1、 Visão geral da geração de energia hidrelétrica
A geração de energia hidrelétrica consiste na conversão da energia hídrica de rios naturais em energia elétrica para uso humano. As fontes de energia utilizadas pelas usinas são diversas, como a energia solar, a energia hídrica dos rios e a energia eólica gerada pelo fluxo de ar. O custo da geração de energia hidrelétrica é baixo, e a construção de usinas hidrelétricas também pode ser combinada com outros projetos de conservação de água. A China é rica em recursos hídricos e possui excelentes condições. A energia hidrelétrica desempenha um papel importante na construção econômica nacional.
O nível da água a montante de um rio é maior do que o nível da água a jusante. Devido à diferença entre os níveis da água do rio, a energia da água é gerada. Essa energia é chamada de energia potencial. A diferença entre a altura da superfície da água do rio é chamada de queda, também chamada de diferença de nível de água ou queda. Essa queda é uma condição básica para a energia hidráulica. Além disso, a magnitude da energia hidrelétrica também depende da magnitude do fluxo de água no rio, que é outra condição básica tão importante quanto a queda. Tanto a queda quanto a vazão afetam diretamente a magnitude da energia hidráulica; quanto maior a queda d'água, maior a energia hidráulica; se a queda d'água e o volume de água forem relativamente pequenos, a produção da usina hidrelétrica será menor.
A queda d'água é geralmente expressa em metros. O gradiente da superfície da água é a razão entre a queda d'água e a distância, o que pode indicar o grau de concentração da queda d'água. Se a queda d'água for relativamente concentrada, o uso da energia hidráulica é mais conveniente. A queda d'água utilizada por uma usina hidrelétrica é a diferença entre a superfície da água a montante da usina hidrelétrica e a superfície da água a jusante após passar pela turbina hidráulica.
Fluxo é a quantidade de água que flui através de um rio em uma unidade de tempo, expressa em metros cúbicos por segundo. Um metro cúbico de água é uma tonelada. O fluxo de um rio muda a qualquer hora e em qualquer lugar, então quando falamos sobre o fluxo, devemos explicar o tempo do local específico onde ele flui. O fluxo muda significativamente ao longo do tempo. Em geral, os rios na China têm grande fluxo no verão, outono e estação chuvosa, mas pequeno fluxo no inverno e primavera. O fluxo varia de mês para dia, e o volume de água varia de ano para ano. O fluxo de rios em geral é relativamente pequeno no curso superior; À medida que os afluentes convergem, o fluxo a jusante aumenta gradualmente. Portanto, embora a queda a montante seja concentrada, o fluxo é pequeno; embora o fluxo a jusante seja grande, a queda é relativamente dispersa. Portanto, muitas vezes é mais econômico usar energia hidráulica no curso médio do rio.
Conhecendo a queda e a vazão utilizadas por uma usina hidrelétrica, sua produção pode ser calculada com a seguinte fórmula:
N= GQH
Na fórmula, N – saída, unidade: kW, também chamada de potência;
Q — vazão, em metros cúbicos por segundo;
H — Queda, em metros;
G=9,8, é a aceleração da gravidade, em Newton/kg
A potência teórica é calculada de acordo com a fórmula acima, sem dedução de perdas. De fato, no processo de geração de energia hidrelétrica, turbinas hidráulicas, equipamentos de transmissão, geradores, etc., sofrem perdas de potência inevitáveis. Portanto, a potência teórica deve ser descontada, ou seja, a potência real que podemos utilizar deve ser multiplicada pelo coeficiente de eficiência (símbolo: K).
