Гидроэнергетика – бұл табиғи өзендердің су энергиясын адамдардың пайдалануы үшін электр энергиясына айналдыру. Электр энергиясын өндіруде күн энергиясы, өзендердегі су энергиясы және ауа ағынынан пайда болатын жел энергиясы сияқты әртүрлі энергия көздері қолданылады. Гидроэнергияны пайдалана отырып, су энергиясын өндіру құны арзан, ал су электр станцияларының құрылысын суды үнемдеудің басқа жобаларымен де біріктіруге болады. Біздің еліміз гидроэнергетикалық ресурстарға өте бай және жағдай да өте жақсы. Гидроэнергетика халық шаруашылығының құрылысында маңызды рөл атқарады.
Өзеннің жоғарғы ағысындағы су деңгейі оның төменгі ағысындағы су деңгейінен жоғары. Өзеннің су деңгейінің айырмашылығына байланысты су энергиясы өндіріледі. Бұл энергия потенциалдық энергия немесе потенциалдық энергия деп аталады. Өзен суының биіктігі арасындағы айырмашылық тамшы деп аталады, су деңгейінің айырмашылығы немесе су басы деп те аталады. Бұл құлдырау гидравликалық қуатты қалыптастырудың негізгі шарты болып табылады. Сонымен қатар, гидравликалық қуаттың шамасы өзендегі су ағынының шамасына да байланысты, бұл тамшы сияқты маңызды тағы бір негізгі шарт. Гидравликалық қуатқа құлдырау да, ағын да тікелей әсер етеді; тамшының су көлемі неғұрлым көп болса, гидравликалық қуат соғұрлым көп болады; судың түсуі мен көлемі салыстырмалы түрде аз болса, су электр станциясының өнімділігі аз болады.
Төмендеу әдетте метрмен көрсетіледі. Градиент – тамшы мен қашықтықтың қатынасы, ол тамшы концентрациясының дәрежесін көрсете алады. Тамшы көбірек шоғырланған, ал гидравликалық қуатты пайдалану ыңғайлы. Су электр станциясы пайдаланатын құлдырау – турбина арқылы өткеннен кейін су электр станциясының жоғарғы ағынындағы су беті мен төменгі ағын су беті арасындағы айырмашылық.
Ағын – уақыт бірлігінде өзенде ағып жатқан су мөлшері және ол бір секундта текше метрмен көрсетіледі. Бір текше метр су бір тоннаны құрайды. Өзеннің ағысы кез келген уақытта өзгереді, сондықтан ағын туралы айтқанда, оның ағып жатқан нақты жерінің уақытын түсіндіру керек. Ағын уақыт өте маңызды өзгереді. Біздің елдегі өзендердің ағыны негізінен жазда және күзде жаңбырлы маусымда үлкен, ал қыста және көктемде салыстырмалы түрде аз болады. Негізінен өзеннің ағысы жоғары ағыста салыстырмалы түрде аз; салалары қосылатындықтан, төменгі ағыс біртіндеп артады. Сондықтан жоғары ағыстың түсуі шоғырланғанымен, ағыны аз; төменгі ағыны үлкен, бірақ тамшы салыстырмалы түрде шашыраңқы. Сондықтан өзеннің орта ағысында гидравликалық қуатты пайдалану көбінесе үнемді болып табылады.
Су электр станциясы пайдаланатын құлдырау мен шығынды біле отырып, оның өнімділігін келесі формула арқылы есептеуге болады:
N= GQH
Формуладағы N–шығыс, киловатт, қуат деп те атауға болады;
Q–шығын, секундына текше метрмен;
H – тамшы, метрмен;
G = 9,8 , - ауырлық күшінің үдеуі, бірлік: Ньютон/кг
Жоғарыда келтірілген формула бойынша теориялық қуат ешбір шығынды алып тастамай есептеледі. Шын мәнінде, гидроэнергияны өндіру процесінде турбиналар, трансмиссиялық жабдықтар, генераторлар және т.б. барлығында сөзсіз қуат жоғалуы болады. Сондықтан теориялық қуатты дисконттау керек, яғни біз пайдалана алатын нақты қуатты тиімділік коэффициентіне көбейту керек (таңба: K).
