1. Oversikt over vannkraftproduksjon
Vannkraftproduksjon er å omdanne vannenergien fra naturlige elver til elektrisk energi som folk kan bruke. Energikildene som brukes av kraftverk er forskjellige, som solenergi, vannkraft fra elver og vindkraft generert av luftstrøm. Kostnaden for vannkraftproduksjon ved hjelp av vannkraft er billig, og byggingen av vannkraftverk kan også kombineres med andre vannbevaringsprosjekter. Kina er rikt på vannressurser og har utmerkede forhold. Vannkraft spiller en viktig rolle i den nasjonale økonomiske konstruksjonen.
Vannstanden oppstrøms i en elv er høyere enn vannstanden nedstrøms. På grunn av forskjellen mellom vannstanden i elven genereres vannenergi. Denne energien kalles potensiell energi eller potensiell energi. Forskjellen mellom høyden på elvens vannflate kalles fall, også kalt vannstandsforskjell eller vannhøydeforskjell. Dette fallet er en grunnleggende betingelse for hydraulisk kraft. I tillegg avhenger størrelsen på vannkraften også av størrelsen på vannføringen i elven, som er en annen grunnleggende betingelse som er like viktig som fallet. Både fall og føring påvirker direkte størrelsen på den hydrauliske kraften. Jo større vannfall, desto større er den hydrauliske kraften. Hvis fallet og vannvolumet er relativt lite, vil produksjonen fra vannkraftverket være mindre.
Fallet uttrykkes vanligvis i meter. Vannoverflategradienten er forholdet mellom fall og avstand, som kan indikere konsentrasjonsgraden av dråpen. Hvis dråpen er relativt konsentrert, er utnyttelsen av vannkraft mer praktisk. Fallet som brukes av et vannkraftverk er forskjellen mellom vannoverflaten oppstrøms for vannkraftverket og vannoverflaten nedstrøms etter å ha passert gjennom den hydrauliske turbinen.
Vannføring er mengden vann som renner gjennom en elv i løpet av en tidsenhet, uttrykt i kubikkmeter per sekund. En kubikkmeter vann er ett tonn. Vannføringen i en elv endres når som helst og hvor som helst, så når vi snakker om vannføringen, må vi forklare tidspunktet på det spesifikke stedet der den renner. Vannføringen endres betydelig over tid. Generelt har elver i Kina stor vannføring om sommeren, høsten og regntiden, men liten vannføring om vinteren og våren. Vannføringen varierer fra måned til dag, og vannvolumet varierer fra år til år. Vannføringen i elver er generelt relativt liten oppstrøms. Etter hvert som sideelvene møtes, øker nedstrømsvannføringen gradvis. Derfor, selv om dråpet oppstrøms er konsentrert, er vannføringen liten. Selv om nedstrømsvannføringen er stor, er dråpet relativt spredt. Derfor er det ofte mest økonomisk å bruke vannkraft i de midterste delene av elven.
Når man kjenner til fallet og vannføringen som brukes av et vannkraftverk, kan produksjonen beregnes med følgende formel:
N= GQH
I formelen er N – ytelse, enhet: kW, også kalt effekt;
Q — strømning, i kubikkmeter per sekund;
H — Fall, i meter;
G=9,8 er tyngdeakselerasjonen i Newton/kg
Den teoretiske effekten beregnes i henhold til formelen ovenfor, og det trekkes ikke fra noe tap. Faktisk har vannturbiner, overføringsutstyr, generatorer osv. uunngåelige effekttap i prosessen med vannkraftproduksjon. Derfor bør den teoretiske effekten diskonteres, det vil si at den faktiske effekten vi kan bruke bør multipliseres med effektivitetskoeffisienten (symbol: K).
