Հիդրոէլեկտրակայանների արտադրության ակնարկ

Հիդրոէներգիան բնական գետերի ջրային էներգիան էլեկտրաէներգիայի փոխակերպելն է, որը մարդիկ կարող են օգտագործել։ Էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ օգտագործվում են տարբեր էներգիայի աղբյուրներ, ինչպիսիք են՝ արևային էներգիան, գետերում ջրային էներգիան և օդային հոսքի միջոցով առաջացող քամու էներգիան։ Հիդրոէներգիայի միջոցով հիդրոէներգիայի արտադրության արժեքը էժան է, և հիդրոէլեկտրակայանների կառուցումը կարող է նաև համակցվել այլ ջրային պահպանության նախագծերի հետ։ Մեր երկիրը շատ հարուստ է հիդրոէներգետիկ ռեսուրսներով, և պայմանները նույնպես շատ լավն են։ Հիդրոէներգիան կարևոր դեր է խաղում ազգային տնտեսության կառուցման գործում։
Գետի վերին հոսանքի ջրի մակարդակը ավելի բարձր է, քան ներքևի հոսանքի ջրի մակարդակը։ Գետի ջրի մակարդակի տարբերության պատճառով առաջանում է ջրի էներգիա։ Այս էներգիան կոչվում է պոտենցիալ էներգիա կամ պոտենցիալ էներգիա։ Գետի ջրի բարձրության տարբերությունը կոչվում է կաթիլ, որը կոչվում է նաև ջրի մակարդակի տարբերություն կամ ջրի գլխիկ։ Այս անկումը հիդրավլիկ էներգիայի ձևավորման հիմնական պայման է։ Բացի այդ, հիդրավլիկ էներգիայի մեծությունը կախված է նաև գետի ջրի հոսքի մեծությունից, որը ևս մեկ հիմնական պայման է, որը նույնքան կարևոր է, որքան կաթիլը։ Ե՛վ անկումը, և՛ հոսքը անմիջականորեն ազդում են հիդրավլիկ էներգիայի վրա. որքան մեծ է կաթիլի ջրի ծավալը, այնքան մեծ է հիդրավլիկ հզորությունը. եթե անկումը և ջրի ծավալը համեմատաբար փոքր են, ապա հիդրոէլեկտրակայանի արտադրանքը կլինի ավելի փոքր։
Կաթիլը սովորաբար արտահայտվում է մետրերով: Գրադիենտը կաթիլների և հեռավորության հարաբերակցությունն է, որը կարող է ցույց տալ կաթիլների կոնցենտրացիայի աստիճանը: Կաթիլն ավելի կենտրոնացված է, և հիդրավլիկ էներգիայի օգտագործումն ավելի հարմար է: Հիդրոէլեկտրակայանի կողմից օգտագործվող կաթիլը հիդրոէլեկտրակայանի վերին հոսանքի ջրային մակերեսի և տուրբինով անցնելուց հետո ներքևի հոսանքի ջրային մակերեսի տարբերությունն է:

Հոսքը գետում հոսող ջրի քանակն է մեկ միավոր ժամանակի ընթացքում, և այն արտահայտվում է խորանարդ մետրերով մեկ վայրկյանում: Մեկ խորանարդ մետր ջուրը մեկ տոննա է: Գետի հոսքը փոխվում է ցանկացած պահի, ուստի երբ խոսում ենք հոսքի մասին, պետք է բացատրենք այն կոնկրետ վայրի ժամանակը, որտեղ այն հոսում է: Հոսքը շատ էականորեն փոխվում է ժամանակի ընթացքում: Մեր երկրի գետերը սովորաբար մեծ հոսք ունեն անձրևոտ սեզոնին՝ ամռանը և աշնանը, և համեմատաբար փոքր՝ ձմռանը և գարնանը: Ընդհանուր առմամբ, գետի հոսքը համեմատաբար փոքր է վերին հոսանքում. քանի որ վտակները միաձուլվում են, ներքևի հոսանքը աստիճանաբար մեծանում է: Հետևաբար, չնայած վերին հոսանքի անկումը կենտրոնացված է, հոսքը փոքր է. ներքևի հոսանքը մեծ է, բայց անկումը համեմատաբար ցրված է: Հետևաբար, հաճախ ամենաարդյունավետն է հիդրավլիկ էներգիան օգտագործել գետի միջին հոսանքներում:
Իմանալով հիդրոէլեկտրակայանի կողմից օգտագործվող անկումը և հոսքը, դրա արտադրանքը կարելի է հաշվարկել հետևյալ բանաձևով.
