Hidroenergija služi za pretvaranje vodene energije prirodnih rijeka u električnu energiju koju ljudi koriste. Postoje različiti izvori energije koji se koriste u proizvodnji energije, kao što su solarna energija, energija vode u rijekama i energija vjetra generirana protokom zraka. Troškovi proizvodnje hidroenergije korištenjem hidroenergije su jeftini, a izgradnja hidroelektrana može se kombinirati i s drugim projektima očuvanja vode. Naša zemlja je vrlo bogata hidroenergetskim resursima, a uvjeti su također vrlo dobri. Hidroenergija igra važnu ulogu u izgradnji nacionalnog gospodarstva.
Uzvodni vodostaj rijeke viši je od nizvodnog vodostaja. Zbog razlike u vodostaju rijeke stvara se energija vode. Ta se energija naziva potencijalna energija ili potencijalna energija. Razlika između visine riječne vode naziva se pad, također se naziva razlika vodostaja ili vodeni stup. Ovaj pad je osnovni uvjet za stvaranje hidrauličke snage. Osim toga, veličina hidrauličke snage ovisi i o veličini protoka vode u rijeci, što je još jedan osnovni uvjet jednako važan kao i pad. I pad i protok izravno utječu na hidrauličku snagu; što je veći volumen vode u padu, to je veća hidraulična snaga; ako su pad i volumen vode relativno mali, izlaz hidroelektrane bit će manji.
Pad se općenito izražava u metrima. Gradijent je omjer pada i udaljenosti, što može ukazivati na stupanj koncentracije kapi. Pad je koncentriraniji, a korištenje hidraulične energije je praktičnije. Pad koji koristi hidroelektrana je razlika između uzvodne vodene površine hidroelektrane i nizvodne vodene površine nakon prolaska kroz turbinu.
Protok je količina vode koja teče rijekom u jedinici vremena, a izražava se u kubnim metrima u jednoj sekundi. Jedan kubni metar vode je jedna tona. Protok rijeke mijenja se u bilo kojem trenutku, pa kada govorimo o protoku, moramo objasniti vrijeme određenog mjesta gdje teče. Protok se vrlo značajno mijenja s vremenom. Rijeke u našoj zemlji općenito imaju veliki protok u kišnoj sezoni ljeti i u jesen, a relativno mali zimi i u proljeće. Općenito, protok rijeke je relativno mali u uzvodnom dijelu; jer se pritoci spajaju, nizvodni protok postupno se povećava. Stoga, iako je pad uzvodno koncentriran, protok je mali; nizvodni protok je velik, ali je pad relativno raspršen. Stoga je često najekonomičnije koristiti hidrauličku energiju u srednjem toku rijeke.
Poznavajući pad i protok koji koristi hidroelektrana, njezina snaga može se izračunati pomoću sljedeće formule:
N= GQH
U formuli, N-izlaz, u kilovatima, može se nazvati i snagom;
Q – protok, u kubnim metrima u sekundi;
H – pad, u metrima;
G = 9,8 je ubrzanje gravitacije, jedinica: Newton/kg
Prema gornjoj formuli, teorijska snaga se izračunava bez oduzimanja ikakvih gubitaka. Zapravo, u procesu proizvodnje hidroenergije, turbine, prijenosna oprema, generatori itd. imaju neizbježne gubitke snage. Stoga, teoretsku snagu treba odbiti, odnosno stvarnu snagu koju možemo koristiti treba pomnožiti s koeficijentom korisnosti (simbol: K).
