1. Overzicht van waterkrachtopwekking
Waterkrachtcentrales zetten de waterenergie van natuurlijke rivieren om in elektrische energie voor menselijk gebruik. De energiebronnen die door elektriciteitscentrales worden gebruikt, zijn divers, zoals zonne-energie, waterkracht uit rivieren en windenergie die wordt opgewekt door luchtstroming. De kosten voor waterkrachtcentrales zijn laag en de bouw ervan kan ook worden gecombineerd met andere waterbesparende maatregelen. China is rijk aan waterbronnen en heeft uitstekende omstandigheden. Waterkracht speelt een belangrijke rol in de nationale economische ontwikkeling.
De bovenloop van een rivier is hoger dan de benedenloop. Door het verschil in waterpeil wordt waterenergie opgewekt. Deze energie wordt potentiële energie genoemd. Het hoogteverschil tussen het wateroppervlak van de rivier wordt verval genoemd, ook wel waterstandsverschil of opvoerhoogte genoemd. Dit verval is een basisvoorwaarde voor waterkracht. Daarnaast hangt de grootte van de waterkracht ook af van de waterstroom in de rivier, een andere basisvoorwaarde die net zo belangrijk is als het verval. Zowel verval als debiet hebben direct invloed op de grootte van de waterkracht; hoe groter de waterval, hoe groter het watervermogen; als het verval en het watervolume relatief klein zijn, zal de opbrengst van de waterkrachtcentrale kleiner zijn.
Het verval wordt over het algemeen uitgedrukt in meters. De helling van het wateroppervlak is de verhouding tussen het verval en de afstand, wat de concentratie van het verval kan aangeven. Als het verval relatief geconcentreerd is, is het gebruik van waterkracht handiger. Het verval dat een waterkrachtcentrale gebruikt, is het verschil tussen het wateroppervlak stroomopwaarts van de waterkrachtcentrale en het wateroppervlak stroomafwaarts na de waterstroom.
Debiet is de hoeveelheid water die door een rivier stroomt in een tijdseenheid, uitgedrukt in kubieke meter per seconde. Een kubieke meter water is één ton. Het debiet van een rivier verandert op elk moment en overal, dus als we het over de stroming hebben, moeten we de tijd van de specifieke plaats waar het stroomt uitleggen. De stroming verandert aanzienlijk in de tijd. Over het algemeen hebben rivieren in China een grote stroming in de zomer, herfst en het regenseizoen, maar een kleine stroming in de winter en de lente. De stroming varieert van maand tot dag en het watervolume varieert van jaar tot jaar. De stroming van algemene rivieren is relatief klein in de bovenloop; naarmate de zijrivieren samenkomen, neemt de stroomafwaartse stroming geleidelijk toe. Daarom is de stroming klein, hoewel de stroomopwaartse daling geconcentreerd is; hoewel de stroomafwaartse stroming groot is, is de daling relatief verspreid. Daarom is het vaak het meest economisch om waterkracht te gebruiken in het middendeel van de rivier.
Als u de daling en de stroming kent die een waterkrachtcentrale gebruikt, kunt u de opbrengst ervan berekenen met de volgende formule:
N= GQH
In de formule is N – output, eenheid: kW, ook wel vermogen genoemd;
Q — stroom, in kubieke meter per seconde;
H — Daling, in meters;
G=9,8 is de versnelling van de zwaartekracht, in Newton/kg
Het theoretische vermogen wordt berekend volgens de bovenstaande formule en er wordt geen verlies afgetrokken. Bij het opwekken van waterkracht hebben waterturbines, transmissieapparatuur, generatoren, enz. namelijk onvermijdelijke vermogensverliezen. Daarom moet het theoretische vermogen worden verdisconteerd, dat wil zeggen, het werkelijke vermogen dat we kunnen gebruiken moet worden vermenigvuldigd met de efficiëntiecoëfficiënt (symbool: K).
