1. Visión xeral da xeración de enerxía hidroeléctrica
A xeración de enerxía hidroeléctrica consiste en converter a enerxía da auga dos ríos naturais en enerxía eléctrica para o seu uso por parte das persoas. As fontes de enerxía empregadas polas centrais eléctricas son diversas, 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 outras iniciativas de conservación da auga. China é rica en recursos hídricos e ten excelentes condicións. A enerxía hidroeléctrica desempeña 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 entre o nivel da auga do río, xérase enerxía da auga. Esta enerxía chámase enerxía potencial. A diferenza entre a altura da superficie da auga do río chámase caída, tamén chamada diferenza de nivel ou cabeza de auga. Esta caída é unha condición básica para a enerxía hidráulica. Ademais, a magnitude da enerxía da auga tamén depende da magnitude do caudal de auga no río, que é outra condición básica tan importante como a caída. Tanto a caída como o caudal afectan directamente á magnitude da enerxía hidráulica; canto maior sexa a caída de auga, 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 da superficie da auga é a relación entre a caída e a distancia, o que pode indicar o grao de concentración da caída. Se a caída está relativamente concentrada, a utilización da enerxía da auga 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 hidráulica.
O caudal é a cantidade de auga que flúe por un río nunha unidade de tempo, expresada en metros cúbicos por segundo. Un metro cúbico de auga é unha tonelada. O caudal dun río cambia en calquera momento e en calquera lugar, polo que cando falamos do caudal, debemos explicar o tempo do lugar específico onde flúe. O caudal cambia significativamente no tempo. En xeral, os ríos da China teñen un gran caudal no verán, no outono e na estación das chuvias, pero un pequeno caudal no inverno e na primavera. O caudal varía dun mes a outro e o volume de auga varía dun ano para outro. O caudal dos ríos en xeral é relativamente pequeno augas arriba; a medida que os afluentes converxen, o caudal augas abaixo aumenta gradualmente. Polo tanto, aínda que a caída de augas arriba está concentrada, o caudal é pequeno; aínda que o caudal augas abaixo é grande, a caída está relativamente dispersa. Polo tanto, adoita ser máis económico usar a enerxía hidráulica nos tramos medios do río.
Coñecendo a caída e o caudal utilizados por unha central hidroeléctrica, a súa produción pódese calcular coa seguinte fórmula:
N= GQH
Na fórmula, N – potencia de saída, unidade: kW, tamén chamada potencia;
Q — caudal, en metros cúbicos por segundo;
H — Caída, en metros;
G=9,8, é a aceleración da gravidade, en Newton/kg
A potencia teórica calcúlase segundo a fórmula anterior e non se deduce ningunha perda. De feito, no proceso de xeración de enerxía hidroeléctrica, as turbinas de auga, os equipos de transmisión, os xeradores, etc. teñen perdas de potencia inevitables. Polo tanto, a potencia teórica debe descontarse, é dicir, a potencia real que podemos usar debe multiplicarse polo coeficiente de eficiencia (símbolo: K).
