1. Przegląd wytwarzania energii wodnej
Generowanie energii wodnej polega na przekształcaniu energii wodnej naturalnych rzek w energię elektryczną do użytku ludzi. Źródła energii wykorzystywane przez elektrownie są różnorodne, takie jak energia słoneczna, energia wodna rzek i energia wiatrowa generowana przez przepływ powietrza. Koszt generowania energii wodnej przy użyciu energii wodnej jest niski, a budowę elektrowni wodnych można również łączyć z innymi przedsięwzięciami w zakresie oszczędzania wody. Chiny są bogate w zasoby wodne i mają doskonałe warunki. Energia wodna odgrywa ważną rolę w krajowej konstrukcji gospodarczej.
Poziom wody w górnym biegu rzeki jest wyższy niż poziom wody w dolnym biegu. Z powodu różnicy między poziomem wody w rzece generowana jest energia wodna. Energia ta nazywana jest energią potencjalną lub energią potencjalną. Różnica między wysokością powierzchni wody w rzece nazywana jest spadkiem, nazywana również różnicą poziomu wody lub ciśnieniem. Ten spadek jest podstawowym warunkiem mocy hydraulicznej. Ponadto wielkość mocy wodnej zależy również od wielkości przepływu wody w rzece, co jest kolejnym podstawowym warunkiem równie ważnym jak spadek. Zarówno spadek, jak i przepływ bezpośrednio wpływają na wielkość mocy hydraulicznej; Im większy spadek wody, tym większa moc hydrauliczna; Jeśli spadek i objętość wody są stosunkowo małe, wydajność elektrowni wodnej będzie mniejsza.
Spadek jest zazwyczaj wyrażany w metrach. Gradient powierzchni wody to stosunek spadku i odległości, który może wskazywać stopień koncentracji spadku. Jeśli spadek jest stosunkowo skoncentrowany, wykorzystanie energii wodnej jest wygodniejsze. Spadek używany przez elektrownię wodną to różnica między powierzchnią wody w górę rzeki elektrowni wodnej a powierzchnią wody w dół rzeki po przejściu przez turbinę hydrauliczną.
Przepływ to ilość wody przepływającej przez rzekę w jednostce czasu, wyrażona w metrach sześciennych na sekundę. Metr sześcienny wody to jedna tona. Przepływ rzeki zmienia się w dowolnym czasie i miejscu, więc kiedy mówimy o przepływie, musimy wyjaśnić czas konkretnego miejsca, w którym płynie. Przepływ zmienia się znacząco w czasie. Ogólnie rzecz biorąc, rzeki w Chinach mają duży przepływ latem, jesienią i w porze deszczowej, ale mały przepływ zimą i wiosną. Przepływ zmienia się z miesiąca na dzień, a objętość wody zmienia się z roku na rok. Przepływ ogólnych rzek jest stosunkowo niewielki w górnym biegu; W miarę jak dopływy zbiegają się, przepływ w dolnym biegu stopniowo wzrasta. Dlatego chociaż spadek w górnym biegu jest skoncentrowany, przepływ jest niewielki; Chociaż przepływ w dolnym biegu jest duży, spadek jest stosunkowo rozproszony. Dlatego często najbardziej ekonomiczne jest wykorzystanie energii wodnej w środkowym biegu rzeki.
Znając spadek i przepływ wykorzystywany przez elektrownię wodną, jej moc wyjściową można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
N=GQH
We wzorze N – moc, jednostką jest kW, zwana również mocą;
Q — przepływ w metrach sześciennych na sekundę;
H — Spadek w metrach;
G=9,8, to przyspieszenie grawitacyjne w niutonach/kg
Moc teoretyczną oblicza się według powyższego wzoru, a strata nie jest odejmowana. W rzeczywistości w procesie wytwarzania energii wodnej turbiny wodne, urządzenia przesyłowe, generatory itp. mają nieuniknione straty mocy. Dlatego moc teoretyczną należy zdyskontować, tj. rzeczywistą moc, którą możemy wykorzystać, należy pomnożyć przez współczynnik sprawności (symbol: K).
