1. Hidroenerģijas ražošanas pārskats
Hidroelektroenerģijas ražošana ir dabisko upju ūdens enerģijas pārveidošana elektroenerģijā, ko cilvēki var izmantot. Elektrostacijas izmanto dažādus enerģijas avotus, piemēram, saules enerģiju, upju ūdens enerģiju un vēja enerģiju, ko ģenerē gaisa plūsma. Hidroelektroenerģijas ražošanas izmaksas, izmantojot hidroenerģiju, ir lētas, un hidroelektrostaciju būvniecību var apvienot arī ar citiem ūdens taupīšanas pasākumiem. Ķīna ir bagāta ar ūdens resursiem un tai ir lieliski apstākļi. Hidroenerģijai ir svarīga loma valsts ekonomikas veidošanā.
Upes augšteces ūdens līmenis ir augstāks nekā lejteces ūdens līmenis. Upes ūdens līmeņa starpības dēļ rodas ūdens enerģija. Šo enerģiju sauc par potenciālo enerģiju. Upes ūdens virsmas augstuma starpību sauc par kritumu, ko sauc arī par ūdens līmeņa starpību vai spiedienu. Šis kritums ir hidrauliskās jaudas pamatnosacījums. Turklāt ūdens jaudas lielums ir atkarīgs arī no ūdens plūsmas lieluma upē, kas ir vēl viens tikpat svarīgs pamatnosacījums kā kritums. Gan kritums, gan caurplūde tieši ietekmē hidrauliskās jaudas lielumu; jo lielāks ūdens kritums, jo lielāka hidrauliskā jauda; ja kritums un ūdens tilpums ir relatīvi mazi, hidroelektrostacijas jauda būs mazāka.
Kritumu parasti izsaka metros. Ūdens virsmas gradients ir krituma un attāluma attiecība, kas var norādīt krituma koncentrācijas pakāpi. Ja kritums ir relatīvi koncentrēts, ūdens enerģijas izmantošana ir ērtāka. Hidroelektrostacijas izmantotais kritums ir starpība starp hidroelektrostacijas augšteces ūdens virsmu un lejteces ūdens virsmu pēc tam, kad tā ir izgājusi cauri hidrauliskajai turbīnai.
Plūsma ir ūdens daudzums, kas plūst caur upi laika vienībā, izteikts kubikmetros sekundē. Viens kubikmetrs ūdens ir viena tonna. Upes plūsma mainās jebkurā laikā un vietā, tāpēc, runājot par plūsmu, mums jāpaskaidro konkrētās vietas laiks, kur tā plūst. Plūsma laika gaitā ievērojami mainās. Kopumā Ķīnas upēm ir liela plūsma vasarā, rudenī un lietus sezonā, bet maza - ziemā un pavasarī. Plūsma mainās katru mēnesi, un ūdens tilpums mainās katru gadu. Vispārējo upju plūsma augštecē ir relatīvi maza; pietekām saplūstot, lejteces plūsma pakāpeniski palielinās. Tāpēc, lai gan kritums augštecē ir koncentrēts, plūsma ir maza; lai gan kritums lejtecē ir liels, kritums ir relatīvi izkliedēts. Tāpēc upes vidustecē bieži vien ir visekonomiskāk izmantot ūdens spēku.
Zinot hidroelektrostacijas izmantoto kritumu un plūsmu, tās jaudu var aprēķināt pēc šādas formulas:
N= GQH
Formulā N – jauda, mērvienība: kW, saukta arī par jaudu;
Q — plūsma, kubikmetros sekundē;
H — kritums metros;
G=9,8, ir brīvās krišanas paātrinājums, izteikts ņūtonos/kg
Teorētiskā jauda tiek aprēķināta saskaņā ar iepriekš minēto formulu, un zudumi netiek atskaitīti. Faktiski hidroenerģijas ražošanas procesā ūdens turbīnām, pārvades iekārtām, ģeneratoriem utt. ir neizbēgami jaudas zudumi. Tāpēc teorētiskā jauda ir jāatmet, tas ir, faktiski izmantojamā jauda ir jāreizina ar efektivitātes koeficientu (simbols: K).
