Natūraliose upėse vanduo teka iš aukštupio į žemupį, susimaišęs su nuosėdomis, ir dažnai nuplauna upės vagą bei krantų šlaitus, o tai rodo, kad vandenyje slypi tam tikras energijos kiekis. Natūraliomis sąlygomis ši potenciali energija sunaudojama nuosėdoms plauti, stumti ir trinties pasipriešinimui įveikti. Jei pastatytume pastatus ir įrengtume reikiamą įrangą, kad vanduo nuolat tekėtų per vandens turbiną, vandens turbina būtų varoma vandens srovės, kaip vėjo malūnas, kuris galėtų nuolat suktis, o vandens energija būtų paversta mechanine energija. Kai vandens turbina varo generatorių suktis kartu, jis gali generuoti elektrą, o vandens energija paverčiama elektros energija. Tai yra pagrindinis hidroelektrinės energijos gamybos principas. Vandens turbinos ir generatoriai yra pati pagrindinė hidroelektrinės energijos gamybos įranga. Leiskite man trumpai supažindinti jus su trupučiu žinių apie hidroelektrinės energijos gamybą.
1. Hidroenergija ir vandens srauto energija
Projektuojant hidroelektrinę, norint nustatyti elektrinės mastą, būtina žinoti elektrinės energijos gamybos pajėgumą. Remiantis pagrindiniais hidroelektrinės energijos gamybos principais, nesunku suprasti, kad elektrinės energijos gamybos pajėgumą lemia srovės atliekamo darbo kiekis. Bendrą darbą, kurį vanduo gali atlikti per tam tikrą laiką, vadiname vandens energija, o darbą, kurį galima atlikti per laiko vienetą (sekundę), vadiname srovės galia. Akivaizdu, kad kuo didesnė vandens srauto galia, tuo didesnis elektrinės energijos gamybos pajėgumas. Todėl norint žinoti elektrinės energijos gamybos pajėgumą, pirmiausia turime apskaičiuoti vandens srauto galią. Upės vandens srauto galią galima apskaičiuoti taip: darant prielaidą, kad vandens paviršiaus kritimas tam tikroje upės atkarpoje yra H (metrais), o vandens tūris, tekantis per upės skerspjūvį per laiko vienetą (sekundes), yra Q (kubiniai metrai/sekundę), tada srauto galia lygi vandens svorio ir kritimo sandaugai. Akivaizdu, kad kuo didesnis vandens kritimas, tuo didesnis srautas ir tuo didesnė vandens tėkmės galia.
2. Hidroelektrinių galia
Esant tam tikram slėgiui ir srautui, hidroelektrinės generuojama elektros energija vadinama hidroenergijos išeiga. Akivaizdu, kad išėjimo galia priklauso nuo vandens srauto per turbiną galios. Vandens energiją paverčiant elektros energija, vanduo turi įveikti upių vagų ar pastatų pasipriešinimą pakeliui iš aukštupio į žemupį. Vandens turbinos, generatoriai ir perdavimo įranga darbo metu taip pat turi įveikti daugybę pasipriešinimų. Norint įveikti pasipriešinimą, reikia atlikti darbą, o vandens srauto energija bus sunaudojama, o tai neišvengiama. Todėl vandens srauto energija, kurią galima panaudoti elektros energijai gaminti, yra mažesnė už vertę, gautą pagal formulę, t. y. hidroelektrinės išeiga turėtų būti lygi vandens srauto galiai, padaugintai iš koeficiento, mažesnio nei 1. Šis koeficientas dar vadinamas hidroelektrinės naudingumo koeficientu.
Hidroelektrinės efektyvumo specifinė vertė yra susijusi su energijos nuostoliais, atsirandančiais vandeniui tekant per pastatą ir vandens turbiną, perdavimo įrangą, generatorių ir kt., kuo didesni nuostoliai, tuo mažesnis efektyvumas. Mažoje hidroelektrinėje šių nuostolių suma sudaro apie 25–40 % vandens srauto galios. Tai reiškia, kad į hidroelektrinę patenka vandens srautas, galintis generuoti 100 kilovatų elektros energijos, o generatorius gali generuoti tik 60–75 kilovatus elektros energijos, todėl hidroelektrinės efektyvumas yra lygus 60–75 %.
Iš ankstesnės įžangos matyti, kad esant pastoviam elektrinės debitui ir vandens lygio skirtumui, elektrinės galia priklauso nuo efektyvumo. Praktika įrodė, kad be hidraulinių turbinų, generatorių ir perdavimo įrangos veikimo, hidroelektrinės efektyvumui įtakos turi ir kiti veiksniai, tokie kaip pastatų konstrukcijos ir įrangos montavimo kokybė, eksploatavimo ir valdymo kokybė, taip pat tai, ar hidroelektrinė yra tinkamai projektuota. Žinoma, kai kurie iš šių įtakos veiksnių yra pirminiai, o kai kurie – antriniai, ir tam tikromis sąlygomis pirminiai ir antriniai veiksniai taip pat transformuojasi vienas į kitą.
Tačiau, kad ir koks būtų veiksnys, lemiamas veiksnys yra tai, kad žmonės nėra objektai, mašinas valdo žmonės, o technologijas valdo mintis. Todėl projektuojant, statant ir parenkant hidroelektrines, būtina visapusiškai atsižvelgti į subjektyvų žmogaus vaidmenį ir siekti technologijų tobulumo, kad kuo labiau sumažėtų vandens srauto energijos nuostoliai. Tai ypač svarbu kai kurioms hidroelektrinėms, kuriose vandens kritimas yra santykinai mažas. Tuo pačiu metu būtina veiksmingai stiprinti hidroelektrinių eksploatavimą ir valdymą, kad būtų pagerintas elektrinių efektyvumas, visapusiškai išnaudoti vandens ištekliai ir sudarytos sąlygos mažoms hidroelektrinėms atlikti didesnį vaidmenį.
Įrašo laikas: 2021 m. birželio 9 d.
