آشنایی با نیروگاه‌های برق‌آبی کوچک

پارامترهای عملیاتی یک توربین آبی چیست؟
پارامترهای اساسی کار یک توربین آبی شامل هد، دبی، سرعت، خروجی و راندمان است.
هد آبی یک توربین به اختلاف انرژی جریان آب واحد وزن بین بخش ورودی و بخش خروجی توربین اشاره دارد که با H بیان و بر حسب متر اندازه‌گیری می‌شود.
دبی جریان یک توربین آبی به حجم جریان آبی که در واحد زمان از سطح مقطع توربین عبور می‌کند، اشاره دارد.
سرعت توربین به تعداد دفعات چرخش محور اصلی توربین در دقیقه اشاره دارد.
خروجی یک توربین آبی به توان خروجی در انتهای شفت توربین آبی اشاره دارد.
راندمان توربین به نسبت خروجی توربین به خروجی جریان آب اشاره دارد.
انواع توربین‌های آبی کدامند؟
توربین‌های آبی را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: نوع ضدحمله و نوع ضربه‌ای. توربین ضدحمله شامل شش نوع است: توربین جریان مختلط (HL)، توربین تیغه ثابت جریان محوری (ZD)، توربین تیغه ثابت جریان محوری (ZZ)، توربین جریان مایل (XL)، توربین تیغه ثابت جریان عبوری (GD) و توربین تیغه ثابت جریان عبوری (GZ).
سه نوع توربین ضربه‌ای وجود دارد: توربین‌های نوع سطلی (نوع برشی) (CJ)، توربین‌های نوع شیب‌دار (XJ) و توربین‌های نوع دو شیر (SJ).
۳. توربین ضد حمله و توربین ضربه‌ای چیستند؟
توربین آبی که انرژی پتانسیل، انرژی فشار و انرژی جنبشی جریان آب را به انرژی مکانیکی جامد تبدیل می‌کند، توربین آبی ضدحمله نامیده می‌شود.
توربین آبی که انرژی جنبشی جریان آب را به انرژی مکانیکی جامد تبدیل می‌کند، توربین ضربه‌ای نامیده می‌شود.
ویژگی‌ها و دامنه کاربرد توربین‌های جریان مختلط چیست؟
یک توربین جریان مختلط، که به عنوان توربین فرانسیس نیز شناخته می‌شود، جریان آب را به صورت شعاعی وارد پروانه می‌کند و عموماً به صورت محوری از آن خارج می‌شود. توربین‌های جریان مختلط دارای طیف گسترده‌ای از کاربردهای هد آبی، ساختار ساده، عملکرد قابل اعتماد و راندمان بالا هستند. این توربین یکی از پرکاربردترین توربین‌های آبی در دوران مدرن است. محدوده هد آبی قابل استفاده ۵۰ تا ۷۰۰ متر است.
ویژگی‌ها و دامنه کاربرد توربین آبی دوار چیست؟
توربین جریان محوری، جریان آب در ناحیه پروانه به صورت محوری جریان می‌یابد و جریان آب بین پره‌های راهنما و پروانه از شعاعی به محوری تغییر می‌کند.
ساختار پروانه ثابت ساده است، اما هنگام انحراف از شرایط طراحی، راندمان آن به شدت کاهش می‌یابد. این پروانه برای نیروگاه‌هایی با توان کم و تغییرات اندک در هد آب، عموماً از 3 تا 50 متر، مناسب است. ساختار پروانه دوار نسبتاً پیچیده است. این پروانه با هماهنگ کردن چرخش پره‌ها و پره‌های راهنما، تنظیم دوگانه پره‌های راهنما و تیغه‌ها را انجام می‌دهد و محدوده خروجی منطقه با راندمان بالا را گسترش می‌دهد و از پایداری عملیاتی خوبی برخوردار است. در حال حاضر، محدوده هد آب اعمال شده از چند متر تا 50-70 متر متغیر است.
ویژگی‌ها و دامنه کاربرد توربین‌های آبی سطلی چیست؟
توربین آبی نوع سطلی که با نام توربین پتیون نیز شناخته می‌شود، با برخورد جت خروجی از نازل به پره‌های سطلی توربین در امتداد جهت مماسی محیط توربین کار می‌کند. توربین آبی نوع سطلی برای ارتفاع آب بالا استفاده می‌شود، انواع سطلی کوچک برای ارتفاع آب ۴۰ تا ۲۵۰ متر و انواع سطلی بزرگ برای ارتفاع آب ۴۰۰ تا ۴۵۰۰ متر استفاده می‌شوند.
