1. Prezentare generală a generării de energie hidroelectrică
Producția de energie hidroelectrică constă în transformarea energiei apei din râurile naturale în energie electrică pentru uzul uman. Sursele de energie utilizate de centralele electrice sunt diverse, cum ar fi energia solară, energia hidrologică a râurilor și energia eoliană generată de fluxul de aer. Costul generării de energie hidroelectrică folosind energia hidroelectrică este redus, iar construcția de centrale hidroelectrice poate fi combinată și cu alte inițiative de conservare a apei. China este bogată în resurse de apă și are condiții excelente. Energia hidroelectrică joacă un rol important în construcția economiei naționale.
Nivelul apei în amonte al unui râu este mai mare decât nivelul apei în aval. Datorită diferenței dintre nivelul apei râului, se generează energia apei. Această energie se numește energie potențială. Diferența dintre înălțimea suprafeței apei râului se numește cădere de nivel, numită și diferență de nivel sau coloană de apă. Această cădere de nivel este o condiție de bază pentru energia hidraulică. În plus, puterea apei depinde și de debitul apei din râu, care este o altă condiție de bază la fel de importantă ca și căderea de nivel. Atât căderea de nivel, cât și debitul afectează direct puterea hidraulică; cu cât căderea de nivel este mai mare, cu atât puterea hidraulică este mai mare; dacă căderea de nivel și volumul de apă sunt relativ mici, producția centralei hidroelectrice va fi mai mică.
Căderea de nivel este în general exprimată în metri. Gradientul suprafeței apei este raportul dintre cădere și distanță, care poate indica gradul de concentrare a căderii de nivel. Dacă căderea de nivel este relativ concentrată, utilizarea energiei apei este mai convenabilă. Căderea de nivel utilizată de o centrală hidroelectrică este diferența dintre suprafața apei din amonte a centralei hidroelectrice și suprafața apei din aval, după trecerea prin turbina hidraulică.
Debitul este cantitatea de apă care curge printr-un râu într-o unitate de timp, exprimată în metri cubi pe secundă. Un metru cub de apă este egal cu o tonă. Debitul unui râu se schimbă oricând și oriunde, așa că atunci când vorbim despre debit, trebuie să explicăm timpul specific locului în care curge. Debitul se schimbă semnificativ în timp. În general, râurile din China au debit mare vara, toamna și în sezonul ploios, dar debit mic iarna și primăvara. Debitul variază de la o lună la alta, iar volumul de apă variază de la an la an. Debitul râurilor generale este relativ mic în amonte; pe măsură ce afluenții converg, debitul în aval crește treptat. Prin urmare, deși scăderea în amonte este concentrată, debitul este mic; deși debitul în aval este mare, scăderea este relativ dispersată. Prin urmare, este adesea cel mai economic să se utilizeze energia apei în cursul mijlociu al râului.
Cunoscând căderea și debitul utilizate de o hidrocentrală, producția acesteia poate fi calculată cu următoarea formulă:
N= GQH
În formulă, N – putere, unitate: kW, numită și putere;
Q — debit, în metri cubi pe secundă;
H — Cădere, în metri;
G=9,8 este accelerația gravitațională, în Newton/kg
Puterea teoretică se calculează conform formulei de mai sus și nu se deduce nicio pierdere. De fapt, în procesul de generare a energiei hidroelectrice, turbinele hidraulice, echipamentele de transmisie, generatoarele etc. au pierderi de putere inevitabile. Prin urmare, puterea teoretică ar trebui redusă, adică puterea reală pe care o putem utiliza ar trebui înmulțită cu coeficientul de eficiență (simbol: K).
