I naturlige elver strømmer vann fra oppstrøms til nedstrøms blandet med sediment, og vasker ofte elveleiet og bredden, noe som viser at det er en viss mengde energi skjult i vannet. Under naturlige forhold forbrukes denne potensielle energien til å skrape, skyve sediment og overvinne friksjonsmotstand. Hvis vi bygger noen bygninger og installerer nødvendig utstyr for å få en jevn strøm av vann gjennom en vannturbin, vil vannturbinen bli drevet av vannstrømmen, som en vindmølle, som kan rotere kontinuerlig, og vannenergien vil bli omdannet til mekanisk energi. Når vannturbinen driver generatoren til å rotere sammen, kan den generere elektrisitet, og vannenergien omdannes til elektrisk energi. Dette er det grunnleggende prinsippet for vannkraftproduksjon. Vannturbiner og generatorer er det mest grunnleggende utstyret for vannkraftproduksjon. La meg gi deg en kort introduksjon til den begrensede kunnskapen om vannkraftproduksjon.
1. Vannkraft og vannstrømningskraft
Ved utforming av et vannkraftverk er det nødvendig å kjenne kraftverkets kraftproduksjonskapasitet for å bestemme kraftverkets skala. I henhold til de grunnleggende prinsippene for vannkraftproduksjon er det ikke vanskelig å se at kraftverkets kraftproduksjonskapasitet bestemmes av mengden arbeid som kan utføres av strømmen. Vi kaller det totale arbeidet som vann kan utføre i løpet av en viss tidsperiode for vannenergi, og arbeidet som kan utføres i en tidsenhet (sekund) kalles strømningskraft. Det er åpenbart at jo større vannstrømmens kraft er, desto større er kraftverkets kraftproduksjonskapasitet. For å kjenne kraftverkets kraftproduksjonskapasitet må vi derfor først beregne vannstrømningskraften. Vannstrømningskraften i elven kan beregnes på denne måten, forutsatt at vannoverflatefallet i en viss del av elven er H (meter), og vannvolumet av H som passerer gjennom elvens tverrsnitt i tidsenhet (sekunder) er Q (kubikkmeter/sekund), da er strømningskraften i seksjonen lik produktet av vekten av vannet og fallet. Det er klart at jo høyere vannfallet er, desto større er gjennomstrømningen og desto større er vannstrømningskraften.
2. Produksjonen fra vannkraftverk
Under en viss trykkhøyde og vannføring kalles elektrisiteten som et vannkraftverk kan generere vannkraftproduksjon. Utgangseffekten avhenger selvsagt av effekten til vannstrømmen gjennom turbinen. I prosessen med å konvertere vannenergi til elektrisk energi, må vannet overvinne motstanden i elveleier eller bygninger langs veien fra oppstrøms til nedstrøms. Vannturbiner, generatorer og overføringsutstyr må også overvinne mange motstander under arbeid. For å overvinne motstanden må det utføres arbeid, og vannstrømningskraften vil bli forbrukt, noe som er uunngåelig. Derfor er vannstrømningskraften som kan brukes til å generere elektrisitet mindre enn verdien som oppnås med formelen, det vil si at produksjonen fra vannkraftverket bør være lik vannstrømningskraften multiplisert med en faktor mindre enn 1. Denne koeffisienten kalles også virkningsgraden til et vannkraftverk.
Den spesifikke verdien av virkningsgraden til et vannkraftverk er relatert til mengden energitap som oppstår når vannet strømmer gjennom bygningen og vannturbinen, overføringsutstyret, generatoren osv. Jo større tapet er, desto lavere er virkningsgraden. I et lite vannkraftverk utgjør summen av disse tapene omtrent 25–40 % av vannstrømmens kraft. Det vil si at vannstrømmen som kan generere 100 kilowatt strøm kommer inn i vannkraftverket, og generatoren kan bare generere 60 til 75 kilowatt strøm, så virkningsgraden til vannkraftverket tilsvarer 60–75 %.
Det fremgår av den forrige introduksjonen at når kraftverkets strømningshastighet og vannstandsforskjell er konstant, avhenger kraftverkets effekt av effektiviteten. Praksis har vist at i tillegg til ytelsen til hydrauliske turbiner, generatorer og transmisjonsutstyr, er andre faktorer som påvirker effektiviteten til vannkraftverk, som kvaliteten på bygningskonstruksjon og utstyrsinstallasjon, kvaliteten på drift og administrasjon, og hvorvidt vannkraftverkets design er riktig, alle faktorer som påvirker effektiviteten til vannkraftverket. Noen av disse påvirkningsfaktorene er selvfølgelig primære og noen er sekundære, og under visse forhold vil de primære og sekundære faktorene også omdannes til hverandre.
Uansett hva faktoren er, er den avgjørende faktoren at mennesker ikke er objekter, maskiner styres av mennesker, og teknologi styres av tanker. Derfor er det nødvendig å gi full tilgang til menneskers subjektive rolle i design, konstruksjon og utstyrsvalg av vannkraftverk, og å strebe etter teknologisk fortreffelighet for å minimere energitapet fra vannføringen så mye som mulig. Dette gjelder for noen vannkraftverk der selve vannfallet er relativt lavt. Det er spesielt viktig. Samtidig er det nødvendig å styrke driften og forvaltningen av vannkraftverk effektivt, for å forbedre kraftverkenes effektivitet, utnytte vannressursene fullt ut og gjøre det mulig for små vannkraftverk å spille en større rolle.
Publisert: 09.06.2021