Hidroelektrostacijas ģeneratora projektēto jaudu sauc par nominālo jaudu, un faktisko jaudu sauc par faktisko jaudu. Enerģijas pārveidošanas procesā ir neizbēgami zaudēt zināmu enerģijas daudzumu. Hidroenerģijas ražošanas procesā galvenokārt rodas hidraulisko turbīnu un ģeneratoru zudumi (ieskaitot cauruļvadu zudumus). Lauku mikro hidroelektrostacijās dažādi zudumi veido 40–50% no kopējās teorētiskās jaudas, tāpēc hidroelektrostaciju saražotā jauda var tikt izmantota tikai 50–60% no teorētiskās jaudas, tas ir, efektivitāte ir aptuveni 0,5–0,60 (ieskaitot turbīnas efektivitāti 0,70–0,85, ģeneratora efektivitāti 0,85–0,90 un cauruļvadu un pārvades iekārtu efektivitāti 0,80–0,85). Tāpēc hidroelektrostacijas faktisko jaudu (ražu) var aprēķināt šādi:
K – hidroelektrostacijas efektivitāte (0,5–0,6) tiek izmantota mikrohidroelektrostacijas aptuvenam aprēķinam; Iepriekš minēto formulu var vienkāršot šādi:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG faktiskā jauda=efektivitāte × plūsma × kritums × deviņi, komats astoņi
Hidroenerģijas izmantošana ir ūdens izmantošana, lai darbinātu sava veida mehānismu, ko sauc par ūdens turbīnu. Piemēram, senais ūdensrats Ķīnā ir ļoti vienkārša ūdens turbīna. Mūsdienās izmantotās dažādās hidrauliskās turbīnas ir pielāgotas dažādiem specifiskiem hidrauliskajiem apstākļiem, lai tās varētu efektīvāk griezties un pārvērst ūdens enerģiju mehāniskajā enerģijā. Vēl viena mašīna, ģenerators, ir savienota ar ūdens turbīnu, lai ģeneratora rotors grieztos kopā ar ūdens turbīnu, un tad var ģenerēt elektrību. Ģeneratoru var iedalīt divās daļās: daļā, kas griežas kopā ar hidraulisko turbīnu, un ģeneratora fiksētajā daļā. Daļu, kas griežas kopā ar hidraulisko turbīnu, sauc par ģeneratora rotoru, un ap rotoru ir daudz magnētisko polu; ap rotoru esošais aplis ir ģeneratora fiksētā daļa, ko sauc par ģeneratora statoru. Stators ir aptīts ar daudzām vara spolēm. Kad daudzi rotora magnētiskie poli griežas statora vara spoles vidū, uz vara stieples rodas strāva, un ģenerators pārveido mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā.
Elektrostacijas saražotā elektriskā enerģija no dažādām elektroiekārtām tiek pārveidota mehāniskajā enerģijā (motors vai motors), gaismas enerģijā (elektriskā lampa), siltumenerģijā (elektriskā krāsns) utt.
2. Hidroelektrostacijas sastāvs
Hidroelektrostacija sastāv no hidrotehniskām konstrukcijām, mehāniskām iekārtām un elektroiekārtām.
(1) Hidrauliskās būves
Tas ietver aizsprostu (dambi), ieplūdes vārtus, kanālu (vai tuneli), priekšplūsmu (vai regulēšanas tvertni), spiedtvertni, spēkstaciju un izplūdes cauruli utt.
