A enerxía hidroeléctrica consiste en converter a enerxía da auga dos ríos naturais en electricidade para o seu uso polas persoas. Existen varias fontes de enerxía que se empregan na xeración de enerxía, como a enerxía solar, a enerxía hidráulica dos ríos e a enerxía eólica xerada polo fluxo de aire. O custo da xeración de enerxía hidroeléctrica mediante enerxía hidroeléctrica é económico e a construción de centrais hidroeléctricas tamén se pode combinar con outros proxectos de conservación da auga. O noso país é moi rico en recursos hidroeléctricos e as condicións tamén son moi boas. A enerxía hidroeléctrica xoga un papel importante na construción da economía nacional.
O nivel da auga augas arriba dun río é maior que o nivel da auga augas abaixo. Debido á diferenza no nivel da auga do río, xérase enerxía da auga. Esta enerxía chámase enerxía potencial ou enerxía potencial. A diferenza entre a altura da auga do río chámase caída, tamén chamada diferenza de nivel de auga ou cabeza de auga. Esta caída é unha condición básica para a formación da enerxía hidráulica. Ademais, a magnitude da enerxía hidráulica tamén depende da magnitude do fluxo de auga no río, que é outra condición básica tan importante como a caída. Tanto a caída como o fluxo afectan directamente á enerxía hidráulica; canto maior sexa o volume de auga da caída, maior será a potencia hidráulica; se a caída e o volume de auga son relativamente pequenos, a produción da central hidroeléctrica será menor.
A caída xeralmente exprésase en metros. O gradiente é a relación entre a caída e a distancia, o que pode indicar o grao de concentración da caída. A caída está máis concentrada e o uso da enerxía hidráulica é máis conveniente. A caída utilizada por unha central hidroeléctrica é a diferenza entre a superficie da auga augas arriba da central hidroeléctrica e a superficie da auga augas abaixo despois de pasar pola turbina.
O caudal é a cantidade de auga que flúe nun río por unidade de tempo e exprésase en metros cúbicos nun segundo. Un metro cúbico de auga é unha tonelada. O caudal dun río cambia en calquera momento, polo que cando falamos do caudal, debemos explicar o tempo do lugar específico polo que flúe. O caudal cambia de forma moi significativa no tempo. Os ríos do noso país xeralmente teñen un gran caudal na estación das chuvias no verán e no outono, e relativamente pequeno no inverno e na primavera. En xeral, o caudal do río é relativamente pequeno augas arriba; debido á fusión dos seus afluentes, o caudal augas abaixo aumenta gradualmente. Polo tanto, aínda que a caída de caudal augas arriba está concentrada, o caudal é pequeno; o caudal augas abaixo é grande, pero a caída está relativamente dispersa. Polo tanto, a miúdo é máis económico utilizar a enerxía hidráulica nos tramos medios do río.
Coñecendo a caída e o caudal utilizados por unha central hidroeléctrica, a súa produción pódese calcular mediante a seguinte fórmula:
N= GQH
Na fórmula, a potencia N, en quilovatios, tamén se pode chamar potencia;
Q–fluxo, en metros cúbicos por segundo;
H – caída, en metros;
G = 9,8, é a aceleración da gravidade, unidade: Newton/kg
Segundo a fórmula anterior, a potencia teórica calcúlase sen deducir ningunha perda. De feito, no proceso de xeración de enerxía hidroeléctrica, as turbinas, os equipos de transmisión, os xeradores, etc., teñen perdas de potencia inevitables. Polo tanto, a potencia teórica debería descontarse, é dicir, a potencia real que podemos usar debería multiplicarse polo coeficiente de eficiencia (símbolo: K).
