1. Hidroenergijos gamybos apžvalga
Hidroelektrinės energijos gamyba – tai natūralių upių vandens energijos pavertimas elektros energija, kurią žmonės gali naudoti. Elektrinėse naudojami energijos šaltiniai yra įvairūs, pavyzdžiui, saulės energija, upių vandens energija ir oro srauto generuojama vėjo energija. Hidroenergijos gamyba naudojant hidroenergiją yra pigi, o hidroelektrinių statyba taip pat gali būti derinama su kitomis vandens taupymo veiklomis. Kinija yra turtinga vandens ištekliais ir turi puikias sąlygas. Hidroenergija vaidina svarbų vaidmenį nacionalinėje ekonomikos statyboje.
Upės vandens lygis aukštupyje yra aukštesnis nei žemupyje. Dėl upės vandens lygio skirtumo susidaro vandens energija. Ši energija vadinama potencialine energija arba potencialine energija. Upės vandens paviršiaus aukščių skirtumas vadinamas kritimu, dar vadinamu vandens lygio skirtumu arba slėgiu. Šis kritimas yra pagrindinė hidraulinės energijos sąlyga. Be to, vandens energijos dydis taip pat priklauso nuo vandens srauto upės dydžio, kuris yra kita tokia pat svarbi pagrindinė sąlyga kaip ir kritimas. Tiek kritimas, tiek debitas tiesiogiai veikia hidraulinės energijos dydį; kuo didesnis vandens kritimas, tuo didesnė hidraulinė galia; jei kritimas ir vandens tūris yra santykinai maži, hidroelektrinės galia bus mažesnė.
Kritimas paprastai išreiškiamas metrais. Vandens paviršiaus gradientas yra kritimo ir atstumo santykis, kuris gali rodyti kritimo koncentracijos laipsnį. Jei kritimas yra santykinai koncentruotas, vandens energijos panaudojimas yra patogesnis. Hidroelektrinės naudojamas kritimas yra skirtumas tarp hidroelektrinės prieš srovę esančio vandens paviršiaus ir pasroviui esančio vandens paviršiaus, pratekėjusio pro hidraulinę turbiną.
Srautas – tai vandens kiekis, tekantis upe per laiko vienetą, išreiškiamas kubiniais metrais per sekundę. Kubinis metras vandens yra viena tona. Upės srautas keičiasi bet kuriuo metu ir bet kur, todėl kalbėdami apie srautą, turime paaiškinti konkrečios vietos, kurioje jis teka, laiką. Srautas laike labai kinta. Apskritai Kinijos upės vasarą, rudenį ir lietinguoju metų laiku turi didelį srautą, tačiau žiemą ir pavasarį – mažą. Srautas kinta kiekvieną mėnesį, o vandens tūris – kiekvienais metais. Įprastų upių srautas aukštupyje yra santykinai mažas; intakams susiliejant, pasroviui palaipsniui didėja. Todėl, nors aukštupio kritimas yra koncentruotas, srautas yra mažas; nors pasroviui srautas yra didelis, kritimas yra santykinai išsklaidytas. Todėl dažnai ekonomiškiausia naudoti vandens energiją upės vidurupyje.
Žinant hidroelektrinės sunaudojamą nuostolį ir srautą, jos našumą galima apskaičiuoti pagal šią formulę:
N = GQH
Formulėje N – galia, matavimo vienetas: kW, dar vadinama galia;
Q – srautas, kubiniais metrais per sekundę;
H — kritimas metrais;
G = 9,8, yra gravitacijos pagreitis, išreikštas niutonais/kg
Teorinė galia apskaičiuojama pagal aukščiau pateiktą formulę, ir nuostoliai neatimami. Iš tiesų, hidroenergijos gamybos procese vandens turbinos, perdavimo įranga, generatoriai ir kt. patiria neišvengiamų galios nuostolių. Todėl teorinę galią reikėtų atmesti, t. y. faktinę galią, kurią galime naudoti, reikėtų padauginti iš efektyvumo koeficiento (simbolis: K).
