1. Conspectus generationis energiae hydroelectricae
Generatio energiae hydroelectricae est energiam aquae fluminum naturalium in energiam electricam ad usum hominum convertere. Fontes energiae a stationibus electricis adhibiti varii sunt, ut energia solaris, vis aquae fluminum, et vis venti a fluxu aeris generata. Sumptus generationis energiae hydroelectricae utens energia hydroelectrica vilis est, et constructio stationum hydroelectricarum etiam cum aliis inceptis conservationis aquae coniungi potest. Sina dives est opibus aquarum et condiciones optimas habet. Energia hydroelectrica magnum munus in constructione oeconomiae nationalis agit.
Aquae altitudo fluminis superior altior est quam altitudo fluminis inferior. Propter differentiam inter altitudines fluminis, energia aquae generatur. Haec energia energia potentialis vel energia potentialis appellatur. Differentia altitudinis superficiei aquae fluminis "gutta" (guttis), etiam differentia altitudinis vel "haustus" appellatur. Haec gutta condicio fundamentalis est pro potentia hydraulica. Praeterea, magnitudo vis aquae etiam a magnitudine fluxus aquae in flumine pendet, quae alia condicio fundamentalis est, tam gravis quam gutta. Tam gutta quam emissio directe magnitudinem potentiae hydraulicae afficiunt; quo maior casus aquae, eo maior vis hydraulica; si gutta et volumen aquae relative parvi sunt, productio stationis hydroelectricae minor erit.
Gutta plerumque metris exprimitur. Inclinatio superficiei aquae est proportio guttae et distantiae, quae gradum concentrationis guttae indicare potest. Si gutta relative concentrata est, usus vis aquae commodior est. Gutta a statione hydroelectrica adhibita est differentia inter superficiem aquae a monte stationis hydroelectricae et superficiem aquae a valle postquam per turbinam hydraulicam transit.
Fluxus est quantitas aquae per flumen fluentis in unitate temporis, expressa metris cubicis per secundum. Metrum cubicum aquae est una tonna. Fluxus fluminis quovis tempore et ubicumque mutatur, ergo cum de fluxu loquimur, tempus loci specifici ubi fluit explicare debemus. Fluxus significanter mutatur tempore. In genere, flumina in Sinis magnum fluxum habent aestate, autumno et tempore pluviali, sed parvum fluxum hieme et vere. Fluxus variat de mense in diem, et volumen aquae variat de anno in annum. Fluxus fluminum generalium relative parvus est in parte superiore fluminis; cum tributarii convergunt, fluxus inferior fluminis paulatim augetur. Ergo, quamvis guttatio superior concentrata sit, fluxus parvus est; quamvis fluxus inferior fluminis magnus sit, guttatio relative dispersa est. Ergo, saepe oeconomicissimum est vim aquae in mediis fluminis partibus uti.
Cognitis casibus aquae et fluxibus ab statione hydroelectrica adhibitis, eius productio hac formula computari potest:
N= GQH
In formula, N – productio, unitas: kW, etiam potentia appellata;
Q — fluxus, in metris cubicis per secundum;
H — Gutta, metris;
G=9.8, est acceleratio gravitatis, in Newtoniis/kg.
Potentia theoretica secundum formulam supra dictam computatur, nullaque iactura subtrahitur. Re vera, in processu generationis energiae hydroelectricae, turbinae aquaticae, apparatus transmissionis, generatores, et cetera, iacturas potentiae inevitabiles habent. Ergo, potentia theoretica minuenda est, id est, potentia actualis quam uti possumus per coefficientem efficientiae (symbolum: K) multiplicanda est.
