जलविद्युत निर्मिती, जलविद्युत उपकरणे आणि जलविद्युत संरचनांचा आढावा

१, जलविद्युत निर्मितीचा आढावा
जलविद्युत निर्मिती म्हणजे नैसर्गिक नद्यांच्या पाण्याच्या ऊर्जेचे लोकांसाठी वापरण्यासाठी विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करणे. वीज केंद्रांद्वारे वापरले जाणारे ऊर्जा स्रोत विविध आहेत, जसे की सौर ऊर्जा, नद्यांची जल ऊर्जा आणि हवेच्या प्रवाहाने निर्माण होणारी पवन ऊर्जा. जलविद्युत वापरून जलविद्युत निर्मितीचा खर्च स्वस्त आहे आणि जलविद्युत केंद्रांचे बांधकाम इतर जलसंधारण उपक्रमांसह देखील एकत्र केले जाऊ शकते. चीन जलसंपत्तीने समृद्ध आहे आणि त्याच्याकडे उत्कृष्ट परिस्थिती आहे. राष्ट्रीय आर्थिक बांधणीत जलविद्युत महत्त्वाची भूमिका बजावते.
नदीची वरच्या प्रवाहातील पाण्याची पातळी तिच्या प्रवाहातील पाण्याच्या पातळीपेक्षा जास्त असते. नदीच्या पाण्याच्या पातळीतील फरकामुळे, पाण्याची ऊर्जा निर्माण होते. या ऊर्जेला स्थितीज ऊर्जा किंवा स्थितीज ऊर्जा म्हणतात. नदीच्या पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या उंचीमधील फरकाला थेंब म्हणतात, ज्याला पाण्याच्या पातळीतील फरक किंवा डोके देखील म्हणतात. हा थेंब जलविद्युत शक्तीसाठी एक मूलभूत अट आहे. याव्यतिरिक्त, जलविद्युत शक्तीचा आकार नदीतील पाण्याच्या प्रवाहाच्या आकारावर देखील अवलंबून असतो, जो थेंबाइतकाच महत्त्वाचा आणखी एक मूलभूत अट आहे. थेंब आणि विसर्जन दोन्ही थेट जलविद्युत शक्तीच्या आकारावर परिणाम करतात; पाण्याचा थेंब जितका जास्त असेल तितकी जलविद्युत शक्ती जास्त असेल; जर थेंब आणि पाण्याचे प्रमाण तुलनेने लहान असेल, तर जलविद्युत केंद्राचे उत्पादन कमी असेल.
थेंब सामान्यतः मीटरमध्ये व्यक्त केला जातो. पाण्याच्या पृष्ठभागाचा ग्रेडियंट म्हणजे थेंब आणि अंतराचे गुणोत्तर, जे थेंबाच्या एकाग्रतेचे प्रमाण दर्शवू शकते. जर थेंब तुलनेने केंद्रित असेल, तर पाण्याच्या उर्जेचा वापर अधिक सोयीस्कर असतो. जलविद्युत केंद्राद्वारे वापरलेला थेंब म्हणजे हायड्रॉलिक टर्बाइनमधून गेल्यानंतर जलविद्युत केंद्राच्या वरच्या पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या आणि खालच्या पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या फरकाचा असतो.
प्रवाह म्हणजे एका युनिट वेळेत नदीतून वाहणाऱ्या पाण्याचे प्रमाण, जे प्रति सेकंद घनमीटरमध्ये व्यक्त केले जाते. एक घनमीटर पाणी एक टन असते. नदीचा प्रवाह कधीही आणि कुठेही बदलतो, म्हणून जेव्हा आपण प्रवाहाबद्दल बोलतो तेव्हा आपण त्या विशिष्ट ठिकाणाचा काळ स्पष्ट केला पाहिजे जिथे तो वाहतो. प्रवाह वेळेनुसार लक्षणीय बदलतो. सर्वसाधारणपणे, चीनमधील नद्यांमध्ये उन्हाळा, शरद ऋतू आणि पावसाळ्यात मोठा प्रवाह असतो, परंतु हिवाळ्यात आणि वसंत ऋतूमध्ये कमी प्रवाह असतो. प्रवाह दर महिन्याला बदलतो आणि पाण्याचे प्रमाण वर्षानुवर्षे बदलते. सामान्य नद्यांचा प्रवाह वरच्या प्रवाहात तुलनेने लहान असतो; उपनद्या एकत्र येत असताना, खाली प्रवाह हळूहळू वाढत जातो. म्हणून, वरच्या प्रवाहातील थेंब केंद्रित असला तरी प्रवाह लहान असतो; खाली प्रवाह मोठा असला तरी थेंब तुलनेने विखुरलेला असतो. म्हणून, नदीच्या मध्यभागी असलेल्या भागात पाण्याची शक्ती वापरणे बहुतेकदा सर्वात किफायतशीर असते.