Puterea proiectată a generatorului din centrala hidroelectrică se numește putere nominală, iar puterea reală se numește putere efectivă. În procesul de transformare a energiei, este inevitabil să se piardă o parte din energie. În procesul de generare a energiei hidroelectrice, există în principal pierderi ale turbinelor hidraulice și generatoarelor (inclusiv pierderi ale conductelor). În microcentralele hidroelectrice rurale, diverse pierderi reprezintă 40~50% din puterea teoretică totală, astfel încât producția centralelor hidroelectrice poate utiliza doar 50~60% din puterea teoretică, adică randamentul este de aproximativ 0,5~0,60 (incluzând randamentul turbinei de 0,70~0,85, randamentul generatorului de 0,85~0,90 și randamentul conductelor și echipamentelor de transmisie de 0,80~0,85). Prin urmare, puterea reală (de ieșire) a centralei hidroelectrice poate fi calculată după cum urmează:
K – randamentul hidrocentralei (0,5~0,6) este adoptat pentru calculul aproximativ al microcentralei hidroelectrice; Formula de mai sus poate fi simplificată astfel:
N=(0,5 ～ 0,6) puterea reală QHG = eficiență × debit × cădere × nouă virgulă opt
Utilizarea energiei hidroelectrice constă în utilizarea apei pentru a acționa un tip de mașinărie, numită turbină hidraulică. De exemplu, roata hidraulică antică din China este o turbină hidraulică foarte simplă. Diversele turbine hidraulice utilizate acum sunt adaptate la diverse condiții hidraulice specifice, astfel încât să se poată roti mai eficient și să transforme energia apei în energie mecanică. O altă mașină, generatorul, este conectată la turbina hidraulică pentru a face rotorul generatorului să se rotească odată cu turbina hidraulică, iar apoi se poate genera electricitate. Generatorul poate fi împărțit în două părți: partea care se rotește împreună cu turbina hidraulică și partea fixă a generatorului. Partea care se rotește împreună cu turbina hidraulică se numește rotorul generatorului și există mulți poli magnetici în jurul rotorului; Un cerc în jurul rotorului este partea fixă a generatorului, care se numește statorul generatorului. Statorul este înfășurat cu multe bobine de cupru. Când mulți poli magnetici ai rotorului se rotesc în mijlocul bobinei de cupru a statorului, se va genera curent pe firul de cupru, iar generatorul trebuie să transforme energia mecanică în energie electrică.
Energia electrică generată de centrala electrică este transformată din diverse echipamente electrice în energie mecanică (motor sau motor electric), energie luminoasă (lampă electrică), energie termică (cuptor electric) etc.
2. Compoziția centralei hidroelectrice
Centrala hidroelectrică este alcătuită din structuri hidraulice, echipamente mecanice și echipamente electrice.
(1) Structuri hidraulice
Include deversoarul (barajul), poarta de admisie, canalul (sau tunelul), baia de alimentare (sau rezervorul de reglare), forța conductă, centrala electrică și canalul de evacuare etc.
Construiți un baraj (deversor) în râu pentru a bloca râul, a ridica suprafața apei și a forma un rezervor. În acest fel, se formează o cădere concentrată de la suprafața apei din rezervorul de pe baraj (deversor) până la suprafața apei din râul de sub baraj, iar apoi apa este introdusă în centrala hidroelectrică prin conducte sau tuneluri. În cazul unui canal abrupt, se poate forma o cădere și cu ajutorul canalelor de deviere. De exemplu, căderea unui râu natural este de 10 metri pe kilometru. Dacă se deschide un canal la capătul superior al acestei secțiuni a râului pentru a introduce apa, canalul va fi excavat de-a lungul râului, iar panta canalului va fi plană. Dacă căderea în canal este de doar 1 metru pe kilometru, apa va curge 5 kilometri în canal, iar apa va cădea doar 5 metri, în timp ce apa va cădea 50 de metri după parcurgerea a 5 kilometri în râul natural. În acest moment, apa din canal este condusă înapoi la centrală de către râu cu conducte sau tuneluri, existând o cădere concentrată de 45 m care poate fi utilizată pentru generarea de electricitate.
O hidrocentrală care utilizează canale de deviere, tuneluri sau conducte de apă (cum ar fi conducte de plastic, conducte de oțel, conducte de beton etc.) pentru a forma o cădere concentrată se numește hidrocentrală de tip canal de deviere, care este o configurație tipică a hidrocentralelor.
(2) Echipamente mecanice și electrice
Pe lângă lucrările hidraulice menționate mai sus (baraj, canal, aval, forță conductă și centrală electrică), centrala hidroelectrică necesită și următoarele echipamente:
(1) Echipamente mecanice
Există turbine hidraulice, regulatoare, vane cu poartă, echipamente de transmisie și echipamente care nu generează energie electrică.
(2) Echipamente electrice
Există generatoare, panouri de distribuție, transformatoare, linii de transmisie etc.
Totuși, nu toate hidrocentralele mici au structurile hidraulice și echipamentele mecanice și electrice menționate mai sus. Dacă o centrală hidroelectrică cu înălțime mică, cu o înălțime a apei mai mică de 6 metri, adoptă în general canalul de deviere și camera de deviere cu canal deschis, nu va exista canal de alimentare și forță conductă. Centralele electrice cu o rază mică de alimentare cu energie și o distanță scurtă de transmisie adoptă transmisia directă fără transformator. Centralele hidroelectrice cu rezervoare nu necesită construirea de baraje. Se adoptă o admisie de apă adâncă, iar conducta interioară (sau tunelul) și deversorul barajului nu necesită utilizarea unor structuri hidraulice precum barajul, poarta de admisie, canalul și canalul de alimentare.
