ჰიდროელექტროსადგურების, ჰიდროელექტროსადგურების აღჭურვილობისა და ჰიდრავლიკური ნაგებობების მიმოხილვა

1. ჰიდროელექტროსადგურების გენერაციის მიმოხილვა
ჰიდროელექტროენერგიის გამომუშავება გულისხმობს ბუნებრივი მდინარეების წყლის ენერგიის ელექტროენერგიად გარდაქმნას, რომელსაც ადამიანები გამოიყენებენ. ელექტროსადგურების მიერ გამოყენებული ენერგიის წყაროები მრავალფეროვანია, როგორიცაა მზის ენერგია, მდინარეების წყლის ენერგია და ჰაერის ნაკადის მიერ გამომუშავებული ქარის ენერგია. ჰიდროელექტროსადგურების გამოყენებით ჰიდროენერგიის გამომუშავების ღირებულება იაფია და ჰიდროელექტროსადგურების მშენებლობა ასევე შეიძლება გაერთიანდეს წყლის დაცვის სხვა პროექტებთან. ჩინეთი მდიდარია წყლის რესურსებით და აქვს შესანიშნავი პირობები. ჰიდროენერგია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ეროვნული ეკონომიკის მშენებლობაში.
მდინარის ზედა დინების წყლის დონე უფრო მაღალია, ვიდრე ქვედა დინების დონე. მდინარის წყლის დონეებს შორის სხვაობის გამო წარმოიქმნება წყლის ენერგია. ამ ენერგიას პოტენციური ენერგია ან პოტენციური ენერგია ეწოდება. მდინარის წყლის ზედაპირის სიმაღლეებს შორის სხვაობას ვარდნა, ასევე წყლის დონის სხვაობა ან დაწნევა ეწოდება. ეს ვარდნა ჰიდრავლიკური ენერგიის ძირითადი პირობაა. გარდა ამისა, წყლის სიმძლავრის სიდიდე ასევე დამოკიდებულია მდინარეში წყლის ნაკადის სიდიდეზე, რაც კიდევ ერთი ძირითადი პირობაა, რომელიც ისეთივე მნიშვნელოვანია, როგორც ვარდნა. როგორც ვარდნა, ასევე ხარჯი პირდაპირ გავლენას ახდენს ჰიდრავლიკური ენერგიის სიდიდეზე; რაც უფრო დიდია წყლის ვარდნა, მით უფრო დიდია ჰიდრავლიკური სიმძლავრე; თუ ვარდნა და წყლის მოცულობა შედარებით მცირეა, ჰიდროელექტროსადგურის გამომუშავება უფრო მცირე იქნება.
წვეთი, როგორც წესი, მეტრებში გამოისახება. წყლის ზედაპირის გრადიენტი არის წვეთისა და მანძილის თანაფარდობა, რაც მიუთითებს წვეთების კონცენტრაციის ხარისხზე. თუ წვეთი შედარებით კონცენტრირებულია, წყლის ენერგიის გამოყენება უფრო მოსახერხებელია. ჰიდროელექტროსადგურის მიერ გამოყენებული წვეთი არის ჰიდროელექტროსადგურის ზედა დინების წყლის ზედაპირსა და ჰიდრავლიკური ტურბინის გავლის შემდეგ ქვედა დინების წყლის ზედაპირს შორის სხვაობა.
ნაკადი არის წყლის რაოდენობა, რომელიც მდინარეში მიედინება დროის ერთეულში, გამოხატული წამში კუბურ მეტრებში. წყლის ერთი კუბური მეტრი ერთი ტონაა. მდინარის ნაკადი იცვლება ნებისმიერ დროს და ნებისმიერ ადგილას, ამიტომ, როდესაც ვსაუბრობთ ნაკადის შესახებ, უნდა ავხსნათ კონკრეტული ადგილის დრო, სადაც ის მიედინება. ნაკადი მნიშვნელოვნად იცვლება დროში. ზოგადად, ჩინეთის მდინარეებს აქვთ დიდი ნაკადი ზაფხულში, შემოდგომაზე და წვიმიან სეზონზე, მაგრამ მცირე ნაკადი ზამთარში და გაზაფხულზე. ნაკადი იცვლება თვიდან დღემდე და წყლის მოცულობაც წლიდან წლამდე. ზოგადად, მდინარეების ნაკადი შედარებით მცირეა ზემო დინებაში; შენაკადების შეერთებისას, ქვედა დინება თანდათან იზრდება. ამიტომ, მიუხედავად იმისა, რომ ზემო დინების ვარდნა კონცენტრირებულია, ნაკადი მცირეა; მიუხედავად იმისა, რომ ქვედა დინება დიდია, ვარდნა შედარებით გაფანტულია. ამიტომ, ხშირად ყველაზე ეკონომიურია წყლის ენერგიის გამოყენება მდინარის შუა დინებაში.