जलविद्युत केंद्राद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या ड्रॉप आणि फ्लोची माहिती असल्यास, त्याचे उत्पादन खालील सूत्र वापरून मोजता येते:
एन = जीक्यूएच
सूत्रात, N – आउटपुट, एकक: kW, ज्याला पॉवर देखील म्हणतात;
Q — प्रवाह, प्रति सेकंद घनमीटरमध्ये;
एच - मीटरमध्ये ड्रॉप;
G=९.८, गुरुत्वाकर्षणाचा प्रवेग आहे, न्यूटन/किलो मध्ये
सैद्धांतिक शक्ती वरील सूत्रानुसार मोजली जाते आणि कोणताही तोटा वजा केला जात नाही. खरं तर, जलविद्युत निर्मिती प्रक्रियेत, पाण्याच्या टर्बाइन, ट्रान्समिशन उपकरणे, जनरेटर इत्यादींमध्ये अपरिहार्यपणे वीज तोटा होतो. म्हणून, सैद्धांतिक शक्ती कमी केली पाहिजे, म्हणजेच, आपण वापरू शकणारी प्रत्यक्ष शक्ती कार्यक्षमता गुणांकाने (प्रतीक: K) गुणाकार केली पाहिजे.
जलविद्युत केंद्रातील जनरेटरच्या डिझाइन केलेल्या शक्तीला रेटेड पॉवर म्हणतात आणि प्रत्यक्ष शक्तीला प्रत्यक्ष शक्ती म्हणतात. ऊर्जा परिवर्तनाच्या प्रक्रियेत, काही ऊर्जा गमावणे अपरिहार्य आहे. जलविद्युत निर्मिती प्रक्रियेत, प्रामुख्याने हायड्रॉलिक टर्बाइन आणि जनरेटरचे नुकसान होते (पाइपलाइनच्या नुकसानासह). ग्रामीण सूक्ष्म जलविद्युत केंद्रांमध्ये, विविध तोटे एकूण सैद्धांतिक उर्जेच्या ४०~५०% असतात, म्हणून जलविद्युत केंद्रांचे उत्पादन केवळ ५०~६०% सैद्धांतिक उर्जेचा वापर करू शकते, म्हणजेच कार्यक्षमता सुमारे ०.५~०.६० आहे (०.७०~०.८५ ची टर्बाइन कार्यक्षमता, ०.८५~०.९० ची जनरेटर कार्यक्षमता आणि ०.८०~०.८५ ची पाईप आणि ट्रान्समिशन उपकरण कार्यक्षमता यासह). म्हणून, जलविद्युत केंद्राची प्रत्यक्ष शक्ती (आउटपुट) खालीलप्रमाणे मोजता येते:
सूक्ष्म जलविद्युत केंद्राच्या ढोबळ गणनासाठी K – जलविद्युत केंद्राची कार्यक्षमता, (0.5~0.6) स्वीकारली जाते; वरील सूत्र खालीलप्रमाणे सोपे केले जाऊ शकते:
N=(0.5 ~ 0.6) QHG प्रत्यक्ष शक्ती = कार्यक्षमता × प्रवाह × ड्रॉप × नऊ पॉइंट आठ
जलविद्युत वापरण्यासाठी पाण्याचा वापर करणे म्हणजे एक प्रकारची यंत्रसामग्री चालविणे, ज्याला वॉटर टर्बाइन म्हणतात. उदाहरणार्थ, चीनमधील प्राचीन वॉटरव्हील हे एक अतिशय साधे वॉटर टर्बाइन आहे. आता वापरल्या जाणाऱ्या विविध हायड्रॉलिक टर्बाइन विविध विशिष्ट हायड्रॉलिक परिस्थितींशी जुळवून घेतल्या जातात, जेणेकरून ते अधिक प्रभावीपणे फिरू शकतील आणि पाण्याची ऊर्जा यांत्रिक उर्जेमध्ये बदलू शकतील. जनरेटरचे रोटर वॉटर टर्बाइनसह फिरवण्यासाठी दुसरे यंत्र, जनरेटर, वॉटर टर्बाइनशी जोडलेले असते आणि नंतर वीज निर्माण करता येते. जनरेटरचे दोन भाग केले जाऊ शकतात: हायड्रॉलिक टर्बाइनसह फिरणारा भाग आणि जनरेटरचा स्थिर भाग. हायड्रॉलिक टर्बाइनसह फिरणारा भाग जनरेटरचा रोटर म्हणतात आणि रोटरभोवती अनेक चुंबकीय ध्रुव असतात; रोटरभोवती एक वर्तुळ म्हणजे जनरेटरचा स्थिर भाग, ज्याला जनरेटरचा स्टेटर म्हणतात. स्टेटर अनेक तांब्याच्या कॉइलने गुंडाळलेला असतो. जेव्हा रोटरचे अनेक चुंबकीय ध्रुव स्टेटर कॉपर कॉइलच्या मध्यभागी फिरतात तेव्हा तांब्याच्या तारेवर विद्युत प्रवाह निर्माण होईल आणि जनरेटर यांत्रिक उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करेल.