Uzbūvējiet upē aizsprostu (dambi), lai bloķētu upi, paaugstinātu ūdens virsmu un izveidotu rezervuāru. Tādā veidā no rezervuāra ūdens virsmas uz aizsprosta (dambja) līdz upes ūdens virsmai zem aizsprosta veidojas koncentrēts kritums, un pēc tam ūdens tiek ievadīts hidroelektrostacijā pa ūdensvadiem vai tuneļiem. Stāvā upes gultnē kritumu var veidot arī, izmantojot novirzīšanas kanālus. Piemēram, dabiskas upes kritums ir 10 metri uz kilometru. Ja šī upes posma augšgalā tiek atvērts kanāls ūdens ievadīšanai, kanāls tiek izrakts gar upi, un kanāla slīpums būs līdzens. Ja kritums kanālā ir tikai 1 metrs uz kilometru, ūdens kanālā plūdīs 5 kilometrus, un ūdens kritīs tikai 5 metrus, savukārt pēc 5 kilometru noiešanas dabiskajā upē ūdens kritīs 50 metrus. Šajā laikā kanāla ūdens pa upi pa ūdensvadiem vai tuneļiem tiek novadīts atpakaļ uz spēkstaciju, un tur ir 45 m koncentrēts kritums, ko var izmantot elektroenerģijas ražošanai.
Hidroelektrostaciju, kas koncentrēta krituma veidošanai izmanto novirzīšanas kanālus, tuneļus vai ūdensvadus (piemēram, plastmasas caurules, tērauda caurules, betona caurules utt.), sauc par novirzīšanas kanāla tipa hidroelektrostaciju, kas ir tipisks hidroelektrostaciju izkārtojums.
(2) Mehāniskās un elektriskās iekārtas
Papildus iepriekšminētajiem hidrotehniskajiem darbiem (dambis, kanāls, priekšplāns, piespiešanas ūdensvads un spēkstacija) hidroelektrostacijai ir nepieciešams arī šāds aprīkojums:
(1) Mehāniskās iekārtas
Ir hidrauliskās turbīnas, regulatori, vārtu vārsti, transmisijas iekārtas un iekārtas, kas nav saistītas ar enerģijas ražošanu.
(2) Elektroiekārtas
Ir ģeneratori, sadales vadības paneļi, transformatori, pārvades līnijas utt.
Tomēr ne visām mazajām hidroelektrostacijām ir iepriekš minētās hidrauliskās konstrukcijas un mehāniskais un elektriskais aprīkojums. Ja hidroelektrostacijas ar zemu spiediena līmeni, kas mazāks par 6 metriem, parasti izmanto novirzīšanas kanālu un atvērta kanāla novirzīšanas kameru, tad nebūs priekšplāna un pieplūdes atveres. Elektrostacijām ar nelielu barošanas avotu diapazonu un īsu pārvades attālumu tiek izmantota tieša pārvade bez transformatora. Hidroelektrostacijām ar rezervuāriem nav nepieciešams būvēt dambjus. Tiek izmantota dziļa ūdens ieplūde, un dambja iekšējai caurulei (vai tunelim) un pārplūdes atverei nav jāizmanto tādas hidrauliskās konstrukcijas kā aizsprosts, ieplūdes vārti, kanāls un priekšplāns.
Lai uzbūvētu hidroelektrostaciju, vispirms jāveic rūpīga izpēte un projektēšana. Projektēšanā ir trīs posmi: sākotnējais projekts, tehniskais projekts un būvniecības detaļas. Lai projektēšana būtu kvalitatīva, vispirms jāveic rūpīga izpēte, tas ir, pilnībā jāizprot vietējie dabas un ekonomiskie apstākļi — topogrāfija, ģeoloģija, hidroloģija, kapitāls utt. Projektēšanas pareizību un ticamību var garantēt tikai pēc šo apstākļu apgūšanas un analīzes.
Mazo hidroelektrostaciju komponentiem ir dažādas formas atkarībā no hidroelektrostaciju veida.
3. Topogrāfiskā apsekošana
Topogrāfiskās uzmērīšanas kvalitātei ir liela ietekme uz projekta izkārtojumu un apjomu novērtējumu.
Ģeoloģiskā izpēte (ģeoloģisko apstākļu izpratne) prasa ne tikai vispārēju izpratni un pētījumus par baseina ģeoloģiju un upes krastu ģeoloģiju, bet arī izpratni par mašīntelpas pamatu stabilitāti, kas tieši ietekmē pašas elektrostacijas drošību. Kad aizsprosts ar noteiktu rezervuāra tilpumu tiks iznīcināts, tas ne tikai sabojās pašu hidroelektrostaciju, bet arī radīs milzīgus cilvēku dzīvības un īpašumu zaudējumus lejtecē. Tāpēc priekšteča ģeoloģiskā izvēle parasti tiek uzskatīta par galveno prioritāti.