Су электр станциясындағы генератордың жобаланған қуаты номиналды қуат деп, ал нақты қуат нақты қуат деп аталады. Энергияны өзгерту процесінде энергияның бір бөлігін жоғалту сөзсіз. Гидроэнергияны өндіру процесінде негізінен турбиналар мен генераторлардың ысыраптары болады (құбырларда да ысыраптар бар). Ауылдық шағын су электр станциясындағы әртүрлі ысыраптар жалпы теориялық қуаттың шамамен 40-50% құрайды, сондықтан су электр станциясының өнімі іс жүзінде теориялық қуаттың 50-60% ғана пайдалана алады, яғни ПӘК шамамен 0,5-0,60 (оның ішінде турбинаның ПӘК-і 0,70-0,85, генератордың ПӘК-і 50,0-ға дейін). құбырлар мен беріліс жабдықтарының ПӘК 0,80-ден 0,85-ке дейін). Сондықтан су электр станциясының нақты қуатын (шығынын) келесідей есептеуге болады:
K–су электр станциясының ПӘК, (0,5～0,6) шағын су электр станциясының дөрекі есебінде қолданылады; бұл мәнді келесідей жеңілдетуге болады:
N=(0,5～0,6)QHG Нақты қуат=тиімділік×ағыны×төмен×9,8
Гидроэнергияны пайдалану - бұл су турбинасы деп аталатын машинаны жылжыту үшін су қуатын пайдалану. Мысалы, біздің еліміздегі ежелгі су дөңгелегі өте қарапайым су турбинасы. Қазіргі уақытта қолданылатын әртүрлі гидравликалық турбиналар әртүрлі нақты гидравликалық жағдайларға бейімделген, осылайша олар тиімдірек айнала алады және су энергиясын механикалық энергияға айналдыра алады. Машинаның тағы бір түрі, генератор турбинаға қосылған, сондықтан генератордың роторы турбинамен бірге электр энергиясын өндіру үшін айналады. Генераторды екі бөлікке бөлуге болады: турбинамен бірге айналатын бөлік және генератордың қозғалмайтын бөлігі. Турбинаға қосылған және айналатын бөлік генератордың роторы деп аталады және ротордың айналасында көптеген магниттік полюстер бар; ротордың айналасындағы шеңбер генератордың статоры деп аталатын генератордың қозғалмайтын бөлігі болып табылады және статор көптеген мыс катушкалармен оралған. Ротордың көптеген магниттік полюстері статордың мыс катушкаларының ортасында айналғанда, мыс сымдарда ток пайда болады, ал генератор механикалық энергияны электр энергиясына түрлендіреді.
Электр станциясы өндіретін электр энергиясы механикалық энергияға (электр қозғалтқышы немесе қозғалтқышы), жарық энергиясына (электр шамы), жылу энергиясына (электр пеші) және т.б. әртүрлі электр жабдықтары арқылы айналады.
ол су электр станциясының құрамы
Су электр станциясының құрамына: гидротехникалық құрылыстар, механикалық жабдықтар және электр жабдықтары кіреді.
(1) Гидротехникалық құрылыстар
Оның бөгеттері (бөгеттері), су алу қақпалары, арналары (немесе туннельдері), қысымды алдыңғы резервуарлары (немесе реттеуші резервуарлары), қысымды құбырлары, электр станциялары мен артқы тіректері және т.б.