A potência projetada do gerador em uma usina hidrelétrica é chamada de potência nominal, e a potência real é chamada de potência real. No processo de transformação de energia, é inevitável perder energia. No processo de geração de energia hidrelétrica, ocorrem principalmente perdas em turbinas hidráulicas e geradores (incluindo perdas em tubulações). Em microcentrais hidrelétricas rurais, as perdas representam de 40% a 50% da potência teórica total, de modo que a produção da usina hidrelétrica pode utilizar apenas 50% a 60% da potência teórica, ou seja, a eficiência é de cerca de 0,5% a 0,60% (incluindo a eficiência da turbina de 0,70% a 0,85%, a eficiência do gerador de 0,85% a 0,90% e a eficiência dos equipamentos de tubulação e transmissão de 0,80% a 0,85%. Portanto, a potência real (produção) da usina hidrelétrica pode ser calculada da seguinte forma:
K – eficiência da estação hidrelétrica, (0,5~0,6) é adotada para cálculo aproximado da microestação hidrelétrica; A fórmula acima pode ser simplificada como:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG potência real = eficiência × fluxo × queda × nove vírgula oito
A energia hidrelétrica utiliza a água para acionar um tipo de máquina chamada turbina hidráulica. Por exemplo, a antiga roda d'água chinesa é uma turbina hidráulica muito simples. As diversas turbinas hidráulicas utilizadas atualmente são adaptadas a diferentes condições hidráulicas específicas, permitindo que girem com mais eficiência e convertam a energia da água em energia mecânica. Outra máquina, o gerador, é conectada à turbina hidráulica para fazer o rotor do gerador girar com a turbina hidráulica, gerando eletricidade. O gerador pode ser dividido em duas partes: a parte que gira em conjunto com a turbina hidráulica e a parte fixa do gerador. A parte que gira em conjunto com a turbina hidráulica é chamada de rotor do gerador, e existem muitos polos magnéticos ao redor do rotor; um círculo ao redor do rotor é a parte fixa do gerador, que é chamada de estator. O estator é envolvido por muitas bobinas de cobre. Quando os muitos polos magnéticos do rotor giram no meio da bobina de cobre do estator, uma corrente é gerada no fio de cobre, e o gerador converte energia mecânica em energia elétrica.
A energia elétrica gerada pela usina é transformada a partir de vários equipamentos elétricos em energia mecânica (motor ou motor), energia luminosa (lâmpada elétrica), energia térmica (forno elétrico), etc.
2、 Composição da usina hidrelétrica
A usina hidrelétrica é composta por estruturas hidráulicas, equipamentos mecânicos e equipamentos elétricos.
（1） Estruturas hidráulicas
Inclui barragem, comporta de entrada, canal (ou túnel), compartimento de anteparo (ou tanque de regulação), conduto forçado, casa de força e canal de fuga, etc.
Construir uma barragem no rio para bloqueá-lo, elevar a superfície da água e formar um reservatório. Desta forma, uma queda concentrada é formada a partir da superfície da água do reservatório na barragem até a superfície da água do rio sob a barragem, e então a água é introduzida na usina hidrelétrica através de tubulações ou túneis. No canal íngreme do rio, o uso de canais de desvio também pode formar uma queda. Por exemplo, a queda de um rio natural é de 10 metros por quilômetro. Se um canal for aberto na extremidade superior desta seção do rio para introduzir água, o canal será escavado ao longo do rio, e o gradiente do canal será plano. Se a queda no canal for de apenas 1 metro por quilômetro, a água fluirá 5 quilômetros no canal, e a água cairá apenas 5 metros, enquanto a água cairá 50 metros após caminhar 5 quilômetros no rio natural. Nesse momento, a água do canal é conduzida de volta à casa de força pelo rio por meio de tubulações ou túneis, e há uma queda concentrada de 45 m que pode ser usada para gerar eletricidade.
Uma usina hidrelétrica que usa canais de desvio, túneis ou tubulações de água (como tubos de plástico, tubos de aço, tubos de concreto, etc.) para formar uma gota concentrada é chamada de usina hidrelétrica do tipo canal de desvio, que é um layout típico de usinas hidrelétricas.
（2） Equipamentos mecânicos e elétricos
Além das obras hidráulicas acima mencionadas (barreira, canal, câmara de adução, conduto forçado e casa de força), a usina hidrelétrica também precisa dos seguintes equipamentos:
(1) Equipamento mecânico
Existem turbinas hidráulicas, reguladores, válvulas de gaveta, equipamentos de transmissão e equipamentos que não geram energia.
(2) Equipamentos elétricos
Existem geradores, painéis de controle de distribuição, transformadores, linhas de transmissão, etc.
No entanto, nem todas as pequenas centrais hidrelétricas possuem as estruturas hidráulicas e os equipamentos mecânicos e elétricos mencionados acima. Se a central hidrelétrica de baixa queda d'água com queda d'água inferior a 6 metros geralmente adotar o método de canal de desvio e câmara de desvio de canal aberto, não haverá conduto forçado nem conduto forçado. As centrais com pequeno alcance de fornecimento de energia e curta distância de transmissão adotam transmissão direta sem transformador. As centrais hidrelétricas com reservatórios não precisam construir barragens. A entrada de água profunda é adotada, e a tubulação interna (ou túnel) e o vertedouro da barragem não precisam usar estruturas hidráulicas como vertedouro, comporta de captação, canal e conduto forçado.
