Η υδροηλεκτρική ενέργεια μετατρέπει την ενέργεια του νερού από τα φυσικά ποτάμια σε ηλεκτρική ενέργεια για χρήση από τους ανθρώπους. Υπάρχουν διάφορες πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή ενέργειας, όπως η ηλιακή ενέργεια, η ενέργεια του νερού στα ποτάμια και η αιολική ενέργεια που παράγεται από τη ροή του αέρα. Το κόστος της υδροηλεκτρικής παραγωγής με χρήση υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι φθηνό και η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών μπορεί επίσης να συνδυαστεί με άλλα έργα εξοικονόμησης νερού. Η χώρα μας είναι πολύ πλούσια σε υδροηλεκτρικούς πόρους και οι συνθήκες είναι επίσης πολύ καλές. Η υδροηλεκτρική ενέργεια παίζει σημαντικό ρόλο στην οικοδόμηση της εθνικής οικονομίας.
Η στάθμη του νερού ανάντη ενός ποταμού είναι υψηλότερη από τη στάθμη του νερού κατάντη. Λόγω της διαφοράς στη στάθμη του νερού του ποταμού, παράγεται ενέργεια νερού. Αυτή η ενέργεια ονομάζεται δυναμική ενέργεια ή δυναμική ενέργεια. Η διαφορά μεταξύ του ύψους του νερού του ποταμού ονομάζεται σταγόνα, που ονομάζεται επίσης διαφορά στάθμης νερού ή ύψος στάθμης νερού. Αυτή η σταγόνα είναι μια βασική προϋπόθεση για τον σχηματισμό υδραυλικής ισχύος. Επιπλέον, το μέγεθος της υδραυλικής ισχύος εξαρτάται επίσης από το μέγεθος της ροής του νερού στο ποτάμι, η οποία είναι μια άλλη βασική προϋπόθεση εξίσου σημαντική με την σταγόνα. Τόσο η σταγόνα όσο και η ροή επηρεάζουν άμεσα την υδραυλική ισχύ. Όσο μεγαλύτερος είναι ο όγκος νερού της σταγόνας, τόσο μεγαλύτερη είναι η υδραυλική ισχύς. Εάν η σταγόνα και ο όγκος του νερού είναι σχετικά μικροί, η απόδοση του υδροηλεκτρικού σταθμού θα είναι μικρότερη.
Η σταγόνα εκφράζεται γενικά σε μέτρα. Η κλίση είναι ο λόγος της σταγόνας και της απόστασης, η οποία μπορεί να υποδεικνύει τον βαθμό συγκέντρωσης των σταγόνων. Η σταγόνα είναι πιο συγκεντρωμένη και η χρήση υδραυλικής ενέργειας είναι πιο βολική. Η σταγόνα που χρησιμοποιείται από έναν υδροηλεκτρικό σταθμό είναι η διαφορά μεταξύ της ανάντη επιφάνειας νερού του υδροηλεκτρικού σταθμού και της κατάντη επιφάνειας νερού μετά τη διέλευσή της από τον στρόβιλο.
Η ροή είναι η ποσότητα νερού που ρέει σε ένα ποτάμι ανά μονάδα χρόνου και εκφράζεται σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Ένα κυβικό μέτρο νερού ισούται με έναν τόνο. Η ροή ενός ποταμού αλλάζει ανά πάσα στιγμή, επομένως όταν μιλάμε για τη ροή, πρέπει να εξηγούμε την ώρα του συγκεκριμένου τόπου που ρέει. Η ροή αλλάζει πολύ σημαντικά με την πάροδο του χρόνου. Τα ποτάμια στη χώρα μας έχουν γενικά μεγάλη ροή κατά την περίοδο των βροχών το καλοκαίρι και το φθινόπωρο και σχετικά μικρή τον χειμώνα και την άνοιξη. Γενικά, η ροή του ποταμού είναι σχετικά μικρή στα ανάντη. επειδή οι παραπόταμοι συγχωνεύονται, η ροή στα κατάντη αυξάνεται σταδιακά. Επομένως, αν και η σταγόνα στα ανάντη είναι συγκεντρωμένη, η ροή είναι μικρή. η ροή στα κατάντη είναι μεγάλη, αλλά η σταγόνα είναι σχετικά διάσπαρτη. Επομένως, είναι συχνά πιο οικονομικό να χρησιμοποιείται υδραυλική ενέργεια στα μέσα τμήματα του ποταμού.
