Гидроэнергетика заключается в преобразовании энергии воды естественных рек в электричество для использования людьми. Существуют различные источники энергии, используемые в производстве электроэнергии, такие как солнечная энергия, энергия воды в реках и энергия ветра, генерируемая потоком воздуха. Стоимость производства гидроэлектроэнергии с использованием гидроэнергетики дешева, и строительство гидроэлектростанций также можно сочетать с другими проектами по охране водных ресурсов. Наша страна очень богата гидроэнергетическими ресурсами, и условия также очень хороши. Гидроэнергетика играет важную роль в строительстве национальной экономики.
Уровень воды в верхнем течении реки выше, чем уровень воды в нижнем течении. Из-за разницы в уровне воды в реке вырабатывается энергия воды. Эта энергия называется потенциальной энергией или потенциальной энергией. Разница между высотой речной воды называется перепадом, также называемым разницей уровня воды или напором воды. Этот перепад является основным условием для образования гидравлической мощности. Кроме того, величина гидравлической мощности также зависит от величины потока воды в реке, что является другим основным условием, таким же важным, как и перепад. Как перепад, так и поток напрямую влияют на гидравлическую мощность; чем больше объем воды в перепаде, тем больше гидравлическая мощность; если перепад и объем воды относительно малы, то выработка гидроэлектростанции будет меньше.
Перепад обычно выражается в метрах. Градиент — это отношение перепада к расстоянию, которое может указывать на степень концентрации капли. Перепад более концентрирован, и использование гидравлической энергии более удобно. Перепад, используемый гидроэлектростанцией, — это разница между поверхностью воды вверх по течению гидроэлектростанции и поверхностью воды вниз по течению после прохождения через турбину.
Поток — это количество воды, протекающей в реке за единицу времени, и он выражается в кубических метрах за одну секунду. Один кубический метр воды равен одной тонне. Поток реки меняется в любое время, поэтому, когда мы говорим о потоке, мы должны объяснить время конкретного места, где он течет. Поток меняется очень значительно со временем. Реки в нашей стране, как правило, имеют большой поток в сезон дождей летом и осенью, и относительно небольшой зимой и весной. Как правило, поток реки относительно невелик в верхнем течении; поскольку притоки сливаются, поток в нижнем течении постепенно увеличивается. Поэтому, хотя падение вверх по течению сконцентрировано, поток невелик; поток в нижнем течении большой, но падение относительно рассеяно. Поэтому часто наиболее экономично использовать гидравлическую энергию в среднем течении реки.
Зная перепад и расход воды, потребляемый гидроэлектростанцией, ее производительность можно рассчитать по следующей формуле:
N= ГКХ
В формуле N–выходная мощность в киловаттах также может называться мощностью;
Q–расход, в кубических метрах в секунду;
H – перепад, в метрах;
G = 9,8 — ускорение свободного падения, единица измерения: Ньютон/кг
Согласно приведенной выше формуле, теоретическая мощность рассчитывается без вычета потерь. Фактически, в процессе выработки гидроэлектроэнергии турбины, передающее оборудование, генераторы и т. д. имеют неизбежные потери мощности. Поэтому теоретическую мощность следует дисконтировать, то есть фактическую мощность, которую мы можем использовать, следует умножить на коэффициент эффективности (обозначение: K).