वीज केंद्रातून निर्माण होणारी विद्युत ऊर्जा विविध विद्युत उपकरणांमधून यांत्रिक ऊर्जा (मोटर किंवा मोटार), प्रकाश ऊर्जा (विद्युत दिवा), उष्णता ऊर्जा (विद्युत भट्टी) इत्यादींमध्ये रूपांतरित होते.

२, जलविद्युत केंद्राची रचना
जलविद्युत केंद्रात हायड्रॉलिक संरचना, यांत्रिक उपकरणे आणि विद्युत उपकरणे असतात.
(१) हायड्रॉलिक संरचना
त्यात बंधारा (धरण), इनटेक गेट, चॅनेल (किंवा बोगदा), फोरबे (किंवा रेग्युलेटिंग टँक), पेनस्टॉक, पॉवर हाऊस आणि टेलरेस इत्यादींचा समावेश आहे.
नदी अडविण्यासाठी, पाण्याचा पृष्ठभाग उंचावण्यासाठी आणि जलाशय तयार करण्यासाठी नदीत एक बांध (धरण) बांधा. अशाप्रकारे, बांधावरील जलाशयाच्या पाण्याच्या पृष्ठभागावरून धरणाखालील नदीच्या पाण्याच्या पृष्ठभागावर एक सांद्रित थेंब तयार केला जातो आणि नंतर पाण्याच्या पाईप्स किंवा बोगद्यांद्वारे जलविद्युत केंद्रात पाणी आणले जाते. उंच नदीच्या वाहिनीमध्ये, वळवण्याच्या वाहिन्यांचा वापर देखील थेंब तयार करू शकतो. उदाहरणार्थ, नैसर्गिक नदीचा थेंब प्रति किलोमीटर १० मीटर आहे. जर नदीच्या या भागाच्या वरच्या टोकावर पाणी आणण्यासाठी एक वाहिनी उघडली तर नदीच्या बाजूने वाहिनी खोदली जाईल आणि वाहिनीचा ग्रेडियंट सपाट असेल. जर वाहिनीतील थेंब प्रति किलोमीटर फक्त १ मीटर असेल तर वाहिनीमध्ये पाणी ५ किलोमीटर वाहते आणि पाणी फक्त ५ मीटर खाली पडते, तर नैसर्गिक नदीत ५ किलोमीटर चालल्यानंतर पाणी ५० मीटर खाली पडते. यावेळी, जलवाहिनीतील पाणी नदीद्वारे पाण्याच्या पाईप्स किंवा बोगद्यांच्या मदतीने पॉवर हाऊसमध्ये परत नेले जाते आणि तेथे ४५ मीटर घनतेचा थेंब असतो जो वीज निर्मितीसाठी वापरला जाऊ शकतो.
एकाग्र थेंब तयार करण्यासाठी डायव्हर्शन चॅनेल, बोगदे किंवा पाण्याच्या पाईप्स (जसे की प्लास्टिक पाईप्स, स्टील पाईप्स, काँक्रीट पाईप्स इ.) वापरणाऱ्या जलविद्युत केंद्राला डायव्हर्शन चॅनेल प्रकारचे जलविद्युत केंद्र म्हणतात, जे जलविद्युत केंद्रांचे एक सामान्य लेआउट आहे.
(२) यांत्रिक आणि विद्युत उपकरणे
वरील हायड्रॉलिक कामांव्यतिरिक्त (बंधारा, कालवा, फोरबे, पेनस्टॉक आणि पॉवरहाऊस), जलविद्युत केंद्राला खालील उपकरणांची देखील आवश्यकता आहे:
(१) यांत्रिक उपकरणे
हायड्रॉलिक टर्बाइन, गव्हर्नर, गेट व्हॉल्व्ह, ट्रान्समिशन उपकरणे आणि वीज निर्मिती नसलेली उपकरणे आहेत.