Өзен суын бөгеп, су қоймасын қалыптастыру үшін су бетін көтеру үшін өзенге бөгет (бөгет) салынады. Осылайша бөгеттегі (бөгеттегі) су қоймасының су беті мен бөгеттен төмен өзеннің су беті арасында шоғырланған тамшы пайда болады, содан кейін су құбырлары немесе туннельдер арқылы су электр станциясына енгізіледі. Салыстырмалы түрде тік өзендерде су бұру арналарын пайдалану тамшыны да құра алады. Мысалы: Жалпы алғанда, табиғи өзеннің бір шақырымына 10 метр құлдырау. Өзеннің осы учаскесінің жоғарғы шетінен өзен суын енгізу үшін арна ашылатын болса, арна өзен бойымен қазылып, арнаның еңісі тегіс болады. Егер арнадағы құлдырау бір километрге жасалса, ол тек 1 метрге төмендеді, осылайша су арнада 5 шақырым ағып, су беті бар болғаны 5 метрге дейін төмендеді, ал су табиғи арнада 5 шақырым жүргеннен кейін 50 метрге төмендеді. Бұл кезде арнадан суды су құбыры немесе туннель арқылы өзен арқылы қайтадан электр станциясына апарады және электр энергиясын өндіруге болатын 45 метрлік шоғырланған тамшы бар. 2-сурет
Концентрленген тамшы бар су электр станциясын қалыптастыру үшін бұру арналарын, туннельдерді немесе су құбырларын (мысалы, пластикалық құбырлар, болат құбырлар, бетон құбырлар және т.б.) пайдалану су электр станцияларының типтік схемасы болып табылатын бұру арналы гидроэлектр станциясы деп аталады.
(2) Механикалық және электр жабдықтары
Жоғарыда аталған гидротехникалық жұмыстардан (арналар, каналдар, аулалар, қысымды құбырлар, шеберханалар) басқа, су электр станциясына келесі жабдықтар қажет:
(1) Механикалық жабдық
Турбиналар, реттегіштер, ысырма клапандары, трансмиссиялық жабдық және генерацияланбайтын жабдықтар бар.
(2) Электр жабдықтары
Генераторлар, таратушы басқару пульттері, трансформаторлар және электр беру желілері бар.
Бірақ шағын су электр станцияларының барлығында жоғарыда аталған гидротехникалық құрылыстар мен механикалық және электр жабдықтары жоқ. Төмен су электр станциясында су басы 6 метрден аз болса, су бағыттаушы арна және ашық арна су арнасы әдетте пайдаланылады, ал қысымды су құбыры және қысымды су құбыры жоқ. Қуат беру диапазоны шағын және беру қашықтығы аз электр станциялары үшін тікелей электр беру қабылданады және трансформатор қажет емес. Су қоймалары бар су электр станцияларына бөгет салудың қажеті жоқ. Терең су тартуларды, бөгеттің ішкі құбырларын (немесе туннельдерді) және су төгетін жерлерді пайдалану бөгеттер, су алу қақпалары, арналар және қысымды бассейндер сияқты гидротехникалық құрылыстардың қажеттілігін жояды.
Су электр стансасын салу үшін ең алдымен мұқият іздестіру және жобалау жұмыстары жүргізілуі керек. Жобалау жұмысында жобалаудың үш кезеңі бар: алдын ала жобалау, техникалық жобалау және құрылысты детальдау. Жобалау жұмыстарын жақсы атқару үшін ең алдымен іздестіру жұмыстарын тиянақты жүргізу керек, яғни жергілікті табиғи-экономикалық жағдайларды – яғни жер бедерін, геологиясын, гидрологиясын, астанасын және т.б. Жобалаудың дұрыстығы мен сенімділігіне осы жағдайларды меңгеріп, талдағаннан кейін ғана кепілдік беруге болады.
Шағын су электр станцияларының құрамдас бөліктері су электр станциясының түріне байланысты әртүрлі формада болады.
3. Топографиялық түсіру
Топографиялық түсіру жұмыстарының сапасы инженерлік сызбаға және инженерлік көлемді бағалауға үлкен әсер етеді.
Геологиялық барлау (геологиялық жағдайларды түсіну) су алабы мен өзен бойындағы геология туралы жалпы түсінік пен зерттеулерден басқа, машина бөлмесінің іргетасының беріктігін де түсіну қажет, бұл электр станциясының өзінің қауіпсіздігіне тікелей әсер етеді. Белгілі бір су қоймасы бар тосқауыл жойылғаннан кейін ол су электр станциясының өзіне ғана зиян келтіріп қоймайды, сонымен қатар ағыстың төменгі жағында адам мен мүлікке орасан шығын әкеледі.
4. Гидрологиялық сынақ
Су электр станциялары үшін ең маңызды гидрологиялық деректер өзен суының деңгейі, ағыны, шөгінділердің құрамы, көктайғақ жағдайлары, метеорологиялық деректер және су тасқынын зерттеу деректері болып табылады. Өзен ағынының мөлшері су электр станциясының су төгетін жерінің схемасына әсер етеді. Су тасқынының ауырлығын жете бағаламау бөгеттің бұзылуына әкеледі; өзенмен тасымалданатын шөгінділер ең нашар жағдайда су қоймасын тез толтыра алады. Мысалы, кіретін арна арнаның лайлануын тудырады, ал ірі түйіршікті шөгінділер турбина арқылы өтіп, турбинаның тозуына әкеледі. Сондықтан су электр станцияларын салуда гидрологиялық мәліметтер жеткілікті болуы керек.
Сондықтан, су электр стансасын салу туралы шешім қабылдамас бұрын, алдымен электрмен жабдықтау аймағындағы экономикалық даму бағыты мен болашақта электр энергиясына деген сұранысты зерделеу керек. Сонымен бірге даму аймағындағы басқа қуат көздерінің жағдайын бағалаңыз. Жоғарыдағы жағдайды зерттеп, сараптап болғаннан кейін ғана су электр стансасын салу қажет пе, оның ауқымы қаншалықты болуы керек деген шешімге келе аламыз.
Жалпы алғанда, гидроэнергетикалық іздестіру жұмыстарының мақсаты су электр станцияларын жобалау және салу үшін қажетті нақты және сенімді негізгі ақпаратты қамтамасыз ету болып табылады.
5. Сайтты таңдаудың жалпы шарттары
Сайтты таңдаудың жалпы шарттарын келесі төрт аспектіден түсіндіруге болады:
(1) Таңдалған учаске су энергиясын барынша үнемді пайдалана алуы және шығындарды үнемдеу принципіне сәйкес болуы керек, яғни электр станциясы салынып біткеннен кейін ең аз ақша жұмсалып, ең көп электр энергиясы өндіріледі. Әдетте оны электр қуатын өндіруден түсетін жылдық кірісті және стансаның құрылысына салынған инвестицияны бағалау арқылы, инвестицияланған капиталды қанша уақытта қайтаруға болатынын көру арқылы өлшеуге болады. Дегенмен, әр жерде гидрологиялық және топографиялық жағдайлар әртүрлі, электр энергиясына деген қажеттіліктер де әртүрлі, сондықтан құрылыс құны мен инвестицияны белгілі бір мәндермен шектемеу керек.
(2) Таңдалған учаскенің топографиялық, геологиялық және гидрологиялық жағдайлары салыстырмалы түрде жоғары болуы керек және жобалау мен құрылыста мүмкіндіктер болуы керек. Шағын су электр станцияларын салуда құрылыс материалдарын пайдалану мүмкіндігінше «жергілікті материалдар» принципіне сәйкес болуы керек.
(3) Таңдалған учаске электрмен жабдықтау және өңдеу аймағына мүмкіндігінше жақын болуы керек, бұл электр тасымалдау жабдығының инвестициясын және қуат жоғалуын азайту үшін.
(4) учаскені таңдау кезінде мүмкіндігінше қолданыстағы гидротехникалық құрылыстарды пайдалану керек. Мысалы, су тамшысын суару арнасында су электр станциясын салуға немесе суару ағынынан электр энергиясын алу үшін суармалы су қоймасының жанынан су электр станциясын салуға болады және т.б. Өйткені бұл су электр станциялары су бар кезде электр қуатын өндіру принципіне жауап бере алады, олардың экономикалық маңызы айқынырақ.
Хабарлама уақыты: 19 мамыр 2022 ж