Den designerte effekten til en generator i et vannkraftverk kalles nominell effekt, og den faktiske effekten kalles faktisk effekt. I prosessen med energiomforming er det uunngåelig å tape noe energi. I prosessen med vannkraftproduksjon er det hovedsakelig tap fra hydrauliske turbiner og generatorer (inkludert tap fra rørledninger). I landlige mikrovannkraftverk utgjør diverse tap 40–50 % av den totale teoretiske effekten, slik at produksjonen fra vannkraftverk bare kan bruke 50–60 % av den teoretiske effekten, det vil si at virkningsgraden er omtrent 0,5–0,60 (inkludert turbinvirkningsgrad på 0,70–0,85, generatorvirkningsgrad på 0,85–0,90 og rør- og overføringsutstyrsvirkningsgrad på 0,80–0,85). Derfor kan den faktiske effekten (produksjonen) til vannkraftverket beregnes som følger:
K – virkningsgraden til vannkraftverket, (0,5~0,6) brukes for grov beregning av mikrovannkraftverket; formelen ovenfor kan forenkles som:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG faktisk effekt = virkningsgrad × strømning × fall × ni komma åtte
Bruken av vannkraft er å bruke vann til å drive en type maskineri, som kalles vannturbin. For eksempel er det gamle vannhjulet i Kina en veldig enkel vannturbin. De forskjellige hydrauliske turbinene som brukes nå er tilpasset forskjellige spesifikke hydrauliske forhold, slik at de kan rotere mer effektivt og omdanne vannenergi til mekanisk energi. En annen maskin, generatoren, er koblet til vannturbinen for å få generatorens rotor til å rotere sammen med vannturbinen, og deretter kan elektrisitet genereres. Generatoren kan deles inn i to deler: den delen som roterer sammen med den hydrauliske turbinen og den faste delen av generatoren. Den delen som roterer sammen med den hydrauliske turbinen kalles generatorens rotor, og det er mange magnetiske poler rundt rotoren; en sirkel rundt rotoren er den faste delen av generatoren, som kalles generatorens stator. Statoren er pakket inn i mange kobberspoler. Når mange magnetiske poler på rotoren roterer midt i statorens kobberspole, vil det genereres strøm på kobbertråden, og generatoren skal omdanne mekanisk energi til elektrisk energi.
Den elektriske energien som genereres av kraftverket omdannes fra diverse elektriske apparater til mekanisk energi (motor eller motor), lysenergi (elektrisk lampe), varmeenergi (elektrisk ovn), etc.
2. Sammensetning av vannkraftverk
Vannkraftverket består av hydrauliske konstruksjoner, mekanisk utstyr og elektrisk utstyr.
(1) Hydrauliske konstruksjoner
Det inkluderer demning, inntaksport, kanal (eller tunnel), forbuk (eller reguleringstank), rørledning, kraftverk og bakløp, osv.
Bygg en demning i elven for å blokkere elven, heve vannoverflaten og danne et reservoar. På denne måten dannes et konsentrert fall fra vannoverflaten i reservoaret på demningen til vannoverflaten i elven under demningen, og deretter føres vann inn i vannkraftverket gjennom vannrør eller tunneler. I den bratte elvekanalen kan bruk av avledningskanaler også danne et fall. For eksempel er fallet i en naturlig elv 10 meter per kilometer. Hvis en kanal åpnes i den øvre enden av denne delen av elven for å føre inn vann, vil kanalen bli gravd ut langs elven, og kanalens stigning vil være flat. Hvis fallet i kanalen bare er 1 meter per kilometer, vil vannet strømme 5 kilometer i kanalen, og vannet vil bare falle 5 meter, mens vannet vil falle 50 meter etter å ha gått 5 kilometer i den naturlige elven. På dette tidspunktet ledes vannet i kanalen tilbake til kraftverket av elven med vannrør eller tunneler, og det er et 45 meter konsentrert fall som kan brukes til å generere elektrisitet.
Et vannkraftverk som bruker avledningskanaler, tunneler eller vannrør (som plastrør, stålrør, betongrør osv.) for å danne en konsentrert dråpe kalles et avledningskanalvannkraftverk, som er en typisk utforming av vannkraftverk.
(2) Mekanisk og elektrisk utstyr
I tillegg til de ovennevnte hydrauliske arbeidene (demning, kanal, forbukt, rørledning og kraftverk), trenger vannkraftverket også følgende utstyr:
(1) Mekanisk utstyr
Det finnes hydrauliske turbiner, regulatorer, sluseventiler, transmisjonsutstyr og utstyr som ikke genererer kraft.
(2) Elektrisk utstyr
Det finnes generatorer, distribusjonskontrollpaneler, transformatorer, overføringslinjer osv.
Imidlertid har ikke alle små vannkraftverk de ovennevnte hydrauliske konstruksjonene og mekaniske og elektriske utstyret. Hvis lavtrykksvannkraftverket med vannsøyle på mindre enn 6 meter vanligvis bruker avledningskanal og åpent avledningskammer, vil det ikke være noen forbukt eller rørledning. Kraftverk med liten strømforsyning og kort overføringsavstand bruker direkte overføring uten transformator. Vannkraftverk med reservoarer trenger ikke å bygge demninger. Dypt vanninntak brukes, og det er ikke nødvendig med hydrauliske konstruksjoner som demning, inntaksport, kanal og forbukt i demningen.