(२) विद्युत उपकरणे
जनरेटर, वितरण नियंत्रण पॅनेल, ट्रान्सफॉर्मर, ट्रान्समिशन लाईन्स इत्यादी आहेत.
तथापि, सर्व लहान जलविद्युत केंद्रांमध्ये वरील हायड्रॉलिक संरचना आणि यांत्रिक आणि विद्युत उपकरणे नसतात. जर ६ मीटरपेक्षा कमी पाण्याचे डोके असलेले लो हेड जलविद्युत केंद्र सामान्यतः डायव्हर्जन चॅनेल आणि ओपन चॅनेल डायव्हर्जन चेंबरचा मार्ग स्वीकारत असेल, तर फोरबे आणि पेनस्टॉक राहणार नाही. लहान वीज पुरवठा श्रेणी आणि कमी ट्रान्समिशन अंतर असलेले पॉवर स्टेशन ट्रान्सफॉर्मरशिवाय थेट ट्रान्समिशनचा अवलंब करतात. जलाशय असलेल्या जलविद्युत केंद्रांना धरणे बांधण्याची आवश्यकता नाही. खोल पाण्याचा इनलेट स्वीकारला जातो आणि धरणाच्या आतील पाईप (किंवा बोगदा) आणि स्पिलवेसाठी वेअर, इनटेक गेट, चॅनेल आणि फोरबे सारख्या हायड्रॉलिक संरचना वापरण्याची आवश्यकता नाही.
जलविद्युत केंद्र बांधण्यासाठी, प्रथम काळजीपूर्वक सर्वेक्षण आणि डिझाइन केले पाहिजे. डिझाइनमध्ये तीन टप्पे असतात: प्राथमिक डिझाइन, तांत्रिक डिझाइन आणि बांधकाम तपशील. डिझाइनमध्ये चांगले काम करण्यासाठी, आपण प्रथम सखोल सर्वेक्षण केले पाहिजे, म्हणजेच स्थानिक नैसर्गिक आणि आर्थिक परिस्थिती - म्हणजेच स्थलाकृति, भूगर्भशास्त्र, जलविज्ञान, भांडवल इत्यादी पूर्णपणे समजून घेतले पाहिजेत. या परिस्थितींमध्ये प्रभुत्व मिळवल्यानंतर आणि त्यांचे विश्लेषण केल्यानंतरच डिझाइनची शुद्धता आणि विश्वासार्हता हमी दिली जाऊ शकते.
वेगवेगळ्या प्रकारच्या जलविद्युत केंद्रांनुसार लहान जलविद्युत केंद्रांचे घटक वेगवेगळे स्वरूपाचे असतात.

३, स्थलाकृतिक सर्वेक्षण
प्रकल्पाच्या मांडणीवर आणि प्रमाणांच्या अंदाजावर स्थलाकृतिक सर्वेक्षणाच्या गुणवत्तेचा मोठा प्रभाव पडतो.
भूगर्भीय अन्वेषणासाठी (भूगर्भीय परिस्थिती समजून घेण्यासाठी) केवळ बेसिन भूगर्भशास्त्र आणि नदीकाठच्या भूगर्भशास्त्राबद्दल सामान्य समज आणि संशोधन आवश्यक नाही, तर मशीन रूमचा पाया मजबूत आहे की नाही हे देखील समजून घेणे आवश्यक आहे, जे थेट पॉवर स्टेशनच्या सुरक्षिततेवर परिणाम करते. एकदा विशिष्ट जलाशयाच्या आकारमानाचा बॅरेज नष्ट झाला की, ते केवळ जलविद्युत केंद्राचेच नुकसान करणार नाही तर डाउनस्ट्रीममध्ये मोठ्या प्रमाणात जीवित आणि मालमत्तेचे नुकसान करेल. म्हणून, फोरबेची भूगर्भीय निवड सामान्यतः प्रथम स्थानावर ठेवली जाते.