Γνωρίζοντας την πτώση και τη ροή που χρησιμοποιείται από έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, η απόδοσή του μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
N= GQH
Στον τύπο, η N-εξόδου, σε κιλοβάτ, μπορεί επίσης να ονομαστεί ισχύς.
Q–ροή, σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο·
H – πτώση, σε μέτρα;
G = 9,8, είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας, μονάδα: Newton/kg
Σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, η θεωρητική ισχύς υπολογίζεται χωρίς να αφαιρούνται τυχόν απώλειες. Στην πραγματικότητα, κατά τη διαδικασία της υδροηλεκτρικής παραγωγής, οι τουρμπίνες, ο εξοπλισμός μεταφοράς, οι γεννήτριες κ.λπ. έχουν αναπόφευκτες απώλειες ισχύος. Επομένως, η θεωρητική ισχύς θα πρέπει να αφαιρεθεί, δηλαδή η πραγματική ισχύς που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε θα πρέπει να πολλαπλασιαστεί με τον συντελεστή απόδοσης (σύμβολο: K).
Η σχεδιασμένη ισχύς της γεννήτριας στον υδροηλεκτρικό σταθμό ονομάζεται ονομαστική ισχύς και η πραγματική ισχύς ονομάζεται πραγματική ισχύς. Κατά τη διαδικασία μετατροπής ενέργειας, είναι αναπόφευκτο να χαθεί ένα μέρος της ενέργειας. Κατά τη διαδικασία της υδροηλεκτρικής παραγωγής, υπάρχουν κυρίως απώλειες από στροβίλους και γεννήτριες (υπάρχουν επίσης απώλειες σε αγωγούς). Οι διάφορες απώλειες στον αγροτικό μικροϋδροηλεκτρικό σταθμό αντιπροσωπεύουν περίπου το 40-50% της συνολικής θεωρητικής ισχύος, επομένως η έξοδος του υδροηλεκτρικού σταθμού μπορεί στην πραγματικότητα να χρησιμοποιήσει μόνο το 50-60% της θεωρητικής ισχύος, δηλαδή η απόδοση είναι περίπου 0,5-0,60 (εκ των οποίων η απόδοση του στροβίλου είναι 0,70-0,85, η απόδοση των γεννητριών είναι 0,85 έως 0,90 και η απόδοση των αγωγών και του εξοπλισμού μεταφοράς είναι 0,80 έως 0,85). Επομένως, η πραγματική ισχύς (απόδοση) του υδροηλεκτρικού σταθμού μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
Η απόδοση του υδροηλεκτρικού σταθμού K (0,5~0,6) χρησιμοποιείται στον πρόχειρο υπολογισμό του μικροϋδροηλεκτρικού σταθμού. Η τιμή αυτή μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:
N=(0,5~0,6)QHG Πραγματική ισχύς=απόδοση×ροή×πτώση×9,8
Η χρήση της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι η χρήση της ενέργειας του νερού για την κίνηση μιας μηχανής, η οποία ονομάζεται υδροστρόβιλος. Για παράδειγμα, ο αρχαίος υδροστρόβιλος στη χώρα μας είναι ένας πολύ απλός υδροστρόβιλος. Οι διάφοροι υδραυλικοί στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι προσαρμοσμένοι σε διάφορες συγκεκριμένες υδραυλικές συνθήκες, έτσι ώστε να μπορούν να περιστρέφονται πιο αποτελεσματικά και να μετατρέπουν την ενέργεια του νερού σε μηχανική ενέργεια. Ένα άλλο είδος μηχανήματος, η γεννήτρια, συνδέεται με τον στρόβιλο, έτσι ώστε ο ρότορας της γεννήτριας να περιστρέφεται με τον στρόβιλο για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η γεννήτρια μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: το μέρος που περιστρέφεται με τον στρόβιλο και το σταθερό μέρος της γεννήτριας. Το μέρος που συνδέεται με τον στρόβιλο και περιστρέφεται ονομάζεται ρότορας της γεννήτριας και υπάρχουν πολλοί μαγνητικοί πόλοι γύρω από τον ρότορα. ένας κύκλος γύρω από τον ρότορα είναι το σταθερό μέρος της γεννήτριας, που ονομάζεται στάτορας της γεννήτριας, και ο στάτορας είναι τυλιγμένος με πολλά χάλκινα πηνία. Όταν πολλοί μαγνητικοί πόλοι του ρότορα περιστρέφονται στη μέση των χάλκινων πηνίων του στάτορα, παράγεται ρεύμα στα χάλκινα σύρματα και η γεννήτρια μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια (ηλεκτρικός κινητήρας ή κινητήρας), φωτεινή ενέργεια (ηλεκτρικός λαμπτήρας), θερμική ενέργεια (ηλεκτρικός φούρνος) και ούτω καθεξής από διάφορους ηλεκτρικούς εξοπλισμούς.