N= GQH
Բանաձևում N-արտադրանքը, կիլովատտներով, կարող է նաև անվանվել հզորություն։
Q – հոսքը, խորանարդ մետր վայրկյանում;
H – անկում, մետրերով;
G = 9.8, ձգողության արագացումն է, միավորը՝ Նյուտոն/կգ
Վերոնշյալ բանաձևի համաձայն՝ տեսական հզորությունը հաշվարկվում է առանց որևէ կորուստ հանելու։ Փաստորեն, հիդրոէլեկտրակայանների արտադրության գործընթացում տուրբինները, փոխանցման սարքավորումները, գեներատորները և այլն ունեն անխուսափելի հզորության կորուստներ։ Հետևաբար, տեսական հզորությունը պետք է զեղչվի, այսինքն՝ մեր կողմից օգտագործվող իրական հզորությունը պետք է բազմապատկվի արդյունավետության գործակցով (նշան՝ K):
Հիդրոէլեկտրակայանի գեներատորի նախագծային հզորությունը կոչվում է անվանական հզորություն, իսկ իրական հզորությունը՝ իրական հզորություն։ Էներգիայի փոխակերպման գործընթացում անխուսափելի է էներգիայի մի մասի կորուստը։ Հիդրոէլեկտրակայանի արտադրության գործընթացում հիմնականում կորուստներ են լինում տուրբինների և գեներատորների մոտ (կան նաև կորուստներ խողովակաշարերում)։ Գյուղական միկրոհիդրոէլեկտրակայանի տարբեր կորուստները կազմում են ընդհանուր տեսական հզորության մոտ 40-50%-ը, ուստի հիդրոէլեկտրակայանի արտադրանքը իրականում կարող է օգտագործել տեսական հզորության միայն 50-60%-ը, այսինքն՝ արդյունավետությունը կազմում է մոտ 0.5-0.60 (որից տուրբինի արդյունավետությունը կազմում է 0.70-0.85, գեներատորների արդյունավետությունը՝ 0.85-ից 0.90, իսկ խողովակաշարերի և փոխանցման սարքավորումների արդյունավետությունը՝ 0.80-ից 0.85)։ Հետևաբար, հիդրոէլեկտրակայանի իրական հզորությունը (արտադրանքը) կարելի է հաշվարկել հետևյալ կերպ.
Միկրոէլեկտրակայանի մոտավոր հաշվարկում օգտագործվում է K-ն՝ հիդրոէլեկտրակայանի արդյունավետությունը (0.5~0.6), այս արժեքը կարելի է պարզեցնել հետևյալ կերպ՝
N=(0.5~0.6)QHG Իրական հզորություն=արդյունավետություն×հոսք×անկում×9.8
Հիդրոէներգիայի կիրառումը ջրային էներգիայի օգտագործումն է՝ մեքենա, որը կոչվում է ջրային տուրբին, շարժման մեջ դնելու համար: Օրինակ՝ մեր երկրում հնագույն ջրանիվը շատ պարզ ջրային տուրբին է: Ներկայումս օգտագործվող տարբեր հիդրավլիկ տուրբինները հարմարեցված են տարբեր հատուկ հիդրավլիկ պայմաններին, որպեսզի դրանք կարողանան ավելի արդյունավետ պտտվել և ջրի էներգիան վերածել մեխանիկական էներգիայի: Մեքենայի մեկ այլ տեսակ՝ գեներատորը, միացված է տուրբինին, որպեսզի գեներատորի ռոտորը պտտվի տուրբինի հետ՝ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Գեներատորը կարելի է բաժանել երկու մասի՝ այն մասը, որը պտտվում է տուրբինի հետ, և գեներատորի անշարժ մասը: Այն մասը, որը միացված է տուրբինին և պտտվում է, կոչվում է գեներատորի ռոտոր, և ռոտորի շուրջ կան բազմաթիվ մագնիսական բևեռներ. ռոտորի շուրջը շրջանը գեներատորի անշարժ մասն է, որը կոչվում է գեներատորի ստատոր, և ստատորը փաթաթված է բազմաթիվ պղնձե կծիկներով: Երբ ռոտորի բազմաթիվ մագնիսական բևեռներ պտտվում են ստատորի պղնձե կծիկների մեջտեղում, պղնձե լարերի վրա հոսանք է առաջանում, և գեներատորը մեխանիկական էներգիան վերածում է էլեկտրական էներգիայի:
