1. A vízenergia-termelés áttekintése
A vízerőművi energiatermelés célja a természetes folyók vízenergiájának elektromos energiává alakítása, amelyet az emberek felhasználhatnak. Az erőművek által használt energiaforrások változatosak, például napenergia, folyók vízenergiája és a légáramlás által termelt szélenergia. A vízenergia felhasználásával történő vízenergia-termelés költsége olcsó, és a vízerőművek építése más vízmegtakarítási vállalkozásokkal is kombinálható. Kína gazdag vízkészletekben és kiváló adottságokkal rendelkezik. A vízenergia fontos szerepet játszik a nemzetgazdaság építésében.
Egy folyó felvízi vízszintje magasabb, mint az alvízi vízszintje. A folyó vízszintje közötti különbség miatt vízenergia keletkezik. Ezt az energiát helyzeti energiának vagy potenciális energiának nevezzük. A folyó vízszintje közötti magasságkülönbséget esésnek nevezzük, más néven vízszintkülönbségnek vagy potenciálfejnek. Ez a szintkülönbség a hidraulikus energia alapvető feltétele. Ezenkívül a vízenergia nagysága a folyóban lévő vízhozam nagyságától is függ, ami egy másik alapvető feltétel, ugyanolyan fontos, mint a szintkülönbség. Mind a szintkülönbség, mind a vízhozam közvetlenül befolyásolja a hidraulikus energia nagyságát; Minél nagyobb a vízesés, annál nagyobb a hidraulikus teljesítmény; Ha a szintkülönbség és a vízmennyiség viszonylag kicsi, a vízerőmű teljesítménye kisebb lesz.
A vízesést általában méterben fejezik ki. A vízfelszín gradiense a vízesés és a távolság aránya, amely a vízesés koncentrációjának mértékét jelezheti. Ha a vízesés viszonylag koncentrált, a vízenergia hasznosítása kényelmesebb. A vízerőmű által használt vízesés a vízerőmű felső folyásirányában mért vízfelszín és a hidraulikus turbinán áthaladó alsó folyásirányában mért vízfelszín közötti különbség.
A vízhozam az egységnyi idő alatt egy folyón átfolyó víz mennyisége, köbméter per másodpercben kifejezve. Egy köbméter víz egy tonna. Egy folyó vízhozama bármikor és bárhol változik, ezért amikor a vízhozamról beszélünk, meg kell magyaráznunk az adott hely időpontját, ahol folyik. A vízhozam az időben jelentősen változik. Általánosságban elmondható, hogy Kínában a folyók nagy vízhozammal rendelkeznek nyáron, ősszel és az esős évszakban, de kicsivel télen és tavasszal. A vízhozam hónapról napra változik, és a vízmennyiség évről évre változik. Az általános folyók vízhozama viszonylag kicsi a felvízben; Ahogy a mellékfolyók összefutnak, az alsó folyás fokozatosan növekszik. Ezért, bár a felvízi esés koncentrált, a vízhozam kicsi; Bár az alsó folyási vízhozam nagy, a csökkenés viszonylag szétszórt. Ezért gyakran a leggazdaságosabb a vízerő használata a folyó középső szakaszán.
Ismerve a vízerőmű által felhasznált veszteséget és vízhozamot, a teljesítménye a következő képlettel számítható ki:
N= GQH
A képletben N a teljesítmény, mértékegysége kW, más néven teljesítmény;
Q – áramlási sebesség, köbméter/másodpercben;
H – Leesés méterben;
G=9,8, a nehézségi gyorsulás Newton/kg-ban
Az elméleti teljesítményt a fenti képlet szerint számítjuk ki, és nem vonunk le veszteséget. Valójában a vízerőművek energiatermelése során a vízturbinák, átviteli berendezések, generátorok stb. elkerülhetetlenül teljesítményveszteséggel járnak. Ezért az elméleti teljesítményt le kell vonni, azaz a ténylegesen felhasználható teljesítményt meg kell szorozni a hatásfok-tényezővel (jele: K).