Projektirana snaga generatora u hidroelektrani naziva se nazivna snaga, a stvarna snaga naziva se efektivna snaga. U procesu transformacije energije neizbježan je gubitak dijela energije. U procesu proizvodnje hidroenergije uglavnom dolazi do gubitaka na turbinama i generatorima (postoje i gubici u cjevovodima). Različiti gubici u ruralnoj mikrohidroelektrani čine oko 40-50% ukupne teorijske snage, tako da izlaz hidroelektrane zapravo može koristiti samo 50-60% teorijske snage, odnosno učinkovitost je oko 0,5-0,60 (od čega je učinkovitost turbine 0,70-0,85, učinkovitost generatora 0,85 do 0,90, a učinkovitost cjevovoda i prijenosne opreme 0,80 do 0,85). Stoga se stvarna snaga (izlaz) hidroelektrane može izračunati na sljedeći način:
K – učinkovitost hidroelektrane, (0,5～0,6) koristi se u grubom izračunu mikro-hidroelektrane; ova vrijednost se može pojednostavniti kao:
N=(0,5～0,6)QHG Stvarna snaga=učinkovitost×protok×pad×9,8
Upotreba hidroenergije je korištenje vodene snage za pogon stroja, koji se naziva vodena turbina. Na primjer, drevni vodeni kotač u našoj zemlji je vrlo jednostavna vodena turbina. Različite hidraulične turbine koje se trenutno koriste prilagođene su različitim specifičnim hidrauličkim uvjetima, tako da se mogu učinkovitije okretati i pretvarati energiju vode u mehaničku energiju. Druga vrsta stroja, generator, spojen je na turbinu, tako da se rotor generatora okreće s turbinom kako bi proizvodio električnu energiju. Generator se može podijeliti na dva dijela: dio koji se okreće s turbinom i fiksni dio generatora. Dio koji je spojen na turbinu i okreće se naziva rotor generatora, a oko rotora postoji mnogo magnetskih polova; krug oko rotora je fiksni dio generatora, nazvan stator generatora, a stator je omotan mnogim bakrenim zavojnicama. Kada se mnogo magnetskih polova rotora okreće u sredini bakrenih zavojnica statora, na bakrenim žicama se generira struja, a generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju.
Električna energija koju generira elektrana pretvara se u mehaničku energiju (elektromotor), svjetlosnu energiju (električna lampa), toplinsku energiju (električna peć) i tako dalje pomoću raznih električnih uređaja.
Sastav hidroelektrane
Sastav hidroelektrane uključuje: hidrauličke konstrukcije, strojarsku opremu i električnu opremu.
(1) Hidrotehničke konstrukcije
Ima brane, usisne zatvarače, kanale (ili tunele), predtlačne spremnike (ili regulacijske spremnike), tlačne cijevi, strojarnice i odvodne kanale itd.
Brana se gradi u rijeci kako bi blokirala riječnu vodu i podigla površinu vode te formirala rezervoar. Na taj se način formira koncentrirani pad između površine vode rezervoara na branu i površine vode rijeke ispod brane, a zatim se voda uvodi u hidroelektranu pomoću vodovodnih cijevi ili tunela. U relativno strmim rijekama, pad se može formirati i korištenjem preusmjeravajućih kanala. Na primjer: Općenito, pad po kilometru prirodne rijeke iznosi 10 metara. Ako se na gornjem kraju ovog dijela rijeke otvori kanal za uvođenje riječne vode, kanal će se iskopati uz rijeku, a nagib kanala bit će ravniji. Ako se pad u kanalu napravi po kilometru, pao bi samo 1 metar, tako da bi voda tekla 5 kilometara u kanalu, a površina vode padala je samo 5 metara, dok bi voda pala 50 metara nakon što bi prešla 5 kilometara u prirodnom kanalu. U ovom trenutku, voda iz kanala se vodi natrag u elektranu rijekom pomoću vodovodne cijevi ili tunela, a postoji koncentrirani pad od 45 metara koji se može koristiti za proizvodnju električne energije. Slika 2
Korištenje derivacijskih kanala, tunela ili vodovodnih cijevi (kao što su plastične cijevi, čelične cijevi, betonske cijevi itd.) za formiranje hidroelektrane s koncentriranim padom naziva se hidroelektrana s derivacijskim kanalom, što je tipičan raspored hidroelektrana.
(2) Mehanička i električna oprema
Uz gore navedene hidrauličke radove (pregrade, kanali, predvorja, tlačne cijevi, radionice), hidroelektrana treba i sljedeću opremu:
(1) Mehanička oprema
Tu su turbine, regulatori, zaporni ventili, prijenosna oprema i oprema koja ne proizvodi energiju.
(2) Električna oprema
Tu su generatori, distribucijske upravljačke ploče, transformatori i dalekovodi.
No, ne sve male hidroelektrane imaju gore spomenute hidrauličke konstrukcije te mehaničku i električnu opremu. Ako je visina vode manja od 6 metara u hidroelektrani s niskim padom, općenito se koriste kanal za usmjeravanje vode i otvoreni kanal za vodu, a nema prednjeg bazena pod tlakom i cijevi za vodu pod tlakom. Za elektrane s malim dometom napajanja i kratkom prijenosnom udaljenošću, primjenjuje se izravan prijenos energije i nije potreban transformator. Hidroelektrane s akumulacijama ne moraju graditi brane. Korištenje dubokih usisnih kanala, unutarnjih cijevi (ili tunela) brane i preljeva eliminira potrebu za hidrauličkim konstrukcijama kao što su preljevi, usisni otvori, kanali i prednji bazeni pod tlakom.