η σύνθεση του υδροηλεκτρικού σταθμού
Η σύνθεση ενός υδροηλεκτρικού σταθμού περιλαμβάνει: υδραυλικές κατασκευές, μηχανολογικό εξοπλισμό και ηλεκτρικό εξοπλισμό.
(1) Υδραυλικές κατασκευές
Διαθέτει φράγματα, πύλες εισαγωγής, κανάλια (ή σήραγγες), δεξαμενές πίεσης (ή ρυθμιστικές δεξαμενές), σωλήνες πίεσης, μονάδες παραγωγής ενέργειας και αγωγούς εξαγωγής, κ.λπ.
Ένα φράγμα κατασκευάζεται στον ποταμό για να μπλοκάρει το νερό του ποταμού και να ανυψώσει την επιφάνεια του νερού για να σχηματίσει μια δεξαμενή. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζεται μια συγκεντρωμένη σταγόνα μεταξύ της επιφάνειας του νερού της δεξαμενής στο φράγμα και της επιφάνειας του νερού του ποταμού κάτω από το φράγμα, και στη συνέχεια το νερό εισάγεται στον υδροηλεκτρικό σταθμό μέσω της χρήσης σωλήνων νερού ή σηράγγων. Σε σχετικά απότομα ποτάμια, η χρήση καναλιών εκτροπής μπορεί επίσης να σχηματίσει μια σταγόνα. Για παράδειγμα: Γενικά, η σταγόνα ανά χιλιόμετρο ενός φυσικού ποταμού είναι 10 μέτρα. Εάν ανοιχτεί ένα κανάλι στο άνω άκρο αυτού του τμήματος του ποταμού για την εισαγωγή νερού του ποταμού, το κανάλι θα σκαφτεί κατά μήκος του ποταμού και η κλίση του καναλιού θα είναι πιο επίπεδη. Εάν η σταγόνα στο κανάλι γίνει ανά χιλιόμετρο, έπεφτε μόνο 1 μέτρο, έτσι ώστε το νερό να ρέει 5 χιλιόμετρα στο κανάλι, και η επιφάνεια του νερού έπεφτε μόνο 5 μέτρα, ενώ το νερό έπεφτε 50 μέτρα αφού ταξίδεψε 5 χιλιόμετρα στο φυσικό κανάλι. Αυτή τη στιγμή, το νερό από το κανάλι οδηγείται πίσω στον σταθμό παραγωγής ενέργειας από τον ποταμό με έναν αγωγό νερού ή σήραγγα, και υπάρχει μια συγκεντρωμένη σταγόνα 45 μέτρων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Σχήμα 2
Η χρήση καναλιών εκτροπής, σηράγγων ή σωλήνων νερού (όπως πλαστικοί σωλήνες, χαλύβδινοι σωλήνες, σωλήνες από σκυρόδεμα κ.λπ.) για τον σχηματισμό ενός υδροηλεκτρικού σταθμού με συγκεντρωμένη σταγόνα ονομάζεται υδροηλεκτρικός σταθμός καναλιών εκτροπής και αποτελεί μια τυπική διάταξη υδροηλεκτρικών σταθμών.
(2) Μηχανολογικός και ηλεκτρολογικός εξοπλισμός
Εκτός από τα προαναφερθέντα υδραυλικά έργα (φραγματοφράγματα, κανάλια, προαύλια, σωλήνες πίεσης, εργαστήρια), ο υδροηλεκτρικός σταθμός χρειάζεται επίσης τον ακόλουθο εξοπλισμό:
(1) Μηχανολογικός εξοπλισμός
Υπάρχουν στρόβιλοι, ρυθμιστές στροφών, βαλβίδες πύλης, εξοπλισμός μετάδοσης και εξοπλισμός που δεν παράγει ενέργεια.