Potentia designata generatoris in statione hydroelectrica potentia nominalis appellatur, potentia autem actualis potentia actualis. In processu transformationis energiae, inevitabile est aliquam energiam amittere. In processu generationis hydroelectricae, praecipue iacturae turbinarum hydraulicarum et generatorum fiunt (iacturae fistularum inclusae). In stationibus micro-hydroelectricis ruralibus, varia iactura 40~50% potentiae theoreticae totalis constituunt, ita productio stationum hydroelectricarum tantum 50~60% potentiae theoreticae uti potest, id est, efficientia est circiter 0.5~0.60 (inclusa efficientia turbinae 0.70~0.85, efficientia generatoris 0.85~0.90, et efficientia fistularum et apparatus transmissionis 0.80~0.85). Ergo, potentia actualis (productio) stationis hydroelectricae sic computari potest:
K – efficientia stationis hydroelectricae (0.5~0.6) ad calculum approximatum stationis microelectricae adhibetur; Formula supra sic simplificari potest:
N=(0.5 ～ 0.6) QHG potentia actualis = efficientia × fluxus × decrementum × 9.8
Usus energiae hydroelectricae est aqua ad machinam quandam movendam, quae turbina aquatica appellatur, adhiberi. Exempli gratia, rota aquatica antiqua in Sinis turbina aquatica valde simplex est. Variae turbinae hydraulicae quae nunc adhibentur ad varias condiciones hydraulicas specificas accommodatae sunt, ut efficacius rotare et energiam aquae in energiam mechanicam convertere possint. Alia machina, generator, turbinae aquaticae connectitur ut rotorem generatoris cum turbina aquatica rotet, et deinde electricitas generari possit. Generator in duas partes dividi potest: pars quae una cum turbina hydraulica rotat et pars fixa generatoris. Pars quae una cum turbina hydraulica rotat rotor generatoris appellatur, et multi poli magnetici circa rotorem sunt; circulus circa rotorem pars fixa generatoris est, quae stator generatoris appellatur. Stator multis spiralibus cupreis involutus est. Cum multi poli magnetici rotoris in medio spiralis cupreae statoris rotantur, currentis electricitas in filo cupreo generabitur, et generator energiam mechanicam in energiam electricam convertet.
Energia electrica a statione electrica generata ex variis apparatibus electricis in energiam mechanicam (motorem vel motorem), energiam lucis (lucerna electrica), energiam caloris (fornacem electricam), et cetera transformatur.
2. Compositio stationis hydroelectricae
Statio hydroelectrica constat ex structuris hydraulicis, apparatu mechanico et apparatu electrico.
(1) Structurae hydraulicae
Complectitur aggerem (aggerem), portam inductionis, canalem (vel cuniculum), alveum praeviarium (vel cisternam regulantem), forcipem conductam, domum machinarum et canalem caudalem, etc.
Aggerem in flumine construe ut flumen obstruas, superficiem aquae eleves, et receptaculum aquae formentur. Hoc modo, gutta concentrata a superficie receptaculi aquae in aggere ad superficiem fluminis sub aggere formatur, deinde aqua per tubos vel cuniculos in stationem hydroelectricam inducitur. In alveo fluminis praerupto, usus canalium derivationis etiam guttam formare potest. Exempli gratia, gutta fluminis naturalis decem metra per chiliometrum est. Si alveus in superiore parte huius partis fluminis aperitur ad aquam introducendam, alveus secundum flumen excavabitur, et inclinatio alvei planus erit. Si gutta in alveo tantum unum metrum per chiliometrum est, aqua quinque chiliometra in alveo fluet, et aqua tantum quinque metra cadet, dum aqua quinquaginta metra cadet post quinque chiliometra in flumine naturali ambulata. Hoc tempore, aqua in alveo per flumen tubos vel cuniculos ad stationem electricam reducitur, et gutta concentrata 45 metrorum est quae ad electricitatem generandam adhiberi potest.
Statio hydroelectrica quae canales derivationis, cuniculos, vel tubos aquarios (velut tubos plasticos, ferreos, concretos, etc.) ad guttam concentratam formandam utitur, statio hydroelectrica generis canalis derivationis appellatur, quae est dispositio typica stationum hydroelectricarum.
(2) Apparatus mechanicus et electricus
Praeter opera hydraulica supradicta (cataracta, canalis, alveus praeviarius, fornax conducta et officina electrica), statio hydroelectrica etiam haec instrumenta requirit:
(1) Instrumenta mechanica
Sunt turbinae hydraulicae, regulatores, valvae portae, apparatus transmissionis, et apparatus non generationis energiae.
(2) Apparatus electricus
Sunt generatores, tabulae distributionis et moderationis, transformatores, lineae transmissionis, et cetera.
Attamen non omnes stationes hydroelectricae parvae supradictas structuras hydraulicas et apparatum mechanicum et electricum habent. Si statio hydroelectrica humilis altitudine cum altitudine aquae minore quam sex metra plerumque viam canalis derivationis et camerae derivationis canalis aperti adhibet, nulla erit antenna nec fornax conducta. Statio electrica cum parvo spatio potentiae et brevi spatio transmissionis transmissionem directam sine transformatore adhibet. Stationes hydroelectricae cum receptaculis aquariis non indigent constructione aggerum. Aditus aquae altus adhibetur, et tubus interior (vel cuniculus) et alveus effusorius aggeris non requirunt ut structuras hydraulicas ut cataracta, porta inductionis, canali et antenna adhibeant.