۷. ویژگی‌ها و دامنه کاربرد توربین شیب‌دار چیست؟
توربین آبی مایل، جتی از نازل تولید می‌کند که با صفحه پروانه در ورودی زاویه‌ای (معمولاً ۲۲.۵ درجه) تشکیل می‌دهد. این نوع توربین آبی در نیروگاه‌های برق آبی کوچک و متوسط، با محدوده هد مناسب زیر ۴۰۰ متر استفاده می‌شود.
ساختار اساسی توربین آبی نوع سطلی چیست؟
توربین آبی نوع سطلی دارای اجزای اضافه جریان زیر است که وظایف اصلی آنها به شرح زیر است:
(l) نازل توسط جریان آب از لوله فشار بالادست که از نازل عبور می‌کند، تشکیل می‌شود و جتی را تشکیل می‌دهد که به پروانه برخورد می‌کند. انرژی فشاری جریان آب داخل نازل به انرژی جنبشی جت تبدیل می‌شود.
(2) سوزن با حرکت دادن سوزن، قطر جت پاشیده شده از نازل را تغییر می‌دهد و در نتیجه دبی ورودی توربین آبی را نیز تغییر می‌دهد.
(3) چرخ از یک دیسک و چندین سطل که روی آن ثابت شده‌اند تشکیل شده است. جت به سمت سطل‌ها هجوم می‌برد و انرژی جنبشی خود را به آنها منتقل می‌کند و در نتیجه چرخ را به چرخش و انجام کار وادار می‌کند.
(4) منحرف‌کننده بین نازل و پروانه قرار دارد. هنگامی که توربین به طور ناگهانی بار را کاهش می‌دهد، منحرف‌کننده به سرعت جت را به سمت سطل منحرف می‌کند. در این مرحله، سوزن به آرامی به موقعیتی مناسب برای بار جدید نزدیک می‌شود. پس از تثبیت نازل در موقعیت جدید، منحرف‌کننده به موقعیت اولیه جت باز می‌گردد و برای اقدام بعدی آماده می‌شود.
(5) محفظه اجازه می‌دهد تا جریان آب تکمیل‌شده به آرامی به پایین‌دست تخلیه شود و فشار داخل محفظه معادل فشار اتمسفر است. همچنین از محفظه برای پشتیبانی از یاتاقان‌های توربین آبی استفاده می‌شود.
۹. چگونه برند یک توربین آبی را بخوانیم و بفهمیم؟
طبق «قوانین تعیین مدل‌های توربین» JBB84-74 در چین، تعیین توربین از سه بخش تشکیل شده است که با یک «-» بین هر بخش از هم جدا شده‌اند. نماد بخش اول، حرف اول پین‌یین چینی برای نوع توربین آبی است و اعداد عربی نشان‌دهنده سرعت مخصوص مشخصه توربین آبی هستند. بخش دوم شامل دو حرف پین‌یین چینی است که حرف اول نشان‌دهنده طرح شفت اصلی توربین آبی و حرف دوم نشان‌دهنده ویژگی‌های محفظه ورودی است. بخش سوم قطر اسمی چرخ بر حسب سانتی‌متر است.
قطر اسمی انواع مختلف توربین‌های آبی چگونه مشخص می‌شود؟
قطر اسمی یک توربین جریان مختلط، حداکثر قطر روی لبه ورودی پره‌های پروانه است که قطری در محل تقاطع حلقه پایینی پروانه و لبه ورودی پره‌ها می‌باشد.
قطر اسمی توربین‌های جریان محوری و مایل، قطر داخل محفظه پروانه در محل تقاطع محور پره پروانه و محفظه پروانه است.
قطر اسمی توربین آبی نوع سطلی، قطر دایره گامی است که در آن، رانر مماس بر خط اصلی جت قرار می‌گیرد.
علل اصلی کاویتاسیون در توربین‌های آبی چیست؟
علل کاویتاسیون در توربین‌های آبی نسبتاً پیچیده است. عموماً اعتقاد بر این است که توزیع فشار در داخل چرخ توربین ناهموار است. به عنوان مثال، اگر چرخ نسبت به سطح آب پایین دست خیلی بالا نصب شود، جریان آب پرسرعت که از ناحیه کم‌فشار عبور می‌کند، مستعد رسیدن به فشار تبخیر و تولید حباب است. هنگامی که آب به ناحیه پرفشار جریان می‌یابد، به دلیل افزایش فشار، حباب‌ها متراکم می‌شوند و ذرات جریان آب با سرعت بالا به سمت مرکز حباب‌ها برخورد می‌کنند تا شکاف‌های ایجاد شده توسط تراکم را پر کنند و در نتیجه ضربه هیدرولیکی و اثرات الکتروشیمیایی زیادی ایجاد می‌کنند که باعث فرسایش پره‌ها و ایجاد حفره‌های لانه زنبوری می‌شود و حتی ممکن است سوراخ‌هایی در آنها ایجاد شود.