(2) Ηλεκτρικός εξοπλισμός
Υπάρχουν γεννήτριες, πίνακες ελέγχου διανομής, μετασχηματιστές και γραμμές μεταφοράς.
Ωστόσο, δεν διαθέτουν όλοι οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί τις προαναφερθείσες υδραυλικές κατασκευές και μηχανολογικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό. Εάν η στάθμη του νερού είναι μικρότερη από 6 μέτρα στον υδροηλεκτρικό σταθμό χαμηλής στάθμης, χρησιμοποιούνται γενικά το κανάλι οδηγού νερού και το κανάλι νερού ανοιχτού καναλιού, και δεν υπάρχει εμπρόσθια δεξαμενή πίεσης και σωλήνας νερού πίεσης. Για σταθμούς παραγωγής ενέργειας με μικρή εμβέλεια τροφοδοσίας και μικρή απόσταση μετάδοσης, υιοθετείται άμεση μετάδοση ισχύος και δεν απαιτείται μετασχηματιστής. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί με ταμιευτήρες δεν χρειάζεται να κατασκευάζουν φράγματα. Η χρήση βαθιών εισροών, εσωτερικών σωλήνων (ή σηράγγων) φραγμάτων και υπερχειλιστών εξαλείφει την ανάγκη για υδραυλικές κατασκευές όπως φράγματα, πύλες εισαγωγής, κανάλια και εμπρόσθια δεξαμενές πίεσης.
Για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού, πρώτα απ 'όλα, πρέπει να εκτελεστούν προσεκτικές εργασίες έρευνας και σχεδιασμού. Στις εργασίες σχεδιασμού, υπάρχουν τρία στάδια σχεδιασμού: προκαταρκτικός σχεδιασμός, τεχνικός σχεδιασμός και λεπτομερής κατασκευή. Για να γίνει καλή δουλειά στις εργασίες σχεδιασμού, είναι πρώτα απαραίτητο να εκτελεστεί διεξοδική έρευνα, δηλαδή να κατανοηθούν πλήρως οι τοπικές φυσικές και οικονομικές συνθήκες - δηλαδή η τοπογραφία, η γεωλογία, η υδρολογία, το κεφάλαιο κ.ο.κ. Η ορθότητα και η αξιοπιστία του σχεδιασμού μπορούν να διασφαλιστούν μόνο μετά την κατανόηση αυτών των καταστάσεων και την ανάλυσή τους.
Τα εξαρτήματα των μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών έχουν διάφορες μορφές ανάλογα με τον τύπο του υδροηλεκτρικού σταθμού.
3. Τοπογραφική Μελέτη
Η ποιότητα της τοπογραφικής εργασίας έχει μεγάλη επίδραση στη μηχανική διάταξη και στην εκτίμηση της μηχανικής ποσότητας.
Γεωλογική εξερεύνηση (κατανόηση των γεωλογικών συνθηκών) εκτός από τη γενική κατανόηση και έρευνα σχετικά με τη γεωλογία της λεκάνης απορροής και κατά μήκος του ποταμού, είναι επίσης απαραίτητο να κατανοηθεί εάν τα θεμέλια του μηχανοστασίου είναι στερεά, κάτι που επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια του ίδιου του σταθμού παραγωγής ενέργειας. Μόλις καταστραφεί το φράγμα με έναν ορισμένο όγκο δεξαμενής, όχι μόνο θα προκαλέσει ζημιά στον ίδιο τον υδροηλεκτρικό σταθμό, αλλά θα προκαλέσει και τεράστιες απώλειες ζωών και περιουσιακών στοιχείων στα κατάντη.