४, हायड्रोमेट्री
जलविद्युत केंद्रांसाठी, सर्वात महत्त्वाचा जलविद्युत डेटा म्हणजे नदीच्या पाण्याची पातळी, प्रवाह, गाळाचे प्रमाण, बर्फ, हवामानशास्त्रीय डेटा आणि पूर सर्वेक्षण डेटा. नदीच्या प्रवाहाचा आकार जलविद्युत केंद्राच्या स्पिलवेच्या लेआउटवर परिणाम करतो आणि पुराची तीव्रता कमी लेखली जाते, ज्यामुळे धरणाचा नाश होईल; नदीने वाहून नेलेला गाळ सर्वात वाईट परिस्थितीत जलाशयात लवकर भरू शकतो. उदाहरणार्थ, वाहिनीमध्ये येणाऱ्या प्रवाहामुळे वाहिनीतील गाळ साचेल आणि खडबडीत गाळ हायड्रॉलिक टर्बाइनमधून जाईल आणि हायड्रॉलिक टर्बाइनची झीज होईल. म्हणून, जलविद्युत केंद्रांच्या बांधकामात पुरेसा जलविद्युत डेटा असणे आवश्यक आहे.
म्हणून, जलविद्युत केंद्र बांधण्याचा निर्णय घेण्यापूर्वी, वीजपुरवठा क्षेत्रातील आर्थिक विकासाची दिशा आणि भविष्यातील विजेची मागणी तपासणे आणि अभ्यासणे आवश्यक आहे. त्याच वेळी, विकास क्षेत्रातील इतर वीज स्रोतांच्या परिस्थितीचा अंदाज लावा. वरील परिस्थितींचा अभ्यास आणि विश्लेषण केल्यानंतरच आपण जलविद्युत केंद्र बांधण्याची आवश्यकता आहे की नाही आणि बांधकामाचे प्रमाण किती मोठे असावे हे ठरवू शकतो.
सर्वसाधारणपणे, जलविद्युत सर्वेक्षणाचा उद्देश जलविद्युत केंद्रांच्या डिझाइन आणि बांधकामासाठी आवश्यक असलेला अचूक आणि विश्वासार्ह मूलभूत डेटा प्रदान करणे आहे.

५, निवडलेल्या स्टेशन साइटची सामान्य परिस्थिती
स्टेशन साइट निवडण्यासाठीच्या सामान्य अटींचे वर्णन खालील चार पैलूंमध्ये करता येईल:
(१) निवडलेल्या स्टेशन साइटवर पाण्याच्या ऊर्जेचा सर्वात किफायतशीर वापर करता येईल आणि खर्च बचतीच्या तत्त्वाचे पालन करता येईल, म्हणजेच, पॉवर स्टेशन पूर्ण झाल्यानंतर, किमान खर्च खर्च केला जाईल आणि जास्तीत जास्त वीज निर्माण केली जाईल. साधारणपणे, वीज निर्मिती आणि स्टेशन बांधकामातील गुंतवणुकीतून मिळणारा वार्षिक महसूल अंदाजे मोजून गुंतवलेले भांडवल किती काळ पुनर्प्राप्त करता येईल हे मोजता येते. तथापि, वेगवेगळ्या जलविज्ञान आणि स्थलाकृतिक परिस्थिती आणि विजेच्या वेगवेगळ्या मागण्यांमुळे, खर्च आणि गुंतवणूक काही विशिष्ट मूल्यांद्वारे मर्यादित नसावी.
(२) निवडलेल्या स्टेशन साइटची स्थलाकृतिक, भूगर्भीय आणि जलविद्युत परिस्थिती उत्कृष्ट असावी आणि डिझाइन आणि बांधकामात शक्य असेल. लहान जलविद्युत केंद्रांचे बांधकाम बांधकाम साहित्याच्या बाबतीत शक्य तितके "स्थानिक साहित्य" या तत्त्वाचे पालन करेल.
(३) निवडलेले स्टेशन साइट वीज पुरवठा आणि प्रक्रिया क्षेत्राच्या शक्य तितक्या जवळ असले पाहिजे जेणेकरून ट्रान्समिशन उपकरणांमधील गुंतवणूक आणि वीज तोटा कमी होईल.
(४) स्टेशनची जागा निवडताना, विद्यमान हायड्रॉलिक स्ट्रक्चर्सचा शक्य तितका वापर केला पाहिजे. उदाहरणार्थ, सिंचन वाहिन्यांमध्ये जलविद्युत केंद्रे बांधण्यासाठी पाण्याचा थेंब वापरता येतो, किंवा सिंचन प्रवाहाचा वापर करून वीज निर्मिती करण्यासाठी सिंचन जलाशयांजवळ जलविद्युत केंद्रे बांधता येतात, इत्यादी. कारण ही जलविद्युत केंद्रे पाणी असताना वीज निर्मितीच्या तत्त्वाचे पालन करू शकतात, त्यामुळे त्यांचे आर्थिक महत्त्व अधिक स्पष्ट आहे.