1, Επισκόπηση της παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας
Η παραγωγή υδροηλεκτρικής ενέργειας έχει ως στόχο τη μετατροπή της υδάτινης ενέργειας των φυσικών ποταμών σε ηλεκτρική ενέργεια για χρήση από τους ανθρώπους. Οι πηγές ενέργειας που χρησιμοποιούνται από τους σταθμούς παραγωγής ενέργειας είναι ποικίλες, όπως η ηλιακή ενέργεια, η υδάτινη ενέργεια των ποταμών 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 άλλες δράσεις διατήρησης του νερού. Η Κίνα είναι πλούσια σε υδάτινους πόρους και έχει εξαιρετικές συνθήκες. Η υδροηλεκτρική ενέργεια παίζει σημαντικό ρόλο στην εθνική οικονομική οικοδόμηση.
Η στάθμη του νερού ανάντη ενός ποταμού είναι υψηλότερη από τη στάθμη του νερού κατάντη. Λόγω της διαφοράς μεταξύ της στάθμης του νερού του ποταμού, παράγεται ενέργεια νερού. Αυτή η ενέργεια ονομάζεται δυναμική ενέργεια ή δυναμική ενέργεια. Η διαφορά μεταξύ του ύψους της επιφάνειας του νερού του ποταμού ονομάζεται πτώση, που ονομάζεται επίσης διαφορά στάθμης νερού ή ύψος πτώσης. Αυτή η πτώση είναι μια βασική προϋπόθεση για την υδραυλική ισχύ. Επιπλέον, το μέγεθος της υδατικής ισχύος εξαρτάται επίσης από το μέγεθος της ροής του νερού στον ποταμό, η οποία είναι μια άλλη βασική προϋπόθεση τόσο σημαντική όσο η πτώση. Τόσο η πτώση όσο και η παροχή επηρεάζουν άμεσα το μέγεθος της υδραυλικής ισχύος. Όσο μεγαλύτερη είναι η πτώση του νερού, τόσο μεγαλύτερη είναι η υδραυλική ισχύς. Εάν η πτώση και ο όγκος του νερού είναι σχετικά μικρά, η απόδοση του υδροηλεκτρικού σταθμού θα είναι μικρότερη.
Η σταγόνα εκφράζεται γενικά σε μέτρα. Η κλίση της επιφάνειας του νερού είναι ο λόγος της σταγόνας και της απόστασης, που μπορεί να υποδεικνύει τον βαθμό συγκέντρωσης της σταγόνας. Εάν η σταγόνα είναι σχετικά συγκεντρωμένη, η αξιοποίηση της υδατικής ενέργειας είναι πιο βολική. Η σταγόνα που χρησιμοποιείται από έναν υδροηλεκτρικό σταθμό είναι η διαφορά μεταξύ της ανάντη επιφάνειας του νερού του υδροηλεκτρικού σταθμού και της κατάντη επιφάνειας του νερού μετά τη διέλευσή της από τον υδραυλικό στρόβιλο.
Η ροή είναι η ποσότητα νερού που ρέει μέσα από ένα ποτάμι σε μια μονάδα χρόνου, εκφρασμένη σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Ένα κυβικό μέτρο νερού είναι ένας τόνος. Η ροή ενός ποταμού αλλάζει ανά πάσα στιγμή και οπουδήποτε, επομένως όταν μιλάμε για τη ροή, πρέπει να εξηγούμε την ώρα του συγκεκριμένου τόπου όπου ρέει. Η ροή αλλάζει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου. Γενικά, τα ποτάμια στην Κίνα έχουν μεγάλη ροή το καλοκαίρι, το φθινόπωρο και την περίοδο των βροχών, αλλά μικρή ροή το χειμώνα και την άνοιξη. Η ροή ποικίλλει από μήνα σε μέρα και ο όγκος του νερού ποικίλλει από χρόνο σε χρόνο. Η ροή των ποταμών γενικά είναι σχετικά μικρή στα ανάντη. Καθώς οι παραπόταμοι συγκλίνουν, η ροή στα κατάντη αυξάνεται σταδιακά. Επομένως, αν και η σταγόνα στα ανάντη είναι συγκεντρωμένη, η ροή είναι μικρή. Αν και η ροή στα κατάντη είναι μεγάλη, η σταγόνα είναι σχετικά διασκορπισμένη. Επομένως, είναι συχνά η πιο οικονομική λύση να χρησιμοποιείται η υδροκίνηση στα μέσα τμήματα του ποταμού.