Het ontworpen vermogen van de generator in een waterkrachtcentrale wordt nominaal vermogen genoemd, en het werkelijke vermogen wordt werkelijk vermogen genoemd. Tijdens energieomzetting is energieverlies onvermijdelijk. Bij de opwekking van waterkracht treden voornamelijk verliezen op van hydraulische turbines en generatoren (inclusief verliezen van pijpleidingen). In landelijke micro-waterkrachtcentrales bedragen de verliezen 40 tot 50% van het totale theoretische vermogen, waardoor de output van waterkrachtcentrales slechts 50 tot 60% van het theoretische vermogen kan gebruiken. Het rendement bedraagt dus ongeveer 0,5 tot 0,60 (inclusief het rendement van de turbine van 0,70 tot 0,85, het rendement van de generator van 0,85 tot 0,90 en het rendement van de pijpleidingen en transmissieapparatuur van 0,80 tot 0,85). Het werkelijke vermogen (output) van de waterkrachtcentrale kan daarom als volgt worden berekend:
K – rendement van de waterkrachtcentrale (0,5~0,6) wordt gebruikt voor de ruwe berekening van de micro-waterkrachtcentrale; de bovenstaande formule kan worden vereenvoudigd tot:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG werkelijk vermogen=rendement × stroom × daling × negen punt acht
Waterkracht wordt gebruikt om water te gebruiken om een soort machine aan te drijven, die waterturbine wordt genoemd. Zo is het oude waterrad in China een zeer eenvoudige waterturbine. De verschillende hydraulische turbines die tegenwoordig worden gebruikt, zijn aangepast aan verschillende specifieke hydraulische omstandigheden, zodat ze effectiever kunnen roteren en waterenergie kunnen omzetten in mechanische energie. Een andere machine, de generator, is verbonden met de waterturbine om de rotor van de generator met de waterturbine te laten roteren, waardoor elektriciteit kan worden opgewekt. De generator kan worden onderverdeeld in twee delen: het deel dat samen met de hydraulische turbine roteert en het vaste deel van de generator. Het deel dat samen met de hydraulische turbine roteert, wordt de rotor van de generator genoemd, en er bevinden zich vele magnetische polen rond de rotor; 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 statorspoel roteren, wordt er stroom opgewekt door de koperdraad, en moet de generator mechanische energie omzetten in elektrische energie.
De door de energiecentrale opgewekte elektrische energie wordt door verschillende elektrische apparaten omgezet in mechanische energie (motor of elektroden), lichtenergie (elektrische lamp), warmte-energie (elektrische oven), enz.
2. Samenstelling van de waterkrachtcentrale
De waterkrachtcentrale bestaat uit hydraulische constructies, mechanische uitrusting en elektrische uitrusting.
(1) Hydraulische constructies
Hieronder vallen onder andere de stuwdam, inlaatklep, kanaal (of tunnel), voorwater (of regeltank), drukleiding, energiecentrale en afvoerkanaal, etc.
Bouw een stuwdam in de rivier om de rivier af te sluiten, het wateroppervlak te verhogen en een reservoir te vormen. Op deze manier wordt een geconcentreerde daling gevormd van het wateroppervlak van het reservoir op de stuwdam naar het wateroppervlak van de rivier onder de dam, waarna water via waterleidingen of tunnels in de waterkrachtcentrale wordt gebracht. In een steile rivierbedding kan ook het gebruik van omleidingskanalen een daling vormen. Het verval van een natuurlijke rivier is bijvoorbeeld 10 meter per kilometer. Als aan de bovenzijde van dit riviergedeelte een kanaal wordt geopend om water aan te voeren, wordt het kanaal langs de rivier uitgegraven en zal het verval van het kanaal vlak zijn. Als het verval in het kanaal slechts 1 meter per kilometer is, zal het water 5 kilometer in het kanaal stromen en slechts 5 meter dalen, terwijl het water na 5 kilometer in de natuurlijke rivier 50 meter zal dalen. Op dit moment wordt het water in het kanaal via waterleidingen of tunnels teruggeleid naar het elektriciteitscentrale. Er is een 45 meter lang, geconcentreerd verval dat gebruikt kan worden om elektriciteit op te wekken.
Een waterkrachtcentrale die gebruikmaakt van omleidingskanalen, tunnels of waterleidingen (zoals kunststofbuizen, stalen buizen, betonnen buizen, enz.) om een geconcentreerde druppel te vormen, wordt een waterkrachtcentrale met omleidingskanaal genoemd. Dit is een typische indeling van waterkrachtcentrales.
(2) Mechanische en elektrische apparatuur
Naast de bovengenoemde hydraulische werken (stuw, kanaal, voorbekken, drukleiding en elektriciteitscentrale) heeft de waterkrachtcentrale ook de volgende uitrusting nodig:
(1) Mechanische uitrusting
Er zijn hydraulische turbines, regelaars, afsluiters, transmissieapparatuur en apparatuur die niet voor elektriciteitsopwekking is bedoeld.
(2) Elektrische apparatuur
Er zijn generatoren, distributiecontrolepanelen, transformatoren, transmissielijnen, enzovoort.
Niet alle kleine waterkrachtcentrales beschikken echter over de bovengenoemde hydraulische constructies en mechanische en elektrische apparatuur. Als een waterkrachtcentrale met een lage opvoerhoogte van minder dan 6 meter doorgaans gebruikmaakt van een afleidingskanaal en een open kanaal met afleidingskamer, zijn er geen voorbekken en toevoerleiding. Een waterkrachtcentrale met een klein stroombereik en een korte transmissieafstand maakt gebruik van directe transmissie zonder transformator. Waterkrachtcentrales met reservoirs hoeven geen dammen te bouwen. De diepe waterinlaat wordt gebruikt en de binnenbuis (of tunnel) en overloop van de dam hoeven geen hydraulische constructies zoals een stuw, inlaatklep, kanaal en voorbekken te gebruiken.