ჰიდროელექტროსადგურის მიერ გამოყენებული ვარდნისა და ნაკადის გათვალისწინებით, მისი გამომუშავება შეიძლება გამოითვალოს შემდეგი ფორმულით:
N= GQH
ფორმულაში N – გამომავალი სიმძლავრე, ერთეული: კვტ, ასევე სიმძლავრე;
Q — ნაკადი, კუბურ მეტრებში წამში;
H — წვეთი, მეტრებში;
G=9.8, არის გრავიტაციის აჩქარება, ნიუტონში/კგ-ში
თეორიული სიმძლავრე გამოითვლება ზემოთ მოცემული ფორმულის მიხედვით და დანაკარგი არ აკლდება. სინამდვილეში, ჰიდროელექტროსადგურების გენერაციის პროცესში, წყლის ტურბინებს, გადამცემ მოწყობილობებს, გენერატორებს და ა.შ. გარდაუვალი სიმძლავრის დანაკარგები აქვთ. ამიტომ, თეორიული სიმძლავრე უნდა გამოიქვითოს, ანუ ჩვენს მიერ გამოყენებული ფაქტობრივი სიმძლავრე უნდა გამრავლდეს ეფექტურობის კოეფიციენტზე (სიმბოლო: K).
ჰიდროელექტროსადგურში გენერატორის დაპროექტებულ სიმძლავრეს ნომინალური სიმძლავრე ეწოდება, ხოლო ფაქტობრივ სიმძლავრეს - ფაქტობრივი სიმძლავრე. ენერგიის გარდაქმნის პროცესში ენერგიის გარკვეული ნაწილის დაკარგვა გარდაუვალია. ჰიდროელექტროსადგურის გენერაციის პროცესში ძირითადად ჰიდრავლიკური ტურბინებისა და გენერატორების დანაკარგებია (მათ შორის მილსადენების დანაკარგები). სოფლის მიკროჰიდროელექტროსადგურებში სხვადასხვა დანაკარგები მთლიანი თეორიული სიმძლავრის 40~50%-ს შეადგენს, ამიტომ ჰიდროელექტროსადგურების გამომუშავებას თეორიული სიმძლავრის მხოლოდ 50~60%-ის გამოყენება შეუძლია, ანუ ეფექტურობა დაახლოებით 0.5~0.60-ია (ტურბინის ეფექტურობის 0.70~0.85, გენერატორის ეფექტურობის 0.85~0.90 და მილსადენებისა და გადამცემი მოწყობილობების ეფექტურობის 0.80~0.85 ჩათვლით). ამრიგად, ჰიდროელექტროსადგურის ფაქტობრივი სიმძლავრე (გამომავალი) შეიძლება გამოითვალოს შემდეგნაირად:
K – ჰიდროელექტროსადგურის ეფექტურობა (0.5~0.6) მიღებულია მიკროჰიდროელექტროსადგურის უხეში გაანგარიშებისთვის; ზემოთ მოცემული ფორმულა შეიძლება გამარტივდეს შემდეგნაირად:
N=(0.5 ~ 0.6) QHG ფაქტობრივი სიმძლავრე=ეფექტურობა × ნაკადი × ვარდნა × ცხრა წერტილი რვა
ჰიდროენერგიის გამოყენება წყლის გამოყენებაა ისეთი მექანიზმის სამართავად, რომელსაც წყლის ტურბინა ეწოდება. მაგალითად, ჩინეთში უძველესი წყლის ბორბალი ძალიან მარტივი წყლის ტურბინაა. ამჟამად გამოყენებული სხვადასხვა ჰიდრავლიკური ტურბინები ადაპტირებულია სხვადასხვა სპეციფიკურ ჰიდრავლიკურ პირობებთან, რათა მათ უფრო ეფექტურად ბრუნონ და წყლის ენერგია მექანიკურ ენერგიად გარდაქმნან. კიდევ ერთი მექანიზმი, გენერატორი, წყლის ტურბინასთან არის დაკავშირებული, რათა გენერატორის როტორი წყლის ტურბინასთან ერთად ბრუნავდეს და შემდეგ ელექტროენერგიის გენერირება მოხდეს. გენერატორი შეიძლება დაიყოს ორ ნაწილად: ნაწილი, რომელიც ჰიდრავლიკურ ტურბინასთან ერთად ბრუნავს და გენერატორის ფიქსირებული ნაწილი. ნაწილს, რომელიც ჰიდრავლიკურ ტურბინასთან ერთად ბრუნავს, გენერატორის როტორი ეწოდება და როტორის გარშემო მრავალი მაგნიტური პოლუსია; როტორის გარშემო წრე გენერატორის ფიქსირებული ნაწილია, რომელსაც გენერატორის სტატორი ეწოდება. სტატორი შემოხვეულია მრავალი სპილენძის ხვეულით. როდესაც როტორის მრავალი მაგნიტური პოლუსი ბრუნავს სტატორის სპილენძის ხვეულის შუაში, სპილენძის მავთულზე წარმოიქმნება დენი და გენერატორი მექანიკურ ენერგიას ელექტრო ენერგიად გარდაქმნის.