اقدامات اصلی برای جلوگیری از کاویتاسیون در توربین‌های آبی چیست؟
پیامد کاویتاسیون در توربین‌های آبی، تولید سر و صدا، ارتعاش و کاهش شدید راندمان است که منجر به فرسایش پره، تشکیل حفره‌های حفره‌ای و لانه زنبوری و حتی تشکیل سوراخ از طریق نفوذ می‌شود و در نتیجه به واحد آسیب می‌رساند و باعث عدم کارایی می‌شود. بنابراین، باید تلاش شود تا از کاویتاسیون در حین کار جلوگیری شود. در حال حاضر، اقدامات اصلی برای جلوگیری و کاهش آسیب کاویتاسیون شامل موارد زیر است:
(ل) طراحی صحیح چرخ توربین برای کاهش ضریب کاویتاسیون توربین.
(2) کیفیت تولید را بهبود بخشید، از شکل هندسی صحیح و موقعیت نسبی تیغه‌ها اطمینان حاصل کنید و به سطوح صاف و صیقلی توجه کنید.
(3) استفاده از مواد ضد کاویتاسیون برای کاهش آسیب کاویتاسیون، مانند چرخ‌های فولادی ضد زنگ.
(4) ارتفاع نصب توربین آبی را به درستی تعیین کنید.
(5) شرایط عملیاتی را بهبود بخشید تا از کارکرد توربین با هد و بار کم برای مدت طولانی جلوگیری شود. معمولاً توربین‌های آبی مجاز به کارکرد با خروجی کم (مانند کمتر از 50٪ خروجی نامی) نیستند. برای نیروگاه‌های برق آبی چند واحدی، باید از کارکرد طولانی مدت یک واحد در شرایط کم باری و اضافه بار اجتناب شود.
(6) برای جلوگیری از ایجاد آسیب کاویتاسیون بدخیم، باید به کیفیت پرداخت جوش تعمیری و نگهداری به موقع توجه شود.
(7) با استفاده از یک دستگاه تأمین هوا، هوا به داخل لوله آب خروجی وارد می‌شود تا خلاء بیش از حد که ممکن است باعث کاویتاسیون شود، از بین برود.
نیروگاه‌های برق بزرگ، متوسط ​​و کوچک چگونه طبقه‌بندی می‌شوند؟
طبق استانداردهای فعلی دپارتمان، آن‌هایی که ظرفیت نصب‌شده‌شان کمتر از ۵۰۰۰۰ کیلووات است، کوچک در نظر گرفته می‌شوند؛ تجهیزات متوسط ​​با ظرفیت نصب‌شده ۵۰۰۰۰ تا ۲۵۰۰۰۰ کیلووات؛ و ظرفیت نصب‌شده بیش از ۲۵۰۰۰۰ کیلووات، بزرگ در نظر گرفته می‌شوند.

اصل اساسی تولید برق آبی چیست؟
تولید برق آبی، استفاده از نیروی هیدرولیک (با ارتفاع آب) برای چرخاندن ماشین‌آلات هیدرولیکی (توربین) و تبدیل انرژی آب به انرژی مکانیکی است. اگر نوع دیگری از ماشین‌آلات (ژنراتور) به توربین متصل شود تا همزمان با چرخش آن، برق تولید کند، انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود. تولید برق آبی، به یک معنا، فرآیند تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی مکانیکی و سپس به انرژی الکتریکی است.
روش‌های توسعه منابع هیدرولیکی و انواع اساسی نیروگاه‌های برق آبی کدامند؟
روش‌های توسعه منابع هیدرولیکی با توجه به افت متمرکز انتخاب می‌شوند و عموماً سه روش اساسی وجود دارد: نوع سدی، نوع انحرافی و نوع مختلط.
(1) نیروگاه برق آبی از نوع سد به نیروگاهی گفته می‌شود که در کانال رودخانه‌ای با افت متمرکز و ظرفیت مخزن مشخص ساخته شده و در نزدیکی سد قرار دارد.
(2) یک نیروگاه برق آبی انحرافی به نیروگاهی اطلاق می‌شود که بدون مخزن یا ظرفیت تنظیم، از افت طبیعی رودخانه برای انحراف آب و تولید برق به طور کامل استفاده می‌کند و در یک رودخانه دوردست در پایین‌دست واقع شده است.
