A természetes folyókban a víz felülről lefelé áramlik üledékkel keveredve, és gyakran mossa a folyómedret és a partlejtőket, ami azt mutatja, hogy bizonyos mennyiségű energia rejtőzik a vízben. Természetes körülmények között ez a potenciális energia a súrlódásra, az üledék tolására és a súrlódási ellenállás leküzdésére megy el. Ha építünk néhány épületet és telepítünk néhány szükséges berendezést, hogy a víz folyamatos áramlását biztosítsuk egy vízturbinán keresztül, a vízturbinát a víz áramlása fogja hajtani, mint egy folyamatosan forgó szélturbinát, és a víz energiája mechanikai energiává alakul. Amikor a vízturbina meghajtja a generátort, hogy együtt forogjon, áramot termelhet, és a víz energiája elektromos energiává alakul. Ez a vízenergia-termelés alapelve. A vízturbinák és generátorok a vízenergia-termelés legalapvetőbb berendezései. Hadd adjak rövid bevezetést a vízenergia-termeléssel kapcsolatos kevés ismerethez.
1. Vízenergia és vízhozam
Egy vízerőmű tervezésekor az erőmű méretének meghatározásához ismerni kell az erőmű energiatermelő kapacitását. A vízerőmű energiatermelésének alapelvei szerint nem nehéz belátni, hogy az erőmű energiatermelő kapacitását az áram által végzett munka mennyisége határozza meg. A víz egy bizonyos idő alatt elvégzendő teljes munkát vízenergiának, az időegységnyi (másodperc) alatt elvégzendő munkát pedig áramteljesítménynek nevezzük. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb a vízhozam teljesítménye, annál nagyobb az erőmű energiatermelő kapacitása. Ezért az erőmű energiatermelő kapacitásának ismeretéhez először ki kell számítanunk a vízhozam teljesítményét. A folyó vízhozam teljesítménye a következőképpen számítható ki, feltételezve, hogy a folyó egy adott szakaszán a vízszint esése H (méter), és az időegységnyi (másodperc) alatt a folyó keresztmetszetén áthaladó H vízmennyiség Q (köbméter/másodperc), ekkor az áramlási teljesítmény egyenlő a víz súlyának és az esés szorzatával. Nyilvánvaló, hogy minél magasabb a vízcsepp, annál nagyobb az áramlás, és annál nagyobb a víz áramlási ereje.
2. A vízerőművek teljesítménye
Bizonyos vízszint és áramlás mellett a vízerőmű által termelt villamos energiát vízenergia-termelésnek nevezzük. Nyilvánvaló, hogy a kimenő teljesítmény a turbinán átfolyó víz áramlási teljesítményétől függ. A vízenergia elektromos energiává alakításának folyamatában a víznek le kell küzdenie a folyómedrek vagy az épületek ellenállását a felső folyástól az alsó folyásig. A vízturbináknak, generátoroknak és átviteli berendezéseknek is számos ellenállást kell leküzdeniük munka közben. Az ellenállás leküzdéséhez munkát kell végezni, és vízáramlási energiát kell fogyasztani, ami elkerülhetetlen. Ezért a villamos energia előállítására felhasználható vízáramlási teljesítmény kisebb, mint a képlettel kapott érték, azaz a vízerőmű teljesítményének meg kell egyeznie a vízáramlási teljesítmény szorzatával, amely kisebb, mint 1-gyel. Ezt az együtthatót a vízerőmű hatásfokának is nevezik.
Egy vízerőmű hatásfokának fajlagos értéke összefügg az energiaveszteség mértékével, amely akkor keletkezik, amikor a víz átfolyik az épületen és a vízturbinán, az átviteli berendezésen, a generátoron stb. Minél nagyobb a veszteség, annál alacsonyabb a hatásfok. Egy kis vízerőműben ezeknek a veszteségeknek az összege a víz áramlási teljesítményének körülbelül 25-40%-át teszi ki. Ez azt jelenti, hogy a vízerőműbe belépő víz áramlása 100 kilowatt villamos energiát képes termelni, és a generátor csak 60-75 kilowatt villamos energiát tud termelni, így a vízerőmű hatásfoka 60-75%-nak felel meg.
Az előző bevezetésből látható, hogy amikor az erőmű áramlási sebessége és vízszintkülönbsége állandó, az erőmű teljesítménye a hatásfoktól függ. A gyakorlat bebizonyította, hogy a hidraulikus turbinák, generátorok és átviteli berendezések teljesítményén kívül a vízerőművek hatékonyságát befolyásoló egyéb tényezők is, mint például az épületszerkezet és a berendezések telepítésének minősége, az üzemeltetés és az irányítás minősége, valamint a vízerőmű tervezésének helyessége, mind olyan tényezők, amelyek befolyásolják a vízerőmű hatékonyságát. Természetesen ezek közül a befolyásoló tényezők közül néhány elsődleges, mások másodlagosak, és bizonyos körülmények között az elsődleges és a másodlagos tényezők egymásba is átalakulnak.
Azonban bármi is legyen a tényező, a döntő tényező az, hogy az emberek ne tárgyak legyenek, a gépeket emberek irányítják, a technológiát pedig a gondolatok irányítják. Ezért a vízerőművek tervezése, kivitelezése és berendezéseinek kiválasztása során teljes mértékben figyelembe kell venni az emberi szubjektív szerepét, és törekedni kell a technológiai kiválóságra, hogy a lehető legkisebbre csökkentsük a víz áramlásának energiaveszteségét. Ez különösen fontos egyes vízerőművek esetében, ahol maga a vízesés viszonylag alacsony. Ugyanakkor hatékonyan meg kell erősíteni a vízerőművek működését és irányítását az erőművek hatékonyságának javítása, a vízkészletek teljes kihasználása és a kis vízerőművek nagyobb szerepvállalásának lehetővé tétele érdekében.
Közzététel ideje: 2021. június 9.