Γνωρίζοντας την πτώση και τη ροή που χρησιμοποιείται από έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, η παραγωγή του μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο:
N= GQH
Στον τύπο, N – ισχύς, μονάδα: kW, που ονομάζεται επίσης ισχύς.
Q — ροή, σε κυβικά μέτρα ανά δευτερόλεπτο·
H — Πτώση, σε μέτρα·
G=9,8, είναι η επιτάχυνση της βαρύτητας, σε Newton/kg
Η θεωρητική ισχύς υπολογίζεται σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο και δεν αφαιρείται καμία απώλεια. Στην πραγματικότητα, κατά τη διαδικασία της υδροηλεκτρικής παραγωγής, οι υδροστρόβιλοι, 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 σε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό ονομάζεται ονομαστική ισχύς και η πραγματική ισχύς ονομάζεται πραγματική ισχύς. Κατά τη διαδικασία μετατροπής ενέργειας, είναι αναπόφευκτο να χάσετε κάποια ενέργεια. Κατά τη διαδικασία παραγωγής υδροηλεκτρικής ενέργειας, υπάρχουν κυρίως απώλειες υδραυλικών στροβίλων και γεννητριών (συμπεριλαμβανομένων των απωλειών αγωγών). Σε αγροτικούς μικροϋδροηλεκτρικούς σταθμούς, διάφορες απώλειες αντιπροσωπεύουν το 40~50% της συνολικής θεωρητικής ισχύος, επομένως η παραγωγή των υδροηλεκτρικών σταθμών μπορεί να χρησιμοποιήσει μόνο το 50~60% της θεωρητικής ισχύος, δηλαδή η απόδοση είναι περίπου 0,5~0,60 (συμπεριλαμβανομένης της απόδοσης του στροβίλου 0,70~0,85, της απόδοσης της γεννήτριας 0,85~0,90 και της απόδοσης του εξοπλισμού σωλήνων και μεταφοράς 0,80~0,85). Επομένως, η πραγματική ισχύς (απόδοση) του υδροηλεκτρικού σταθμού μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
K – η απόδοση του υδροηλεκτρικού σταθμού, (0,5~0,6) υιοθετείται για τον πρόχειρο υπολογισμό του μικρουδροηλεκτρικού σταθμού. Ο παραπάνω τύπος μπορεί να απλοποιηθεί ως εξής:
N=(0,5 ~ 0,6) QHG πραγματική ισχύς=απόδοση × ροή × Πτώση × εννέα κόμμα οκτώ
Η χρήση της υδροηλεκτρικής ενέργειας είναι η χρήση νερού για την κίνηση ενός είδους μηχανήματος, το οποίο ονομάζεται υδροστρόβιλος. Για παράδειγμα, ο αρχαίος υδροστρόβιλος στην Κίνα είναι ένας πολύ απλός υδροστρόβιλος. Οι διάφοροι υδραυλικοί στρόβιλοι που χρησιμοποιούνται τώρα 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. Μια άλλη μηχανή, η γεννήτρια, συνδέεται με τον υδροστρόβιλο για να κάνει τον ρότορα της γεννήτριας να περιστρέφεται με τον υδροστρόβιλο και στη συνέχεια μπορεί να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια. Η γεννήτρια μπορεί να χωριστεί σε δύο μέρη: το μέρος που περιστρέφεται μαζί με τον υδραυλικό στρόβιλο και το σταθερό μέρος της γεννήτριας. Το μέρος που περιστρέφεται μαζί με τον υδραυλικό στρόβιλο 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, το οποίο ονομάζεται στάτορας της γεννήτριας. Ο στάτορας είναι τυλιγμένος με πολλά χάλκινα πηνία. Όταν πολλοί μαγνητικοί πόλοι του ρότορα περιστρέφονται στη μέση του χάλκινου πηνίου του στάτορα, θα παράγεται ρεύμα στο χάλκινο σύρμα και η γεννήτρια πρόκειται να μετατρέψει τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια.
Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από τον σταθμό παραγωγής ενέργειας μετατρέπεται από διάφορους ηλεκτρικούς εξοπλισμούς σε μηχανική ενέργεια (κινητήρα ή κινητήρα), φωτεινή ενέργεια (ηλεκτρικός λαμπτήρας), θερμική ενέργεια (ηλεκτρικός φούρνος) κ.λπ.
2, Σύνθεση υδροηλεκτρικού σταθμού
Ο υδροηλεκτρικός σταθμός αποτελείται από υδραυλικές κατασκευές, μηχανολογικό εξοπλισμό και ηλεκτρικό εξοπλισμό.
(1) Υδραυλικές κατασκευές
Περιλαμβάνει φράγμα, πύλη εισαγωγής, κανάλι (ή σήραγγα), πρωραίο θάλαμο (ή ρυθμιστική δεξαμενή), αγωγό υδρορροής, σταθμό παραγωγής ενέργειας και αγωγό εξαγωγής, κ.λπ.
Κατασκευάστε ένα φράγμα στον ποταμό για να φράξετε τον ποταμό, να ανυψώσετε την επιφάνεια του νερού και να σχηματίσετε μια δεξαμενή. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζεται μια συγκεντρωμένη σταγόνα από την επιφάνεια του νερού της δεξαμενής στο φράγμα στην επιφάνεια του νερού του ποταμού κάτω από το φράγμα και στη συνέχεια το νερό εισάγεται στον υδροηλεκτρικό σταθμό μέσω σωλήνων νερού ή σηράγγων. Στο απότομο κανάλι του ποταμού, η χρήση καναλιών εκτροπής μπορεί επίσης να σχηματίσει μια σταγόνα. Για παράδειγμα, η σταγόνα ενός φυσικού ποταμού είναι 10 μέτρα ανά χιλιόμετρο. Εάν ανοιχτεί ένα κανάλι στο άνω άκρο αυτού του τμήματος του ποταμού για την εισαγωγή νερού, το κανάλι θα σκαφτεί κατά μήκος του ποταμού και η κλίση του καναλιού θα είναι επίπεδη. Εάν η σταγόνα στο κανάλι είναι μόνο 1 μέτρο ανά χιλιόμετρο, το νερό θα ρέει 5 χιλιόμετρα στο κανάλι και το νερό θα πέφτει μόνο 5 μέτρα, ενώ το νερό θα πέφτει 50 μέτρα μετά από περπάτημα 5 χιλιομέτρων στο φυσικό ποτάμι. Αυτή τη στιγμή, το νερό στο κανάλι οδηγείται πίσω στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας από τον ποταμό με σωλήνες νερού ή σήραγγες και υπάρχει μια συγκεντρωμένη σταγόνα 45 μέτρων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ένας υδροηλεκτρικός σταθμός που χρησιμοποιεί κανάλια εκτροπής, σήραγγες ή σωλήνες νερού (όπως πλαστικούς σωλήνες, χαλύβδινους σωλήνες, σωλήνες από σκυρόδεμα κ.λπ.) για να σχηματίσει μια συγκεντρωμένη σταγόνα ονομάζεται υδροηλεκτρικός σταθμός τύπου καναλιού εκτροπής, ο οποίος αποτελεί μια τυπική διάταξη υδροηλεκτρικών σταθμών.
(2) Μηχανολογικός και ηλεκτρικός εξοπλισμός
Εκτός από τα παραπάνω υδραυλικά έργα (υδροφράκτης, κανάλι, πρωραίος αγωγός, αγωγός υπό πίεση και σταθμός παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας), ο υδροηλεκτρικός σταθμός χρειάζεται επίσης τον ακόλουθο εξοπλισμό:
(1) Μηχανολογικός εξοπλισμός
Υπάρχουν υδραυλικοί στρόβιλοι, ρυθμιστές στροφών, βαλβίδες πύλης, εξοπλισμός μετάδοσης και εξοπλισμός που δεν παράγεται ενέργεια.
