1. Yfirlit yfir vatnsaflsframleiðslu
Vatnsaflsframleiðsla er að umbreyta vatnsorku náttúrulegra áa í raforku sem fólk getur nýtt sér. Orkulindirnar sem virkjanir nota eru fjölbreyttar, svo sem sólarorka, vatnsorka áa og vindorka sem myndast með loftstreymi. Kostnaður við vatnsaflsframleiðslu með vatnsafli er ódýr og bygging vatnsaflsvirkjana er einnig hægt að sameina öðrum vatnsverndarverkefnum. Kína er ríkt af vatnsauðlindum og hefur frábærar aðstæður. Vatnsafl gegnir mikilvægu hlutverki í uppbyggingu þjóðarbúsins.
Vatnsborð árinnar uppstreymis er hærra en vatnsborð árinnar niðurstreymis. Vegna mismunar á vatnsborði árinnar myndast vatnsorka. Þessi orka kallast stöðuorka eða hugsanleg orka. Mismunurinn á hæð vatnsyfirborðs árinnar kallast fall, einnig kallað vatnsborðsmunur eða vatnshæðarmunur. Þetta fall er grunnskilyrði fyrir vatnsafl. Að auki er stærð vatnsaflsins einnig háð stærð vatnsrennslis í ánni, sem er annað grunnskilyrði sem er jafn mikilvægt og fallið. Bæði fall og rennsli hafa bein áhrif á stærð vatnsaflsins; því meira sem vatnsfallið er, því meira er vatnsafl; ef fallið og vatnsrúmmálið eru tiltölulega lítil, verður afköst vatnsaflsvirkjunarinnar minni.
Fallið er almennt gefið upp í metrum. Halli vatnsyfirborðs er hlutfall falls og fjarlægðar, sem getur gefið til kynna styrk dropans. Ef dropinn er tiltölulega þéttur er nýting vatnsorkunnar þægilegri. Fallið sem vatnsaflsvirkjun notar er mismunurinn á vatnsyfirborði uppstreymis vatnsaflsvirkjunarinnar og vatnsyfirborði niðurstreymis eftir að hún hefur farið í gegnum vökvatúrbínuna.
Rennsli er magn vatns sem rennur um á á á tímaeiningu, gefið upp í rúmmetrum á sekúndu. Rúmmetri af vatni er eitt tonn. Rennsli árinnar breytist hvenær sem er og hvar sem er, þannig að þegar við tölum um rennsli verðum við að útskýra tímann á þeim tiltekna stað þar sem hún rennur. Rennslið breytist verulega með tímanum. Almennt séð hafa ár í Kína mikið rennsli á sumrin, haustin og í regntímanum, en lítið rennsli á veturna og vorin. Rennslið er breytilegt frá mánuði til dags og vatnsmagnið er breytilegt frá ári til árs. Rennsli almennra áa er tiltölulega lítið í uppstreymi; Þegar þverárnar sameinast eykst rennslið niðurstreymis smám saman. Þess vegna, þó að fallið uppstreymis sé þétt, er rennslið lítið; Þótt rennslið niðurstreymis sé mikið, er fallið tiltölulega dreift. Þess vegna er oft hagkvæmast að nota vatnsafl í miðhluta árinnar.
Með því að þekkja fall og rennsli vatnsaflsvirkjunar er hægt að reikna út afköst hennar með eftirfarandi formúlu:
N= GQH
Í formúlunni er N – afköst, eining: kW, einnig kallað afl;
Q — rennsli, í rúmmetrum á sekúndu;
H — Fall, í metrum;
G=9,8, er þyngdarhröðunin í Newton/kg
Fræðilegt afl er reiknað samkvæmt ofangreindri formúlu og ekkert tap er dregið frá. Reyndar, í ferli vatnsaflsframleiðslu, verða óhjákvæmileg aflstap vatnstúrbína, flutningsbúnaðar, rafalstöðva o.s.frv. Þess vegna ætti að draga frá fræðilega aflið, það er að segja, margfalda raunverulega aflið sem við getum notað með nýtnistuðlinum (tákn: K).
