اصل و فرآیند توربین هیدرولیک در نیروگاه برق آبی

توربین آبی را با انرژی پتانسیل یا انرژی جنبشی شستشو دهید، توربین آبی شروع به چرخش می‌کند. اگر ژنراتور را به توربین آبی وصل کنیم، ژنراتور می‌تواند شروع به تولید برق کند. اگر سطح آب را برای شستشو توربین بالا ببریم، سرعت توربین افزایش می‌یابد. بنابراین، هرچه اختلاف سطح آب بیشتر باشد، انرژی جنبشی حاصل از توربین بیشتر و انرژی الکتریکی قابل تبدیل بیشتر است. این اصل اساسی برق آبی است.

فرآیند تبدیل انرژی عبارت است از: انرژی پتانسیل گرانشی آب بالادست به انرژی جنبشی جریان آب تبدیل می‌شود. هنگامی که آب از طریق توربین جریان می‌یابد، انرژی جنبشی به توربین منتقل می‌شود و توربین ژنراتور را به حرکت در می‌آورد تا انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. بنابراین، این فرآیند تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی است.

با توجه به شرایط طبیعی متفاوت نیروگاه‌های برق آبی، ظرفیت و سرعت واحدهای ژنراتور برق آبی بسیار متفاوت است. به طور کلی، ژنراتورهای برق آبی کوچک و ژنراتورهای برق آبی پرسرعت که توسط توربین‌های ضربه‌ای هدایت می‌شوند، بیشتر ساختارهای افقی دارند، در حالی که ژنراتورهای بزرگ و سرعت متوسط ​​​​عمدتاً ساختارهای عمودی دارند. از آنجایی که اکثر نیروگاه‌های برق آبی از شهرها دور هستند، معمولاً نیاز به تأمین برق بارها از طریق خطوط انتقال طولانی دارند، بنابراین سیستم برق الزامات بالاتری را برای پایداری عملکرد ژنراتورهای برق آبی مطرح می‌کند: پارامترهای موتور باید با دقت انتخاب شوند. الزامات مربوط به ممان اینرسی روتور زیاد است. بنابراین، ظاهر ژنراتور برق آبی با ژنراتور توربین بخار متفاوت است. قطر روتور آن بزرگ و طول آن کوتاه است. زمان لازم برای شروع و اتصال شبکه واحدهای ژنراتور برق آبی نسبتاً کوتاه است و توزیع عملیات انعطاف‌پذیر است. علاوه بر تولید برق عمومی، به ویژه برای واحدهای اصلاح پیک و واحدهای آماده به کار اضطراری مناسب است. حداکثر ظرفیت واحدهای ژنراتور توربین آبی به 700000 کیلووات رسیده است.

در مورد اصل ژنراتور، فیزیک دبیرستان بسیار واضح است و اصل کار آن بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی و قانون نیروی الکترومغناطیسی است. بنابراین، اصل کلی ساخت آن استفاده از رسانایی مغناطیسی مناسب و مواد رسانا برای تشکیل یک مدار مغناطیسی و مدار برای القای الکترومغناطیسی متقابل برای تولید توان الکترومغناطیسی و دستیابی به هدف تبدیل انرژی است.

ژنراتور توربین آبی توسط توربین آبی به حرکت در می‌آید. روتور آن کوتاه و ضخیم است، زمان لازم برای راه‌اندازی واحد و اتصال به شبکه کوتاه است و توزیع عملیات انعطاف‌پذیر است. علاوه بر تولید برق عمومی، به ویژه برای واحد اصلاح پیک و واحد آماده به کار اضطراری مناسب است. حداکثر ظرفیت واحدهای ژنراتور توربین آبی به ۸۰۰۰۰۰ کیلووات رسیده است.

ژنراتور دیزلی توسط یک موتور احتراق داخلی به حرکت در می‌آید. این ژنراتور سریع روشن می‌شود و کار با آن آسان است، اما هزینه تولید برق آن بالاست. عمدتاً به عنوان برق پشتیبان اضطراری یا در مناطقی که شبکه برق بزرگ به نیروگاه‌های سیار دسترسی ندارد، استفاده می‌شود. ظرفیت آن از چند کیلووات تا چندین کیلووات متغیر است. گشتاور خروجی روی شفت موتور دیزلی در معرض نوسانات دوره‌ای است، بنابراین باید از حوادث رزونانس و شکستگی شفت جلوگیری شود.

سرعت ژنراتور برق آبی، فرکانس جریان متناوب تولید شده را تعیین می‌کند. برای اطمینان از پایداری این فرکانس، سرعت روتور باید تثبیت شود. برای تثبیت سرعت، می‌توان سرعت محرک اصلی (توربین آبی) را در حالت کنترل حلقه بسته کنترل کرد. سیگنال فرکانس توان AC که قرار است ارسال شود، نمونه‌برداری شده و به سیستم کنترلی که زاویه باز و بسته شدن پره راهنمای توربین آبی را کنترل می‌کند، بازگردانده می‌شود تا توان خروجی توربین آبی کنترل شود. از طریق اصل کنترل بازخورد، سرعت ژنراتور می‌تواند تثبیت شود.