Om een waterkrachtcentrale te bouwen, is eerst een zorgvuldig onderzoek en ontwerp nodig. Het ontwerp bestaat uit drie fasen: voorlopig ontwerp, technisch ontwerp en bouwdetails. Om een goed ontwerp te kunnen maken, moeten we eerst een grondig onderzoek uitvoeren, dat wil zeggen de lokale natuurlijke en economische omstandigheden volledig begrijpen – topografie, geologie, hydrologie, kapitaal, enz. De juistheid en betrouwbaarheid van het ontwerp kunnen pas worden gegarandeerd nadat we deze omstandigheden onder de knie hebben en geanalyseerd.
De onderdelen van kleine waterkrachtcentrales hebben verschillende vormen, afhankelijk van het type waterkrachtcentrale.
3、 Topografisch onderzoek
De kwaliteit van de topografische opmeting heeft grote invloed op de projectindeling en de schatting van de hoeveelheden.
Geologische exploratie (inzicht in de geologische omstandigheden) vereist niet alleen een algemeen begrip en onderzoek van de geologie van het bekken en de geologie van de rivieroever, maar ook inzicht in de stevigheid van de fundering van de machinekamer, 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 enorme verliezen aan mensenlevens en eigendommen stroomafwaarts veroorzaken. Daarom staat de geologische selectie van het voorbekken doorgaans voorop.
4. Hydrometrie
De belangrijkste hydrologische gegevens voor waterkrachtcentrales zijn de registratie van de rivierwaterstand, stroming, sedimentconcentratie, ijsvorming, meteorologische gegevens en overstromingsgegevens. De grootte van de rivierstroom beïnvloedt de indeling van de overloop van de waterkrachtcentrale en de ernst van de overstroming wordt onderschat, wat tot de vernietiging van de dam zal leiden. Het door de rivier meegevoerde sediment kan het reservoir in het ergste geval snel vullen. Zo zal instroming in de geul leiden tot verzilting van de geul, waardoor grof sediment door de hydraulische turbine stroomt en slijtage van de hydraulische turbine veroorzaakt. Daarom moeten bij de bouw van waterkrachtcentrales voldoende hydrologische gegevens beschikbaar zijn.
Voordat men besluit een waterkrachtcentrale te bouwen, is het daarom noodzakelijk om de economische ontwikkelingsrichting en de toekomstige vraag naar elektriciteit in het energieleveringsgebied te onderzoeken en te bestuderen. Tegelijkertijd moet de situatie van andere energiebronnen in het ontwikkelingsgebied worden ingeschat. Pas na bestudering en analyse van bovenstaande omstandigheden kunnen we beslissen of de waterkrachtcentrale gebouwd moet worden en hoe groot de bouwschaal moet zijn.
Het algemene doel van waterkrachtonderzoek is het verschaffen van nauwkeurige en betrouwbare basisgegevens die nodig zijn voor het ontwerp en de bouw van waterkrachtcentrales.
5. Algemene voorwaarden van de geselecteerde stationslocatie
De algemene voorwaarden voor de selectie van de stationslocatie kunnen worden beschreven in de volgende vier aspecten:
(1) De geselecteerde locatie van de centrale moet zo economisch mogelijk gebruik kunnen maken van waterenergie en voldoen aan het principe van kostenbesparing. Dit betekent dat na voltooiing van de centrale de kosten minimaal zullen zijn en er maximaal vermogen zal worden opgewekt. Over het algemeen kan dit worden gemeten door de jaarlijkse opbrengsten van energieopwekking en investeringen in de bouw van de centrale te schatten om te zien hoe lang het geïnvesteerde kapitaal zich kan terugverdienen. Vanwege verschillende hydrologische en topografische omstandigheden en verschillende energiebehoeften mogen de kosten en investeringen echter niet door bepaalde waarden worden beperkt.
(2) De geselecteerde locatie moet topografisch, geologisch en hydrologisch optimaal zijn en qua ontwerp en bouw haalbaar zijn. De bouw van kleine waterkrachtcentrales moet zoveel mogelijk voldoen aan het principe van "lokale materialen".
(3) De geselecteerde stationslocatie moet zo dicht mogelijk bij de stroomvoorziening en het verwerkingsgebied liggen om de investering in transmissieapparatuur en het stroomverlies te beperken.
(4) Bij de keuze van de locatie voor het station moet zoveel mogelijk gebruik worden gemaakt van bestaande waterbouwkundige constructies. Zo kan bijvoorbeeld waterdruppels worden gebruikt om waterkrachtcentrales in irrigatiekanalen te bouwen, of kunnen waterkrachtcentrales in de buurt van irrigatiereservoirs worden gebouwd om elektriciteit op te wekken met behulp van irrigatiewater, enz. Omdat deze waterkrachtcentrales voldoen aan het principe van elektriciteitsopwekking wanneer er water is, is hun economische belang duidelijker.
Plaatsingstijd: 25-10-2022