4. Υδρολογική δοκιμή
Για τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, τα πιο σημαντικά υδρολογικά δεδομένα είναι τα αρχεία της στάθμης του νερού του ποταμού, της ροής, της περιεκτικότητας σε ιζήματα, των συνθηκών παγοποίησης, τα μετεωρολογικά δεδομένα και τα δεδομένα ερευνών πλημμυρών. Το μέγεθος της ροής του ποταμού επηρεάζει τη διάταξη του υπερχειλιστή του υδροηλεκτρικού σταθμού. Η υποεκτίμηση της σοβαρότητας της πλημμύρας θα προκαλέσει ζημιά στο φράγμα. Τα ιζήματα που μεταφέρονται από τον ποταμό μπορούν να γεμίσουν γρήγορα τη δεξαμενή στη χειρότερη περίπτωση. Για παράδειγμα, το κανάλι εισροής θα προκαλέσει την επικαθήμενη ιλύ του καναλιού και τα χονδρόκοκκα ιζήματα θα περάσουν μέσα από τον στρόβιλο και θα προκαλέσουν φθορά στον στρόβιλο. Επομένως, η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών πρέπει να διαθέτει επαρκή υδρολογικά δεδομένα.
Επομένως, πριν αποφασίσουμε να κατασκευάσουμε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, πρέπει πρώτα να διερευνήσουμε την κατεύθυνση της οικονομικής ανάπτυξης στην περιοχή παροχής ενέργειας και τη μελλοντική ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας. Ταυτόχρονα, να εκτιμήσουμε την κατάσταση άλλων πηγών ενέργειας στην περιοχή ανάπτυξης. Μόνο μετά από έρευνα και ανάλυση της παραπάνω κατάστασης μπορούμε να αποφασίσουμε εάν ο υδροηλεκτρικός σταθμός χρειάζεται να κατασκευαστεί και σε ποια κλίμακα πρέπει να είναι.
Γενικά, ο σκοπός των ερευνών για την υδροηλεκτρική ενέργεια είναι η παροχή ακριβών και αξιόπιστων βασικών πληροφοριών που είναι απαραίτητες για τον σχεδιασμό και την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών.
5. Γενικοί όροι για την επιλογή τοποθεσίας
Οι γενικές προϋποθέσεις για την επιλογή μιας τοποθεσίας μπορούν να εξηγηθούν από τις ακόλουθες τέσσερις πτυχές:
(1) Η επιλεγμένη τοποθεσία θα πρέπει να είναι σε θέση να αξιοποιεί την ενέργεια του νερού με τον πιο οικονομικό τρόπο και να συμμορφώνεται με την αρχή της εξοικονόμησης κόστους, δηλαδή, μετά την ολοκλήρωση του σταθμού παραγωγής ενέργειας, δαπανάται το ελάχιστο ποσό χρημάτων και παράγεται η περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια. Συνήθως μπορεί να μετρηθεί εκτιμώντας τα ετήσια έσοδα από την παραγωγή ενέργειας και την επένδυση στην κατασκευή του σταθμού, για να διαπιστωθεί σε πόσο χρόνο μπορεί να ανακτηθεί το επενδυμένο κεφάλαιο. Ωστόσο, οι υδρολογικές και τοπογραφικές συνθήκες διαφέρουν σε διαφορετικά μέρη, όπως και οι ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια, επομένως το κόστος κατασκευής και η επένδυση δεν θα πρέπει να περιορίζονται από ορισμένες τιμές.
(2) Οι τοπογραφικές, γεωλογικές και υδρολογικές συνθήκες της επιλεγμένης τοποθεσίας θα πρέπει να είναι σχετικά άριστες και θα πρέπει να υπάρχουν δυνατότητες σχεδιασμού και κατασκευής. Κατά την κατασκευή μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών, η χρήση δομικών υλικών θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν περισσότερο σύμφωνη με την αρχή των «τοπικών υλικών».
(3) Η επιλεγμένη τοποθεσία πρέπει να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στην παροχή ρεύματος και στην περιοχή επεξεργασίας, ώστε να μειωθεί η επένδυση σε εξοπλισμό μετάδοσης ισχύος και η απώλεια ισχύος.
(4) Κατά την επιλογή της τοποθεσίας, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο οι υπάρχουσες υδραυλικές κατασκευές. Για παράδειγμα, η σταγόνα νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού σε ένα αρδευτικό κανάλι ή ένας υδροηλεκτρικός σταθμός μπορεί να κατασκευαστεί δίπλα σε μια δεξαμενή άρδευσης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη ροή άρδευσης, και ούτω καθεξής. Επειδή αυτοί οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί μπορούν να πληρούν την αρχή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όταν υπάρχει νερό, η οικονομική τους σημασία είναι πιο προφανής.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Μαΐου 2022