Hönnuð afl rafstöðvar í vatnsaflsvirkjunum er kallað nafnafl og raunverulegt afl er kallað raunverulegt afl. Í orkuumbreytingarferlinu er óhjákvæmilegt að tapa orku. Í vatnsaflsframleiðslu eru aðallega tap á vökvatúrbínum og rafstöðvum (þar með talið tap á leiðslum). Í örvatnsvirkjunum á landsbyggðinni nema ýmis tap 40~50% af heildarfjölda fræðilegs afls, þannig að afköst vatnsaflsvirkjana geta aðeins notað 50~60% af fræðilegu afli, þ.e. nýtnin er um 0,5~0,60 (þar með talið nýtni túrbína 0,70~0,85, nýtni rafstöðvar 0,85~0,90 og nýtni pípa og flutningsbúnaðar 0,80~0,85). Þess vegna er hægt að reikna út raunverulegt afl (framleiðslu) vatnsaflsvirkjanna á eftirfarandi hátt:
K – nýtni vatnsaflsvirkjunar, (0,5~0,6) er notuð til grófrar útreikningar á örvatnsvirkjunum; Formúluna hér að ofan má einfalda sem:
N = (0,5 ～ 0,6) QHG raunverulegt afl = skilvirkni × flæði × fall × níu komma átta
Notkun vatnsafls felst í því að nota vatn til að knýja eins konar vélbúnað sem kallast vatnstúrbína. Til dæmis er forn vatnshjól í Kína mjög einföld vatnstúrbína. Ýmsar vökvatúrbínur sem nú eru notaðar eru aðlagaðar að ýmsum sérstökum vökvaaðstæðum, þannig að þær geta snúist skilvirkari og breytt vatnsorku í vélræna orku. Önnur vél, rafallinn, er tengdur við vatnstúrbínu til að láta snúningshlutann á rafallinum snúast með vatnstúrbínu og þá er hægt að framleiða rafmagn. Rafallinn má skipta í tvo hluta: þann hluta sem snýst ásamt vökvatúrbínu og fasta hluta rafallsins. Sá hluti sem snýst ásamt vökvatúrbínu kallast snúningshluti rafallsins og það eru margir segulpólar í kringum snúningshlutann; hringur í kringum snúningshlutann er fasti hluti rafallsins, sem kallast stator rafallsins. Statorinn er vafinn mörgum koparspólum. Þegar margir segulpólar snúningshlutans snúast í miðju koparspólunnar á statornum myndast straumur á koparvírnum og rafallinn á að breyta vélrænni orku í raforku.
Rafmagnið sem framleitt er í virkjuninni er umbreytt úr ýmsum rafbúnaði í vélræna orku (mótor eða mótor), ljósorku (rafmagnslampa), varmaorku (rafmagnsofn) o.s.frv.
2. Samsetning vatnsaflsvirkjunar
Vatnsaflsstöðin samanstendur af vökvakerfismannvirkjum, vélbúnaði og rafbúnaði.
(1) Vatnsvirki
Það felur í sér stíflu, inntakshlið, rás (eða göng), forhólf (eða stjórntank), þrýstipípu, stöðvarhús og frárennsli o.s.frv.