ელექტროსადგურის მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგია სხვადასხვა ელექტრომოწყობილობიდან გარდაიქმნება მექანიკურ ენერგიად (ძრავა ან ძრავა), სინათლის ენერგიად (ელექტრო ნათურა), სითბურ ენერგიად (ელექტრო ღუმელი) და ა.შ.

2, ჰიდროელექტროსადგურის შემადგენლობა
ჰიდროელექტროსადგური შედგება ჰიდრავლიკური ნაგებობების, მექანიკური მოწყობილობებისა და ელექტრომოწყობილობებისგან.
（1） ჰიდრავლიკური ნაგებობები
ის მოიცავს კაშხალს (ჯებირს), წყალმიმღებ კარიბჭეს, არხს (ან გვირაბს), წინა აუზს (ან მარეგულირებელ ავზს), წყალსადენი მილს, ელექტროსადგურს და გამყვან მილს და ა.შ.
მდინარეში ააშენეთ კაშხალი (ჯებირი) მდინარის გადასაკეტად, წყლის ზედაპირის ასამაღლებლად და წყალსაცავის შესაქმნელად. ამ გზით, კაშხალზე (კაშხალზე) წყალსაცავის წყლის ზედაპირიდან წარმოიქმნება კონცენტრირებული წვეთი კაშხლის ქვეშ მდინარის წყლის ზედაპირზე, შემდეგ კი წყალი წყლის მილების ან გვირაბების საშუალებით შედის ჰიდროელექტროსადგურში. ციცაბო მდინარის კალაპოტში ასევე შეიძლება წვეთების წარმოქმნა გადამყვანი არხების გამოყენებით. მაგალითად, ბუნებრივი მდინარის ვარდნა კილომეტრზე 10 მეტრია. თუ მდინარის ამ მონაკვეთის ზედა ბოლოში წყლის შესაყვანად არხი გაიხსნება, არხი მდინარის გასწვრივ გაითხრება და არხის დახრილობა ბრტყელი იქნება. თუ არხში ვარდნა კილომეტრზე მხოლოდ 1 მეტრია, წყალი არხში 5 კილომეტრს გაივლის და მხოლოდ 5 მეტრით დაეცემა, ხოლო ბუნებრივ მდინარეში 5 კილომეტრის გავლის შემდეგ 50 მეტრით დაეცემა. ამ დროს, არხში არსებული წყალი მდინარით წყლის მილებით ან გვირაბებით უკან, ელექტროსადგურში მიდის და არის 45 მეტრიანი კონცენტრირებული ვარდნა, რომლის გამოყენებაც ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად შეიძლება.
ჰიდროელექტროსადგურს, რომელიც კონცენტრირებული წვეთის ფორმირებისთვის იყენებს გადამისამართებელ არხებს, გვირაბებს ან წყლის მილებს (როგორიცაა პლასტმასის მილები, ფოლადის მილები, ბეტონის მილები და ა.შ.), გადამისამართებელი არხის ტიპის ჰიდროელექტროსადგური ეწოდება და ჰიდროელექტროსადგურების ტიპურ განლაგებას წარმოადგენს.
（2） მექანიკური და ელექტრომოწყობილობები
ზემოთ ჩამოთვლილი ჰიდრავლიკური ნაგებობების (კაშხალი, არხი, წინამდებარე აუზი, წყალსადენი და ელექტროსადგური) გარდა, ჰიდროელექტროსადგურს ასევე სჭირდება შემდეგი აღჭურვილობა:
(1) მექანიკური აღჭურვილობა
არსებობს ჰიდრავლიკური ტურბინები, რეგულატორები, სარქველები, გადამცემი მოწყობილობები და არაელექტროენერგიის გენერაციის მოწყობილობები.