Էլեկտրակայանի կողմից արտադրված էլեկտրական էներգիան տարբեր էլեկտրական սարքավորումների միջոցով վերածվում է մեխանիկական էներգիայի (էլեկտրական շարժիչ կամ շարժիչ), լուսային էներգիայի (էլեկտրական լամպ), ջերմային էներգիայի (էլեկտրական վառարան) և այլն։
Հիդրոէլեկտրակայանի կազմը
Հիդրոէլեկտրակայանի կազմը ներառում է հիդրավլիկ կառուցվածքներ, մեխանիկական սարքավորումներ և էլեկտրական սարքավորումներ:
(1) Հիդրավլիկ կառուցվածքներ
Այն ունի ջրթափներ (ամբարտակներ), ջրընդունիչ դարպասներ, ջրանցքներ (կամ թունելներ), ճնշման առաջնային ռեզերվուարներ (կամ կարգավորիչ ռեզերվուարներ), ճնշման խողովակներ, էլեկտրակայաններ և դուրսբերման խողովակներ և այլն։
Գետում կառուցվում է ջրամբար (ամբարտակ)՝ գետի ջուրը փակելու և ջրի մակերեսը բարձրացնելու համար՝ ջրամբար ձևավորելու համար: Այս կերպ, ջրամբարի ջրային մակերեսի և ջրամբարի տակ գտնվող գետի ջրային մակերեսի միջև առաջանում է կենտրոնացված կաթիլ, որից հետո ջուրը ջրատարների կամ թունելների միջոցով մտնում է հիդրոէլեկտրակայան: Համեմատաբար զառիթափ գետերում շրջանցիկ ջրանցքների օգտագործումը նույնպես կարող է կաթիլ ձևավորել: Օրինակ՝ սովորաբար բնական գետի մեկ կիլոմետրի վրա անկումը 10 մետր է: Եթե գետի այս հատվածի վերին ծայրում բացվում է ջրանցք՝ գետի ջուրը ներմուծելու համար, ջրանցքը կփորվի գետի երկայնքով, և ջրանցքի թեքությունը կլինի ավելի հարթ: Եթե ջրանցքի անկումը կատարվում է մեկ կիլոմետրի վրա, այն իջնում ​​է ընդամենը 1 մետր, այնպես որ ջուրը հոսում է ջրանցքով 5 կիլոմետր, իսկ ջրի մակերեսը իջնում ​​է ընդամենը 5 մետր, մինչդեռ ջուրը իջնում ​​է 50 մետր՝ բնական ջրանցքով 5 կիլոմետր անցնելուց հետո: Այս պահին ջրանցքից ջուրը գետի միջոցով ջրատարի կամ թունելի միջոցով հետ է տարվում էլեկտրակայան, և առաջանում է 45 մետր խորությամբ անկում, որը կարող է օգտագործվել էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար: Նկար 2

Շեղող ջրանցքների, թունելների կամ ջրատարների (օրինակ՝ պլաստմասե, պողպատե, բետոնե և այլն) օգտագործումը կենտրոնացված կաթիլով հիդրոէլեկտրակայան ձևավորելու համար կոչվում է շեղող ջրանցքային հիդրոէլեկտրակայան, որը հիդրոէլեկտրակայանների բնորոշ դասավորություն է։
(2) Մեխանիկական և էլեկտրական սարքավորումներ
Բացի վերը նշված հիդրավլիկ աշխատանքներից (ջրհորդաններ, ջրանցքներ, նախամուտքեր, ճնշման խողովակներ, արհեստանոցներ), հիդրոէլեկտրակայանը կարիք ունի նաև հետևյալ սարքավորումների.
