Если промыть водяную турбину потенциальной или кинетической энергией, она начнет вращаться. Если подключить к водяной турбине генератор, он начнет вырабатывать электроэнергию. Если поднять уровень воды для промывки турбины, скорость вращения турбины увеличится. Следовательно, чем больше разница уровней воды, тем больше кинетическая энергия, получаемая турбиной, и тем выше преобразуемая электрическая энергия. Это основной принцип гидроэнергетики.
Процесс преобразования энергии заключается в следующем: гравитационная потенциальная энергия воды, протекающей выше по течению, преобразуется в кинетическую энергию потока воды. Когда вода проходит через турбину, кинетическая энергия передается турбине, а турбина приводит в движение генератор, преобразуя кинетическую энергию в электрическую. Таким образом, это процесс преобразования механической энергии в электрическую.
Из-за различных природных условий гидроэлектростанций мощность и скорость вращения гидрогенераторных установок значительно различаются. Как правило, малые и высокоскоростные гидрогенераторы, приводимые в движение импульсными турбинами, имеют в основном горизонтальную конструкцию, в то время как крупные и средние генераторы, как правило, имеют вертикальную конструкцию. Поскольку большинство гидроэлектростанций расположены далеко от городов, им обычно необходимо подавать электроэнергию потребителям по длинным линиям электропередачи, поэтому энергосистема предъявляет более высокие требования к стабильности работы гидрогенераторов: параметры двигателя необходимо тщательно подбирать; требования к моменту инерции ротора велики. Поэтому внешний вид гидрогенератора отличается от паротурбинного генератора. Диаметр его ротора большой, а длина мала. Время, необходимое для запуска и подключения к сети гидрогенераторных установок, относительно короткое, а режим работы гибкий. Помимо общего производства электроэнергии, он особенно подходит для сглаживания пиковых нагрузок и аварийного резервирования. Максимальная мощность гидротурбинных генераторных установок достигла 700 000 киловатт.
Что касается принципа работы генератора, то он хорошо известен по школьной физике, и его принцип действия основан на законе электромагнитной индукции и законе электромагнитной силы. Поэтому общий принцип его конструкции заключается в использовании соответствующей магнитной проводимости и проводящих материалов для формирования магнитной цепи и цепи взаимной электромагнитной индукции с целью генерации электромагнитной энергии и достижения цели преобразования энергии.
Водотурбинный генератор приводится в движение водяной турбиной. Его ротор короткий и толстый, время, необходимое для запуска агрегата и подключения к сети, короткое, а режим работы гибкий. Помимо общего производства электроэнергии, он особенно подходит для сглаживания пиковых нагрузок и аварийного резервирования. Максимальная мощность водотурбинных генераторных установок достигает 800 000 киловатт.
Дизель-генератор приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Он быстро запускается и прост в эксплуатации, но его себестоимость выработки электроэнергии высока. В основном он используется в качестве аварийного резервного источника питания, а также в районах, куда не доходит крупная электросеть, и в качестве мобильной электростанции. Мощность варьируется от нескольких киловатт до нескольких киловатт. Крутящий момент на валу дизельного двигателя подвержен периодическим пульсациям, поэтому необходимо предотвращать резонанс и поломку вала.
Скорость гидрогенератора определяет частоту генерируемого переменного тока. Для обеспечения стабильности этой частоты необходимо стабилизировать скорость вращения ротора. Для стабилизации скорости можно использовать замкнутый контур управления, регулирующий скорость первичного двигателя (водяной турбины). Частотный сигнал вырабатываемого переменного тока отбирается и подается обратно в систему управления, которая регулирует угол открытия и закрытия направляющих лопаток водяной турбины для управления выходной мощностью водяной турбины. Благодаря принципу обратной связи можно стабилизировать скорость генератора.
Дата публикации: 08.10.2022