Byggið stíflu í ánni til að loka fyrir ána, hækka vatnsyfirborðið og mynda lón. Þannig myndast einbeittur dropi frá vatnsyfirborði lónsins á stíflunni að vatnsyfirborði árinnar undir stíflunni, og síðan er vatn leitt inn í vatnsaflsvirkjunina í gegnum vatnspípur eða göng. Í bröttum farvegi árinnar er einnig hægt að nota fráveiturásir. Til dæmis er fall náttúrulegrar áar 10 metrar á kílómetra. Ef farvegur er opnaður efst í þessum kafla árinnar til að leiða vatn inn, verður farvegurinn grafinn meðfram ánni og halli farvegsins verður flatur. Ef fallið í farvegnum er aðeins 1 metri á kílómetra, mun vatnið renna 5 kílómetra í farvegnum og vatnið mun aðeins falla 5 metra, en vatnið mun falla 50 metra eftir 5 kílómetra göngu í náttúrulegri á. Á þessum tíma er vatnið í farvegnum leitt aftur að virkjuninni með ánni í gegnum vatnspípur eða göng, og þar er 45 metra einbeittur dropi sem hægt er að nota til að framleiða rafmagn.
Vatnsaflsvirkjun sem notar fráveitur, göng eða vatnsleiðslur (eins og plaströr, stálrör, steypupípur o.s.frv.) til að mynda þykkan dropa kallast fráveiturennavirkjun, sem er dæmigerð fyrirkomulag vatnsaflsvirkjana.
(2) Vélrænn og rafmagnsbúnaður
Auk ofangreindra vatnsvirkja (stíflu, skurðar, forþilfars, þrýstipípu og stöðvarhúss) þarf vatnsaflsvirkjunin einnig eftirfarandi búnað:
(1) Vélbúnaður
Þar eru vökvatúrbínur, stjórntæki, hliðarlokar, flutningsbúnaður og búnaður sem ekki er til orkuframleiðslu.
(2) Rafmagnsbúnaður
Þar eru rafalar, stjórnborð fyrir dreifingu, spennubreytar, flutningslínur o.s.frv.
Hins vegar eru ekki allar litlar vatnsaflsvirkjanir með ofangreindar vökvamannvirki og vélrænan og rafmagnsbúnað. Ef lágþrýstingsvatnsvirkjanir með vatnshæð minni en 6 metra nota almennt aðferð með frárennslisrás og opnum frárennslishólfum, þá verður engin forhólf og þrýstipípa. Virkjanir með lítið aflgjafasvið og stutta flutningsfjarlægð nota beina flutninga án spenni. Vatnsaflsvirkjanir með lónum þurfa ekki að byggja stíflur. Notað er djúpt vatnsinntak og innri pípur (eða göng) og yfirfall stíflunnar þurfa ekki að nota vökvamannvirki eins og stíflur, inntakshlið, rásir og forhólf.
Til að byggja vatnsaflsvirkjun þarf fyrst að framkvæma vandlega könnun og hönnun. Hönnunin samanstendur af þremur stigum: forhönnun, tæknileg hönnun og byggingarupplýsingar. Til að vinna góða hönnun verðum við fyrst að framkvæma ítarlega könnun, það er að skilja að fullu náttúrulegar og efnahagslegar aðstæður á staðnum — það er landslag, jarðfræði, vatnafræði, fjármagn o.s.frv. Réttmæti og áreiðanleiki hönnunarinnar er aðeins tryggður eftir að hafa náð tökum á þessum aðstæðum og greint þær.
Íhlutir lítilla vatnsaflsvirkjana eru mismunandi eftir gerðum vatnsaflsvirkjana.
3. landfræðileg könnun
Gæði landfræðilegra könnunar hafa mikil áhrif á skipulag verkefnisins og mat á magni.
Jarðfræðilegar rannsóknir (skilningur á jarðfræðilegum aðstæðum) krefjast ekki aðeins almennrar skilnings og rannsókna á jarðfræði vatnasviðsins og árbakkana, heldur einnig skilnings á því hvort grunnur vélarýmisins sé traustur, sem hefur bein áhrif á öryggi virkjunarinnar sjálfrar. Þegar stífla með ákveðnu lónrúmmáli eyðileggst mun það ekki aðeins skaða vatnsaflsvirkjunina sjálfa, heldur einnig valda miklu manntjóni og eignatjóni neðar í ánni. Þess vegna er jarðfræðilegt val á forsvæði almennt sett í fyrsta sæti.