Projektowana moc generatora w elektrowni wodnej nazywana jest mocą znamionową, a rzeczywista moc nazywana jest mocą rzeczywistą. W procesie transformacji energii nieuchronnie traci się część energii. W procesie wytwarzania energii wodnej występują głównie straty turbin hydraulicznych i generatorów (w tym straty rurociągów). W wiejskich mikroelektrowniach wodnych różne straty stanowią 40~50% całkowitej mocy teoretycznej, więc moc wyjściowa elektrowni wodnych może wykorzystywać tylko 50~60% mocy teoretycznej, to znaczy, że sprawność wynosi około 0,5~0,60 (w tym sprawność turbiny 0,70~0,85, sprawność generatora 0,85~0,90 i sprawność rurociągów i urządzeń przesyłowych 0,80~0,85). Dlatego rzeczywistą moc (moc wyjściową) elektrowni wodnej można obliczyć w następujący sposób:
K – sprawność elektrowni wodnej, (0,5~0,6) przyjęto do przybliżonego obliczenia mikroelektrowni wodnej; Powyższy wzór można uprościć do postaci:
N = (0,5 ～ 0,6) Rzeczywista moc QHG = wydajność × przepływ × spadek × dziewięć przecinek osiem
Wykorzystanie energii wodnej polega na użyciu wody do napędzania pewnego rodzaju maszynerii, która nazywana jest turbiną wodną. Na przykład starożytne koło wodne w Chinach jest bardzo prostą turbiną wodną. Różne turbiny hydrauliczne używane obecnie są dostosowane do różnych specyficznych warunków hydraulicznych, dzięki czemu mogą obracać się bardziej efektywnie i zamieniać energię wody w energię mechaniczną. Inna maszyna, generator, jest podłączona do turbiny wodnej, aby wirnik generatora obracał się wraz z turbiną wodną, a następnie można wytworzyć energię elektryczną. Generator można podzielić na dwie części: część, która obraca się razem z turbiną hydrauliczną i stałą część generatora. Część, która obraca się razem z turbiną hydrauliczną, nazywana jest wirnikiem generatora, a wokół wirnika znajduje się wiele biegunów magnetycznych; Okrąg wokół wirnika to stała część generatora, która nazywana jest stojanem generatora. Stojan jest owinięty wieloma miedzianymi cewkami. Gdy wiele biegunów magnetycznych wirnika obraca się w środku miedzianej cewki stojana, prąd będzie generowany na miedzianym przewodzie, a generator ma przekształcać energię mechaniczną w energię elektryczną.
Energia elektryczna wytwarzana przez elektrownię jest przetwarzana z różnych urządzeń elektrycznych na energię mechaniczną (silnik elektryczny), energię świetlną (lampa elektryczna), energię cieplną (piec elektryczny) itp.
2. Skład elektrowni wodnej
Elektrownia wodna składa się z budowli hydrotechnicznych, urządzeń mechanicznych i urządzeń elektrycznych.
（1） Konstrukcje hydrauliczne
W jego skład wchodzą: tama, śluza wlotowa, kanał (lub tunel), komora wstępna (lub zbiornik regulacyjny), rurociąg doprowadzający, elektrownia, kanał wylotowy itp.
Zbuduj tamę (zaporę) w rzece, aby zablokować rzekę, podnieść powierzchnię wody i utworzyć zbiornik. W ten sposób powstaje skoncentrowany spadek z powierzchni wody zbiornika na tamie (zaporze) do powierzchni wody rzeki pod tamą, a następnie woda jest wprowadzana do elektrowni wodnej za pomocą rur wodnych lub tuneli. W stromym korycie rzeki użycie kanałów odwadniających może również utworzyć spadek. Na przykład spadek naturalnej rzeki wynosi 10 metrów na kilometr. Jeśli kanał zostanie otwarty na górnym końcu tego odcinka rzeki w celu wprowadzenia wody, kanał zostanie wykopany wzdłuż rzeki, a nachylenie kanału będzie płaskie. Jeśli spadek w kanale wynosi tylko 1 metr na kilometr, woda przepłynie 5 kilometrów w kanale, a woda spadnie tylko 5 metrów, podczas gdy woda spadnie 50 metrów po przejściu 5 kilometrów w naturalnej rzece. Obecnie woda z kanału odprowadzana jest z powrotem do elektrowni rzeką, za pomocą rur lub tuneli, a jej skoncentrowany spadek wynosi 45 metrów i można go wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej.
Elektrownia wodna wykorzystująca kanały dywersyjne, tunele lub rury wodne (takie jak rury plastikowe, stalowe, betonowe itp.) w celu wytworzenia skoncentrowanego spadku nazywana jest elektrownią wodną z kanałem dywersyjnym. Jest to typowy układ elektrowni wodnych.
(2) Sprzęt mechaniczny i elektryczny
Oprócz powyższych prac hydrotechnicznych (jaz, kanał, zbiornik wstępny, rurociąg zasilający i elektrownia), elektrownia wodna potrzebuje również następującego sprzętu:
(1) Sprzęt mechaniczny
Znajdują się tam turbiny hydrauliczne, regulatory, zasuwy, urządzenia transmisyjne i urządzenia niesłużące do wytwarzania energii.
(2) Sprzęt elektryczny
Znajdują się tam generatory, panele rozdzielcze, transformatory, linie przesyłowe, itp.
Jednak nie wszystkie małe elektrownie wodne mają powyższe konstrukcje hydrauliczne oraz wyposażenie mechaniczne i elektryczne. Jeśli elektrownia wodna o niskim ciśnieniu i ciśnieniu wody mniejszym niż 6 metrów przyjmuje zazwyczaj sposób kanału odwadniającego i komory odwadniającej kanału otwartego, nie będzie zbiornika wstępnego i rurociągu doprowadzającego. Elektrownia o małym zasięgu zasilania i krótkiej odległości przesyłu przyjmuje przesył bezpośredni bez transformatora. Elektrownie wodne ze zbiornikami nie muszą budować tam. Przyjmuje się głęboki wlot wody, a wewnętrzna rura (lub tunel) i przelew zapory nie muszą używać konstrukcji hydraulicznych, takich jak jaz, śluza wlotowa, kanał i zbiornik wstępny.