For å bygge et vannkraftverk bør man først utføre grundige kartlegginger og designfaser. Det er tre designfaser i designet: foreløpig design, teknisk design og konstruksjonsdetaljer. For å gjøre en god jobb med design, må vi først utføre en grundig kartlegging, det vil si å forstå de lokale naturlige og økonomiske forholdene fullt ut – det vil si topografi, geologi, hydrologi, kapital osv. Riktigheten og påliteligheten til designet kan bare garanteres etter å ha mestret disse forholdene og analysert dem.
Komponentene i små vannkraftverk har forskjellige former i henhold til ulike typer vannkraftverk.
3. Topografisk undersøkelse
Kvaliteten på den topografiske kartleggingen har stor innflytelse på prosjektets utforming og estimering av mengder.
Geologisk utforskning (forståelse av geologiske forhold) krever ikke bare generell forståelse og forskning på bassenggeologien og elvebreddens geologi, men også forståelse av om maskinrommets fundament er solid, noe som direkte påvirker sikkerheten til selve kraftverket. Når en demning med et visst reservoarvolum ødelegges, vil det ikke bare skade selve vannkraftverket, men også forårsake store tap av liv og eiendom nedstrøms. Derfor settes det geologiske valget av forbukten generelt i første rekke.
4. Hydrometri
For vannkraftverk er de viktigste hydrologiske dataene registreringer av elvevannstand, vannføring, sedimentkonsentrasjon, ising, meteorologiske data og flomundersøkelsesdata. Størrelsen på elveføringen påvirker utformingen av overløpet til vannkraftverket, og flommens alvorlighetsgrad undervurderes, noe som vil føre til ødeleggelse av demningen. Sedimentet som føres med elven kan i verste fall fylle reservoaret raskt. For eksempel vil tilstrømning i kanalen forårsake tilslamming av kanalen, og grovt sediment vil passere gjennom den hydrauliske turbinen og forårsake slitasje på den hydrauliske turbinen. Derfor må byggingen av vannkraftverk ha tilstrekkelige hydrologiske data.
Derfor, før man bestemmer seg for å bygge et vannkraftverk, er det nødvendig å undersøke og studere retningen for økonomisk utvikling og fremtidig etterspørsel etter elektrisitet i kraftforsyningsområdet. Samtidig må man vurdere situasjonen for andre kraftkilder i utviklingsområdet. Først etter å ha studert og analysert ovennevnte forhold kan vi avgjøre om vannkraftverket må bygges og hvor stor byggeskalaen bør være.
Generelt er formålet med vannkraftundersøkelser å gi nøyaktige og pålitelige grunnlagsdata som er nødvendige for design og bygging av vannkraftverk.
5. Generelle forhold for valgt stasjonssted
De generelle betingelsene for valg av stasjonsplass kan beskrives i følgende fire aspekter:
(1) Det valgte stasjonsstedet skal kunne utnytte vannenergien mest mulig økonomisk og overholde prinsippet om kostnadsbesparelser, det vil si at etter ferdigstillelse av kraftverket vil minimumskostnaden bli brukt og maksimal kraft bli generert. Generelt kan dette måles ved å estimere den årlige inntekten fra kraftproduksjon og investeringer i bygging av stasjoner for å se hvor lenge den investerte kapitalen kan tjenes inn. På grunn av ulike hydrologiske og topografiske forhold og ulik etterspørsel etter kraft, bør imidlertid ikke kostnadene og investeringene begrenses av visse verdier.
(2) Det valgte kraftverket bør ha overlegne topografiske, geologiske og hydrologiske forhold, og være mulig i design og konstruksjon. Bygging av små vannkraftverk skal i størst mulig grad overholde prinsippet om «lokale materialer» når det gjelder byggematerialer.
(3) Det valgte stasjonsstedet skal være så nær strømforsynings- og prosesseringsområdet som mulig for å redusere investeringen i overføringsutstyr og strømtap.
(4) Ved valg av stasjonsplassering skal eksisterende hydrauliske strukturer brukes så mye som mulig. For eksempel kan vanndråper brukes til å bygge vannkraftverk i vanningskanaler, eller vannkraftverk kan bygges i nærheten av vanningsreservoarer for å generere elektrisitet ved hjelp av vanningsstrøm, osv. Fordi disse vannkraftverkene kan overholde prinsippet om å generere elektrisitet når det er vann, er deres økonomiske betydning mer åpenbar.
Publisert: 25. oktober 2022