(2) ელექტრომოწყობილობა
აქ არის გენერატორები, განაწილების მართვის პანელები, ტრანსფორმატორები, გადამცემი ხაზები და ა.შ.
თუმცა, ყველა მცირე ჰიდროელექტროსადგურს არ აქვს ზემოთ ჩამოთვლილი ჰიდრავლიკური კონსტრუქციები და მექანიკური და ელექტრო მოწყობილობები. თუ დაბალი წნევის ჰიდროელექტროსადგური 6 მეტრზე ნაკლები წყლის დაწნევით, როგორც წესი, იყენებს გადამისამართებელი არხის და ღია არხის გადამისამართებელი კამერის მეთოდს, არ ექნება წინა აუზი და წყალსადენი. მცირე სიმძლავრის დიაპაზონის და მოკლე გადაცემის მანძილის მქონე ელექტროსადგური იყენებს პირდაპირ გადაცემას ტრანსფორმატორის გარეშე. წყალსაცავის მქონე ჰიდროელექტროსადგურებს არ სჭირდებათ კაშხლების აშენება. გამოყენებულია ღრმა წყლის შესასვლელი და კაშხლის შიდა მილსა და წყალსაგდში არ არის საჭირო ჰიდრავლიკური კონსტრუქციების, როგორიცაა კაშხალი, მიმღები კარიბჭე, არხი და წინა აუზი, გამოყენება.
ჰიდროელექტროსადგურის ასაშენებლად, პირველ რიგში, საჭიროა საფუძვლიანი კვლევა და პროექტირება. დიზაინში სამი ეტაპია: წინასწარი პროექტირება, ტექნიკური პროექტირება და მშენებლობის დეტალები. იმისათვის, რომ პროექტირება კარგად შესრულდეს, ჯერ საფუძვლიანი კვლევა უნდა ჩატარდეს, ანუ სრულად გავიგოთ ადგილობრივი ბუნებრივი და ეკონომიკური პირობები - კერძოდ, ტოპოგრაფია, გეოლოგია, ჰიდროლოგია, კაპიტალი და ა.შ. პროექტის სისწორე და სანდოობა მხოლოდ ამ პირობების დაუფლებისა და ანალიზის შემდეგ იქნება გარანტირებული.
მცირე ჰიდროელექტროსადგურების კომპონენტებს სხვადასხვა ფორმა აქვთ ჰიდროელექტროსადგურების სხვადასხვა ტიპის მიხედვით.

3, ტოპოგრაფიული კვლევა
ტოპოგრაფიული აგეგმვის ხარისხს დიდი გავლენა აქვს პროექტის განლაგებასა და რაოდენობების შეფასებაზე.
გეოლოგიური კვლევა (გეოლოგიური პირობების გაგება) მოითხოვს არა მხოლოდ აუზისა და მდინარისპირა გეოლოგიის ზოგად გაგებასა და კვლევას, არამედ იმის გაგებასაც, არის თუ არა სამანქანო ოთახის საძირკველი მყარი, რაც პირდაპირ გავლენას ახდენს თავად ელექტროსადგურის უსაფრთხოებაზე. გარკვეული მოცულობის წყალსაცავის მქონე კაშხლის განადგურების შემდეგ, ის არა მხოლოდ თავად ჰიდროელექტროსადგურს დააზიანებს, არამედ გამოიწვევს სიცოცხლისა და ქონების უზარმაზარ დანაკარგებს ქვედა დინებაზე. ამიტომ, წინა ყურის გეოლოგიური შერჩევა, როგორც წესი, პირველ ადგილზეა.

4. ჰიდრომეტრია
ჰიდროელექტროსადგურებისთვის ყველაზე მნიშვნელოვანი ჰიდროლოგიური მონაცემებია მდინარის წყლის დონის, ნაკადის, ნალექის კონცენტრაციის, გაყინვის ჩანაწერები, მეტეოროლოგიური მონაცემები და წყალდიდობის კვლევის მონაცემები. მდინარის ნაკადის ზომა გავლენას ახდენს ჰიდროელექტროსადგურის წყალსაგდების განლაგებაზე და წყალდიდობის სიმძიმე არასაკმარისად არის შეფასებული, რაც კაშხლის დანგრევას გამოიწვევს; მდინარის მიერ გადატანილ ნალექს უარეს შემთხვევაშიც კი შეუძლია წყალსაცავის სწრაფად შევსება. მაგალითად, არხში შედინება გამოიწვევს არხის დალექვას, ხოლო უხეშად დალექილი ნალექი გაივლის ჰიდრავლიკურ ტურბინას და გამოიწვევს ჰიდრავლიკური ტურბინის ცვეთას. ამიტომ, ჰიდროელექტროსადგურების მშენებლობას უნდა ჰქონდეს საკმარისი ჰიდროლოგიური მონაცემები.