(3) یک نیروگاه برق آبی ترکیبی به نیروگاه برق آبی اطلاق می‌شود که از یک قطره آب، که بخشی از آن توسط ساخت سد تشکیل شده و بخشی دیگر از قطره طبیعی کانال رودخانه استفاده می‌کند، با ظرفیت ذخیره‌سازی مشخص، استفاده می‌کند. این نیروگاه در کانال رودخانه‌ای در پایین‌دست واقع شده است.
جریان، رواناب کل و جریان متوسط ​​سالانه چیست؟
دبی جریان به حجم آبی که در واحد زمان از سطح مقطع یک رودخانه (یا سازه هیدرولیکی) عبور می‌کند، اطلاق می‌شود و بر حسب متر مکعب در ثانیه بیان می‌شود.
رواناب کل به مجموع کل جریان آب از طریق مقطع یک رودخانه در یک سال هیدرولوژیکی اشاره دارد که به صورت 104 متر مکعب یا 108 متر مکعب بیان می‌شود.
میانگین دبی سالانه به میانگین دبی سالانه Q3/S یک مقطع رودخانه که بر اساس سری‌های هیدرولوژیکی موجود محاسبه شده است، اشاره دارد.
اجزای اصلی یک پروژه هاب نیروگاه برق آبی کوچک چیست؟
این سازه عمدتاً از چهار بخش تشکیل شده است: سازه‌های نگهدارنده آب (سدها)، سازه‌های تخلیه سیلاب (سرریزها یا دریچه‌ها)، سازه‌های انحراف آب (کانال‌ها یا تونل‌های انحراف، شامل شفت‌های تنظیم فشار) و ساختمان‌های نیروگاه (شامل کانال‌های پایاب و ایستگاه‌های تقویت فشار).
۱۸. نیروگاه برق آبی رواناب چیست؟ چه ویژگی‌هایی دارد؟
یک نیروگاه بدون مخزن تنظیم‌کننده، نیروگاه برق‌آبی رواناب نامیده می‌شود. این نوع نیروگاه برق‌آبی، ظرفیت نصب‌شده خود را بر اساس میانگین نرخ جریان سالانه کانال رودخانه و پتانسیل سرآبی که می‌تواند به دست آورد، انتخاب می‌کند. تولید برق در طول فصل خشک به شدت کاهش می‌یابد، کمتر از ۵۰٪ و گاهی اوقات حتی نمی‌تواند برق تولید کند، که توسط جریان طبیعی رودخانه محدود می‌شود، در حالی که مقدار زیادی آب رها شده در طول فصل مرطوب وجود دارد.
۱۹. خروجی چیست؟ چگونه می‌توان خروجی را تخمین زد و تولید برق یک نیروگاه برق آبی را محاسبه کرد؟
در یک نیروگاه برق آبی (نیروگاه)، توان تولید شده توسط واحد ژنراتور برق آبی، خروجی نامیده می‌شود و خروجی بخش خاصی از جریان آب در یک رودخانه، منابع انرژی آب آن بخش را نشان می‌دهد. خروجی جریان آب به مقدار انرژی آب در واحد زمان اشاره دارد. در معادله N=9.81 η QH، Q نرخ جریان (m3/S) است؛ H هد آب (m) است؛ N خروجی نیروگاه برق آبی (W) است؛ η ضریب راندمان ژنراتور برق آبی است. فرمول تقریبی برای خروجی نیروگاه‌های برق آبی کوچک N=(6.0-8.0) QH است. فرمول تولید برق سالانه E=NT است، که در آن N میانگین خروجی است؛ T ساعات استفاده سالانه است.
میزان ساعات استفاده سالانه از ظرفیت نصب شده چقدر است؟
به میانگین زمان کارکرد بار کامل یک واحد ژنراتور برق آبی در طول یک سال اشاره دارد. این یک شاخص مهم برای اندازه‌گیری مزایای اقتصادی نیروگاه‌های برق آبی است و نیروگاه‌های برق آبی کوچک ملزم به داشتن ساعت بهره‌برداری سالانه بیش از ۳۰۰۰ ساعت هستند.
۲۱. تعدیل روزانه، تعدیل هفتگی، تعدیل سالانه و تعدیل چند ساله چیست؟
(1) تنظیم روزانه: به توزیع مجدد رواناب در طول شبانه‌روز، با دوره تنظیم 24 ساعته اشاره دارد.
(2) تنظیم هفتگی: دوره تنظیم یک هفته (7 روز) است.