(2) Ηλεκτρικός εξοπλισμός
Υπάρχουν γεννήτριες, πίνακες ελέγχου διανομής, μετασχηματιστές, γραμμές μεταφοράς κ.λπ.
Ωστόσο, δεν διαθέτουν όλοι οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί τις παραπάνω υδραυλικές κατασκευές και μηχανολογικό και ηλεκτρικό εξοπλισμό. Εάν ο υδροηλεκτρικός σταθμός χαμηλού ύψους πτώσης με ύψος πτώσης μικρότερο από 6 μέτρα υιοθετήσει γενικά τον τρόπο καναλιού εκτροπής και θαλάμου εκτροπής ανοιχτού καναλιού, δεν θα υπάρχει πρωραίος αγωγός και σωλήνας ροής. Ο σταθμός παραγωγής ενέργειας με μικρή εμβέλεια τροφοδοσίας και μικρή απόσταση μετάδοσης υιοθετεί άμεση μετάδοση χωρίς μετασχηματιστή. Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί με δεξαμενές δεν χρειάζεται να κατασκευάσουν φράγματα. Υιοθετείται η είσοδος βαθέων υδάτων και ο εσωτερικός σωλήνας (ή σήραγγα) και ο υπερχειλιστής του φράγματος δεν απαιτείται να χρησιμοποιούν υδραυλικές κατασκευές όπως φράγμα, πύλη εισαγωγής, κανάλι και πρωραίο αγωγό.
Για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού, θα πρέπει πρώτα να διεξαχθεί προσεκτική έρευνα και σχεδιασμός. Υπάρχουν τρία στάδια σχεδιασμού: προκαταρκτικός σχεδιασμός, τεχνικός σχεδιασμός και λεπτομέρειες κατασκευής. Για να γίνει καλή δουλειά στον σχεδιασμό, πρέπει πρώτα να διεξαχθεί διεξοδική έρευνα, δηλαδή να κατανοηθούν πλήρως οι τοπικές φυσικές και οικονομικές συνθήκες — δηλαδή η τοπογραφία, η γεωλογία, η υδρολογία, το κεφάλαιο κ.λπ. Η ορθότητα και η αξιοπιστία του σχεδιασμού μπορούν να διασφαλιστούν μόνο μετά την κατανόηση αυτών των συνθηκών και την ανάλυσή τους.
Τα εξαρτήματα των μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών έχουν διάφορες μορφές ανάλογα με τους διαφορετικούς τύπους υδροηλεκτρικών σταθμών.
3, Τοπογραφική έρευνα
Η ποιότητα της τοπογραφικής μελέτης έχει μεγάλη επίδραση στη διάταξη του έργου και στην εκτίμηση των ποσοτήτων.
Η γεωλογική εξερεύνηση (κατανόηση των γεωλογικών συνθηκών) απαιτεί όχι μόνο γενική κατανόηση και έρευνα σχετικά με τη γεωλογία της λεκάνης και της γεωλογίας των όχθεων του ποταμού, αλλά και κατανόηση του κατά πόσον 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 σε ζωές και περιουσίες στα κατάντη. Επομένως, η γεωλογική επιλογή του πρωραίου κόλπου τίθεται γενικά στην πρώτη θέση.
4, Υδρομετρία
Για τους υδροηλεκτρικούς σταθμούς, τα πιο σημαντικά υδρολογικά δεδομένα είναι τα αρχεία της στάθμης του νερού του ποταμού, της ροής, της συγκέντρωσης ιζημάτων, της παγοποίησης, τα μετεωρολογικά δεδομένα και τα δεδομένα ερευνών πλημμυρών. Το μέγεθος της ροής του ποταμού επηρεάζει τη διάταξη του υπερχειλιστή του υδροηλεκτρικού σταθμού και η σοβαρότητα της πλημμύρας υποεκτιμάται, γεγονός που θα οδηγήσει στην καταστροφή του φράγματος. Τα ιζήματα που μεταφέρονται από τον ποταμό μπορούν να γεμίσουν γρήγορα τη δεξαμενή στη χειρότερη περίπτωση. Για παράδειγμα, η εισροή στο κανάλι θα προκαλέσει συσσώρευση ιλύος και τα χονδρόκοκκα ιζήματα θα περάσουν μέσα από τον υδραυλικό στρόβιλο και θα προκαλέσουν φθορά στον υδραυλικό στρόβιλο. Επομένως, η κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών πρέπει να διαθέτει επαρκή υδρολογικά δεδομένα.
