ידע מועט על אנרגיה הידרואלקטרית

בנהרות טבעיים, מים זורמים ממעלה הזרם למורד הזרם מעורבבים עם משקעים, ולעתים קרובות שוטפים את אפיק הנהר ואת מדרונות הגדות, דבר המצביע על כך שיש כמות מסוימת של אנרגיה חבויה במים. בתנאים טבעיים, אנרגיה פוטנציאלית זו נצרכת בסריקת מים, דחיפת משקעים והתגברות על התנגדות חיכוך. אם נבנה כמה מבנים ונתקין ציוד הכרחי כדי לגרום לזרם מים קבוע לזרום דרך טורבינת מים, טורבינת המים תונע על ידי זרם המים, כמו טחנת רוח, שיכולה להסתובב ברציפות, ואנרגיית המים תומר לאנרגיה מכנית. כאשר טורבינת המים מניעה את הגנרטור להסתובב יחד, היא יכולה לייצר חשמל, ואנרגיית המים מומרת לאנרגיה חשמלית. זהו העיקרון הבסיסי של ייצור חשמל הידרואלקטרי. טורבינות מים וגנרטורים הם הציוד הבסיסי ביותר לייצור חשמל הידרואלקטרי. הרשו לי לתת לכם הקדמה קצרה לידע המועט על ייצור חשמל הידרואלקטרי.

1. אנרגיה הידרואלקטרית ואנרגיה לזרימת מים

בתכנון תחנת כוח הידרואלקטרית, על מנת לקבוע את קנה המידה של תחנת הכוח, יש צורך לדעת את כושר ייצור החשמל של תחנת הכוח. על פי עקרונות היסוד של ייצור חשמל הידרואלקטרי, לא קשה לראות שכושר ייצור החשמל של תחנת כוח נקבע על ידי כמות העבודה שניתן לבצע על ידי הזרם. אנו מכנים את העבודה הכוללת שמים יכולים לעשות בפרק זמן מסוים אנרגיית מים, והעבודה שניתן לעשות ביחידת זמן (שנייה) נקראת כוח זרם. ברור שככל שעוצמת זרימת המים גדולה יותר, כך כושר ייצור החשמל של תחנת הכוח גדול יותר. לכן, כדי לדעת את כושר ייצור החשמל של תחנת הכוח, עלינו לחשב תחילה את כוח זרימת המים. ניתן לחשב את כוח זרימת המים בנהר בדרך זו, בהנחה שגובה פני המים בקטע מסוים של הנהר הוא H (מטרים), ונפח המים של H העובר דרך חתך הנהר ביחידת זמן (שניות) הוא Q (מטר מעוקב/שנייה), אז כוח הזרימה בחתך שווה למכפלת משקל המים והטיפה. ברור שככל שמפלת המים גבוהה יותר, כך הזרימה גדולה יותר, ועוצמת זרימת המים גדולה יותר.
2. תפוקת תחנות הכוח ההידרואלקטריות

תחת גובה וזרם מסוימים, החשמל שתחנת כוח הידרואלקטרית יכולה לייצר נקרא תפוקת חשמל הידרואלקטרית. ברור שהספק המוצא תלוי בהספק זרימת המים דרך הטורבינה. ​​בתהליך המרת אנרגיית מים לאנרגיה חשמלית, המים חייבים להתגבר על ההתנגדות של אפיקי נהרות או מבנים לאורך הדרך מהמעלה אל המורד. טורבינות מים, גנרטורים וציוד הולכה חייבים גם הם להתגבר על התנגדויות רבות במהלך העבודה. כדי להתגבר על ההתנגדות, יש לבצע עבודה, וייצרך כוח זרימת המים, וזה בלתי נמנע. לכן, כוח זרימת המים שניתן להשתמש בו לייצור חשמל קטן מהערך המתקבל מהנוסחה, כלומר, תפוקת תחנת הכוח הידרואלקטרית צריכה להיות שווה להספק זרימת המים כפול גורם קטן מ-1. מקדם זה נקרא גם יעילות של תחנת כוח הידרואלקטרית.
הערך הספציפי של יעילות תחנת כוח הידרואלקטרית קשור לכמות אובדן האנרגיה המתרחש כאשר המים זורמים דרך הבניין וטורבינת המים, ציוד ההולכה, הגנרטור וכו'. ככל שהאובדן גדול יותר, כך היעילות נמוכה יותר. בתחנת כוח הידרואלקטרית קטנה, סך ההפסדים הללו מהווה כ-25-40% מהספק זרימת המים. כלומר, זרימת המים שיכולה לייצר 100 קילוואט חשמל נכנסת לתחנת הכוח ההידרואלקטרית, והגנרטור יכול לייצר רק 60 עד 75 קילוואט חשמל, כך שהיעילות של תחנת הכוח ההידרואלקטרית שווה ל-60~75%.

ניתן לראות מהמבוא הקודם שכאשר קצב הזרימה והפרש מפלס המים של תחנת הכוח קבועים, תפוקת החשמל של תחנת הכוח תלויה ביעילות. הניסיון הוכיח שבנוסף לביצועי הטורבינות ההידראוליות, הגנרטורים וציוד ההולכה, גורמים נוספים המשפיעים על יעילותן של תחנות כוח הידרואלקטריות, כגון איכות בניית המבנים והתקנת הציוד, איכות התפעול והניהול, והאם תכנון תחנת הכוח ההידרואלקטרית נכון, כולם גורמים המשפיעים על יעילותה של תחנת הכוח ההידרואלקטרית. כמובן, חלק מגורמי ההשפעה הללו הם ראשוניים וחלקם משניים, ובתנאים מסוימים, הגורמים הראשוניים והמשניים גם יתהפכו זה לזה.
עם זאת, לא משנה מהו הגורם, הגורם המכריע הוא שאנשים אינם חפצים, מכונות נשלטות על ידי בני אדם, והטכנולוגיה נשלטת על ידי מחשבה. לכן, בתכנון, בנייה ובחירת ציוד של תחנות כוח הידרואלקטריות, יש צורך לתת משחק מלא לתפקיד הסובייקטיבי של בני האדם, ולשאוף למצוינות בטכנולוגיה כדי למזער את אובדן האנרגיה של זרימת המים ככל האפשר. זה נכון לגבי חלק מתחנות הכוח הידרואלקטריות שבהן ירידת המים עצמה נמוכה יחסית. זה חשוב במיוחד. יחד עם זאת, יש צורך לחזק ביעילות את התפעול והניהול של תחנות כוח הידרואלקטריות, על מנת לשפר את יעילותן של תחנות כוח, לנצל באופן מלא את משאבי המים ולאפשר לתחנות כוח הידרואלקטריות קטנות למלא תפקיד גדול יותר.