(1) Մեխանիկական սարքավորումներ
Կան տուրբիններ, կարգավորիչներ, դարպասային փականներ, փոխանցման սարքավորումներ և ոչ արտադրող սարքավորումներ։
(2) Էլեկտրական սարքավորումներ
Կան գեներատորներ, բաշխման կառավարման վահանակներ, տրանսֆորմատորներ և փոխանցման գծեր։
Սակայն ոչ բոլոր փոքր հիդրոէլեկտրակայաններն ունեն վերը նշված հիդրավլիկ կառուցվածքները և մեխանիկական ու էլեկտրական սարքավորումները: Եթե ցածր ճնշման հիդրոէլեկտրակայանում ջրի մակարդակը 6 մետրից պակաս է, սովորաբար օգտագործվում են ջրատար ջրանցքը և բաց ջրանցքի ջրանցքը, և ճնշման առջևի ջրամբար և ճնշման ջրատար չկա: Փոքր էլեկտրամատակարարման տիրույթով և կարճ փոխանցման հեռավորություն ունեցող էլեկտրակայանների համար ընդունվում է ուղղակի էլեկտրահաղորդում, և տրանսֆորմատոր անհրաժեշտ չէ: Ջրամբարներ ունեցող հիդրոէլեկտրակայանները կարիք չունեն ամբարտակներ կառուցելու: Խորը ջրընդունիչների, ամբարտակի ներքին խողովակների (կամ թունելների) և ջրթափերի օգտագործումը վերացնում է հիդրավլիկ կառուցվածքների, ինչպիսիք են ջրամբարները, ջրընդունիչ դարպասները, ջրանցքները և ճնշման առջևի ջրամբարները, անհրաժեշտությունը:
Հիդրոէլեկտրակայան կառուցելու համար նախևառաջ պետք է իրականացվեն մանրակրկիտ հետազոտական ​​և նախագծային աշխատանքներ: Նախագծային աշխատանքներում կա նախագծման երեք փուլ՝ նախնական նախագծում, տեխնիկական նախագծում և շինարարության մանրամասն մշակում: Նախագծային աշխատանքներում լավ աշխատանք կատարելու համար նախ անհրաժեշտ է իրականացնել մանրակրկիտ հետազոտական ​​աշխատանքներ, այսինքն՝ լիովին հասկանալ տեղական բնական և տնտեսական պայմանները՝ այսինքն՝ տեղագրությունը, երկրաբանությունը, հիդրոլոգիան, կապիտալը և այլն: Նախագծի ճշգրտությունն ու հուսալիությունը կարող են երաշխավորվել միայն այդ իրավիճակները յուրացնելուց և վերլուծելուց հետո:
Փոքր հիդրոէլեկտրակայանների բաղադրիչները ունեն տարբեր ձևեր՝ կախված հիդրոէլեկտրակայանի տեսակից։
3. Տեղագրական հետազոտություն
Տեղագրական հետազոտության աշխատանքների որակը մեծ ազդեցություն ունի ճարտարագիտական ​​​​դասակարգման և ճարտարագիտական ​​​​քանակության գնահատման վրա:
Երկրաբանական հետազոտություն (երկրաբանական պայմանների ըմբռնում)՝ ջրբաժանի և գետի երկայնքով երկրաբանության ընդհանուր ըմբռնումից և հետազոտությունից բացի, անհրաժեշտ է նաև հասկանալ, թե արդյոք մեքենայական սենյակի հիմքը ամուր է, ինչը անմիջականորեն ազդում է էլեկտրակայանի անվտանգության վրա: Երբ որոշակի ծավալի ջրամբարով արգելապատնեշը քանդվի, այն ոչ միայն կվնասի էլեկտրակայանին, այլև կհանգեցնի կյանքի և գույքի հսկայական կորուստների գետի ներքևի հատվածում:
4. Հիդրոլոգիական փորձարկում
Հիդրոէլեկտրակայանների համար ամենակարևոր հիդրոլոգիական տվյալները գետի ջրի մակարդակի, հոսքի, նստվածքի պարունակության, սառցակալման պայմանների գրանցումներն են, օդերևութաբանական տվյալները և ջրհեղեղի հետազոտության տվյալները: Գետի հոսքի չափը ազդում է հիդրոէլեկտրակայանի ջրթափի դասավորության վրա: Ջրհեղեղի ծանրության թերագնահատումը կհանգեցնի ամբարտակի վնասմանը. գետի կողմից տեղափոխվող նստվածքը կարող է արագ լցնել ջրամբարը ամենավատ դեպքում: Օրինակ, ներհոսքի ջրանցքը կհանգեցնի ջրանցքի տիղմի կուտակմանը, իսկ խոշորահատիկ նստվածքը կանցնի տուրբինի միջով և կհանգեցնի տուրբինի մաշվածության: Հետևաբար, հիդրոէլեկտրակայանների կառուցման համար անհրաժեշտ է ունենալ բավարար հիդրոլոգիական տվյալներ:
