Przepłucz turbinę wodną energią potencjalną lub kinetyczną, a zacznie się ona obracać. Jeśli podłączymy generator do turbiny wodnej, generator może zacząć wytwarzać energię elektryczną. Jeśli podniesiemy poziom wody, aby przepłukać turbinę, wzrośnie jej prędkość obrotowa. Zatem im większa różnica poziomów wody, tym większa energia kinetyczna uzyskiwana przez turbinę i tym wyższa możliwa do konwersji energia elektryczna. To jest podstawowa zasada energetyki wodnej.
Proces konwersji energii przebiega następująco: energia potencjalna grawitacji wody w górnym biegu rzeki jest przekształcana w energię kinetyczną przepływu wody. Gdy woda przepływa przez turbinę, energia kinetyczna jest przekazywana do turbiny, a turbina napędza generator, który przekształca energię kinetyczną w energię elektryczną. Zatem jest to proces przekształcania energii mechanicznej w energię elektryczną.
Ze względu na zróżnicowane warunki naturalne elektrowni wodnych, moc i prędkość hydrogeneratorów są bardzo zróżnicowane. Generalnie, małe hydrogeneratory i hydrogeneratory szybkoobrotowe napędzane turbinami akcyjnymi najczęściej wykorzystują konstrukcje poziome, podczas gdy generatory dużej i średniej prędkości obrotowej przeważnie wykorzystują konstrukcje pionowe. Ponieważ większość elektrowni wodnych znajduje się daleko od miast, zazwyczaj muszą one dostarczać energię do odbiorników za pośrednictwem długich linii przesyłowych, co stawia systemowi energetycznemu wyższe wymagania dotyczące stabilności pracy hydrogeneratorów: parametry silnika muszą być starannie dobrane; wymagania dotyczące momentu bezwładności wirnika są wysokie. Dlatego wygląd hydrogeneratora różni się od wyglądu turbiny parowej. Średnica wirnika jest duża, a jego długość krótka. Czas potrzebny na rozruch i podłączenie hydrogeneratorów do sieci jest stosunkowo krótki, a dyspozycyjność pracy elastyczna. Oprócz ogólnego wytwarzania energii, hydrogeneratory są szczególnie odpowiednie do jednostek ograniczających szczytowe zapotrzebowanie na moc i jednostek rezerwowych. Maksymalna moc hydrogeneratorów z turbiną wodną osiągnęła 700 000 kilowatów.
Jeśli chodzi o zasadę działania generatora, fizyka w szkole średniej jest bardzo jasna, a jego zasada działania opiera się na prawie indukcji elektromagnetycznej i prawie siły elektromagnetycznej. Dlatego ogólną zasadą jego konstrukcji jest wykorzystanie odpowiedniego przewodnictwa magnetycznego i materiałów przewodzących do utworzenia obwodu magnetycznego i obwodu wzajemnej indukcji elektromagnetycznej w celu generowania mocy elektromagnetycznej i osiągnięcia celu konwersji energii.
Generator turbiny wodnej jest napędzany przez turbinę wodną. Jego wirnik jest krótki i gruby, czas potrzebny na rozruch i podłączenie do sieci jest krótki, a sterowanie pracą jest elastyczne. Oprócz ogólnego wytwarzania energii, generator ten jest szczególnie odpowiedni do pracy w systemach redukcji szczytowego zapotrzebowania na moc oraz w systemach rezerwowych. Maksymalna moc generatorów turbin wodnych sięga 800 000 kilowatów.
Generator diesla napędzany jest silnikiem spalinowym. Jest szybki w uruchomieniu i łatwy w obsłudze, ale jego koszt wytwarzania energii jest wysoki. Jest wykorzystywany głównie jako awaryjne źródło zasilania lub na obszarach, gdzie rozległa sieć energetyczna nie dociera do mobilnych elektrowni. Moc waha się od kilku kilowatów do kilku kilowatów. Moment obrotowy na wale silnika diesla podlega okresowym pulsacjom, dlatego należy zapobiegać rezonansowi i wypadkom związanym z pęknięciem wału.
Prędkość hydrogeneratora determinuje częstotliwość generowanego prądu przemiennego. Aby zapewnić stabilność tej częstotliwości, konieczna jest stabilizacja prędkości obrotowej wirnika. Aby ustabilizować prędkość, prędkość napędu głównego (turbiny wodnej) można regulować w trybie pętli zamkniętej. Sygnał częstotliwości prądu przemiennego, który ma być wysłany, jest próbkowany i przesyłany z powrotem do układu sterowania, który steruje kątem otwarcia i zamknięcia łopatki kierującej turbiny wodnej, regulując w ten sposób moc wyjściową turbiny wodnej. Dzięki zasadzie sprzężenia zwrotnego, prędkość obrotowa generatora może być stabilizowana.
Czas publikacji: 08-10-2022
