1. Обзор гидроэнергетики
Гидроэнергетика заключается в преобразовании энергии воды естественных рек в электрическую энергию для использования людьми. Источники энергии, используемые электростанциями, разнообразны, такие как солнечная энергия, энергия воды рек и энергия ветра, генерируемая потоком воздуха. Стоимость гидроэнергетики с использованием гидроэнергетики дешева, и строительство гидроэлектростанций также можно сочетать с другими мероприятиями по охране водных ресурсов. Китай богат водными ресурсами и имеет прекрасные условия. Гидроэнергетика играет важную роль в строительстве национальной экономики.
Уровень воды в верхнем течении реки выше, чем уровень воды в нижнем течении. Из-за разницы между уровнем воды в реке генерируется энергия воды. Эта энергия называется потенциальной энергией или потенциальной энергией. Разница между высотой поверхности речной воды называется перепадом, также называемым разницей уровня воды или напором. Этот перепад является основным условием для гидравлической энергии. Кроме того, размер гидроэнергии также зависит от размера потока воды в реке, что является другим основным условием, таким же важным, как перепад. Как перепад, так и сброс напрямую влияют на размер гидравлической энергии; Чем больше перепад воды, тем больше гидравлическая мощность; Если перепад и объем воды относительно невелики, выработка гидроэлектростанции будет меньше.
Перепад обычно выражается в метрах. Градиент поверхности воды — это отношение перепада к расстоянию, которое может указывать на степень концентрации перепада. Если перепад относительно концентрирован, использование гидроэнергии более удобно. Перепад, используемый гидроэлектростанцией, — это разница между поверхностью воды вверх по течению гидроэлектростанции и поверхностью воды вниз по течению после прохождения через гидравлическую турбину.
Поток — это количество воды, протекающее через реку за единицу времени, выраженное в кубических метрах в секунду. Кубический метр воды равен одной тонне. Поток реки меняется в любое время и в любом месте, поэтому, когда мы говорим о потоке, мы должны указать время конкретного места, где он течет. Поток значительно меняется со временем. В целом, реки в Китае имеют большой поток летом, осенью и в сезон дождей, но небольшой поток зимой и весной. Поток меняется от месяца ко дню, а объем воды меняется из года в год. Поток общих рек относительно невелик в верхнем течении; По мере сближения притоков поток вниз по течению постепенно увеличивается. Поэтому, хотя падение вверх по течению сконцентрировано, поток невелик; Хотя поток вниз по течению большой, падение относительно рассредоточено. Поэтому часто наиболее экономично использовать гидроэнергию в среднем течении реки.
Зная перепад и расход, используемые гидроэлектростанцией, ее производительность можно рассчитать по следующей формуле:
N= ГКХ
В формуле N – выходная мощность, единица измерения: кВт, также называемая мощностью;
Q — расход, в кубических метрах в секунду;
H — Перепад, в метрах;
G=9,8 — ускорение свободного падения, в Ньютонах/кг
Теоретическая мощность рассчитывается по приведенной выше формуле, и никакие потери не вычитаются. Фактически, в процессе выработки гидроэнергии, гидротурбины, 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 гидроэлектростанции называется номинальной мощностью, а фактическая мощность называется фактической мощностью. В процессе преобразования энергии неизбежно происходит потеря некоторого количества энергии. В процессе выработки гидроэлектроэнергии в основном происходят потери гидротурбин и генераторов (включая потери трубопроводов). На сельских микроГЭС различные потери составляют 40~50% от общей теоретической мощности, поэтому выходная мощность гидроэлектростанций может использовать только 50~60% от теоретической мощности, то есть КПД составляет около 0,5~0,60 (включая КПД турбины 0,70~0,85, КПД генератора 0,85~0,90 и КПД трубопроводного и передаточного оборудования 0,80~0,85). Таким образом, фактическая мощность (выходная мощность) гидроэлектростанции может быть рассчитана следующим образом:
K – КПД гидроэлектростанции, (0,5~0,6) принимается для грубого расчета микроГЭС; Приведенную выше формулу можно упростить следующим образом:
N=(0,5 ～ 0,6) Фактическая мощность QHG=эффективность × поток × падение × девять целых восемь десятых