Հետևաբար, նախքան հիդրոէլեկտրակայան կառուցելու որոշում կայացնելը, մենք նախ պետք է ուսումնասիրենք էլեկտրաէներգիայի մատակարարման ոլորտում տնտեսական զարգացման ուղղությունը և էլեկտրաէներգիայի ապագա պահանջարկը: Միաժամանակ գնահատենք զարգացման տարածքում գտնվող այլ էներգիայի աղբյուրների վիճակը: Միայն վերը նշված իրավիճակի ուսումնասիրությունից և վերլուծությունից հետո կարող ենք որոշել, թե արդյոք հիդրոէլեկտրակայանը պետք է կառուցվի և որքան մեծ պետք է լինի դրա մասշտաբը:
Ընդհանուր առմամբ, հիդրոէլեկտրակայանների հետազոտման աշխատանքների նպատակն է տրամադրել ճշգրիտ և հուսալի հիմնական տեղեկատվություն, որն անհրաժեշտ է հիդրոէլեկտրակայանների նախագծման և կառուցման համար:
5. Տեղանքի ընտրության ընդհանուր պայմաններ
Տեղանքի ընտրության ընդհանուր պայմանները կարելի է բացատրել հետևյալ չորս ասպեկտներով.
(1) Ընտրված վայրը պետք է կարողանա օգտագործել ջրային էներգիան առավելագույնս տնտեսող ձևով և համապատասխանի ծախսերի խնայողության սկզբունքին, այսինքն՝ էլեկտրակայանի կառուցումից հետո ծախսվում է նվազագույն գումար և արտադրվում է առավելագույն էլեկտրաէներգիա։ Սովորաբար դա կարելի է չափել՝ գնահատելով էլեկտրաէներգիայի արտադրության տարեկան եկամուտը և կայանի կառուցման մեջ կատարված ներդրումները՝ տեսնելու համար, թե որքան ժամանակում կարող է վերականգնվել ներդրված կապիտալը։ Այնուամենայնիվ, հիդրոլոգիական և տեղագրական պայմանները տարբեր են տարբեր վայրերում, և էլեկտրաէներգիայի կարիքները նույնպես տարբեր են, ուստի շինարարության արժեքը և ներդրումները չպետք է սահմանափակվեն որոշակի արժեքներով։
(2) Ընտրված վայրի տեղագրական, երկրաբանական և հիդրոլոգիական պայմանները պետք է լինեն համեմատաբար գերազանց, և պետք է լինեն նախագծման և շինարարության հնարավորություններ: Փոքր հիդրոէլեկտրակայանների կառուցման ժամանակ շինանյութերի օգտագործումը պետք է լինի հնարավորինս համապատասխան «տեղական նյութերի» սկզբունքին:
(3) Ընտրված վայրը պետք է լինի որքան հնարավոր է մոտ էլեկտրամատակարարման և մշակման տարածքին՝ էլեկտրաէներգիայի փոխանցման սարքավորումների ներդրումները և էլեկտրաէներգիայի կորուստները նվազեցնելու համար։
(4) Տեղանքը ընտրելիս պետք է հնարավորինս շատ օգտագործել առկա հիդրավլիկ կառուցվածքները: Օրինակ՝ ջրի կաթիլը կարող է օգտագործվել ոռոգման ջրանցքում հիդրոէլեկտրակայան կառուցելու համար, կամ հիդրոէլեկտրակայան կարելի է կառուցել ոռոգման ջրամբարի կողքին՝ ոռոգման հոսքից էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար և այլն: Քանի որ այս հիդրոէլեկտրակայանները կարող են բավարարել ջուր ունենալու դեպքում էլեկտրաէներգիա արտադրելու սկզբունքը, դրանց տնտեսական նշանակությունն ավելի ակնհայտ է: