Een overzicht van waterkrachtcentrales

Waterkracht is het omzetten van de waterenergie van natuurlijke rivieren in elektriciteit voor menselijk gebruik. Er zijn verschillende energiebronnen die worden gebruikt voor energieopwekking, zoals zonne-energie, waterkracht in rivieren en windenergie die wordt opgewekt door luchtstroming. Waterkrachtopwekking met behulp van waterkracht is goedkoop en de bouw van waterkrachtcentrales kan ook worden gecombineerd met andere waterbeschermingsprojecten. Ons land is zeer rijk aan waterkrachtbronnen en de omstandigheden zijn ook zeer goed. Waterkracht speelt een belangrijke rol in de opbouw van de nationale economie.
De bovenloop van een rivier is hoger dan de benedenloop. Door het verschil in waterpeil in de rivier wordt waterenergie opgewekt. Deze energie wordt potentiële energie genoemd. Het hoogteverschil in de rivier wordt de waterstand genoemd, ook wel het waterstandverschil of de waterkolom genoemd. Deze waterstand is een basisvoorwaarde voor het ontstaan ​​van hydraulisch vermogen. Daarnaast hangt de grootte van het hydraulisch vermogen ook af van de waterstroom in de rivier, een andere basisvoorwaarde die net zo belangrijk is als de waterstand. Zowel de waterstand als de waterstroom hebben direct invloed op het hydraulisch vermogen; hoe groter het watervolume van de waterstand, hoe groter het hydraulisch vermogen; als de waterstand en het watervolume relatief klein zijn, zal de opbrengst van de waterkrachtcentrale kleiner zijn.
De daling wordt over het algemeen uitgedrukt in meters. De helling is de verhouding tussen de daling en de afstand, wat de mate van dalingsconcentratie kan aangeven. De daling is geconcentreerder en het gebruik van hydraulische energie is handiger. De daling die een waterkrachtcentrale gebruikt, is het verschil tussen het wateroppervlak stroomopwaarts van de waterkrachtcentrale en het wateroppervlak stroomafwaarts na de turbine.

Debiet is de hoeveelheid water die per tijdseenheid door een rivier stroomt en wordt uitgedrukt in kubieke meters per seconde. Eén kubieke meter water is één ton. Het debiet van een rivier verandert op elk moment, dus wanneer we het over het debiet hebben, moeten we de tijd van de specifieke plaats waar het stroomt uitleggen. Het debiet verandert zeer aanzienlijk in de tijd. De rivieren in ons land hebben over het algemeen een groot debiet in het regenseizoen in de zomer en herfst, en relatief klein in de winter en de lente. Over het algemeen is het debiet van de rivier stroomopwaarts relatief klein; omdat de zijrivieren samenkomen, neemt het debiet stroomafwaarts geleidelijk toe. Daarom is de stroomsnelheid klein, hoewel de stroomopwaartse daling geconcentreerd is; de stroomafwaartse stroomsnelheid is groot, maar de daling is relatief verspreid. Daarom is het vaak het meest economisch om hydraulische energie te gebruiken in het middengedeelte van de rivier.
Als u de daling en het debiet van een waterkrachtcentrale kent, kunt u de opbrengst ervan berekenen met de volgende formule:
N= GQH
In de formule kan N–output, in kilowatt, ook vermogen worden genoemd;
Q–stroom, in kubieke meter per seconde;
H – val, in meters;
G = 9,8, is de versnelling van de zwaartekracht, eenheid: Newton/kg
Volgens de bovenstaande formule wordt het theoretische vermogen berekend zonder verliezen af ​​te trekken. Bij het opwekken van waterkracht hebben turbines, transmissieapparatuur, generatoren, enz. immers allemaal onvermijdelijke vermogensverliezen. Daarom moet het theoretische vermogen worden verdisconteerd, dat wil zeggen, het werkelijke vermogen dat we kunnen gebruiken moet worden vermenigvuldigd met de rendementscoëfficiënt (symbool: K).
