die Stromerzeugung sinkt in der Trockenzeit stark auf unter 50 % und kommt mitunter ganz zum Erliegen, da sie durch den natürlichen Flusslauf begrenzt ist. In der Regenzeit hingegen steht eine große Menge Wasser zur Verfügung.
19. Was ist die Leistung? Wie lässt sich die Leistung schätzen und die Stromerzeugung eines Wasserkraftwerks berechnen?
In einem Wasserkraftwerk wird die von der Wasserkraftanlage erzeugte Leistung als Leistung bezeichnet. Die Leistung eines bestimmten Flussabschnitts repräsentiert die in diesem Abschnitt vorhandene Wasserenergie. Die Wasserleistung bezieht sich auf die pro Zeiteinheit freigesetzte Wasserenergie. In der Gleichung N = 9,81 η QH ist Q der Durchfluss (m³/s), H die Fallhöhe (m), N die Leistung des Wasserkraftwerks (W) und η der Wirkungsgrad der Wasserkraftanlage. Die Näherungsformel für die Leistung kleiner Wasserkraftwerke lautet N = (6,0 - 8,0) QH. Die Formel für die jährliche Stromerzeugung ist E = NT, wobei N die durchschnittliche Leistung und T die jährliche Nutzungsdauer in Stunden ist.
Wie hoch ist die jährliche Auslastung der installierten Kapazität?
Bezeichnet die durchschnittliche Volllastbetriebszeit einer Wasserkraftanlage innerhalb eines Jahres. Sie ist ein wichtiger Indikator zur Messung der Wirtschaftlichkeit von Wasserkraftwerken; kleine Wasserkraftwerke müssen eine jährliche Betriebsdauer von über 3000 Stunden aufweisen.
21. Was versteht man unter täglicher, wöchentlicher, jährlicher und mehrjähriger Anpassung?
(1) Tagesregulierung: bezieht sich auf die Umverteilung des Oberflächenabflusses innerhalb eines Tages und einer Nacht mit einer Regulierungsperiode von 24 Stunden.
(2) Wöchentliche Anpassung: Der Anpassungszeitraum beträgt eine Woche (7 Tage).
(3) Jahresregulierung: Die Umverteilung des Oberflächenabflusses innerhalb eines Jahres, bei der nur ein Teil des während der Hochwassersaison überschüssigen Wassers gespeichert werden kann, wird als unvollständige Jahresregulierung (oder saisonale Regulierung) bezeichnet; Die Fähigkeit, das einfließende Wasser innerhalb des Jahres gemäß den Wassernutzungsanforderungen vollständig umzuverteilen, ohne dass Wasser zurückgehalten werden muss, wird als Jahresregulierung bezeichnet.
(4) Mehrjährige Regulierung: Wenn das Speichervolumen groß genug ist, um über viele Jahre überschüssiges Wasser im Speicher zu speichern und es dann mehreren Trockenjahren zur jährlichen Regulierung zuzuteilen, spricht man von mehrjähriger Regulierung.
22. Was ist der Fall eines Flusses?
Der Höhenunterschied zwischen den beiden Querschnitten des betrachteten Flussabschnitts wird als Gefälle bezeichnet; der Höhenunterschied zwischen den Wasserspiegeln an Quelle und Mündung des Flusses wird als Gesamtgefälle bezeichnet.
23. Wie hoch sind Niederschlag, Niederschlagsdauer, Niederschlagsintensität, Niederschlagsgebiet und das Zentrum des Regensturms?
Niederschlag ist die Gesamtmenge an Wasser, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums auf einen bestimmten Punkt oder eine bestimmte Fläche fällt, angegeben in Millimetern.
Die Niederschlagsdauer bezeichnet die Dauer des Niederschlags.
Die Niederschlagsintensität bezeichnet die Niederschlagsmenge pro Zeiteinheit und wird in mm/h angegeben.
Die Niederschlagsfläche bezeichnet die horizontale Fläche, die vom Niederschlag bedeckt ist, und wird in km² angegeben.
Das Zentrum eines Regensturms bezeichnet ein kleines lokales Gebiet, in dem sich ein Regensturm konzentriert.
24. Was ist eine Investitionsschätzung im Ingenieurwesen? Investitionsschätzung im Ingenieurwesen und Budget im Ingenieurwesen?
Das Projektbudget ist ein technisches und wirtschaftliches Dokument, das alle notwendigen Baumittel für ein Projekt in Geldform zusammenfasst. Das Budget für die Vorplanung ist ein wichtiger Bestandteil der Vorplanungsunterlagen und die wichtigste Grundlage für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit. Das genehmigte Gesamtbudget ist ein wichtiger, vom Staat anerkannter Indikator für die Bauinvestition und dient als Grundlage für die Erstellung der Baupläne und Ausschreibungsentwürfe. Die Investitionsschätzung bezieht sich auf die Investitionssumme in der Machbarkeitsstudie. Das Projektbudget umfasst die Investitionssumme während der Bauphase.
Was sind die wichtigsten wirtschaftlichen Kennzahlen von Wasserkraftwerken?
(1) Der Begriff „Investition pro Kilowatt“ bezieht sich auf die Investition, die pro Kilowatt installierter Leistung erforderlich ist.
(2) Der Begriff „Energieaufwand pro Kilowattstunde“ bezeichnet den Aufwand, der pro Kilowattstunde Strom erforderlich ist.
(3) Die Stromkosten entsprechen der Gebühr, die pro Kilowattstunde Strom gezahlt wird.
(4) Die jährlichen Betriebsstunden der installierten Kapazität sind ein Maß für den Auslastungsgrad der Anlagen eines Wasserkraftwerks.
(5) Der Verkaufspreis von Strom ist der Preis pro Kilowattstunde Strom, der in das Netz eingespeist wird.
Wie berechnet man die wichtigsten wirtschaftlichen Kennzahlen von Wasserkraftwerken?
Die wichtigsten wirtschaftlichen Kennzahlen von Wasserkraftwerken werden nach folgender Formel berechnet:
(1) Investition pro Kilowatt = Gesamtinvestition in den Bau des Wasserkraftwerks / installierte Gesamtleistung des Wasserkraftwerks
(2) Energieaufwand pro Einheit = Gesamtinvestition in den Bau des Wasserkraftwerks / durchschnittliche jährliche Stromerzeugung des Wasserkraftwerks
(3) Jährliche Auslastungsstunden der installierten Kapazität = durchschnittliche jährliche Stromerzeugung / gesamte installierte Kapazität