Door de waterturbine te voorzien van potentiële of kinetische energie, begint deze te draaien. Als we een generator op de waterturbine aansluiten, kan deze elektriciteit opwekken. Door het waterpeil te verhogen om de turbine te stimuleren, neemt de turbinesnelheid toe. Hoe groter het waterpeilverschil, hoe groter de kinetische energie die de turbine ontvangt en hoe hoger de om te zetten elektrische energie. Dit is het basisprincipe van waterkracht.
Het energieomzettingsproces verloopt als volgt: de potentiële zwaartekrachtenergie van het water stroomopwaarts wordt omgezet in kinetische energie van de waterstroom. Wanneer het water door de turbine stroomt, wordt de kinetische energie overgedragen aan de turbine, die vervolgens de generator aandrijft om de kinetische energie om te zetten in elektrische energie. Het is dus het proces van het omzetten van mechanische energie in elektrische energie.
Door de verschillende natuurlijke omstandigheden van waterkrachtcentrales variëren de capaciteit en het toerental van de waterkrachtgeneratoren sterk. Over het algemeen hebben kleine en snelle waterkrachtgeneratoren met impulsturbines meestal een horizontale constructie, terwijl grote en middelgrote generatoren meestal een verticale constructie hebben. Omdat de meeste waterkrachtcentrales ver van steden liggen, moeten ze de stroomvoorziening via lange transmissielijnen regelen. Daarom stelt het elektriciteitsnet hogere eisen aan de operationele stabiliteit van waterkrachtgeneratoren: de motorparameters moeten zorgvuldig worden geselecteerd en de eisen aan het traagheidsmoment van de rotor zijn hoog. Daarom verschilt het uiterlijk van een waterkrachtgenerator van dat van een stoomturbinegenerator. De rotordiameter is groot en de lengte kort. De tijd die nodig is voor het opstarten en aansluiten op het net is relatief kort en de operationele inzet is flexibel. Naast algemene stroomopwekking zijn waterkrachtgeneratoren bijzonder geschikt voor piekbelastingvermindering en noodstroomvoorziening. De maximale capaciteit van waterkrachtgeneratoren kan oplopen tot 700.000 kilowatt.
Wat betreft het principe van een generator, dat is in de natuurkunde op de middelbare school heel duidelijk uitgelegd. Het werkingsprincipe is gebaseerd op de wet van elektromagnetische inductie en de wet van elektromagnetische kracht. Het algemene principe van de constructie is dan ook om met behulp van geschikte magnetische geleidbaarheid en geleidende materialen een magnetisch circuit te vormen, waardoor wederzijdse elektromagnetische inductie ontstaat en elektromagnetische energie wordt opgewekt, met als doel energieomzetting.
De waterturbinegenerator wordt aangedreven door een waterturbine. De rotor is kort en dik, waardoor de opstarttijd en de aansluiting op het elektriciteitsnet kort zijn en de operationele inzet flexibel is. Naast algemene stroomopwekking is de waterturbinegenerator bijzonder geschikt voor piekbelastingvermindering en noodstroomvoorziening. Het maximale vermogen van waterturbinegeneratoren bedraagt 800.000 kilowatt.
De dieselgenerator wordt aangedreven door een verbrandingsmotor. Hij start snel en is eenvoudig te bedienen, maar de kosten voor stroomopwekking zijn hoog. Hij wordt voornamelijk gebruikt als noodstroomvoorziening, in gebieden waar het grote elektriciteitsnet niet beschikbaar is, of als mobiele stroomcentrale. Het vermogen varieert van enkele kilowatts tot enkele kilowatts. Het koppel op de as van de dieselmotor is onderhevig aan periodieke pulsaties, waardoor resonantie en asbreuk moeten worden voorkomen.
De snelheid van de waterkrachtgenerator bepaalt de frequentie van de opgewekte wisselstroom. Om de stabiliteit van deze frequentie te garanderen, moet de rotorsnelheid worden gestabiliseerd. Om de snelheid te stabiliseren, kan de snelheid van de aandrijfmotor (waterturbine) worden geregeld in een gesloten regelkring. Het frequentiesignaal van de uit te zenden wisselstroom wordt bemonsterd en teruggekoppeld naar het regelsysteem, dat de openings- en sluitingshoek van de geleideschoepen van de waterturbine aanstuurt om het uitgangsvermogen van de waterturbine te regelen. Door middel van dit terugkoppelingsprincipe kan de snelheid van de generator worden gestabiliseerd.
Geplaatst op: 8 oktober 2022