A potencia deseñada do xerador nunha central hidroeléctrica chámase potencia nominal e a potencia real chámase potencia real. No proceso de transformación de enerxía, é inevitable perder algo de enerxía. No proceso de xeración de enerxía hidroeléctrica, hai principalmente perdas de turbinas e xeradores hidráulicos (incluídas as perdas de tubaxes). Nas microcentrais hidroeléctricas rurais, varias perdas representan o 40~50% da potencia teórica total, polo que a saída das centrais hidroeléctricas só pode usar o 50~60% da potencia teórica, é dicir, a eficiencia é de aproximadamente 0,5~0,60 (incluíndo a eficiencia da turbina de 0,70~0,85, a eficiencia do xerador de 0,85~0,90 e a eficiencia das tubaxes e os equipos de transmisión de 0,80~0,85). Polo tanto, a potencia real (saída) da central hidroeléctrica pódese calcular do seguinte xeito:
K – eficiencia da central hidroeléctrica (0,5~0,6) adoptouse para o cálculo aproximado da microcentral hidroeléctrica; a fórmula anterior pódese simplificar como:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG potencia real = eficiencia × caudal × caída × nove coma oito
A enerxía hidroeléctrica é o uso da auga para impulsar un tipo de maquinaria, que se chama turbina hidráulica. Por exemplo, a antiga roda hidráulica na China é unha turbina hidráulica moi simple. As diversas turbinas hidráulicas que se usan hoxe en día adáptanse a diversas condicións hidráulicas específicas, de xeito que poidan xirar de forma máis eficaz e converter a enerxía da auga en enerxía mecánica. Outra máquina, o xerador, está conectada á turbina hidráulica para facer que o rotor do xerador xire coa turbina hidráulica e, a continuación, pódese xerar electricidade. O xerador pódese dividir en dúas partes: a parte que xira xunto coa turbina hidráulica e a parte fixa do xerador. A parte que xira xunto coa turbina hidráulica chámase rotor do xerador e hai moitos polos magnéticos arredor do rotor; un círculo arredor do rotor é a parte fixa do xerador, que se chama estator do xerador. O estator está envolto con moitas bobinas de cobre. Cando moitos polos magnéticos do rotor xiran no medio da bobina de cobre do estator, xerarase corrente no fío de cobre e o xerador converterá a enerxía mecánica en enerxía eléctrica.
A enerxía eléctrica xerada pola central eléctrica transfórmase a partir de diversos equipos eléctricos en enerxía mecánica (motor ou motor), enerxía luminosa (lámpada eléctrica), enerxía térmica (forno eléctrico), etc.
2. Composición da central hidroeléctrica
A central hidroeléctrica consta de estruturas hidráulicas, equipos mecánicos e equipos eléctricos.
(1) Estruturas hidráulicas
Inclúe a presa (vertedoiro), a comporta de admisión, o canal (ou túnel), o tanque de entrada (ou tanque regulador), a condución forzada, a casa de máquinas e o conduto de desagüe, etc.
Construír unha presa no río para bloquealo, elevar a superficie da auga e formar un encoro. Deste xeito, fórmase unha caída concentrada desde a superficie da auga do encoro na presa ata a superficie do río debaixo da presa, e logo a auga introdúcese na central hidroeléctrica a través de tubaxes ou túneles. No leito fluvial empinado, o uso de canles de desviación tamén pode formar unha caída. Por exemplo, a caída dun río natural é de 10 metros por quilómetro. Se se abre unha canle no extremo superior desta sección do río para introducir auga, a canle escavarase ao longo do río e a pendente da canle será plana. Se a caída na canle é de só 1 metro por quilómetro, a auga fluirá 5 quilómetros na canle e a auga caerá só 5 metros, mentres que a auga caerá 50 metros despois de percorrer 5 quilómetros no río natural. Neste momento, a auga da canle é conducida de volta á central eléctrica polo río con tubaxes ou túneles, e hai unha caída concentrada de 45 m que se pode usar para xerar electricidade.
Unha central hidroeléctrica que emprega canles de derivación, túneles ou tubaxes de auga (como tubaxes de plástico, tubaxes de aceiro, tubaxes de formigón, etc.) para formar unha caída concentrada denomínase central hidroeléctrica de tipo canle de derivación, que é un deseño típico das centrais hidroeléctricas.
(2) Equipamento mecánico e eléctrico
Ademais das obras hidráulicas mencionadas (presa, canle, dique de aprovisionamento, condución forzada e central eléctrica), a central hidroeléctrica tamén precisa dos seguintes equipamentos:
(1) Equipamento mecánico
Hai turbinas hidráulicas, reguladores, válvulas de compuerta, equipos de transmisión e equipos que non son de xeración de enerxía.
(2) Equipamento eléctrico
Hai xeradores, paneis de distribución, transformadores, liñas de transmisión, etc.