A potencia deseñada do xerador na central hidroeléctrica chámase potencia nominal e a potencia real chámase potencia real. No proceso de transformación de enerxía, é inevitable perder unha parte da enerxía. No proceso de xeración de enerxía hidroeléctrica, hai principalmente perdas de turbinas e xeradores (tamén hai perdas nas tubaxes). As diversas perdas na microcentral hidroeléctrica rural representan aproximadamente o 40-50% da potencia teórica total, polo que a saída da central hidroeléctrica só pode usar en realidade o 50-60% da potencia teórica, é dicir, a eficiencia é de aproximadamente 0,5-0,60 (da cal a eficiencia da turbina é de 0,70-0,85, a eficiencia dos xeradores é de 0,85 a 0,90 e a eficiencia das tubaxes e os equipos de transmisión é de 0,80 a 0,85). Polo tanto, a potencia real (saída) da central hidroeléctrica pódese calcular do seguinte xeito:
K–a eficiencia da central hidroeléctrica (0,5～0,6) utilízase no cálculo aproximado da microcentral hidroeléctrica; este valor pódese simplificar como:
N=(0,5～0,6)QHG Potencia real=eficiencia×caudal×caída×9,8
A enerxía hidroeléctrica é empregar a enerxía da auga para impulsar unha máquina, que se chama turbina hidráulica. Por exemplo, a antiga roda hidráulica do noso país é unha turbina hidráulica moi sinxela. As diversas turbinas hidráulicas que se empregan na actualidade adáptanse a diversas condicións hidráulicas específicas, de xeito que poidan xirar de forma máis eficiente e converter a enerxía da auga en enerxía mecánica. Outro tipo de maquinaria, un xerador, está conectado á turbina, de xeito que o rotor do xerador xira coa turbina para xerar electricidade. O xerador pódese dividir en dúas partes: a parte que xira coa turbina e a parte fixa do xerador. A parte que está conectada á turbina e xira chámase rotor do xerador, e hai moitos polos magnéticos arredor do rotor; un círculo arredor do rotor é a parte fixa do xerador, chamada estator do xerador, e o estator está envolto con moitas bobinas de cobre. Cando moitos polos magnéticos do rotor xiran no medio das bobinas de cobre do estator, xérase unha corrente nos cables de cobre e o xerador converte a enerxía mecánica en enerxía eléctrica.
A enerxía eléctrica xerada pola central eléctrica transfórmase en enerxía mecánica (motor eléctrico ou motor), enerxía luminosa (lámpada eléctrica), enerxía térmica (forno eléctrico) e así sucesivamente mediante diversos equipos eléctricos.
A composición da central hidroeléctrica
A composición dunha central hidroeléctrica inclúe: estruturas hidráulicas, equipos mecánicos e equipos eléctricos.
(1) Estruturas hidráulicas
Ten presas, comportas de admisión, canles (ou túneles), tanques de presión (ou tanques reguladores), tubaxes de presión, centrais eléctricas e condutos de descarga, etc.
Constrúese unha presa (encoro) no río para bloquear a auga e elevar a superficie da auga para formar un encoro. Deste xeito, fórmase unha caída concentrada entre a superficie da auga do encoro no encoro e a superficie da auga do río debaixo da presa, e logo a auga introdúcese na central hidroeléctrica mediante o uso de tubaxes ou túneles. En ríos relativamente inclinados, o uso de canles de desviación tamén pode formar unha caída. Por exemplo: xeralmente, a caída por quilómetro dun río natural é de 10 metros. Se se abre unha canle no extremo superior desta sección do río para introducir auga do río, a canle escavarase ao longo do río e a pendente da canle será máis plana. Se a caída na canle se fai por quilómetro, só baixou 1 metro, de xeito que a auga fluíu 5 quilómetros na canle e a superficie da auga só baixou 5 metros, mentres que a auga baixou 50 metros despois de percorrer 5 quilómetros na canle natural. Neste momento, a auga da canle é conducida de volta á central eléctrica polo río mediante unha tubaxe ou túnel, e hai unha caída concentrada de 45 metros que se pode usar para xerar electricidade. Figura 2
O uso de canles de desvío, túneles ou tubaxes de auga (como tubaxes de plástico, tubaxes de aceiro, tubaxes de formigón, etc.) para formar unha central hidroeléctrica cunha caída concentrada denomínase central hidroeléctrica de canle de desvío, que é un deseño típico das centrais hidroeléctricas.
(2) Equipamento mecánico e eléctrico
Ademais das obras hidráulicas mencionadas anteriormente (azudes, canles, dianteiras, tubaxes de presión, talleres), a central hidroeléctrica tamén precisa dos seguintes equipos:
(1) Equipamento mecánico
Hai turbinas, reguladores, válvulas de compuerta, equipos de transmisión e equipos non xeradores.
(2) Equipamento eléctrico
Hai xeradores, paneis de distribución, transformadores e liñas de transmisión.
Pero non todas as pequenas centrais hidroeléctricas contan coas estruturas hidráulicas e os equipos mecánicos e eléctricos mencionados anteriormente. Se a altura da auga é inferior a 6 metros na central hidroeléctrica de baixa altura, xeralmente úsanse a canle de guía de auga e a canle de auga de canle aberta, e non hai poza de presión nin tubaxe de auga a presión. Para as centrais con pequeno rango de subministración de enerxía e curta distancia de transmisión, adóptase a transmisión de enerxía directa e non se require transformador. As centrais hidroeléctricas con encoros non necesitan construír presas. O uso de tomas profundas, tubaxes interiores de presas (ou túneles) e aliviaderos elimina a necesidade de estruturas hidráulicas como azudes, comportas de admisión, canles e pozas de presión.