A vízerőmű generátorának tervezett teljesítményét névleges teljesítménynek, a tényleges teljesítményt pedig tényleges teljesítménynek nevezzük. Az energiaátalakítás folyamatában elkerülhetetlen némi energiaveszteség. A vízenergia-termelés során főként a hidroturbinák és generátorok veszteségei keletkeznek (beleértve a csővezetékek veszteségeit is). Vidéki kis vízerőművekben a különféle veszteségek a teljes elméleti teljesítmény 40-50%-át teszik ki, így a vízerőművek teljesítménye az elméleti teljesítménynek csak 50-60%-át tudja felhasználni, azaz a hatásfok körülbelül 0,5-0,60 (beleértve a turbina 0,70-0,85-ös hatásfokát, a generátor 0,85-0,90-es hatásfokát, valamint a csővezetékek és szállítóberendezések 0,80-0,85-ös hatásfokát). Ezért a vízerőmű tényleges teljesítménye (kimenete) a következőképpen számítható ki:
K – a vízerőmű hatásfoka, (0,5~0,6) a mikro-vízerőmű durva kiszámításához használt képlet; A fenti képlet a következőképpen egyszerűsíthető:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG tényleges teljesítmény=hatékonyság × áramlás × csepp × kilenc, nyolc
A vízenergia hasznosítása során vizet használnak egyfajta gép meghajtására, amelyet vízturbinának neveznek. Például az ősi kínai vízikerék egy nagyon egyszerű vízturbina. A ma használt különféle hidraulikus turbinákat különféle specifikus hidraulikai körülményekhez igazítják, így hatékonyabban tudnak forogni, és a víz energiáját mechanikai energiává alakítják. Egy másik gép, a generátor, a vízturbinához van csatlakoztatva, hogy a generátor rotorját a vízturbinával együtt forgassa, így elektromos áram termelődik. A generátor két részre osztható: a hidraulikus turbinával együtt forgó részre és a generátor rögzített részére. A hidraulikus turbinával együtt forgó részt a generátor rotorjának nevezik, és a rotor körül sok mágneses pólus található; a rotor körüli kör a generátor rögzített része, amelyet a generátor állórészének neveznek. Az állórészt sok réztekercs tekeri körül. Amikor a rotor sok mágneses pólusa az állórész réztekercsének közepén forog, áram keletkezik a rézhuzalon, és a generátor feladata a mechanikai energia elektromos energiává alakítása.
Az erőmű által termelt elektromos energiát különféle elektromos berendezésekből mechanikai energiává (motor vagy motor), fényenergiává (elektromos lámpa), hőenergiává (elektromos kemence) stb. alakítják át.
2. A vízerőmű összetétele
A vízerőmű hidraulikus szerkezetekből, gépészeti berendezésekből és elektromos berendezésekből áll.
(1) Vízépítési szerkezetek
Magában foglalja a gátat, a beömlőnyílást, a csatornát (vagy alagutat), az előteret (vagy szabályozótartályt), a nyomócsövet, az erőművet és a farokcsövet stb.
Építs egy gátat a folyóba, hogy elzárd a folyót, megemeld a vízszintet és víztározót hozz létre. Ily módon egy koncentrált csepp keletkezik a gáton lévő víztározó vízszintje és a gát alatti folyó vízszintje között, majd a vizet vízcsöveken vagy alagutakon keresztül vezetik be a vízerőműbe. A meredek folyómedrekben elterelő csatornák segítségével is lehet cseppet kialakítani. Például egy természetes folyó esése 10 méter kilométerenként. Ha a folyó ezen szakaszának felső végén csatornát nyitnak a víz bevezetésére, a csatornát a folyó mentén ássák ki, és a meder lejtése lapos lesz. Ha a meder esése csak 1 méter kilométerenként, a víz 5 kilométert fog folyni a mederben, és a víz csak 5 métert fog esni, míg a természetes folyóban 5 kilométer megtétele után a víz 50 métert fog esni. Ekkor a csatornában lévő vizet a folyó vízvezetékeken vagy alagutakon keresztül vezeti vissza az erőműbe, és van egy 45 méteres koncentrált esés, amelyet áramtermelésre lehet használni.
Az olyan vízerőművet, amely elterelő csatornákat, alagutakat vagy vízcsöveket (például műanyag csöveket, acélcsöveket, betoncsöveket stb.) használ koncentrált csepp kialakításához, elterelő csatorna típusú vízerőműnek nevezik, ami a vízerőművek tipikus elrendezése.
(2) Gépészeti és elektromos berendezések
A fenti vízépítési munkákon (gát, csatorna, előöböl, záróvezeték és erőmű) kívül a vízerőműnek a következő berendezésekre is szüksége van:
(1) Gépi berendezések
Vannak hidraulikus turbinák, szabályozók, tolózárak, átviteli berendezések és nem energiatermelő berendezések.
(2) Elektromos berendezések
Vannak generátorok, elosztó vezérlőpanelek, transzformátorok, távvezetékek stb.
Azonban nem minden kis vízerőmű rendelkezik a fenti hidraulikus szerkezetekkel, gépészeti és elektromos berendezésekkel. Ha a 6 méternél kisebb vízszintű, alacsony nyomású vízerőmű általában elterelőcsatornát és nyitott csatornás elterelőkamrát alkalmaz, akkor nem lesz előöböl és nyomócső. A kis tápellátási tartományú és rövid átviteli távolságú erőművek transzformátor nélküli közvetlen átvitelt alkalmaznak. A tározós vízerőműveknek nem kell gátakat építeniük. A mély vízbevezetést alkalmazzák, és a gát belső csövében (vagy alagútjában) és túlfolyójában nem kell hidraulikus szerkezeteket, például gátat, beömlőnyílást, csatornát és előöblöt használniuk.