4. Hidrometrija
Hidroelektrostacijām vissvarīgākie hidroloģiskie dati ir upes ūdens līmeņa, plūsmas, nogulumu koncentrācijas, apledojuma, meteoroloģisko datu un plūdu apsekojuma dati. Upes plūsmas lielums ietekmē hidroelektrostacijas pārplūdes vietas izkārtojumu, un plūdu smagums tiek novērtēts par zemu, kas novedīs pie dambja iznīcināšanas; upes nestie nogulumi sliktākajā gadījumā var ātri piepildīt rezervuāru. Piemēram, ieplūde kanālā izraisīs kanāla aizsērēšanu, un rupji nogulumi izkļūs cauri hidrauliskajai turbīnai un izraisīs hidrauliskās turbīnas nodilumu. Tāpēc hidroelektrostaciju būvniecībai ir jābūt pietiekamiem hidroloģiskajiem datiem.
Tāpēc, pirms pieņemt lēmumu par hidroelektrostacijas būvniecību, ir jāizpēta un jāpēta ekonomiskās attīstības virziens un nākotnes elektroenerģijas pieprasījums energoapgādes zonā. Vienlaikus jānovērtē citu enerģijas avotu situācija attīstības zonā. Tikai pēc iepriekš minēto apstākļu izpētes un analīzes var izlemt, vai hidroelektrostacija ir jābūvē un cik liels ir jābūt būvniecības apjoms.
Kopumā hidroenerģijas apsekojuma mērķis ir sniegt precīzus un ticamus pamatdatus, kas nepieciešami hidroelektrostaciju projektēšanai un būvniecībai.
5. Izvēlētās stacijas vietas vispārējie apstākļi
Stacijas vietas izvēles vispārīgos nosacījumus var raksturot šādos četros aspektos:
(1) Izvēlētajai stacijas vietai jāspēj visekonomiskāk izmantot ūdens enerģiju un jāatbilst izmaksu ietaupījuma principam, tas ir, pēc elektrostacijas pabeigšanas tiks iztērētas minimālas izmaksas un saražota maksimālā jauda. Parasti to var izmērīt, aprēķinot gada ieņēmumus no elektroenerģijas ražošanas un investīcijas stacijas būvniecībā, lai redzētu, cik ilgā laikā var atgūt ieguldīto kapitālu. Tomēr dažādu hidroloģisko un topogrāfisko apstākļu un atšķirīgo enerģijas pieprasījumu dēļ izmaksas un investīcijas nedrīkst ierobežot ar noteiktām vērtībām.
(2) Izvēlētajai stacijas vietai jābūt ar izciliem topogrāfiskajiem, ģeoloģiskajiem un hidroloģiskajiem apstākļiem, un tai jābūt piemērotai projektēšanai un būvniecībai. Mazo hidroelektrostaciju būvniecībai pēc iespējas jāatbilst "vietējo materiālu" principam attiecībā uz būvmateriāliem.
(3) Izvēlētajai stacijas vietai jāatrodas pēc iespējas tuvāk barošanas avota un apstrādes zonai, lai samazinātu ieguldījumus pārraides iekārtās un jaudas zudumus.
(4) Izvēloties stacijas vietu, pēc iespējas jāizmanto esošās hidrotehniskās būves. Piemēram, ūdens pilienus var izmantot hidroelektrostaciju būvniecībai apūdeņošanas kanālos, vai arī hidroelektrostacijas var būvēt apūdeņošanas rezervuāru tuvumā, lai ražotu elektroenerģiju, izmantojot apūdeņošanas plūsmu utt. Tā kā šīs hidroelektrostacijas var atbilst principam par elektroenerģijas ražošanu, kad ir ūdens, to ekonomiskā nozīme ir acīmredzamāka.
Publicēšanas laiks: 2022. gada 25. oktobris
