Табиғи өзендерде су шөгінділермен араласып, жоғарыдан төмен қарай ағады және көбінесе өзен арнасы мен жағалау беткейлерін шайып кетеді, бұл суда белгілі бір мөлшерде энергия жасырылғанын көрсетеді. Табиғи жағдайда бұл потенциалды энергия шөгінділерді тазалауға, итеруге және үйкеліс кедергісін жеңуге жұмсалады. Егер біз бірнеше ғимараттар салып, су турбинасы арқылы судың тұрақты ағынын қамтамасыз ету үшін қажетті жабдықтарды орнатсақ, су турбинасы үздіксіз айнала алатын жел диірмені сияқты су ағынымен қозғалады және су энергиясы механикалық энергияға айналады. Су турбинасы генераторды бірге айналдыруға мәжбүр еткенде, ол электр энергиясын өндіре алады, ал су энергиясы электр энергиясына айналады. Бұл гидроэлектростанциялар электр энергиясын өндірудің негізгі қағидасы. Су турбиналары мен генераторлары - гидроэлектростанциялар электр энергиясын өндірудің ең негізгі жабдықтары. Сізге гидроэлектростанциялар электр энергиясын өндіру туралы аз біліммен қысқаша таныстыруды ұсынамын.
1. Гидроэнергетика және су ағынының қуаты
Гидроэлектр станциясын жобалау кезінде электр станциясының масштабын анықтау үшін электр станциясының электр энергиясын өндіру қуатын білу қажет. Гидроэлектр энергиясын өндірудің негізгі принциптеріне сәйкес, электр станциясының электр энергиясын өндіру қуаты ток күшімен атқарылатын жұмыс көлемімен анықталатынын байқау қиын емес. Біз судың белгілі бір уақыт аралығында атқара алатын жалпы жұмысын су энергиясы деп атаймыз, ал уақыт бірлігінде (секундта) атқарылатын жұмысты ток қуаты деп атаймыз. Әрине, су ағынының қуаты неғұрлым көп болса, электр станциясының электр энергиясын өндіру қуаты соғұрлым көп болады. Сондықтан электр станциясының электр энергиясын өндіру қуатын білу үшін алдымен су ағынының қуатын есептеуіміз керек. Өзендегі су ағынының қуатын осылай есептеуге болады, өзеннің белгілі бір бөлігіндегі су бетінің төмендеуі H (метр), ал өзеннің көлденең қимасы арқылы өтетін H су көлемі уақыт бірлігінде (секундта) Q (текше метр/секунд) деп есептесек, онда ағын. Қима қуаты судың салмағы мен төмендеудің көбейтіндісіне тең. Әрине, судың төмендеуі неғұрлым жоғары болса, ағын соғұрлым көп болады және су ағынының қуаты соғұрлым жоғары болады.
2. Су электр станцияларының қуаты
Белгілі бір қысым мен ағын кезінде гидроэлектростанция өндіре алатын электр энергиясы гидроэнергия шығысы деп аталады. Әрине, шығыс қуаты турбина арқылы өтетін су ағынының қуатына байланысты. Су энергиясын электр энергиясына айналдыру процесінде су жоғарыдан төмен қарай ағысқа дейінгі жолдағы өзен арналарының немесе ғимараттардың кедергісін жеңуі керек. Су турбиналары, генераторлар және тарату жабдықтары да жұмыс кезінде көптеген кедергілерді жеңуі керек. Кедергіні жеңу үшін жұмыс жасалуы керек, ал су ағынының қуаты тұтынылады, бұл сөзсіз. Сондықтан электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылуы мүмкін су ағынының қуаты формула бойынша алынған мәннен аз, яғни гидроэлектростанцияның қуаты су ағынының қуатын 1-ден аз коэффициентке көбейткенге тең болуы керек. Бұл коэффициент гидроэлектростанцияның тиімділігі деп те аталады.
Гидроэлектр станциясының тиімділігінің меншікті мәні су ғимарат пен су турбинасы, тарату жабдықтары, генератор және т.б. арқылы ағып өткен кезде пайда болатын энергия шығынының мөлшеріне байланысты, шығын неғұрлым көп болса, тиімділік соғұрлым төмен болады. Шағын гидроэлектр станциясында бұл шығындардың қосындысы су ағынының қуатының шамамен 25-40%-ын құрайды. Яғни, 100 киловатт электр энергиясын өндіре алатын су ағыны гидроэлектр станциясына кіреді, ал генератор тек 60-тан 75 киловаттқа дейін электр энергиясын өндіре алады, сондықтан гидроэлектр станциясының тиімділігі 60-75%-ға тең.
Алдыңғы кіріспеден электр станциясының ағын жылдамдығы мен су деңгейінің айырмашылығы тұрақты болған кезде, электр станциясының қуаты тиімділікке байланысты екенін көруге болады. Тәжірибе гидравликалық турбиналардың, генераторлардың және тарату жабдықтарының өнімділігінен басқа, су электр станцияларының тиімділігіне әсер ететін басқа да факторлар, мысалы, ғимарат құрылысы мен жабдықтарды орнату сапасы, пайдалану және басқару сапасы, сондай-ақ су электр станциясының дизайнының дұрыстығы гидроэлектр станциясының тиімділігіне әсер ететін факторлар екенін дәлелдеді. Әрине, бұл әсер ететін факторлардың кейбіреулері біріншілік, ал кейбіреулері екіншілік, ал белгілі бір жағдайларда біріншілік және екіншілік факторлар да бір-біріне айналады.
Дегенмен, қандай фактор болмасын, шешуші фактор - адамдар объект емес, машиналарды адамдар басқарады, ал технологияны ой басқарады. Сондықтан, су электр станцияларын жобалау, салу және жабдықты таңдау кезінде адамның субъективті рөлін толық ойнату және су ағынының энергия шығынын мүмкіндігінше азайту үшін технологиядағы жетістікке ұмтылу қажет. Бұл судың төмендеуі салыстырмалы түрде төмен болатын кейбір су электр станцияларына қатысты. Бұл әсіресе маңызды. Сонымен қатар, электр станцияларының тиімділігін арттыру, су ресурстарын толық пайдалану және шағын су электр станцияларының үлкен рөл атқаруына мүмкіндік беру үшін су электр станцияларын пайдалану мен басқаруды тиімді түрде күшейту қажет.
Жарияланған уақыты: 09.06.2021