Za izgradnju hidroelektrane, prije svega, potrebno je provesti pažljiva istraživanja i projektiranje. U projektiranju postoje tri faze projektiranja: preliminarni projekt, tehnički projekt i detaljno planiranje izgradnje. Kako bi se dobro obavio posao u projektiranju, prvo je potrebno provesti temeljita istraživanja, odnosno u potpunosti razumjeti lokalne prirodne i gospodarske uvjete - tj. topografiju, geologiju, hidrologiju, kapital i tako dalje. Ispravnost i pouzdanost projekta mogu se jamčiti tek nakon savladavanja tih situacija i njihove analize.
Komponente malih hidroelektrana imaju različite oblike ovisno o vrsti hidroelektrane.
3. Topografsko snimanje
Kvaliteta topografskih geodetskih radova ima veliki utjecaj na inženjerski raspored i procjenu količine inženjerskih radova.
Geološka istraživanja (razumijevanje geoloških uvjeta), uz opće razumijevanje i istraživanje geologije sliva i uz rijeku, također je potrebno razumjeti jesu li temelji strojarnice čvrsti, što izravno utječe na sigurnost same elektrane. Nakon što se uništi brana s određenim volumenom akumulacije, to neće samo oštetiti samu hidroelektranu, već će uzrokovati i ogromne gubitke života i imovine nizvodno.
4. Hidrološki test
Za hidroelektrane, najvažniji hidrološki podaci su zapisi o vodostaju rijeke, protoku, sadržaju sedimenta, uvjetima zaleđivanja, meteorološki podaci i podaci istraživanja poplava. Veličina riječnog protoka utječe na raspored preljeva hidroelektrane. Podcjenjivanje ozbiljnosti poplave uzrokovat će oštećenje brane; sediment koji nosi rijeka može u najgorem slučaju brzo napuniti akumulaciju. Na primjer, dovodni kanal uzrokovat će zamuljivanje kanala, a grubozrnati sediment će proći kroz turbinu i uzrokovati trošenje turbine. Stoga, izgradnja hidroelektrana mora imati dovoljno hidroloških podataka.
Stoga, prije donošenja odluke o izgradnji hidroelektrane, prvo moramo istražiti smjer gospodarskog razvoja u području opskrbe energijom i buduću potražnju za električnom energijom. Istovremeno, procijeniti situaciju s drugim izvorima energije u području razvoja. Tek nakon istraživanja i analize gore navedene situacije možemo odlučiti treba li hidroelektranu izgraditi i koliko velika treba biti.
Općenito, svrha hidroenergetskih istraživanja je pružiti točne i pouzdane osnovne informacije potrebne za projektiranje i izgradnju hidroelektrana.
5. Opći uvjeti za odabir lokacije
Opći uvjeti za odabir lokacije mogu se objasniti sa sljedeća četiri aspekta:
(1) Odabrana lokacija trebala bi moći koristiti energiju vode na najekonomičniji način i biti u skladu s načelom uštede troškova, odnosno da se nakon završetka izgradnje elektrane troši najmanje novca, a proizvodi najviše električne energije. To se obično može mjeriti procjenom godišnjeg prihoda od proizvodnje energije i ulaganja u izgradnju elektrane kako bi se vidjelo koliko se vremena uloženi kapital može povratiti. Međutim, hidrološki i topografski uvjeti razlikuju se na različitim mjestima, a različite su i potrebe za električnom energijom, tako da troškovi izgradnje i ulaganja ne bi trebali biti ograničeni određenim vrijednostima.
(2) Topografski, geološki i hidrološki uvjeti odabrane lokacije trebaju biti relativno povoljni, te bi trebale postojati mogućnosti u projektiranju i izgradnji. Pri izgradnji malih hidroelektrana, korištenje građevinskih materijala treba biti što je više moguće u skladu s načelom „lokalnih materijala“.
(3) Odabrana lokacija mora biti što bliže području opskrbe električnom energijom i obrade kako bi se smanjila ulaganja u opremu za prijenos energije i gubici energije.
(4) Prilikom odabira lokacije, postojeće hidrauličke strukture treba iskoristiti koliko god je to moguće. Na primjer, kap vode može se iskoristiti za izgradnju hidroelektrane u kanalu za navodnjavanje ili se hidroelektrana može izgraditi pored rezervoara za navodnjavanje za proizvodnju električne energije iz protoka navodnjavanja i tako dalje. Budući da ove hidroelektrane mogu zadovoljiti princip proizvodnje električne energije kada ima vode, njihov ekonomski značaj je očitiji.
Vrijeme objave: 19. svibnja 2022.