Para construír unha central hidroeléctrica, en primeiro lugar, débese levar a cabo un traballo de estudo e deseño coidadoso. No traballo de deseño, hai tres etapas de deseño: deseño preliminar, deseño técnico e detalles da construción. Para facer un bo traballo no traballo de deseño, primeiro é necesario levar a cabo un traballo de estudo exhaustivo, é dicir, comprender plenamente as condicións naturais e económicas locais, como a topografía, a xeoloxía, a hidroloxía, o capital, etc. A corrección e a fiabilidade do deseño só se poden garantir despois de dominar estas situacións e analizalas.
Os compoñentes das pequenas centrais hidroeléctricas teñen diversas formas dependendo do tipo de central hidroeléctrica.
3. Levantamento topográfico
A calidade do traballo de levantamento topográfico inflúe moito no deseño da obra e na estimación da cantidade de obra.
Exploración xeolóxica (comprensión das condicións xeolóxicas), ademais da comprensión xeral e a investigación sobre a xeoloxía da conca hidrográfica e ao longo do río, tamén é necesario comprender se os cimentos da sala de máquinas son sólidos, o que afecta directamente á seguridade da propia central eléctrica. Unha vez que se destrúe a presa cun certo volume de encoro, non só danará a propia central hidroeléctrica, senón que tamén causará enormes perdas de vidas e propiedades augas abaixo.
4. Proba hidrolóxica
Para as centrais hidroeléctricas, os datos hidrolóxicos máis importantes son os rexistros do nivel da auga do río, o caudal, o contido de sedimentos, as condicións de xeo, os datos meteorolóxicos e os datos do estudo de inundacións. O tamaño do caudal do río afecta o deseño do aliviadero da central hidroeléctrica. Subestimar a gravidade da inundación provocará danos na presa; os sedimentos transportados polo río poden encher rapidamente o encoro no peor dos casos. Por exemplo, o canal de entrada fará que o canal se amontoe e os sedimentos de gran groso pasarán a través da turbina e provocarán o desgaste desta. Polo tanto, a construción de centrais hidroeléctricas debe ter datos hidrolóxicos suficientes.
Polo tanto, antes de decidir construír unha central hidroeléctrica, primeiro debemos investigar a dirección do desenvolvemento económico na zona de subministración de enerxía e a demanda futura de electricidade. Ao mesmo tempo, estimar a situación doutras fontes de enerxía na zona de desenvolvemento. Só despois da investigación e análise da situación anterior poderemos decidir se é necesario construír a central hidroeléctrica e a escala que debe ter.
En xeral, o obxectivo dos traballos de estudo hidroeléctrico é proporcionar información básica precisa e fiable necesaria para o deseño e a construción de centrais hidroeléctricas.
5. Condicións xerais para a selección do emprazamento
As condicións xerais para a selección dun emprazamento pódense explicar a partir dos seguintes catro aspectos:
(1) O lugar escollido debería ser capaz de utilizar a enerxía da auga da maneira máis económica e cumprir co principio de aforro de custos, é dicir, unha vez rematada a central eléctrica, gástase a menor cantidade de diñeiro e xérase a maior cantidade de electricidade. Normalmente pódese medir estimando os ingresos anuais da xeración de enerxía e o investimento na construción da central para ver canto tempo se pode recuperar o capital investido. Non obstante, as condicións hidrolóxicas e topográficas son diferentes en diferentes lugares, e as necesidades de electricidade tamén son diferentes, polo que o custo e o investimento da construción non deberían estar limitados por certos valores.
(2) As condicións topográficas, xeolóxicas e hidrolóxicas do lugar escollido deben ser relativamente superiores, e deben existir posibilidades de deseño e construción. Na construción de pequenas centrais hidroeléctricas, o uso de materiais de construción debe axustarse ao principio dos "materiais locais" na medida do posible.
(3) É necesario que o lugar escollido estea o máis preto posible da subministración de enerxía e da zona de procesamento para reducir o investimento en equipos de transmisión de enerxía e a perda de enerxía.
(4) Ao elixir o lugar, débense aproveitar ao máximo as estruturas hidráulicas existentes. Por exemplo, a pinga de auga pódese usar para construír unha central hidroeléctrica nunha canle de rega, ou pódese construír unha central hidroeléctrica xunto a un encoro de rega para xerar electricidade a partir do caudal de rega, etc. Dado que estas centrais hidroeléctricas poden cumprir o principio de xerar electricidade cando hai auga, a súa importancia económica é máis evidente.
Data de publicación: 19 de maio de 2022