Hidroelektrinės generatoriaus projektinė galia vadinama nominalia galia, o faktinė galia – faktine galia. Energijos transformacijos procese neišvengiamai prarandama dalis energijos. Hidroenergijos gamybos procese daugiausia nuostoliai patiriami hidraulinėse turbinose ir generatoriuose (įskaitant vamzdynų nuostolius). Kaimo mikro hidroelektrinėse įvairūs nuostoliai sudaro 40–50 % visos teorinės galios, todėl hidroelektrinių našumas gali būti tik 50–60 % teorinės galios, t. y. efektyvumas yra apie 0,5–0,60 (įskaitant turbinos našumą 0,70–0,85, generatoriaus našumą 0,85–0,90 ir vamzdynų bei perdavimo įrangos našumą 0,80–0,85). Todėl faktinę hidroelektrinės galią (našumą) galima apskaičiuoti taip:
K – hidroelektrinės efektyvumas (0,5–0,6) naudojamas apytiksliam mikrohidroelektrinės skaičiavimui; Pateiktą formulę galima supaprastinti taip:
N = (0,5 ～ 0,6) QHG faktinė galia = efektyvumas × srautas × kritimas × devyni, aštuoni
Hidroenergijos panaudojimas – tai vandens naudojimas tam tikrai mašinai, vadinamai vandens turbina, varyti. Pavyzdžiui, senovinis vandens ratas Kinijoje yra labai paprasta vandens turbina. Įvairios dabar naudojamos hidraulinės turbinos yra pritaikytos įvairioms specifinėms hidraulinėms sąlygoms, kad jos galėtų efektyviau suktis ir vandens energiją paversti mechanine energija. Prie vandens turbinos prijungtas kitas mechanizmas, generatorius, kad generatoriaus rotorius suktųsi kartu su vandens turbina, ir tada būtų galima generuoti elektrą. Generatorių galima suskirstyti į dvi dalis: dalį, kuri sukasi kartu su hidrauline turbina, ir fiksuotą generatoriaus dalį. Dalis, kuri sukasi kartu su hidrauline turbina, vadinama generatoriaus rotoriumi, o aplink rotorių yra daug magnetinių polių; apskritimas aplink rotorių yra fiksuota generatoriaus dalis, vadinama generatoriaus statoriumi. Statorius apvyniotas daugybe varinių ričių. Kai daug rotoriaus magnetinių polių sukasi statoriaus varinės ritės viduryje, varinėje vieloje generuojama srovė, o generatorius mechaninę energiją paverčia elektros energija.
Elektros stoties gaminama elektros energija iš įvairių elektros įrenginių transformuojama į mechaninę energiją (variklis arba variklis), šviesos energiją (elektros lempa), šilumos energiją (elektrinė krosnis) ir kt.
2. Hidroelektrinės sudėtis
Hidroelektrinę sudaro hidraulinės konstrukcijos, mechaninė įranga ir elektros įranga.
(1) Hidraulinės konstrukcijos
Tai apima užtvanką, įleidimo vartus, kanalą (arba tunelį), prieangį (arba reguliavimo baką), vandens nuleidimo angą, elektrinę ir nuotekų kanalą ir kt.
