Energia hydroelectrica est energiam aquae fluminum naturalium in electricitatem convertenda ad usum hominum. Variae fontes energiae ad productionem energiae adhibentur, ut energia solaris, energia aquae in fluminibus, et energia venti a fluxu aeris generata. Sumptus productionis energiae hydroelectricae utens energia hydroelectrica vilis est, et constructio stationum hydroelectricarum etiam cum aliis inceptis conservationis aquae coniungi potest. Patria nostra dives est opibus hydroelectricis et condiciones etiam optimae sunt. Energia hydroelectrica magnum momentum agit in constructione oeconomiae nationalis.
Aquae altitudo fluminis superior altior est quam altitudo fluminis inferioris. Propter differentiam in altitudine aquae fluminis, energia aquae generatur. Haec energia energia potentialis vel energia potentialis appellatur. Differentia inter altitudinis aquae fluminis "gutta" (gut) appellatur, etiam differentia altitudinis aquae vel columna aquae. Haec gutta est condicio fundamentalis ad formationem vis hydraulicae. Praeterea, magnitudo vis hydraulicae etiam a magnitudine fluxus aquae in flumine pendet, quae est alia condicio fundamentalis tam magni momenti quam gutta. Tam gutta quam fluxus directe vim hydraulicam afficiunt; quo maior volumen aquae guttae, eo maior vis hydraulica; si gutta et volumen aquae relative parvi sunt, productio stationis hydroelectricae minor erit.
Gutta aquae plerumque metris exprimitur. Gradus est proportio guttae ad distantiam, quae gradum concentrationis guttae indicare potest. Gutta magis concentrata est, et usus vis hydraulicae commodior est. Gutta ab statione hydroelectrica adhibita est differentia inter superficiem aquae a monte stationis hydroelectricae et superficiem aquae a valle post transitum per turbinam.
Fluxus est quantitas aquae in flumine fluentis per unitatem temporis, et exprimitur metris cubicis in uno secundo. Unus metrum cubicum aquae est una tonna. Fluxus fluminis quovis tempore mutatur, ergo cum de fluxu loquimur, tempus loci specifici ubi fluit explicare debemus. Fluxus tempore significanter mutatur. Flumina in patria nostra plerumque magnum fluxum habent tempore pluviosum aestate et autumno, et relative parvum hieme et vere. Generaliter, fluxus fluminis relative parvus est in parte superiore; quia tributarii coalescunt, fluxus inferior paulatim augetur. Ergo, quamvis guttatio superior concentrata sit, fluxus parvus est; fluxus inferior magnus est, sed guttatio relative dispersa est. Ergo, saepe maxime oeconomicum est vim hydraulicam in mediis fluminis partibus adhibere.
Cognito gutta et fluxu a statione hydroelectrica adhibito, eius productio hac formula computari potest:
N= GQH
In formula, N–productio, in chiliowattis, etiam potentia appellari potest;
Q–fluxus, in metris cubicis per secundum;
H – gutta, metris;
G = 9.8, est acceleratio gravitatis, unitas: Newton/kg
Secundum formulam supra scriptam, potentia theoretica computatur sine ullis iacturis deductis. Re vera, in processu generationis energiae hydroelectricae, turbinae, apparatus transmissionis, generatores, et cetera, omnes inevitabiles iacturas potentiae habent. Ergo, potentia theoretica minuenda est, id est, potentia actualis quam uti possumus multiplicanda est per coefficientem efficientiae (symbolum: K).