Non obstante, non todas as centrais hidroeléctricas pequenas contan coas estruturas hidráulicas e os equipos mecánicos e eléctricos mencionados anteriormente. Se a central hidroeléctrica de baixa altura cunha altura de auga inferior a 6 metros adopta xeralmente o método de canle de derivación e cámara de derivación de canle aberta, non haberá dique de acometida nin compuerta forzada. As centrais eléctricas con pequeno rango de subministración de enerxía e curta distancia de transmisión adoptan a transmisión directa sen transformador. As centrais hidroeléctricas con encoros non necesitan construír presas. Adóptase a entrada de auga profunda e a tubaxe interior (ou túnel) e o aliviadero da presa non requiren o uso de estruturas hidráulicas como vertedoiros, comportas de admisión, canles e diques de acometida.
Para construír unha central hidroeléctrica, primeiro débese realizar un estudo e un deseño coidadosos. Hai tres etapas de deseño no deseño: deseño preliminar, deseño técnico e detalles de construción. Para facer un bo traballo de deseño, primeiro debemos realizar un 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 condicións e analizalas.
Os compoñentes das pequenas centrais hidroeléctricas teñen diversas formas segundo os diferentes tipos de centrais.
3. Levantamento topográfico
A calidade do levantamento topográfico inflúe moito na disposición do proxecto e na estimación das cantidades.
A exploración xeolóxica (comprensión das condicións xeolóxicas) require non só unha comprensión e investigación xerais sobre a xeoloxía da conca e a xeoloxía das ribeiras, senón tamén comprender se os alicerces 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. Polo tanto, a selección xeolóxica da baía de entrada xeralmente ponse en primeiro lugar.
4. Hidrometría
Para as centrais hidroeléctricas, os datos hidrolóxicos máis importantes son os rexistros do nivel da auga do río, o caudal, a concentración de sedimentos, a formación 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 e a gravidade da inundación subestímase, o que levará á destrución da presa; os sedimentos transportados polo río poden encher o encoro rapidamente no peor dos casos. Por exemplo, a entrada no canal provocará a sedimentación do canal e os sedimentos grosos pasarán a través da turbina hidráulica 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, é necesario investigar e estudar a dirección do desenvolvemento económico e a demanda futura de electricidade na zona de subministración de enerxía. Ao mesmo tempo, estimar a situación doutras fontes de enerxía na zona de desenvolvemento. Só despois de estudar e analizar as condicións anteriores poderemos decidir se é necesario construír a central hidroeléctrica e que tamaño debe ter a construción.
En xeral, o obxectivo dos estudos hidroeléctricos é proporcionar datos básicos precisos e fiables necesarios para o deseño e a construción de centrais hidroeléctricas.
5. Condicións xerais do emprazamento da estación seleccionada
As condicións xerais para a selección do emprazamento da estación pódense describir nos seguintes catro aspectos:
(1) O emprazamento da estación escollido deberá ser capaz de facer o uso máis económico da enerxía da auga e axustarse ao principio de aforro de custos, é dicir, unha vez rematada a central eléctrica, gastarase o custo mínimo e xerarase a máxima enerxía. En xeral, pódese medir estimando os ingresos anuais da xeración de enerxía e o investimento na construción da estación para ver canto tempo se pode recuperar o capital investido. Non obstante, debido ás diferentes condicións hidrolóxicas e topográficas e ás diferentes demandas de enerxía, o custo e o investimento non deberían estar limitados por certos valores.
(2) O emprazamento escollido para a estación debe ter mellores condicións topográficas, xeolóxicas e hidrolóxicas, e ser posible no deseño e na construción. A construción de pequenas centrais hidroeléctricas debe axustarse ao principio de "materiais locais" na medida do posible en termos de materiais de construción.
(3) O emprazamento da estación escollido deberá estar o máis preto posible da subministración de enerxía e da zona de procesamento para reducir o investimento en equipos de transmisión e a perda de enerxía.
(4) Ao elixir o emprazamento da estación, utilizaranse na medida do posible as estruturas hidráulicas existentes. Por exemplo, pódense usar as gotas de auga para construír centrais hidroeléctricas en canles de rega, ou pódense construír centrais hidroeléctricas preto dos encoros de rega para xerar electricidade utilizando o caudal de rega, etc. Dado que estas centrais hidroeléctricas poden cumprir co principio de xeración de electricidade cando hai auga, a súa importancia económica é máis evidente.
Data de publicación: 25 de outubro de 2022