Проектная мощность генератора на ГЭС называется номинальной мощностью, а фактическая мощность — фактической мощностью. В процессе преобразования энергии неизбежно происходит потеря части энергии. В процессе выработки гидроэнергии в основном происходят потери турбин и генераторов (есть также потери в трубопроводах). Различные потери на сельской микроГЭС составляют около 40–50 % от общей теоретической мощности, поэтому на выходе ГЭС фактически может быть использовано только 50–60 % от теоретической мощности, то есть КПД составляет около 0,5–0,60 (из которых КПД турбины составляет 0,70–0,85, КПД генераторов — 0,85–0,90, КПД трубопроводов и передающего оборудования — 0,80–0,85). Таким образом, фактическую мощность (выход) ГЭС можно рассчитать следующим образом:
K – КПД гидроэлектростанции, (0,5～0,6) используется в грубом расчете микро-ГЭС; это значение можно упростить следующим образом:
N=(0,5～0,6)QHG Фактическая мощность=эффективность×расход×падение×9,8
Использование гидроэнергетики заключается в использовании энергии воды для приведения в движение машины, которая называется водяной турбиной. Например, древнее водяное колесо в нашей стране представляет собой очень простую водяную турбину. Различные гидравлические турбины, используемые в настоящее время, адаптированы к различным конкретным гидравлическим условиям, чтобы они могли вращаться более эффективно и преобразовывать энергию воды в механическую энергию. Другой вид машин, генератор, соединен с турбиной, так что ротор генератора вращается вместе с турбиной для выработки электроэнергии. Генератор можно разделить на две части: часть, которая вращается вместе с турбиной, и неподвижную часть генератора. Часть, которая соединена с турбиной и вращается, называется ротором генератора, и вокруг ротора имеется множество магнитных полюсов; круг вокруг ротора является неподвижной частью генератора, называемой статором генератора, а статор обернут множеством медных катушек. Когда множество магнитных полюсов ротора вращаются в середине медных катушек статора, на медных проводах генерируется ток, и генератор преобразует механическую энергию в электрическую.
Вырабатываемая электростанцией электрическая энергия преобразуется в механическую энергию (электродвигатель или двигатель), световую энергию (электрическая лампа), тепловую энергию (электропечь) и т. д. с помощью различного электрооборудования.
состав гидроэлектростанции
В состав гидроэлектростанции входят: гидротехнические сооружения, механическое оборудование и электрооборудование.
(1) Гидротехнические сооружения
Он имеет плотины (плотины), водозаборные ворота, каналы (или туннели), напорные форвакуумные резервуары (или регулирующие резервуары), напорные трубы, электростанции и отводящие водоводы и т. д.
Плотина (дамба) строится на реке, чтобы перекрыть речную воду и поднять поверхность воды, чтобы сформировать водохранилище. Таким образом, между поверхностью воды водохранилища на плотине (дамбе) и поверхностью воды реки ниже плотины образуется концентрированный перепад, а затем вода вводится в гидроэлектростанцию с помощью водопроводных труб или туннелей. В относительно крутых реках использование отводных каналов также может образовать перепад. Например: Как правило, перепад на километр естественной реки составляет 10 метров. Если канал открыт в верхнем конце этого участка реки для введения речной воды, канал будет вырыт вдоль реки, и уклон канала будет более пологим. Если перепад в канале сделан на километр, он упал только на 1 метр, так что вода текла 5 километров в канале, а поверхность воды упала только на 5 метров, в то время как вода упала на 50 метров, пройдя 5 километров в естественном канале. В это время вода из канала возвращается обратно на электростанцию по реке с помощью водопровода или туннеля, и там есть концентрированный перепад высотой 45 метров, который может быть использован для выработки электроэнергии. Рисунок 2
Использование отводных каналов, тоннелей или водопроводов (пластиковых, стальных, бетонных и т. д.) для формирования гидроэлектростанции с концентрированным сбросом воды называется гидроэлектростанцией с отводным каналом, которая является типичной компоновкой гидроэлектростанций.
(2) Механическое и электрическое оборудование
Помимо вышеперечисленных гидротехнических сооружений (плотины, каналы, водоприемные площадки, напорные трубы, мастерские) для гидроэлектростанции необходимо также следующее оборудование:
(1) Механическое оборудование
Имеются турбины, регуляторы, задвижки, передаточное и негенерирующее оборудование.
(2) Электрооборудование
Имеются генераторы, распределительные щиты управления, трансформаторы и линии электропередачи.
Но не все малые гидроэлектростанции имеют вышеупомянутые гидротехнические сооружения и механическое и электрическое оборудование. Если напор воды составляет менее 6 метров на низконапорной гидроэлектростанции, как правило, используются водоводный канал и открытый канал водовода, а напорный водосборник и напорный водопровод отсутствуют. Для электростанций с небольшим диапазоном электроснабжения и коротким расстоянием передачи применяется прямая передача электроэнергии, и трансформатор не требуется. Гидроэлектростанции с водохранилищами не нуждаются в строительстве плотин. Использование глубоких водозаборов, внутренних труб плотин (или туннелей) и водосбросов устраняет необходимость в гидротехнических сооружениях, таких как плотины, водозаборные ворота, каналы и напорные водосборники.