Использование гидроэнергетики заключается в использовании воды для приведения в действие своего рода машины, которая называется водяной турбиной. Например, древнее водяное колесо в Китае представляет собой очень простую водяную турбину. Различные гидравлические турбины, используемые сейчас, адаптированы к различным конкретным гидравлическим условиям, чтобы они могли вращаться более эффективно и превращать энергию воды в механическую энергию. Другая машина, генератор, соединена с водяной турбиной, чтобы ротор генератора вращался вместе с водяной турбиной, и затем может вырабатываться электричество. Генератор можно разделить на две части: часть, которая вращается вместе с гидравлической турбиной, и неподвижную часть генератора. Часть, которая вращается вместе с гидравлической турбиной, называется ротором генератора, и вокруг ротора имеется множество магнитных полюсов; Круг вокруг ротора является неподвижной частью генератора, которая называется статором генератора. Статор обернут множеством медных катушек. Когда множество магнитных полюсов ротора вращаются в середине медной катушки статора, на медном проводе будет генерироваться ток, и генератор должен преобразовывать механическую энергию в электрическую.
Вырабатываемая электростанцией электрическая энергия преобразуется от различного электрооборудования в механическую энергию (двигатель или двигатель), световую энергию (электрическая лампа), тепловую энергию (электрическая печь) и т. д.
2. Состав гидроэлектростанции
Гидроэлектростанция состоит из гидротехнических сооружений, механического оборудования и электрооборудования.
（1） Гидротехнические сооружения
Он включает в себя плотину, водозаборный затвор, канал (или туннель), водоотвод (или регулирующий резервуар), напорный водовод, здание ГЭС и отводящий водовод и т. д.
Построить плотину (дамбу) на реке, чтобы перекрыть реку, поднять поверхность воды и сформировать водохранилище. Таким образом, образуется концентрированный перепад от поверхности воды водохранилища на плотине (дамбе) до поверхности воды реки под плотиной, а затем вода вводится в гидроэлектростанцию через водопроводные трубы или туннели. В крутом русле реки использование отводных каналов также может образовать перепад. Например, перепад естественной реки составляет 10 метров на километр. Если открыть канал в верхнем конце этого участка реки для ввода воды, канал будет вырыт вдоль реки, а уклон канала будет пологим. Если перепад в канале составляет всего 1 метр на километр, вода будет течь 5 километров в канале, и вода упадет всего на 5 метров, в то время как вода упадет на 50 метров, пройдя 5 километров в естественной реке. В это время вода из канала возвращается обратно в электростанцию по реке с помощью водопроводов или туннелей, и образуется концентрированный перепад высотой 45 м, который можно использовать для выработки электроэнергии.
Гидроэлектростанция, использующая отводные каналы, туннели или водопроводы (например, пластиковые трубы, стальные трубы, бетонные трубы и т. д.) для формирования концентрированного перепада, называется гидроэлектростанцией с отводным каналом и представляет собой типичную схему расположения гидроэлектростанций.
（2） Механическое и электрическое оборудование
Помимо вышеперечисленных гидротехнических сооружений (плотина, канал, водопропускной узел, напорный водовод и здание ГЭС), для гидроэлектростанции также необходимо следующее оборудование:
(1) Механическое оборудование
Имеются гидравлические турбины, регуляторы, задвижки, передаточное и неэнергетическое оборудование.
(2) Электрооборудование
Имеются генераторы, распределительные щиты управления, трансформаторы, линии электропередачи и т. д.
Однако не все малые гидроэлектростанции имеют вышеуказанные гидротехнические сооружения и механическое и электрическое оборудование. Если низконапорная гидроэлектростанция с напором воды менее 6 метров обычно принимает способ отводного канала и открытой русловой отводной камеры, то не будет форпейера и напорного водовода. Электростанция с небольшим диапазоном электроснабжения и коротким расстоянием передачи принимает прямую передачу без трансформатора. Гидроэлектростанции с водохранилищами не нуждаются в строительстве плотин. Принимается глубокий водозабор, а внутренняя труба (или туннель) и водосброс плотины не обязаны использовать гидротехнические сооружения, такие как водослив, водозаборный затвор, канал и форпейер.