Ad stationem hydroelectricam construendam, primum diligenter perscrutatio et designatio peragendae sunt. Tres gradus designationis in designatione sunt: designatio praeliminaris, designatio technica et singularia constructionis. Ut bene designare possimus, primum perscrutationem diligentem peragendam est, id est, condiciones naturales et oeconomicas locales plene intellegendas — id est, topographiam, geologiam, hydrologiam, capitale, etc. Rectitudo et fides designationis tantum post peritiam harum condicionum et analysin earum garantiri possunt.
Partes parvarum stationum hydroelectricarum varias formas secundum diversa genera stationum hydroelectricarum habent.
3. Inspectio topographica
Qualitas topographicae magnum momentum habet in dispositione operis et aestimatione quantitatum.
Exploratio geologica (intellectus condicionum geologicarum) non solum generalem cognitionem et investigationem geologiae pelvis et geologiae ripariae requirit, sed etiam intellegentiam utrum fundamentum camerae machinarum firmum sit, quod directe salutem ipsius stationis electricae afficit. Postquam agger cum certo volumine receptaculi destruitur, non solum ipsam stationem hydroelectricam laedet, sed etiam ingentes vitae et rerum iacturas in flumine inferiore causabit. Quapropter, selectio geologica sinuum anteriorum plerumque primo loco ponitur.
4, Hydrometria
In stationibus hydroelectricis, notitia hydrologica gravissima sunt acta de gradu aquae fluminis, fluxu, concentratione sedimenti, glacie accumulata, notitia meteorologica et notitia ex inundationibus. Magnitudo fluxus fluminis dispositionem alvei effusorii stationis hydroelectricae afficit, et gravitas inundationis subaestimatur, quod ad destructionem aggeris ducet; Sedimentum a flumine portatum lacum celeriter implere potest in pessimo casu. Exempli gratia, influxus in alveum limo alvei causabit, et sedimentum crassum per turbinam hydraulicam transibit et detritionem turbinis hydraulicae causabit. Ergo, constructio stationum hydroelectricarum notitias hydrologicas sufficientes habere debet.
Ergo, antequam de aedificanda statione hydroelectrica statuatur, necesse est investigare et studere directionem progressionis oeconomicae et futuram electricitatis postulationem in regione ubi energia suppeditatur. Simul, aestimare condicionem aliarum fontium energiae in regione progressionis. Tantum post investigationem et analysin condicionum supradictarum decernere possumus utrum statio hydroelectrica aedificanda sit et quanta magnitudo constructionis esse debeat.
In genere, propositum investigationis hydroelectricae est praebere notitias fundamentales accuratas et fideles necessarias ad designandum et construendum stationes hydroelectricas.
5. Conditiones generales loci stationis selectae.
Conditiones generales ad locum stationis eligendum his quattuor aspectibus describi possunt:
(1) Locus stationis electus usum quam oeconomicissimum energiae aquae facere debet et principio sumptuum conservandorum obtemperare debet, id est, post perfectam stationis electricae, minimum sumptum expendatur et maxima energia generabitur. Generaliter, hoc metiri potest aestimando reditus annuos ex generatione energiae et pecunia in constructionem stationis collocata, ut videatur quamdiu capitale collocatum recuperari possit. Attamen, propter diversas condiciones hydrologicas et topographicas et diversas necessitates energiae, sumptus et pecunia collocata certis valoribus circumscribi non debent.
(2) Locus stationis electus condiciones topographicas, geologicas et hydrologicas praestantiores habere debet, et in designo et constructione possibilis esse debet. Constructio stationum hydroelectricarum parvarum, quantum fieri potest, principio "materiarum localium" congruere debet quod ad materias aedificandas attinet.
(3) Locus stationis electus quam proximus ad aream potentiae et processus esse debet, ut impensa in apparatu transmissionis et iactura potentiae minuantur.
(4) Cum situs stationis eligitur, structurae hydraulicae existentes quam maxime utendae sunt. Exempli gratia, guttae aquae ad stationes hydroelectricas in canalibus irrigationis construendas adhiberi possunt, vel stationes hydroelectricae prope receptacula irrigationis ad electricitatem generandam utendo fluxu irrigationis, et cetera. Quia hae stationes hydroelectricae principio electricitatis generandae cum aqua adest sequi possunt, earum momentum oeconomicum clarius apparet.
Tempus publicationis: Oct-XXV-MMXXII