Для строительства гидроэлектростанции, прежде всего, необходимо провести тщательные изыскательские и проектные работы. В проектных работах выделяют три стадии проектирования: эскизный проект, технический проект и детализация конструкции. Для того чтобы хорошо выполнить проектные работы, в первую очередь необходимо провести тщательные изыскательские работы, то есть полностью понять местные природные и экономические условия – то есть топографию, геологию, гидрологию, капитал и т. д. Правильность и надежность проекта могут быть гарантированы только после освоения этих ситуаций и их анализа.
Составные части малых гидроэлектростанций имеют различную форму в зависимости от типа гидроэлектростанции.
3. Топографическая съемка
Качество топографических работ оказывает большое влияние на инженерную планировку и оценку объема инженерных работ.
Геологическая разведка (понимание геологических условий) в дополнение к общему пониманию и исследованию геологии водораздела и вдоль реки, необходимо также понять, является ли фундамент машинного зала прочным, что напрямую влияет на безопасность самой электростанции. Как только плотина с определенным объемом водохранилища будет разрушена, это не только повредит саму гидроэлектростанцию, но и приведет к огромным человеческим жертвам и потерям имущества ниже по течению.
4. Гидрологическое испытание
Для гидроэлектростанций наиболее важными гидрологическими данными являются записи уровня воды в реке, расхода, содержания наносов, условий обледенения, метеорологические данные и данные обследования наводнений. Размер речного стока влияет на схему водосброса гидроэлектростанции. Недооценка силы наводнения приведет к повреждению плотины; наносы, переносимые рекой, могут быстро заполнить водохранилище в худшем случае. Например, приточный канал приведет к заиливанию канала, а крупнозернистый нанос пройдет через турбину и вызовет износ турбины. Поэтому строительство гидроэлектростанций должно иметь достаточные гидрологические данные.
Поэтому, прежде чем принять решение о строительстве ГЭС, мы должны сначала изучить направление экономического развития в районе электроснабжения и будущий спрос на электроэнергию. В то же время оценить ситуацию с другими источниками энергии в районе развития. Только после исследования и анализа вышеуказанной ситуации мы можем решить, нужно ли строить ГЭС и насколько масштабными должны быть ее масштабы.
В целом целью гидроэнергетических изыскательских работ является предоставление точной и надежной базовой информации, необходимой для проектирования и строительства гидроэлектростанций.
5. Общие условия выбора места
Общие условия выбора места можно объяснить с точки зрения следующих четырех аспектов:
(1) Выбранное место должно быть способно использовать энергию воды наиболее экономичным способом и соответствовать принципу экономии затрат, то есть после завершения строительства электростанции тратится наименьшее количество денег и вырабатывается наибольшее количество электроэнергии. Обычно это можно измерить, оценив годовой доход от выработки электроэнергии и инвестиции в строительство станции, чтобы увидеть, сколько времени может окупиться инвестированный капитал. Однако гидрологические и топографические условия в разных местах различны, а потребности в электроэнергии также различны, поэтому стоимость строительства и инвестиции не должны ограничиваться определенными значениями.
(2) Топографические, геологические и гидрологические условия выбранного участка должны быть относительно превосходными, а также должны быть возможности в проектировании и строительстве. При строительстве малых ГЭС использование строительных материалов должно соответствовать принципу «местных материалов» в максимально возможной степени.
(3) Выбранное место должно располагаться как можно ближе к зоне электроснабжения и переработки, чтобы сократить инвестиции в оборудование для передачи электроэнергии и потери электроэнергии.
(4) При выборе места следует максимально использовать существующие гидротехнические сооружения. Например, можно использовать перепад воды для строительства гидроэлектростанции в оросительном канале, или можно построить гидроэлектростанцию рядом с оросительным водохранилищем для выработки электроэнергии из оросительного потока и т. д. Поскольку эти гидроэлектростанции могут соответствовать принципу выработки электроэнергии при наличии воды, их экономическое значение становится более очевидным.
Время публикации: 19 мая 2022 г.