(3) تنظیم سالانه: توزیع مجدد رواناب در طول یک سال، که در آن تنها بخشی از آب اضافی در طول فصل سیل قابل ذخیره است، تنظیم سالانه ناقص (یا تنظیم فصلی) نامیده می‌شود؛ توانایی توزیع مجدد کامل آب ورودی در طول سال مطابق با نیازهای مصرف آب بدون نیاز به تخلیه آب، تنظیم سالانه نامیده می‌شود.
(4) تنظیم چند ساله: وقتی حجم مخزن به اندازه‌ای باشد که بتوان آب اضافی را در طول سال‌های متمادی در مخزن ذخیره کرد و سپس آن را به چندین سال خشک برای تنظیم سالانه اختصاص داد، به آن تنظیم چند ساله می‌گویند.
۲۲. قطره رود چیست؟
اختلاف ارتفاع بین دو مقطع عرضی از رودخانه مورد استفاده، افت نامیده می‌شود؛ اختلاف ارتفاع بین سطوح آب در منبع و دهانه رودخانه، افت کلی نامیده می‌شود.
۲۳. میزان بارندگی، مدت بارندگی، شدت بارندگی، منطقه بارندگی و مرکز رگبار باران چقدر است؟
بارش عبارت است از کل مقدار آبی که در یک دوره زمانی مشخص بر یک نقطه یا منطقه معین می‌بارد و بر حسب میلی‌متر بیان می‌شود.
مدت بارندگی به مدت زمان بارندگی اشاره دارد.
شدت بارش به میزان بارش در واحد زمان اشاره دارد که بر حسب میلی‌متر بر ساعت بیان می‌شود.
منطقه بارش به مساحت افقی پوشیده از بارش اطلاق می‌شود که بر حسب کیلومتر مربع بیان می‌شود.
مرکز بارش باران به یک منطقه کوچک محلی اشاره دارد که بارش باران در آن متمرکز شده است.
۲۴. برآورد سرمایه‌گذاری مهندسی چیست؟ برآورد سرمایه‌گذاری مهندسی و بودجه مهندسی؟
بودجه مهندسی یک سند فنی و اقتصادی است که تمام بودجه‌های ساختمانی لازم برای یک پروژه را به صورت پولی گردآوری می‌کند. بودجه اولیه طراحی، جزء مهمی از اسناد اولیه طراحی و مبنای اصلی ارزیابی عقلانیت اقتصادی است. بودجه کلی مصوب، شاخص مهمی است که توسط دولت برای سرمایه‌گذاری اولیه ساختمانی به رسمیت شناخته شده است و همچنین مبنایی برای تهیه نقشه‌های اولیه ساختمانی و طرح‌های مناقصه است. تخمین سرمایه‌گذاری مهندسی، میزان سرمایه‌گذاری انجام شده در مرحله مطالعه امکان‌سنجی است. بودجه مهندسی، میزان سرمایه‌گذاری انجام شده در مرحله ساخت و ساز است.
شاخص‌های اصلی اقتصادی نیروگاه‌های برق آبی چیست؟
(1) سرمایه‌گذاری واحد کیلووات به سرمایه‌گذاری مورد نیاز برای هر کیلووات ظرفیت نصب‌شده اشاره دارد.
(2) سرمایه‌گذاری واحد انرژی به سرمایه‌گذاری مورد نیاز برای هر کیلووات ساعت برق اشاره دارد.
(3) هزینه برق، مبلغی است که به ازای هر کیلووات ساعت برق پرداخت می‌شود.
(4) ساعات استفاده سالانه از ظرفیت نصب‌شده، معیاری برای سنجش سطح استفاده از تجهیزات نیروگاه برق‌آبی است.
(5) قیمت فروش برق، قیمت هر کیلووات ساعت برق فروخته شده به شبکه برق است.
چگونه شاخص های اصلی اقتصادی نیروگاه های برق آبی را محاسبه کنیم؟
شاخص‌های اصلی اقتصادی نیروگاه‌های برق‌آبی طبق فرمول زیر محاسبه می‌شوند:
(1) واحد سرمایه‌گذاری کیلووات = کل سرمایه‌گذاری در ساخت نیروگاه برق آبی / کل ظرفیت نصب‌شده نیروگاه برق آبی
(2) سرمایه‌گذاری واحد انرژی = کل سرمایه‌گذاری در ساخت نیروگاه برق آبی / میانگین تولید برق سالانه نیروگاه برق آبی
(3) ساعات استفاده سالانه از ظرفیت نصب شده = میانگین تولید برق سالانه / کل ظرفیت نصب شده