4. Vatnsmælingar
Fyrir vatnsaflsvirkjanir eru mikilvægustu vatnafræðilegu gögnin skrár um vatnsborð árinnar, rennsli, setþéttni, ísingu, veðurfræðilegar upplýsingar og flóðakönnunargögn. Stærð rennslis árinnar hefur áhrif á skipulag yfirfalls vatnsaflsvirkjunarinnar og alvarleiki flóðsins er vanmetinn, sem mun leiða til eyðileggingar stíflunnar. Setið sem áin ber með sér getur í versta falli fyllt lónið hratt. Til dæmis mun innrennsli í farveginn valda leðjumyndun og gróft set mun fara í gegnum vökvatúrbínuna og valda sliti á vökvatúrbínunni. Þess vegna verða nægileg vatnafræðileg gögn að vera til staðar við byggingu vatnsaflsvirkjana.
Þess vegna, áður en ákveðið er að byggja vatnsaflsvirkjun, er nauðsynlegt að rannsaka og kynna sér stefnu efnahagsþróunar og framtíðarþörf fyrir rafmagn á orkuveitusvæðinu. Jafnframt skal meta stöðu annarra orkugjafa á þróunarsvæðinu. Aðeins eftir að hafa skoðað og greint ofangreindar aðstæður getum við ákveðið hvort byggja þurfi vatnsaflsvirkjunina og hversu stór byggingarumfangið ætti að vera.
Almennt séð er tilgangur vatnsaflsmælinga að veita nákvæmar og áreiðanlegar grunnupplýsingar sem nauðsynlegar eru fyrir hönnun og byggingu vatnsaflsvirkjana.
5. Almennar aðstæður á völdum stöðvarstað
Almennum skilyrðum fyrir vali á staðsetningu stöðvarinnar má lýsa með eftirfarandi fjórum þáttum:
(1) Valin virkjunarstöð skal geta nýtt vatnsorku sem hagkvæmasta og fylgja meginreglunni um kostnaðarsparnað, þ.e. eftir að virkjunin er fullgerð verður lágmarkskostnaður eytt og hámarksafl framleitt. Almennt er hægt að mæla þetta með því að áætla árlegar tekjur af raforkuframleiðslu og fjárfestingu í byggingu virkjunarinnar til að sjá hversu lengi fjárfestingarfé er hægt að endurheimta. Hins vegar, vegna mismunandi vatnsfræðilegra og landfræðilegra aðstæðna og mismunandi orkuþarfar, ætti kostnaður og fjárfesting ekki að vera takmarkað af ákveðnum gildum.
(2) Valin staðsetning vatnsaflsvirkjunar ætti að hafa framúrskarandi landslag, jarðfræðilegar og vatnafræðilegar aðstæður og vera möguleg í hönnun og byggingu. Bygging lítilla vatnsaflsvirkjana skal vera í samræmi við meginregluna um „staðbundið efni“ eins og kostur er hvað varðar byggingarefni.
(3) Valin stöð skal vera eins nálægt aflgjafa og vinnslusvæði og mögulegt er til að draga úr fjárfestingu í flutningsbúnaði og afltapi.
(4) Þegar staðsetning vatnsaflsvirkjunar er valin skal nota núverandi vatnsaflsmannvirki eins mikið og mögulegt er. Til dæmis er hægt að nota vatnsdropa til að byggja vatnsaflsvirkjanir í áveiturásum, eða vatnsaflsvirkjanir nálægt áveitulónum til að framleiða rafmagn með áveituflæði, o.s.frv. Þar sem þessar vatnsaflsvirkjanir geta fylgt meginreglunni um raforkuframleiðslu þegar vatn er til staðar, er efnahagsleg þýðing þeirra augljósari.
Birtingartími: 25. október 2022