Potentia designata generatoris in statione hydroelectrica "potentia nominalis" appellatur, potentia autem actualis "potentia actualis". In processu transformationis energiae, inevitabile est partem energiae amittere. In processu generationis hydroelectricae, praecipue damna turbinarum et generatorum fiunt (etiam damna in canalibus). Varia damna in statione micro-hydroelectrica rustica circiter 40-50% potentiae theoreticae totalis constituunt, ita productio stationis hydroelectricae re vera tantum 50-60% potentiae theoreticae uti potest, id est, efficientia est circiter 0.5-0.60 (cuius efficientia turbinarum est 0.70-0.85, efficientia generatorum est 0.85 ad 0.90, et efficientia canalum et instrumentorum transmissionis est 0.80 ad 0.85). Ergo, potentia actualis (productio) stationis hydroelectricae sic computari potest:
K – efficientia stationis hydroelectricae (0.5～0.6) in calculo approximato stationis micro-hydroelectricae adhibetur; hic valor sic simplificari potest:
N=(0.5～0.6)QHG Potentia actualis=efficientia×fluxus×gutta×9.8
Usus energiae hydroelectricae est vi aquae ad machinam propellendam, quae turbina aquatica appellatur, adhibere. Exempli gratia, antiqua rota aquatica in patria nostra turbina aquatica valde simplex est. Variae turbinae hydraulicae quae hodie adhibentur ad varias condiciones hydraulicas specificas accommodatae sunt, ut efficacius rotare et energiam aquae in energiam mechanicam convertere possint. Aliud genus machinae, generator, turbinae connectitur, ita ut rotor generatoris cum turbina rotetur ad electricitatem generandam. Generator in duas partes dividi potest: pars quae cum turbina rotatur et pars fixa generatoris. Pars quae turbinae connectitur et rotatur rotor generatoris appellatur, et multi poli magnetici circa rotorem sunt; circulus circa rotorem pars fixa generatoris est, stator generatoris appellatur, et stator multis spiralibus cupreis involutus est. Cum multi poli magnetici rotoris in medio spiralium cuprearum statoris rotantur, currentis fluxus in filis cupreis generatur, et generator energiam mechanicam in energiam electricam convertit.
Energia electrica a statione electrica generata in energiam mechanicam (motor electricus vel machina electrica), energiam lucis (lucerna electrica), energiam thermalem (fornax electrica) et cetera per varia instrumenta electrica transformatur.
Compositio stationis hydroelectricae
Compositio stationis hydroelectricae haec complectitur: structuras hydraulicas, apparatum mechanicum, et apparatum electricum.
(1) Structurae hydraulicae
Habet aggeres (moles), portas inductionis, canales (vel cuniculos), cisternas pressionis (vel cisternas regulantes), tubos pressionis, centrales electricas et canales caudales, etc.
Cataracta (moles) in flumine construitur ut aquam fluminis obstruat et superficiem aquae elevet ad formandum receptaculum. Hoc modo, gutta concentrata formatur inter superficiem aquae receptaculi in cataracta (mole) et superficiem aquae fluminis infra aggerem, deinde aqua in stationem hydroelectricam introducitur per usum tuborum aquariorum vel cuniculorum. In fluminibus relative praeruptis, usus canalium derivationis etiam gutta formari potest. Exempli gratia: Generaliter, gutta per chiliometrum fluminis naturalis est decem metra. Si canalis aperitur in superiore parte huius sectionis fluminis ad aquam fluminis introducendam, canalis excavabitur secundum flumen, et declivitas canalis planior erit. Si gutta in canali per chiliometrum fit, tantum unum metrum descendit, ita ut aqua quinque chiliometra in canali flueret, et superficies aquae tantum quinque metra descenderet, cum aqua quinquaginta metra descenderet postquam quinque chiliometra in canali naturali peragraverat. Hoc tempore, aqua ex alveo per flumen fistula aquaria vel cuniculum ad stationem electricam reducitur, et ibi praecipitatio concentrata 45 metrorum est quae ad electricitatem generandam adhiberi potest. Figura 2
Usus canalium derivationis, cuniculorum vel tuborum aquariorum (velut tuborum plasticorum, tuborum ferreorum, tuborum concretorum, etc.) ad stationem hydroelectricam cum gutta concentrata formandam appellatur statio hydroelectrica canalis derivationis, quae est dispositio typica stationum hydroelectricarum.
(2) Instrumenta mechanica et electrica
Praeter opera hydraulica supra memorata (cataractae, canales, atria, tubos pressorios, officinas), statio hydroelectrica etiam haec instrumenta requirit:
(1) Instrumenta mechanica
Sunt turbinae, regulatores, valvae portae, apparatus transmissionis et apparatus non generantes.
(2) Apparatus electricus
Sunt generatores, tabulae distributionis et moderationis, transformatores et lineae transmissionis.
Sed non omnes stationes hydroelectricae parvae structuras hydraulicas supra memoratas necnon apparatum mechanicum et electricum habent. Si columna aquae minor quam sex metra est in statione hydroelectrica humilis columnae, canalis aquae ductus et canalis aquae apertus plerumque adhibentur, et nulla piscina pressionis nec tubus aquae pressionis adsunt. Pro stationibus electricis cum parvo spatio potentiae subministrandae et brevi spatio transmissionis, transmissio directa potentiae adhibetur et nullus transformator requiritur. Stationes hydroelectricae cum receptaculis non indigent aggeres construere. Usus profundarum adductionum, tuborum interiorum aggeris (vel cuniculorum) et effusorium necessitatem structurarum hydraulicarum, ut cataractarum, portarum adductionis, canalium et piscinarum pressionis, eliminat.