Pastatykite upėje užtvanką (užtvanką), kad užblokuotumėte upę, pakeltumėte vandens paviršių ir suformuotumėte rezervuarą. Tokiu būdu nuo rezervuaro vandens paviršiaus ant užtvankos (užtvankos) iki upės vandens paviršiaus po užtvanka susidaro koncentruotas lašas, o tada vanduo į hidroelektrinę įleidžiamas vandens vamzdžiais arba tuneliais. Statioje upės vagoje naudojant nukreipiamuosius kanalus taip pat galima suformuoti lašą. Pavyzdžiui, natūralios upės kritimas yra 10 metrų kilometrui. Jei šios upės atkarpos viršutiniame gale atidaromas kanalas vandeniui įleisti, kanalas bus iškastas palei upę, o vagos nuolydis bus plokščias. Jei vagos kritimas yra tik 1 metras kilometrui, vanduo vaga tekės 5 kilometrus ir kris tik 5 metrus, o natūralioje upėje nuėjus 5 kilometrus vanduo kris 50 metrų. Šiuo metu kanalo vanduo upe vandens vamzdžiais arba tuneliais grąžinamas į elektrinę, o ten yra 45 m koncentruotas kritimas, kurį galima panaudoti elektros energijai gaminti.
Hidroelektrinė, kurioje koncentruotam lašui suformuoti naudojami nukreipimo kanalai, tuneliai arba vandens vamzdžiai (pvz., plastikiniai vamzdžiai, plieniniai vamzdžiai, betoniniai vamzdžiai ir kt.), vadinama nukreipimo kanalo tipo hidroelektrine, kuri yra tipiškas hidroelektrinių išdėstymas.
(2) Mechaninė ir elektrinė įranga
Be minėtų hidraulinių darbų (užtvankos, kanalo, prieškaulių, vandens nutekėjimo sistemos ir elektrinės), hidroelektrinei taip pat reikalinga ši įranga:
(1) Mechaninė įranga
Yra hidraulinės turbinos, reguliatoriai, sklendės, perdavimo įranga ir ne elektros energijos gamybos įranga.
(2) Elektros įranga
Yra generatoriai, skirstomieji valdymo skydai, transformatoriai, perdavimo linijos ir kt.
Tačiau ne visos mažosios hidroelektrinės turi minėtas hidraulines konstrukcijas ir mechaninę bei elektrinę įrangą. Jei žemo slėgio hidroelektrinė, kurios vandens slėgis mažesnis nei 6 metrai, paprastai naudoja nukreipimo kanalą ir atviro kanalo nukreipimo kamerą, prieškambario ir vandens nutekėjimo kanalo nebus. Elektrinės, kurių maitinimo diapazonas mažas ir perdavimo atstumas trumpas, naudoja tiesioginį perdavimą be transformatoriaus. Hidroelektrinėms su rezervuarais nereikia statyti užtvankų. Naudojamas gilus vandens įtekėjimas, o užtvankos vidiniam vamzdžiui (arba tuneliui) ir išpylimo angai nereikia naudoti hidraulinių konstrukcijų, tokių kaip užtvankos, įleidimo vartai, kanalai ir prieškambario.
Norint pastatyti hidroelektrinę, pirmiausia reikia atlikti kruopštų tyrimą ir projektavimą. Projektavimas susideda iš trijų etapų: preliminaraus projektavimo, techninio projektavimo ir statybos detalių. Norint gerai atlikti projektavimo darbą, pirmiausia turime atlikti išsamius tyrimus, t. y. visapusiškai suprasti vietos gamtines ir ekonomines sąlygas – topografiją, geologiją, hidrologiją, kapitalą ir kt. Projekto teisingumą ir patikimumą galima užtikrinti tik įsisavinus šias sąlygas ir jas išanalizavus.
Mažųjų hidroelektrinių komponentai yra įvairių formų, priklausomai nuo hidroelektrinių tipo.
3. Topografinis tyrimas
Topografinių tyrimų kokybė daro didelę įtaką projekto išdėstymui ir kiekių įvertinimui.
Geologiniai tyrimai (geologinių sąlygų supratimas) reikalauja ne tik bendrų baseino geologijos ir upės pakrantės geologijos žinių ir tyrimų, bet ir supratimo, ar mašinų skyriaus pamatai yra tvirti, o tai tiesiogiai veikia pačios elektrinės saugą. Sunaikinus tam tikro rezervuaro tūrio užtvanką, bus pažeista ne tik pati hidroelektrinė, bet ir padaryti dideli žmonių gyvybių bei turto nuostoliai pasroviui. Todėl paprastai pirmiausia atsižvelgiama į geologinį prieškameros pasirinkimą.
