In natürlichen Flüssen fließt das Wasser vermischt mit Sedimenten flussaufwärts nach flussabwärts und überspült dabei häufig das Flussbett und die Uferböschungen. Dies zeigt, dass im Wasser eine gewisse Menge an Energie steckt. Unter natürlichen Bedingungen wird diese potenzielle Energie beim Auswaschen, Verschieben von Sedimenten und Überwinden des Reibungswiderstands verbraucht. Wenn wir Gebäude errichten und die notwendige Ausrüstung installieren, um einen stetigen Wasserstrom durch eine Wasserturbine fließen zu lassen, wird die Wasserturbine wie eine Windmühle von der Strömung angetrieben und kann sich kontinuierlich drehen. Die Wasserenergie wird in mechanische Energie umgewandelt. Wenn die Wasserturbine den Generator antreibt und sich gleichzeitig dreht, kann Strom erzeugt werden, und die Wasserenergie wird in elektrische Energie umgewandelt. Dies ist das Grundprinzip der Stromerzeugung durch Wasserkraft. Wasserturbinen und Generatoren sind die grundlegendsten Geräte zur Stromerzeugung durch Wasserkraft. Ich möchte Ihnen kurz das grundlegende Wissen zur Stromerzeugung durch Wasserkraft vermitteln.
1. Wasserkraft und Wasserströmungskraft
Um die Größe eines Wasserkraftwerks zu bestimmen, ist es bei der Planung eines Wasserkraftwerks wichtig, dessen Stromerzeugungskapazität zu kennen. Aus den Grundprinzipien der Wasserkrafterzeugung lässt sich leicht erkennen, dass die Stromerzeugungskapazität eines Kraftwerks von der von der Strömung verrichteten Arbeit abhängt. Die Gesamtarbeit, die Wasser in einer bestimmten Zeitspanne verrichten kann, wird als Wasserenergie bezeichnet, die in einer Zeiteinheit (Sekunde) verrichtete Arbeit als Strömungsleistung. Je höher die Strömungsleistung, desto höher ist natürlich die Stromerzeugungskapazität des Kraftwerks. Um die Stromerzeugungskapazität des Kraftwerks zu bestimmen, muss daher zunächst die Strömungsleistung berechnet werden. Die Strömungsleistung eines Flusses lässt sich folgendermaßen berechnen: Angenommen, der Wasserspiegelabfall in einem bestimmten Flussabschnitt beträgt H (Meter) und das Wasservolumen H, das in einer Zeiteinheit (Sekunde) durch den Flussquerschnitt fließt, beträgt Q (Kubikmeter/Sekunde). Die Strömungsleistung ist dann gleich dem Produkt aus Wassergewicht und Gefälle. Offensichtlich gilt: Je höher der Wassertropfen, desto stärker ist die Strömung und desto größer ist die Fließkraft des Wassers.
2. Die Leistung von Wasserkraftwerken
Unter einer bestimmten Fallhöhe und Strömungsgeschwindigkeit wird die von einem Wasserkraftwerk erzeugte Elektrizität als Wasserkraftleistung bezeichnet. Die Leistung hängt dabei von der Strömungskraft des Wassers durch die Turbine ab. Bei der Umwandlung von Wasserenergie in elektrische Energie muss das Wasser auf seinem Weg vom Oberlauf zum Unterlauf den Widerstand von Flussbetten und Bauwerken überwinden. Auch Wasserturbinen, Generatoren und Übertragungseinrichtungen müssen bei ihrer Arbeit viele Widerstände überwinden. Die Überwindung des Widerstands erfordert Arbeit, und es wird zwangsläufig Wasserkraft verbraucht. Daher ist die zur Stromerzeugung nutzbare Wasserkraft kleiner als der aus der Formel ermittelte Wert. Das heißt, die Leistung des Wasserkraftwerks entspricht der Wasserkraft multipliziert mit einem Faktor kleiner als 1. Dieser Koeffizient wird auch als Wirkungsgrad eines Wasserkraftwerks bezeichnet.
Der spezifische Wirkungsgrad eines Wasserkraftwerks hängt vom Energieverlust ab, der beim Durchströmen des Wassers durch Gebäude, Wasserturbinen, Getriebe, Generatoren usw. entsteht. Je höher der Verlust, desto geringer der Wirkungsgrad. In einem kleinen Wasserkraftwerk machen diese Verluste zusammen etwa 25–40 % der Wasserleistung aus. Das heißt: Ein Wasserstrom, der 100 Kilowatt Strom erzeugen kann, gelangt in das Wasserkraftwerk, und der Generator kann nur 60 bis 75 Kilowatt Strom erzeugen. Der Wirkungsgrad des Wasserkraftwerks liegt also bei 60–75 %.
Aus der vorherigen Einleitung geht hervor, dass die Leistung eines Kraftwerks bei konstanter Durchflussrate und Wasserstandsdifferenz vom Wirkungsgrad abhängt. Die Praxis hat gezeigt, dass neben der Leistung von Wasserturbinen, Generatoren und Getrieben auch andere Faktoren die Effizienz von Wasserkraftwerken beeinflussen, wie z. B. die Qualität der Gebäudekonstruktion und der Anlageninstallation, die Qualität von Betrieb und Management sowie die korrekte Auslegung des Wasserkraftwerks. Natürlich sind einige dieser Einflussfaktoren primär, andere sekundär, und unter bestimmten Bedingungen können sich primäre und sekundäre Faktoren auch gegenseitig beeinflussen.
Unabhängig davon, welcher Faktor entscheidend ist, ist der Mensch keine Sache, Maschinen werden von Menschen gesteuert und Technologie von Gedanken bestimmt. Daher muss bei der Planung, dem Bau und der Auswahl der Ausrüstung von Wasserkraftwerken die subjektive Rolle des Menschen voll berücksichtigt und nach höchster Technologie gestrebt werden, um den Energieverlust des Wasserflusses so gering wie möglich zu halten. Dies ist besonders wichtig für einige Wasserkraftwerke, bei denen der Wasserabfall relativ gering ist. Gleichzeitig müssen Betrieb und Management von Wasserkraftwerken effektiv gestärkt werden, um die Effizienz der Kraftwerke zu verbessern, die Wasserressourcen optimal zu nutzen und kleinen Wasserkraftwerken eine größere Rolle zu ermöglichen.
Beitragszeit: 09.06.2021
