水車に位置エネルギーまたは運動エネルギーを流すと、水車は回転を始めます。発電機を水車に接続すれば、発電機は発電を開始します。水位を上げて水車を流すと、水車の回転速度が上がります。したがって、水位差が大きいほど、水車が得る運動エネルギーは大きくなり、変換可能な電力も大きくなります。これが水力発電の基本原理です。
エネルギー変換プロセスとは、上流の水の重力による位置エネルギーを水流の運動エネルギーに変換するプロセスです。水がタービンを通過すると、運動エネルギーがタービンに伝達され、タービンが発電機を駆動して運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。つまり、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセスです。
水力発電所の自然条件の違いにより、水力発電機ユニットの容量と回転速度は大きく異なります。一般的に、小水力発電機と衝動水車駆動の高速水力発電機は水平構造を採用することが多く、大・中速発電機は垂直構造を採用することが多いです。多くの水力発電所は都市から遠く離れているため、長い送電線を介して負荷に電力を供給する必要があり、電力系統は水力発電機の運転安定性に対してより高い要求を課しています。モーターパラメータは慎重に選定する必要があり、ローターの慣性モーメントに対する要求は大きいです。そのため、水力発電機は蒸気タービン発電機とは異なり、ローター径が大きく、長さが短いという特徴があります。水力発電機ユニットの起動と系統連系にかかる時間は比較的短く、運転指令も柔軟です。一般発電に加え、ピークカットユニットや緊急待機ユニットにも特に適しています。水力タービン発電機ユニットの最大容量は70万キロワットに達しています。
発電機の原理は高校物理で非常に明確であり、その動作原理は電磁誘導の法則と電磁力の法則に基づいています。したがって、発電機の構造は、適切な磁性伝導性と導電性材料を用いて磁気回路と相互電磁誘導回路を形成し、電磁力を発生させることでエネルギー変換の目的を達成するという一般的な原理に基づいています。
水車発電機は水車によって駆動されます。ローターが短く厚いため、ユニットの起動と系統連系に必要な時間が短く、運転指令の柔軟性に優れています。一般的な発電設備に加え、ピークカットユニットや緊急時予備ユニットとしても特に適しています。水車発電機ユニットの最大出力は80万キロワットに達しています。
ディーゼル発電機は内燃機関で駆動されます。始動が速く、操作も簡単ですが、発電コストは高くなります。主に非常用バックアップ電源として、あるいは大規模電力網が届かない地域や移動式発電所などで使用されます。容量は数kWから数kWです。ディーゼルエンジンの軸にかかるトルク出力は周期的な脈動を受けるため、共振や軸破損事故を防ぐ必要があります。
水力発電機の速度は、発電する交流電力の周波数を決定します。この周波数の安定性を確保するためには、回転子の回転速度を安定させる必要があります。回転速度を安定させるために、原動機（水車）の回転速度を閉ループ制御モードで制御することができます。送出する交流電力の周波数信号をサンプリングし、制御システムにフィードバックします。制御システムは水車のガイドベーンの開閉角度を制御し、水車の出力を制御します。このフィードバック制御原理により、発電機の回転速度を安定させることができます。
投稿日時: 2022年10月8日