4. Hidrometrija
Hidroelektrinėms svarbiausi hidrologiniai duomenys yra upės vandens lygio, debito, nuosėdų koncentracijos, apledėjimo, meteorologiniai ir potvynių tyrimų duomenys. Upės debito dydis turi įtakos hidroelektrinės išsiliejimo kanalo išdėstymui, o potvynio stiprumas yra nepakankamai įvertinamas, o tai gali sunaikinti užtvanką; blogiausiu atveju upės nešamos nuosėdos gali greitai užpildyti rezervuarą. Pavyzdžiui, į kanalą įtekėjęs vanduo sukels kanalo dumblėjimą, o stambios nuosėdos pateks pro hidraulinę turbiną ir sukels hidraulinės turbinos susidėvėjimą. Todėl statant hidroelektrines būtina turėti pakankamai hidrologinių duomenų.
Todėl prieš nusprendžiant statyti hidroelektrinę, būtina ištirti ir išstudijuoti ekonomikos plėtros kryptį ir būsimą elektros energijos poreikį elektros energijos tiekimo zonoje. Tuo pačiu metu įvertinti kitų energijos šaltinių situaciją plėtros zonoje. Tik išstudijavę ir išanalizavę minėtas sąlygas, galime nuspręsti, ar reikia statyti hidroelektrinę ir kokio masto turėtų būti statybos.
Apskritai hidroenergijos tyrimų tikslas yra pateikti tikslius ir patikimus pagrindinius duomenis, reikalingus hidroelektrinių projektavimui ir statybai.
5. Bendrosios pasirinktos stoties vietos sąlygos
Bendrąsias stoties vietos parinkimo sąlygas galima apibūdinti šiais keturiais aspektais:
(1) Pasirinkta elektrinės vieta turi būti ekonomiškiausia vandens energijos panaudojimo požiūriu ir atitikti sąnaudų taupymo principą, t. y., pastačius elektrinę, bus išleidžiamos minimalios išlaidos ir pagaminama maksimali energija. Paprastai tai galima išmatuoti įvertinant metines pajamas iš elektros energijos gamybos ir investicijas į elektrinės statybą, siekiant pamatyti, per kiek laiko investuotas kapitalas gali būti atgautos. Tačiau dėl skirtingų hidrologinių ir topografinių sąlygų bei skirtingų energijos poreikių sąnaudos ir investicijos neturėtų būti ribojamos tam tikromis vertėmis.
(2) Pasirinkta elektrinės vieta turėtų pasižymėti puikiomis topografinėmis, geologinėmis ir hidrologinėmis sąlygomis, ją turėtų būti įmanoma suprojektuoti ir statyti. Mažųjų hidroelektrinių statyba kiek įmanoma turi atitikti „vietinių medžiagų“ principą, kalbant apie statybines medžiagas.
(3) Pasirinkta stoties vieta turi būti kuo arčiau elektros energijos tiekimo ir apdorojimo zonos, kad būtų sumažintos investicijos į perdavimo įrangą ir energijos nuostoliai.
(4) Renkantis stoties vietą, kiek įmanoma reikėtų panaudoti esamas hidraulines konstrukcijas. Pavyzdžiui, vandens lašelinė sistema gali būti naudojama hidroelektrinėms statyti drėkinimo kanaluose arba hidroelektrinės gali būti statomos šalia drėkinimo rezervuarų, kad būtų gaminama elektra naudojant drėkinimo srautą ir pan. Kadangi šios hidroelektrinės gali atitikti principą gaminti elektrą esant vandeniui, jų ekonominė reikšmė yra akivaizdesnė.
Įrašo laikas: 2022 m. spalio 25 d.