Pentru a construi o hidrocentrală, trebuie efectuate mai întâi o evaluare și o proiectare atentă. Există trei etape de proiectare: proiectul preliminar, proiectul tehnic și detaliile de construcție. Pentru a realiza o proiectare bună, trebuie mai întâi să efectuăm o evaluare amănunțită, adică să înțelegem pe deplin condițiile naturale și economice locale - topografia, geologia, hidrologia, capitalul etc. Corectitudinea și fiabilitatea proiectării pot fi garantate numai după stăpânirea acestor condiții și analizarea lor.
Componentele hidrocentralelor mici au forme variate în funcție de diferitele tipuri de hidrocentrale.
3. Ridicare topografică
Calitatea ridicării topografice are o mare influență asupra amplasării proiectului și a estimării cantităților.
Explorarea geologică (înțelegerea condițiilor geologice) necesită nu doar o înțelegere generală și cercetare a geologiei bazinului și a geologiei malurilor râului, ci și înțelegerea solidității fundației sălii mașinilor, ceea ce afectează în mod direct siguranța centralei electrice în sine. Odată ce barajul cu un anumit volum al rezervorului este distrus, nu numai că va deteriora centrala hidroelectrică în sine, dar va provoca și pierderi uriașe de vieți omenești și proprietăți în aval. Prin urmare, selecția geologică a bazinului de acumulare este, în general, pusă pe primul loc.
4. Hidrometrie
Pentru centralele hidroelectrice, cele mai importante date hidrologice sunt înregistrările nivelului apei râului, debitului, concentrației sedimentelor, înghețului, datele meteorologice și datele privind inundațiile. Mărimea debitului râului afectează amplasamentul deversorului centralei hidroelectrice, iar severitatea inundației este subestimată, ceea ce va duce la distrugerea barajului; Sedimentele transportate de râu pot umple rapid rezervorul în cel mai rău caz. De exemplu, afluxul în canal va provoca colmatarea canalului, iar sedimentele grosiere vor trece prin turbina hidraulică și vor provoca uzura turbinei hidraulice. Prin urmare, construcția centralelor hidroelectrice trebuie să aibă suficiente date hidrologice.
Prin urmare, înainte de a decide construirea unei hidrocentrale, este necesar să se investigheze și să se studieze direcția dezvoltării economice și cererea viitoare de energie electrică în zona de alimentare cu energie. În același timp, să se estimeze situația altor surse de energie din zona de dezvoltare. Numai după studierea și analizarea condițiilor de mai sus putem decide dacă este necesară construirea hidrocentralei și cât de mare ar trebui să fie scara construcției.
În general, scopul studiilor hidroenergetice este de a furniza date de bază precise și fiabile necesare pentru proiectarea și construcția centralelor hidroelectrice.
5. Condiții generale ale amplasamentului stației selectate
Condițiile generale pentru selectarea amplasamentului stației pot fi descrise în următoarele patru aspecte:
(1) Amplasamentul ales pentru stația electrică trebuie să poată utiliza energia apei în cel mai economic mod și să respecte principiul economisirii costurilor, adică, după finalizarea centralei electrice, se va cheltui costul minim și se va genera puterea maximă. În general, acest lucru poate fi măsurat prin estimarea veniturilor anuale din generarea de energie electrică și a investițiilor în construcția stației pentru a vedea cât timp poate fi recuperat capitalul investit. Cu toate acestea, din cauza diferitelor condiții hidrologice și topografice și a diferitelor cerințe de energie, costul și investiția nu ar trebui să fie limitate de anumite valori.
(2) Amplasamentul ales pentru stația hidroelectrică trebuie să aibă condiții topografice, geologice și hidrologice superioare și să fie posibil din punct de vedere al proiectării și construcției. Construcția hidrocentralelor mici trebuie să respecte pe cât posibil principiul „materialelor locale” în ceea ce privește materialele de construcție.
(3) Amplasamentul stației selectat trebuie să fie cât mai aproape de sursa de energie electrică și de zona de procesare pentru a reduce investițiile în echipamentele de transmisie și pierderile de putere.
(4) La alegerea amplasamentului stației, se vor utiliza pe cât posibil structurile hidraulice existente. De exemplu, se pot folosi picăturile de apă pentru a construi hidrocentrale în canalele de irigații sau se pot construi hidrocentrale lângă rezervoarele de irigații pentru a genera electricitate folosind debitul de irigații etc. Deoarece aceste hidrocentrale pot respecta principiul generării de electricitate atunci când există apă, importanța lor economică este mai evidentă.
Data publicării: 25 oct. 2022