Aby zbudować elektrownię wodną, najpierw należy przeprowadzić dokładne badania i projektowanie. W projektowaniu są trzy etapy projektowania: projekt wstępny, projekt techniczny i szczegóły konstrukcyjne. Aby dobrze wykonać projekt, musimy najpierw przeprowadzić dokładne badania, czyli w pełni zrozumieć lokalne warunki naturalne i ekonomiczne — to znaczy topografię, geologię, hydrologię, kapitał itp. Poprawność i niezawodność projektu można zagwarantować dopiero po opanowaniu tych warunków i ich przeanalizowaniu.
Elementy małych elektrowni wodnych mają różną formę, w zależności od rodzaju elektrowni wodnej.
3. Badanie topograficzne
Jakość pomiarów topograficznych ma ogromny wpływ na układ projektu i szacowanie ilości.
Eksploracja geologiczna (zrozumienie warunków geologicznych) wymaga nie tylko ogólnego zrozumienia i badań geologii basenu i geologii brzegów rzeki, ale także zrozumienia, czy fundament maszynowni jest solidny, co bezpośrednio wpływa na bezpieczeństwo samej elektrowni. Gdy zapora o określonej objętości zbiornika zostanie zniszczona, nie tylko uszkodzi samą elektrownię wodną, ale także spowoduje ogromne straty w ludziach i mieniu w dolnym biegu rzeki. Dlatego też geologiczny wybór zbiornika wstępnego jest zazwyczaj stawiany na pierwszym miejscu.
4. Hydrometria
W przypadku elektrowni wodnych najważniejszymi danymi hydrologicznymi są zapisy poziomu wody w rzece, przepływu, stężenia osadów, oblodzenia, dane meteorologiczne i dane z badania powodzi. Wielkość przepływu rzeki wpływa na układ przelewu elektrowni wodnej, a skala powodzi jest niedoszacowana, co doprowadzi do zniszczenia zapory; Osady niesione przez rzekę mogą w najgorszym przypadku szybko wypełnić zbiornik. Na przykład napływ do kanału spowoduje zamulenie kanału, a gruby osad przejdzie przez turbinę hydrauliczną i spowoduje zużycie turbiny hydraulicznej. Dlatego budowa elektrowni wodnych musi mieć wystarczające dane hydrologiczne.
Dlatego przed podjęciem decyzji o budowie elektrowni wodnej należy zbadać i przeanalizować kierunek rozwoju gospodarczego i przyszłe zapotrzebowanie na energię elektryczną w obszarze zasilania. Jednocześnie oszacować sytuację innych źródeł energii w obszarze rozwoju. Dopiero po zbadaniu i przeanalizowaniu powyższych warunków możemy podjąć decyzję, czy elektrownia wodna musi zostać zbudowana i jaka powinna być skala budowy.
Zasadniczo celem pomiarów hydroenergetycznych jest dostarczenie dokładnych i wiarygodnych danych podstawowych, niezbędnych do projektowania i budowy elektrowni wodnych.
5. Ogólne warunki wybranej lokalizacji stacji
Ogólne warunki wyboru lokalizacji stacji można opisać w następujących czterech aspektach:
（1） Wybrana lokalizacja stacji musi umożliwiać najbardziej ekonomiczne wykorzystanie energii wodnej i być zgodna z zasadą oszczędności kosztów, tj. po zakończeniu budowy elektrowni poniesione zostaną minimalne koszty, a wygenerowana zostanie maksymalna moc. Zasadniczo można to zmierzyć, szacując roczny przychód z wytwarzania energii i inwestycji w budowę stacji, aby sprawdzić, jak długo można odzyskać zainwestowany kapitał. Jednak ze względu na różne warunki hydrologiczne i topograficzne oraz różne zapotrzebowanie na energię, koszt i inwestycja nie powinny być ograniczone pewnymi wartościami.
（2） Wybrana lokalizacja stacji powinna mieć lepsze warunki topograficzne, geologiczne i hydrologiczne oraz być możliwa do zaprojektowania i zbudowania. Budowa małych elektrowni wodnych powinna być zgodna z zasadą „lokalnych materiałów” w możliwie największym stopniu pod względem materiałów budowlanych.
(3) Wybrana lokalizacja stacji powinna znajdować się jak najbliżej obszaru zasilania i przetwarzania, aby ograniczyć inwestycje w sprzęt transmisyjny i straty mocy.
（4） Wybierając miejsce na stację, należy w jak największym stopniu wykorzystać istniejące konstrukcje hydrotechniczne. Na przykład, spadek wody można wykorzystać do budowy elektrowni wodnych w kanałach irygacyjnych, lub elektrownie wodne można budować w pobliżu zbiorników irygacyjnych, aby generować energię elektryczną za pomocą przepływu wody irygacyjnej itp. Ponieważ te elektrownie wodne mogą spełniać zasadę generowania energii elektrycznej, gdy jest woda, ich znaczenie ekonomiczne jest bardziej oczywiste.
Czas publikacji: 25-paź-2022