Ad stationem hydroelectricam construendam, primum omnium, diligens opus perlustrationis et designationis peragendum est. In opere designationis, tres gradus designationis sunt: designatio praeliminaris, designatio technica et delineatio constructionis. Ut bene in opere designationis opere perficiatur, primum necesse est opus perlustrationis diligenter peragere, id est, condiciones naturales et oeconomicas locales plene intellegere – ut topographiam, geologiam, hydrologiam, capitale et cetera. Rectitudo et fides designationis tantum post harum rerum peritiam et analysin garantiri possunt.
Partes parvarum stationum hydroelectricarum varias formas habent secundum genus stationis hydroelectricae.
3. Inspectio Topographica
Qualitas operis topographici magnum momentum habet in delineationem ingeniariam et aestimationem quantitatis ingeniariae.
Exploratio geologica (intellectus condicionum geologicarum) praeter generalem cognitionem et investigationem geologiae regionis aquariae et secundum flumen, necesse est etiam intellegere utrum fundamentum camerae machinarum firmum sit, quod directe salutem ipsius stationis electricae afficit. Postquam agger cum certo volumine receptaculi destructus est, non solum ipsam stationem hydroelectricam laedet, sed etiam ingentem iacturam vitae et rerum in flumine inferet.
4. Examen hydrologicum
In stationibus hydroelectricis, notitia hydrologica gravissima sunt acta de gradu aquae fluminis, fluxu, quantitate sedimenti, condicionibus glaciei, notitia meteorologica et notitia ex investigatione inundationum. Magnitudo fluxus fluminis dispositionem alvei effusorii stationis hydroelectricae afficit. Si gravitas inundationis subaestimatur, damnum aggeri causabitur; sedimentum a flumine portatum, in pessimo casu, cito lacum implere potest. Exempli gratia, canalis influens canalem limo implebit, et sedimentum crassum per turbinam transibit et turbinam detrituram causabit. Ergo, constructio stationum hydroelectricarum notitias hydrologicas sufficientes habere debet.
Ergo, antequam stationem hydroelectricam aedificare decernamus, primum investigandum est directionem progressionis oeconomicae in regione energiae suppeditandae et futuram electricitatis postulationem. Simul, condicionem aliarum fontium energiae in regione evolutionis aestimare. Tantum post investigationem et analysin condicionis supradictae decernere possumus utrum statio hydroelectrica aedificanda sit et quanta magnitudo eius esse debeat.
In genere, propositum operis percontationis hydroelectricae est praebere informationes fundamentales accuratas et fideles necessarias ad designandum et construendum stationes hydroelectricas.
5. Conditiones generales ad locum eligendum
Conditiones generales ad locum eligendum ex quattuor his aspectibus explicari possunt:
(1) Locus electus energiam aquae quam oeconomicissime uti et principio sumptuum conservandorum observare debet, id est, postquam statio electrica perfecta est, minima pecunia expenditur et maxima electricitas generatur. Hoc plerumque metiri potest aestimando reditum annuum ex productione energiae et pecuniam in constructionem stationis collocatam, ut videatur quantum temporis capitale collocatum recuperari possit. Attamen condiciones hydrologicae et topographicae in diversis locis differunt, et necessitates electricitatis etiam differunt, ergo sumptus constructionis et pecunia collocata certis valoribus circumscribi non debent.
(2) Condiciones topographicae, geologicae et hydrologicae loci electi relative superiores esse debent, et possibilitates in designo et constructione praesto esse debent. In constructione stationum hydroelectricarum parvarum, usus materiarum aedificatoriarum secundum principium "materiarum localium" quantum fieri potest fieri debet.
(3) Locus electus prope fontem energiae et aream processus quam maxime esse debet, ut impensa in apparatu transmissionis energiae et iactura energiae minuantur.
(4) Cum locus eligitur, structurae hydraulicae existentes quam maxime adhibendae sunt. Exempli gratia, gutta aquae ad stationem hydroelectricam in alveo irrigationis construendam adhiberi potest, vel statio hydroelectrica iuxta receptaculum irrigationis construi potest ad electricitatem ex fluxu irrigationis generandam, et cetera. Quia hae stationes hydroelectricae principio electricitatis generandae cum aqua adest satisfacere possunt, earum momentum oeconomicum clarius apparet.
Tempus publicationis: XIX Maii, MMXXII