Para construir uma usina hidrelétrica, é necessário realizar um levantamento e projeto cuidadosos. O projeto compreende três etapas: projeto preliminar, projeto técnico e detalhamento construtivo. Para um bom projeto, é necessário realizar um levantamento completo, ou seja, compreender plenamente as condições naturais e econômicas locais — topografia, geologia, hidrologia, capital, etc. A correção e a confiabilidade do projeto só podem ser garantidas após o domínio e a análise dessas condições.
Os componentes de pequenas centrais hidrelétricas têm diversas formas de acordo com os diferentes tipos de centrais hidrelétricas.
3、 Levantamento topográfico
A qualidade do levantamento topográfico tem grande influência no layout do projeto e na estimativa de quantidades.
A exploração geológica (compreensão das condições geológicas) requer não apenas conhecimento geral e pesquisa sobre a geologia da bacia e da orla, mas também a compreensão da solidez da fundação da casa de máquinas, o que afeta diretamente a segurança da própria usina. A destruição de uma barragem com um determinado volume de reservatório não só danificará a própria usina hidrelétrica, como também causará enormes perdas de vidas e propriedades a jusante. Portanto, a seleção geológica da ante-baia geralmente é priorizada.
4、 Hidrometria
Para usinas hidrelétricas, os dados hidrológicos mais importantes são os registros do nível do rio, vazão, concentração de sedimentos, formação de gelo, dados meteorológicos e dados de levantamento de inundações. A magnitude da vazão do rio afeta o traçado do vertedouro da usina hidrelétrica, e a gravidade da inundação é subestimada, o que levará à destruição da barragem. Os sedimentos transportados pelo rio podem encher o reservatório rapidamente, na pior das hipóteses. Por exemplo, o influxo no canal causará assoreamento do canal, e sedimentos grossos passarão pela turbina hidráulica e causarão desgaste da turbina hidráulica. Portanto, a construção de usinas hidrelétricas deve ter dados hidrológicos suficientes.
Portanto, antes de decidir construir uma usina hidrelétrica, é necessário investigar e estudar a direção do desenvolvimento econômico e a demanda futura por eletricidade na área de fornecimento de energia. Ao mesmo tempo, avaliar a situação de outras fontes de energia na área de desenvolvimento. Somente após estudar e analisar as condições acima, poderemos decidir se a usina hidrelétrica precisa ser construída e qual deve ser o tamanho da sua escala de construção.
Em geral, o objetivo do levantamento hidrelétrico é fornecer dados básicos precisos e confiáveis, necessários para o projeto e a construção de usinas hidrelétricas.
5. Condições gerais do local da estação selecionada
As condições gerais para a seleção do local da estação podem ser descritas nos quatro aspectos seguintes:
(1) O local da usina selecionado deve ser capaz de fazer o uso mais econômico da energia hídrica e estar em conformidade com o princípio da economia de custos, ou seja, após a conclusão da usina, o custo mínimo será gasto e a potência máxima será gerada. Geralmente, isso pode ser medido estimando a receita anual com a geração de energia e o investimento na construção da usina para verificar em quanto tempo o capital investido pode ser recuperado. No entanto, devido às diferentes condições hidrológicas e topográficas e às diferentes demandas de energia, o custo e o investimento não devem ser limitados a determinados valores.
(2) O local da estação selecionado deve apresentar condições topográficas, geológicas e hidrológicas favoráveis, além de ser viável em termos de projeto e construção. A construção de pequenas centrais hidrelétricas deve obedecer, na medida do possível, ao princípio de "materiais locais" em termos de materiais de construção.
（3） O local da estação selecionada deve ser o mais próximo possível da área de fornecimento de energia e processamento para reduzir o investimento em equipamentos de transmissão e perda de energia.
(4) Ao selecionar o local da estação, as estruturas hidráulicas existentes devem ser aproveitadas ao máximo. Por exemplo, a queda d'água pode ser usada para construir usinas hidrelétricas em canais de irrigação, ou usinas hidrelétricas podem ser construídas perto de reservatórios de irrigação para gerar eletricidade usando o fluxo de irrigação, etc. Como essas usinas hidrelétricas podem atender ao princípio de geração de eletricidade quando há água, sua importância econômica é mais evidente.
Horário de publicação: 25 de outubro de 2022