ამიტომ, ჰიდროელექტროსადგურის მშენებლობის შესახებ გადაწყვეტილების მიღებამდე აუცილებელია გამოვიკვლიოთ და შევისწავლოთ ეკონომიკური განვითარების მიმართულება და ელექტროენერგიის სამომავლო მოთხოვნა ელექტროენერგიის მიწოდების არეალში. ამავდროულად, შევაფასოთ განვითარების არეალში არსებული სხვა ენერგორესურსების მდგომარეობა. მხოლოდ ზემოთ აღნიშნული პირობების შესწავლისა და ანალიზის შემდეგ შეგვიძლია გადავწყვიტოთ, საჭიროა თუ არა ჰიდროელექტროსადგურის მშენებლობა და რამდენად მასშტაბური უნდა იყოს მშენებლობის პროცესი.
ზოგადად, ჰიდროენერგეტიკული კვლევის მიზანია ჰიდროელექტროსადგურების პროექტირებისა და მშენებლობისთვის აუცილებელი ზუსტი და სანდო ძირითადი მონაცემების მიწოდება.

5, შერჩეული სადგურის ადგილმდებარეობის ზოგადი პირობები
სადგურის ადგილმდებარეობის შერჩევის ზოგადი პირობები შეიძლება აღწერილი იყოს შემდეგ ოთხ ასპექტში:
(1) სადგურის შერჩეულ ადგილს უნდა შეეძლოს წყლის ენერგიის ყველაზე ეკონომიურად გამოყენება და შეესაბამებოდეს ხარჯების დაზოგვის პრინციპს, ანუ ელექტროსადგურის დასრულების შემდეგ დაიხარჯება მინიმალური ხარჯები და გენერირდება მაქსიმალური ენერგია. ზოგადად, მისი გაზომვა შესაძლებელია ელექტროენერგიის გამომუშავებიდან და სადგურის მშენებლობაში ინვესტიციებიდან მიღებული წლიური შემოსავლის შეფასებით, რათა დადგინდეს, რამდენ ხანში შეიძლება ინვესტირებული კაპიტალის ამოღება. თუმცა, განსხვავებული ჰიდროლოგიური და ტოპოგრაფიული პირობებისა და ელექტროენერგიის განსხვავებული მოთხოვნის გამო, ხარჯები და ინვესტიციები არ უნდა შემოიფარგლოს გარკვეული მნიშვნელობებით.
(2) შერჩეულ სადგურის ადგილს უნდა ჰქონდეს საუკეთესო ტოპოგრაფიული, გეოლოგიური და ჰიდროლოგიური პირობები და შესაძლებელი იყოს დიზაინისა და მშენებლობის თვალსაზრისით. მცირე ჰიდროელექტროსადგურების მშენებლობა სამშენებლო მასალების თვალსაზრისით, რამდენადაც ეს შესაძლებელია, უნდა შეესაბამებოდეს „ადგილობრივი მასალების“ პრინციპს.
(3) შერჩეული სადგურის ადგილმდებარეობა უნდა იყოს რაც შეიძლება ახლოს ელექტროენერგიის მიწოდებისა და დამუშავების არეალთან, რათა შემცირდეს გადამცემ აღჭურვილობაში ინვესტიციები და სიმძლავრის დანაკარგები.
(4) სადგურის ადგილმდებარეობის შერჩევისას, მაქსიმალურად უნდა იქნას გამოყენებული არსებული ჰიდრავლიკური ნაგებობები. მაგალითად, წყლის წვეთების გამოყენება შესაძლებელია სარწყავ არხებში ჰიდროელექტროსადგურების ასაშენებლად, ან ჰიდროელექტროსადგურების აშენება შესაძლებელია სარწყავი წყალსაცავების მახლობლად, რათა ელექტროენერგიის გენერირება მოხდეს სარწყავი ნაკადის გამოყენებით და ა.შ. რადგან ამ ჰიდროელექტროსადგურებს შეუძლიათ დაიცვან ელექტროენერგიის გენერირების პრინციპი წყლის არსებობისას, მათი ეკონომიკური მნიშვნელობა უფრო აშკარაა.