Egy vízerőmű építéséhez először gondos felmérést és tervezést kell végezni. A tervezés három szakaszból áll: előzetes tervezés, műszaki tervezés és kiviteli részletek. A jó tervezés érdekében először alapos felmérést kell végezni, azaz teljes mértékben meg kell érteni a helyi természeti és gazdasági viszonyokat – azaz a domborzatot, a geológiát, a hidrológiát, a tőkét stb. – A terv helyessége és megbízhatósága csak ezen körülmények ismerete és elemzése után garantálható.
A kis vízerőművek alkotóelemei a vízerőművek típusától függően változatos formájúak.
3. Topográfiai felmérés
A topográfiai felmérés minősége nagyban befolyásolja a projekt elrendezését és a mennyiségek becslését.
A geológiai feltárás (a geológiai viszonyok megértése) nemcsak a medence geológiájának és a folyópart geológiájának általános ismeretét és kutatását igényli, hanem azt is, hogy a gépház alapjai szilárdak-e, ami közvetlenül befolyásolja magának az erőműnek a biztonságát. Ha egy bizonyos tározótérfogatú gát megsemmisül, az nemcsak magát a vízerőművet károsítja, hanem hatalmas emberéletek és anyagi károkat is okoz az alsóbb szakaszokon. Ezért az előtér geológiai kiválasztása általában elsődleges szempont.
4. Hidrometria
A vízerőművek esetében a legfontosabb hidrológiai adatok a folyó vízszintjének, hozamának, üledékkoncentrációjának, jegesedésének, meteorológiai adatainak és az árvízi felmérések adatai. A folyó vízhozamának nagysága befolyásolja a vízerőmű túlfolyójának elrendezését, és az árvíz súlyosságát alábecsülik, ami a gát pusztulásához vezet; A folyó által szállított üledék a legrosszabb esetben gyorsan feltöltheti a víztározót. Például a mederbe beáramló víz csatornaeliszaposodását okozza, a durva üledék pedig áthalad a hidraulikus turbinán, és a hidraulikus turbina kopását okozza. Ezért a vízerőművek építéséhez elegendő hidrológiai adattal kell rendelkezni.
Ezért, mielőtt döntést hoznánk egy vízerőmű építéséről, meg kell vizsgálni és tanulmányozni kell a gazdasági fejlődés irányát és a villamosenergia-igény jövőbeli alakulását az energiaellátási területen. Ugyanakkor fel kell becsülni a fejlesztési területen található egyéb energiaforrások helyzetét. Csak a fenti feltételek tanulmányozása és elemzése után dönthetünk arról, hogy szükséges-e a vízerőmű megépítése, és mekkora legyen az építési lépték.
Általánosságban elmondható, hogy a vízerőmű-felmérés célja, hogy pontos és megbízható alapadatokat szolgáltasson, amelyek a vízerőművek tervezéséhez és építéséhez szükségesek.
5. A kiválasztott állomáshely általános feltételei
Az állomáshely kiválasztásának általános feltételei a következő négy szempont szerint írhatók le:
(1) A kiválasztott telephelynek képesnek kell lennie a vízenergia leggazdaságosabb felhasználására, és meg kell felelnie a költségmegtakarítás elvének, azaz az erőmű elkészülte után a minimális költségeket kell elkölteni, és a maximális energiát kell termelni. Általában az éves energiatermelésből származó bevétel és az erőműépítésbe történő beruházás becslésével mérhető, hogy lássuk, mennyi idő alatt térül meg a befektetett tőke. Az eltérő hidrológiai és domborzati viszonyok, valamint az eltérő energiaigények miatt azonban a költségeket és a beruházásokat nem szabad bizonyos értékekhez kötni.
(2) A kiválasztott telephelynek kiváló topográfiai, geológiai és hidrológiai adottságokkal kell rendelkeznie, valamint tervezés és kivitelezés szempontjából megvalósíthatónak kell lennie. A kis vízerőművek építésének az építőanyagok tekintetében a lehető legnagyobb mértékben meg kell felelnie a „helyi anyagok” elvének.
(3) A kiválasztott állomáshelynek a lehető legközelebb kell lennie az energiaellátási és feldolgozási területhez, hogy csökkentse az átviteli berendezésekbe való beruházást és a teljesítményveszteséget.
(4) Az erőmű helyszínének kiválasztásakor a lehető legnagyobb mértékben ki kell használni a meglévő vízerőműveket. Például öntözőcsatornákban vízcseppek segítségével vízerőműveket lehet építeni, vagy öntözőtározók közelében vízerőműveket lehet építeni, hogy öntözővíz segítségével áramot termeljenek stb. Mivel ezek a vízerőművek megfelelnek a vízellátás elvének, gazdasági jelentőségük nyilvánvalóbb.
Közzététel ideje: 2022. október 25.