Het ontworpen vermogen van de generator in de waterkrachtcentrale wordt het nominale vermogen genoemd, en het werkelijke vermogen wordt het werkelijke vermogen genoemd. In het proces van energieomzetting is het onvermijdelijk om een ​​deel van de energie te verliezen. In het proces van waterkrachtopwekking zijn er voornamelijk verliezen van turbines en generatoren (er zijn ook verliezen in pijpleidingen). De verschillende verliezen in de landelijke micro-waterkrachtcentrale zijn goed voor ongeveer 40-50% van het totale theoretische vermogen, dus de output van de waterkrachtcentrale kan feitelijk slechts 50-60% van het theoretische vermogen gebruiken, dat wil zeggen dat het rendement ongeveer 0,5-0,60 is (waarvan het turbinerendement 0,70-0,85 is, het rendement van generatoren 0,85 tot 0,90 is en het rendement van pijpleidingen en transmissieapparatuur 0,80 tot 0,85 is). Daarom kan het werkelijke vermogen (output) van de waterkrachtcentrale als volgt worden berekend:
K – het rendement van de waterkrachtcentrale (0,5～0,6) wordt gebruikt in de ruwe berekening van de micro-waterkrachtcentrale; deze waarde kan worden vereenvoudigd tot:
N=(0,5～0,6)QHG Werkelijk vermogen=rendement×stroom×val×9,8
Waterkracht wordt gebruikt om waterkracht te gebruiken om een ​​machine, een zogenaamde waterturbine, aan te drijven. Zo is het oude waterrad in ons land een zeer eenvoudige waterturbine. De verschillende hydraulische turbines die tegenwoordig worden gebruikt, zijn aangepast aan verschillende specifieke hydraulische omstandigheden, zodat ze efficiënter kunnen roteren en waterenergie kunnen omzetten in mechanische energie. Een ander soort machine, een generator, is verbonden met de turbine, zodat de rotor van de generator met de turbine meedraait om elektriciteit op te wekken. De generator kan worden onderverdeeld in twee delen: het deel dat met de turbine meedraait en het vaste deel van de generator. Het deel dat met de turbine is verbonden en roteert, wordt de rotor van de generator genoemd. Rond de rotor bevinden zich vele magnetische polen; een cirkel rond de rotor is het vaste deel van de generator, de stator van de generator. De stator is omwikkeld met vele koperen spoelen. Wanneer vele magnetische polen van de rotor in het midden van de koperen spoelen van de stator draaien, wordt er een stroom opgewekt door de koperdraden en zet de generator mechanische energie om in elektrische energie.
De door de energiecentrale opgewekte elektrische energie wordt door verschillende elektrische apparaten omgezet in mechanische energie (elektromotor of elektromotor), lichtenergie (elektrische lamp), thermische energie (elektrische oven), enzovoort.
de samenstelling van de waterkrachtcentrale
De samenstelling van een waterkrachtcentrale omvat: hydraulische structuren, mechanische uitrusting en elektrische uitrusting.
(1) Hydraulische constructies
Het heeft stuwdammen, inlaatkleppen, kanalen (of tunnels), druktanks (of regeltanks), drukleidingen, elektriciteitscentrales, afvoerkanalen, etc.
Een stuwdam wordt in de rivier gebouwd om het rivierwater tegen te houden en het wateroppervlak te verhogen om een ​​reservoir te vormen. Op deze manier wordt een geconcentreerde daling gevormd tussen het wateroppervlak van het reservoir op de stuwdam en het wateroppervlak van de rivier onder de dam, en vervolgens wordt het water via waterleidingen of tunnels in de waterkrachtcentrale gebracht. In relatief steile rivieren kan het gebruik van omleidingskanalen ook een daling vormen. Bijvoorbeeld: Over het algemeen is de daling per kilometer van een natuurlijke rivier 10 meter. Als aan de bovenzijde van dit deel van de rivier een kanaal wordt geopend om rivierwater aan te voeren, wordt het kanaal langs de rivier gegraven en wordt de helling van het kanaal vlakker. Als de daling in het kanaal per kilometer wordt gemaakt, daalt het slechts 1 meter, zodat het water 5 kilometer in het kanaal stroomt, en het wateroppervlak slechts 5 meter daalt, terwijl het water 50 meter daalt na 5 kilometer in het natuurlijke kanaal te hebben afgelegd. Op dit moment wordt het water uit het kanaal via een waterleiding of tunnel door de rivier teruggeleid naar de elektriciteitscentrale, en is er een geconcentreerde daling van 45 meter die kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Afbeelding 2

Het gebruik van omleidingskanalen, tunnels of waterleidingen (zoals kunststofbuizen, stalen buizen, betonnen buizen, enz.) om een ​​waterkrachtcentrale te vormen met een geconcentreerd verval, wordt een omleidingskanaal-waterkrachtcentrale genoemd. Dit is een typisch ontwerp voor waterkrachtcentrales.
(2) Mechanische en elektrische apparatuur
Naast de bovengenoemde hydraulische werken (stuwen, kanalen, voorterreinen, drukleidingen, werkplaatsen) heeft de waterkrachtcentrale ook de volgende uitrusting nodig:
(1) Mechanische uitrusting
Er zijn turbines, regelaars, afsluiters, transmissieapparatuur en niet-genererende apparatuur.
(2) Elektrische apparatuur
Er zijn generatoren, distributiecontrolepanelen, transformatoren en transmissielijnen.
Maar niet alle kleine waterkrachtcentrales beschikken over de bovengenoemde hydraulische constructies en mechanische en elektrische apparatuur. Als de waterhoogte in de waterkrachtcentrale met lage opvoerhoogte minder dan 6 meter bedraagt, worden over het algemeen het watergeleidingskanaal en het open kanaal gebruikt en is er geen drukvoorpoel en drukwaterleiding. Bij energiecentrales met een klein stroomtoevoerbereik en een korte transmissieafstand wordt directe stroomoverdracht toegepast en is er geen transformator nodig. Waterkrachtcentrales met reservoirs hoeven geen dammen te bouwen. Het gebruik van diepe inlaten, binnenleidingen (of tunnels) en overlaten elimineert de noodzaak van hydraulische constructies zoals stuwen, inlaatkleppen, kanalen en drukvoorpoelen.
