Í náttúrulegum ám rennur vatn upp úr ánni og niður úr ánni, blandað seti, og þvær oft árfarveginn og bakka árfarvegsins, sem sýnir að ákveðið magn af orku er falið í vatninu. Við náttúrulegar aðstæður er þessi stöðuorka notuð til að hreinsa, ýta seti og sigrast á núningsviðnámi. Ef við byggjum nokkrar byggingar og setjum upp nauðsynlegan búnað til að láta stöðugan vatnsstraum renna í gegnum vatnstúrbínu, verður vatnstúrbínan knúin áfram af vatnsstraumnum, eins og vindmylla, sem getur snúist stöðugt, og vatnsorkan breytist í vélræna orku. Þegar vatnstúrbínan knýr rafalinn til að snúast saman getur hún framleitt rafmagn og vatnsorkan breytist í raforku. Þetta er grunnreglan í vatnsaflsframleiðslu. Vatnstúrbínur og rafalar eru grunnbúnaðurinn fyrir vatnsaflsframleiðslu. Leyfið mér að gefa ykkur stutta kynningu á þeirri litlu þekkingu sem er á vatnsaflsframleiðslu.
1. Vatnsafl og vatnsflæðisafl
Við hönnun vatnsaflsvirkjunar er nauðsynlegt að vita orkuframleiðslugetu hennar til að ákvarða stærð hennar. Samkvæmt grunnreglum vatnsaflsframleiðslu er ekki erfitt að sjá að orkuframleiðslugeta virkjunar er ákvörðuð af þeirri vinnu sem straumurinn getur unnið. Við köllum heildarvinnuna sem vatn getur unnið á ákveðnu tímabili vatnsorku, og vinnan sem hægt er að vinna á tímaeiningu (sekúndu) kallast straumorku. Augljóslega, því meiri sem afl vatnsrennslis er, því meiri er orkuframleiðslugeta virkjunarinnar. Þess vegna, til að vita orkuframleiðslugetu virkjunarinnar, verðum við fyrst að reikna út vatnsrennslisaflið. Vatnsrennslisaflið í ánni er hægt að reikna út á þennan hátt, að því gefnu að vatnsflæðisfallið í ákveðnum hluta árinnar sé H (metrar) og vatnsrúmmál H sem fer í gegnum þversnið árinnar í tímaeiningu (sekúndur) sé Q (rúmmetrar/sekúnda), þá er rennslisaflið á þversniðinu jafnt margfeldi þyngdar vatnsins og dropans. Augljóslega, því hærra sem vatnsfallið er, því meiri er rennslið og því meiri er vatnsflæðisaflinn.
2. Afköst vatnsaflsvirkjana
Undir ákveðnu vatnsþrýstingi og rennsli er rafmagnið sem vatnsaflsvirkjun getur framleitt kallað vatnsaflsframleiðsla. Augljóslega er framleiðsluaflið háð afli vatnsrennslis í gegnum túrbínuna. Við umbreytingu vatnsorku í raforku verður vatn að yfirstíga viðnám árfarvega eða bygginga á leiðinni frá uppstreymi til niðurstreymis. Vatnstúrbínur, rafalar og flutningsbúnaður verða einnig að yfirstíga marga viðnám meðan á vinnu stendur. Til að yfirstíga viðnám verður að vinna og vatnsflæðisafl verður notað, sem er óhjákvæmilegt. Þess vegna er vatnsflæðisafl sem hægt er að nota til að framleiða rafmagn minna en gildið sem fæst með formúlunni, það er að segja, framleiðsla vatnsaflsvirkjunarinnar ætti að vera jöfn vatnsflæðisafli margfaldað með þátti minna en 1. Þessi stuðull er einnig kallaður nýtni vatnsaflsvirkjunar.
Sértækt gildi nýtni vatnsaflsvirkjunar tengist magni orkutaps sem verður þegar vatn rennur í gegnum bygginguna og vatnstúrbínu, flutningsbúnað, rafstöð o.s.frv., því meira sem tapið er, því minni nýtnin. Í lítilli vatnsaflsvirkjun nemur summa þessara tapa um 25-40% af afli vatnsrennslis. Það er að segja, vatnsrennslið sem getur framleitt 100 kílóvött af rafmagni fer inn í vatnsaflsvirkjunina og rafstöðin getur aðeins framleitt 60 til 75 kílóvött af rafmagni, þannig að nýtni vatnsaflsvirkjunarinnar jafngildir 60~75%.
Af fyrri inngangi má sjá að þegar rennslishraði virkjunarinnar og vatnsborðsmunur eru stöðugur, þá fer afköst virkjunarinnar eftir skilvirkni hennar. Reynslan hefur sýnt að auk afkösta vökvatúrbína, rafalstöðva og flutningsbúnaðar eru aðrir þættir sem hafa áhrif á skilvirkni vatnsaflsvirkjana, svo sem gæði byggingarframkvæmda og uppsetningar búnaðar, gæði rekstrar og stjórnunar, og hvort hönnun vatnsaflsvirkjunnar sé rétt, allt þættir sem hafa áhrif á skilvirkni vatnsaflsvirkjunnar. Að sjálfsögðu eru sumir þessara áhrifaþátta frumþættir og sumir aukaþættir, og við vissar aðstæður munu frum- og aukaþættirnir einnig umbreytast hver í annan.
Hins vegar, sama hvað þátturinn er, þá er úrslitaþátturinn sá að fólk er ekki hlutir, vélum er stjórnað af mönnum og tækni er stjórnað af hugsun. Þess vegna er nauðsynlegt, við hönnun, smíði og val á búnaði vatnsaflsvirkjana, að gefa huglægu hlutverki mannsins til fulls og leitast við að ná framúrskarandi tækni til að lágmarka orkutap vatnsrennslis eins mikið og mögulegt er. Þetta á við um sumar vatnsaflsvirkjanir þar sem vatnsfallið sjálft er tiltölulega lítið. Þetta er sérstaklega mikilvægt. Á sama tíma er nauðsynlegt að styrkja rekstur og stjórnun vatnsaflsvirkjana á áhrifaríkan hátt til að bæta skilvirkni virkjana, nýta vatnsauðlindir til fulls og gera litlum vatnsaflsvirkjunum kleift að gegna stærra hlutverki.
Birtingartími: 9. júní 2021