Чтобы построить гидроэлектростанцию, сначала необходимо провести тщательное обследование и проектирование. В проектировании есть три стадии проектирования: предварительный проект, технический проект и детали строительства. Чтобы хорошо выполнить проект, мы должны сначала провести тщательное обследование, 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 условий и их анализа.
Компоненты малых гидроэлектростанций имеют различную форму в зависимости от типа гидроэлектростанций.
3. Топографическая съемка
Качество топографической съемки оказывает большое влияние на планировку проекта и оценку объемов работ.
Геологическая разведка (понимание геологических условий) требует не только общего понимания и исследования геологии бассейна и прибрежной геологии, но и понимания того, является ли фундамент машинного зала прочным, что напрямую влияет на безопасность самой электростанции. После того, как плотина с определенным объемом водохранилища будет разрушена, это не только повредит саму ГЭС, но и приведет к огромным потерям жизни и имущества в нижнем течении. Поэтому геологический выбор аванпорта, как правило, ставится на первое место.
4. Гидрометрия
Для гидроэлектростанций наиболее важными гидрологическими данными являются записи уровня воды в реке, расхода, концентрации наносов, обледенения, метеорологические данные и данные обследования наводнений. Размер речного стока влияет на схему водосброса гидроэлектростанции, а сила наводнения недооценивается, что приведет к разрушению плотины; Наносы, переносимые рекой, могут быстро заполнить водохранилище в худшем случае. Например, приток в канал вызовет заиление канала, а грубые наносы пройдут через гидротурбину и вызовут износ гидротурбины. Поэтому строительство гидроэлектростанций должно иметь достаточные гидрологические данные.
Поэтому перед принятием решения о строительстве ГЭС необходимо исследовать и изучить направление экономического развития и будущий спрос на электроэнергию в районе энергоснабжения. Одновременно оценить ситуацию с другими источниками электроэнергии в районе освоения. Только после изучения и анализа вышеперечисленных условий можно принять решение о необходимости строительства ГЭС и масштабах строительства.
В целом целью гидроэнергетических изысканий является получение точных и надежных исходных данных, необходимых для проектирования и строительства гидроэлектростанций.
5. Общие условия выбранного участка станции
Общие условия выбора места расположения станции можно описать в следующих четырех аспектах:
（1） Выбранное место для станции должно быть способно максимально экономно использовать энергию воды и соответствовать принципу экономии затрат, то есть после завершения строительства электростанции будут затрачены минимальные затраты и выработана максимальная мощность. Как правило, это можно измерить, оценив годовой доход от выработки электроэнергии и инвестиции в строительство станции, чтобы увидеть, как долго может быть возмещен инвестированный капитал. Однако из-за различных гидрологических и топографических условий и различных потребностей в электроэнергии, стоимость и инвестиции не должны ограничиваться определенными значениями.
（2） Выбранное место для станции должно иметь превосходные топографические, геологические и гидрологические условия, а также быть возможным в проектировании и строительстве. Строительство малых ГЭС должно соответствовать принципу «местных материалов» в максимально возможной степени с точки зрения строительных материалов.
（3） Выбранное место для станции должно располагаться как можно ближе к зоне электроснабжения и переработки, чтобы сократить инвестиции в передающее оборудование и потери электроэнергии.
（4） При выборе места расположения станции необходимо максимально использовать существующие гидротехнические сооружения. Например, можно использовать перепад воды для строительства гидроэлектростанций в оросительных каналах, или можно построить гидроэлектростанции вблизи оросительных водохранилищ для выработки электроэнергии с использованием оросительного стока и т. д. Поскольку эти гидроэлектростанции могут соответствовать принципу выработки электроэнергии при наличии воды, их экономическое значение становится более очевидным.
Время публикации: 25-окт-2022