Om een ​​waterkrachtcentrale te bouwen, is allereerst zorgvuldig onderzoek en ontwerp nodig. Het ontwerp bestaat uit drie fasen: voorlopig ontwerp, technisch ontwerp en bouwkundige detaillering. Om een ​​goed ontwerp te kunnen maken, is eerst grondig onderzoek nodig, dat wil zeggen een volledig inzicht in de lokale natuurlijke en economische omstandigheden – topografie, geologie, hydrologie, kapitaal, enzovoort. De juistheid en betrouwbaarheid van het ontwerp kunnen pas worden gegarandeerd nadat deze situaties zijn beheerst en geanalyseerd.
De onderdelen van kleine waterkrachtcentrales hebben verschillende vormen, afhankelijk van het type waterkrachtcentrale.
3. Topografisch onderzoek
De kwaliteit van het topografisch opmetingswerk heeft grote invloed op de technische indeling en de inschatting van de technische grootheid.
Geologische exploratie (inzicht in de geologische omstandigheden) is, naast algemeen inzicht in en onderzoek naar de geologie van het stroomgebied en langs de rivier, ook noodzakelijk om te begrijpen of de fundering van de machinekamer solide is, wat direct van invloed is op de veiligheid van de centrale zelf. Zodra de stuwdam met een bepaald reservoirvolume wordt vernietigd, zal dit niet alleen de waterkrachtcentrale zelf beschadigen, maar ook stroomafwaarts enorme verliezen aan mensenlevens en eigendommen veroorzaken.
4. Hydrologische test
De belangrijkste hydrologische gegevens voor waterkrachtcentrales zijn registraties van de rivierwaterstand, stroming, sedimentgehalte, ijsvorming, meteorologische gegevens en gegevens uit overstromingsonderzoek. De grootte van de rivierstroom beïnvloedt de indeling van de overloop van de waterkrachtcentrale. Onderschatting van de ernst van de overstroming leidt tot schade aan de dam; het door de rivier meegevoerde sediment kan in het ergste geval het reservoir snel vullen. Zo zal het instroomkanaal ervoor zorgen dat het kanaal dichtslibt, waardoor het grofkorrelige sediment door de turbine stroomt en slijtage aan de turbine veroorzaakt. Daarom moeten er bij de bouw van waterkrachtcentrales voldoende hydrologische gegevens beschikbaar zijn.
Voordat we besluiten een waterkrachtcentrale te bouwen, moeten we daarom eerst de economische ontwikkeling in het energieleveringsgebied en de toekomstige vraag naar elektriciteit onderzoeken. Tegelijkertijd moeten we de situatie van andere energiebronnen in het ontwikkelingsgebied inschatten. Pas na onderzoek en analyse van de bovenstaande situatie kunnen we beslissen of de waterkrachtcentrale gebouwd moet worden en hoe groot de omvang ervan moet zijn.
Algemeen gesproken is het doel van waterkrachtonderzoek het verschaffen van nauwkeurige en betrouwbare basisinformatie die nodig is voor het ontwerp en de bouw van waterkrachtcentrales.
5. Algemene voorwaarden voor locatiekeuze
De algemene voorwaarden voor de selectie van een locatie kunnen worden verklaard aan de hand van de volgende vier aspecten:
(1) De gekozen locatie moet waterenergie zo economisch mogelijk kunnen benutten en voldoen aan het principe van kostenbesparing. Dit betekent dat na voltooiing van de energiecentrale zo min mogelijk wordt uitgegeven en zoveel mogelijk elektriciteit wordt opgewekt. Dit kan doorgaans worden gemeten door de jaarlijkse opbrengsten uit energieopwekking en de investering in de bouw van de centrale te schatten om te zien in hoeverre het geïnvesteerde kapitaal kan worden terugverdiend. De hydrologische en topografische omstandigheden zijn echter per locatie verschillend, evenals de elektriciteitsbehoefte. De bouwkosten en investeringen mogen daarom niet door bepaalde waarden worden beperkt.
(2) De topografische, geologische en hydrologische omstandigheden van de gekozen locatie moeten relatief goed zijn en er moeten mogelijkheden zijn voor ontwerp en constructie. Bij de bouw van kleine waterkrachtcentrales moet het gebruik van bouwmaterialen zoveel mogelijk in overeenstemming zijn met het principe van 'lokale materialen'.
(3) De gekozen locatie moet zo dicht mogelijk bij de stroomvoorziening en het verwerkingsgebied liggen om de investering in de apparatuur voor stroomoverdracht en het stroomverlies te beperken.
(4) Bij de locatiekeuze moet zoveel mogelijk gebruik worden gemaakt van de bestaande waterbouwkundige constructies. Zo kan de waterdruppel worden gebruikt om een ​​waterkrachtcentrale in een irrigatiekanaal te bouwen, of kan een waterkrachtcentrale naast een irrigatiereservoir worden gebouwd om elektriciteit op te wekken uit de irrigatiestroom, enzovoort. Omdat deze waterkrachtcentrales voldoen aan het principe van elektriciteitsopwekking wanneer er water is, is hun economische belang duidelijker.