Επομένως, πριν από τη λήψη απόφασης για την κατασκευή ενός υδροηλεκτρικού σταθμού, είναι απαραίτητο να διερευνηθεί και να μελετηθεί η κατεύθυνση της οικονομικής ανάπτυξης και η μελλοντική ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας στην περιοχή παροχής ενέργειας. Ταυτόχρονα, να εκτιμηθεί η κατάσταση άλλων πηγών ενέργειας στην περιοχή ανάπτυξης. Μόνο μετά τη μελέτη και την ανάλυση των παραπάνω συνθηκών μπορούμε να αποφασίσουμε εάν ο υδροηλεκτρικός σταθμός χρειάζεται να κατασκευαστεί και σε ποια κλίμακα θα πρέπει να είναι η κατασκευή του.
Γενικά, ο σκοπός της υδροηλεκτρικής έρευνας είναι η παροχή ακριβών και αξιόπιστων βασικών δεδομένων που είναι απαραίτητα για τον σχεδιασμό και την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών.
5, Γενικοί όροι της επιλεγμένης τοποθεσίας σταθμού
Οι γενικές προϋποθέσεις για την επιλογή της τοποθεσίας του σταθμού μπορούν να περιγραφούν στις ακόλουθες τέσσερις πτυχές:
(1) Η επιλεγμένη τοποθεσία του σταθμού θα πρέπει να είναι σε θέση να κάνει την πιο οικονομική χρήση της ενέργειας του νερού και να συμμορφώνεται με την αρχή της εξοικονόμησης κόστους, δηλαδή, μετά την ολοκλήρωση του σταθμού παραγωγής ενέργειας, θα δαπανηθεί το ελάχιστο κόστος και θα παραχθεί η μέγιστη ενέργεια. Γενικά, μπορεί να μετρηθεί εκτιμώντας τα ετήσια έσοδα από την παραγωγή ενέργειας και τις επενδύσεις στην κατασκευή του σταθμού, για να διαπιστωθεί σε πόσο χρονικό διάστημα μπορεί να ανακτηθεί το επενδυμένο κεφάλαιο. Ωστόσο, λόγω των διαφορετικών υδρολογικών και τοπογραφικών συνθηκών και των διαφορετικών απαιτήσεων για ενέργεια, το κόστος και η επένδυση δεν θα πρέπει να περιορίζονται από ορισμένες τιμές.
(2) Η επιλεγμένη τοποθεσία του σταθμού θα πρέπει να έχει άριστες τοπογραφικές, γεωλογικές και υδρολογικές συνθήκες και να είναι δυνατή η κατασκευή τους. Η κατασκευή μικρών υδροηλεκτρικών σταθμών θα πρέπει να συμμορφώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο με την αρχή των «τοπικών υλικών» όσον αφορά τα δομικά υλικά.
(3) Η επιλεγμένη τοποθεσία του σταθμού θα πρέπει να βρίσκεται όσο το δυνατόν πιο κοντά στην περιοχή παροχής ρεύματος και επεξεργασίας, ώστε να μειωθούν οι επενδύσεις σε εξοπλισμό μετάδοσης και οι απώλειες ισχύος.
(4) Κατά την επιλογή της τοποθεσίας του σταθμού, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται όσο το δυνατόν περισσότερο οι υπάρχουσες υδραυλικές κατασκευές. Για παράδειγμα, οι σταγόνες νερού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή υδροηλεκτρικών σταθμών σε αρδευτικά κανάλια ή οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί μπορούν να κατασκευαστούν κοντά σε αρδευτικές δεξαμενές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας τη ροή άρδευσης κ.λπ. Επειδή αυτοί οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί μπορούν να συμμορφώνονται με την αρχή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όταν υπάρχει νερό, η οικονομική τους σημασία είναι πιο προφανής.
Ώρα δημοσίευσης: 25 Οκτωβρίου 2022
