1. Prehľad výroby vodnej energie
Výroba vodnej energie slúži na premenu vodnej energie prírodných riek na elektrickú energiu, ktorú môžu ľudia využívať. Zdroje energie používané elektrárňami sú rôznorodé, ako napríklad slnečná energia, vodná energia riek a veterná energia generovaná prúdením vzduchu. Výroba vodnej energie pomocou vodnej energie je lacná a výstavba vodných elektrární sa dá kombinovať aj s inými projektmi na ochranu vody. Čína je bohatá na vodné zdroje a má vynikajúce podmienky. Vodná energia zohráva dôležitú úlohu v národnej hospodárskej výstavbe.
Hladina vody v rieke proti prúdu je vyššia ako hladina vody po prúde. V dôsledku rozdielu medzi hladinami vody v rieke sa generuje vodná energia. Táto energia sa nazýva potenciálna energia alebo potenciálna energia. Rozdiel medzi výškou hladiny rieky sa nazýva pokles, tiež nazývaný rozdiel hladín vody alebo spád. Tento pokles je základnou podmienkou pre hydraulický výkon. Okrem toho veľkosť vodného výkonu závisí aj od veľkosti prietoku vody v rieke, čo je ďalšia základná podmienka rovnako dôležitá ako pokles. Pokles aj prietok priamo ovplyvňujú veľkosť hydraulického výkonu; čím väčší je spád vody, tým väčší je hydraulický výkon; ak sú pokles a objem vody relatívne malé, výkon vodnej elektrárne bude menší.
Pokles sa vo všeobecnosti vyjadruje v metroch. Gradient vodnej hladiny je pomer poklesu a vzdialenosti, ktorý môže naznačovať stupeň koncentrácie poklesu. Ak je pokles relatívne koncentrovaný, využitie vodnej energie je pohodlnejšie. Pokles využívaný vodnou elektrárňou je rozdiel medzi hladinou vody proti prúdu vodnej elektrárne a hladinou vody po prúde po prechode hydraulickou turbínou.
Prietok je množstvo vody pretekajúcej riekou za jednotku času, vyjadrené v kubických metroch za sekundu. Kubický meter vody je jedna tona. Prietok rieky sa mení kedykoľvek a kdekoľvek, takže keď hovoríme o prietoku, musíme vysvetliť čas konkrétneho miesta, kde rieka tečie. Prietok sa v čase výrazne mení. Vo všeobecnosti majú rieky v Číne veľký prietok v lete, na jeseň a v období dažďov, ale malý prietok v zime a na jar. Prietok sa mení z mesiaca na deň a objem vody sa mení z roka na rok. Prietok všeobecných riek je v hornom toku relatívne malý; ako sa prítoky zbiehajú, prietok po prúde sa postupne zvyšuje. Preto, hoci je pokles proti prúdu sústredený, prietok je malý; hoci je prietok po prúde veľký, pokles je relatívne rozptýlený. Preto je často najekonomickejšie využívať vodnú energiu v strednom toku rieky.
Ak poznáme pokles a prietok využívaný vodnou elektrárňou, jej výkon možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:
N= GQH
Vo vzorci N – výkon, jednotka: kW, nazývaný aj výkon;
Q – prietok v metroch kubických za sekundu;
H – Pokles v metroch;
G=9,8 je gravitačné zrýchlenie v Newtonoch/kg
Teoretický výkon sa vypočíta podľa vyššie uvedeného vzorca a neodpočítavajú sa žiadne straty. V skutočnosti pri výrobe vodnej energie dochádza k nevyhnutným stratám výkonu vo vodných turbínach, prenosových zariadeniach, generátoroch atď. Preto by sa mal teoretický výkon odpočítať, to znamená, že skutočný výkon, ktorý môžeme použiť, by sa mal vynásobiť koeficientom účinnosti (symbol: K).
Projektovaný výkon generátora vo vodnej elektrárni sa nazýva menovitý výkon a skutočný výkon sa nazýva skutočný výkon. V procese transformácie energie je nevyhnutné stratiť časť energie. Pri výrobe vodnej energie dochádza najmä k stratám v hydraulických turbínach a generátoroch (vrátane strát v potrubiach). Vo vidieckych mikro vodných elektrárňach predstavujú rôzne straty 40 až 50 % celkového teoretického výkonu, takže výkon vodných elektrární môže dosiahnuť iba 50 až 60 % teoretického výkonu, čo znamená, že účinnosť je približne 0,5 až 0,60 (vrátane účinnosti turbíny 0,70 až 0,85, účinnosti generátora 0,85 až 0,90 a účinnosti potrubia a prenosového zariadenia 0,80 až 0,85). Skutočný výkon (výstup) vodnej elektrárne sa preto môže vypočítať takto:
K – účinnosť vodnej elektrárne, (0,5~0,6) sa používa pre hrubý výpočet mikro vodnej elektrárne; Vyššie uvedený vzorec možno zjednodušiť ako:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG skutočný výkon=účinnosť × prietok × pokles × deväť a osem
Využitie vodnej energie spočíva vo využití vody na pohon druhu stroja, ktorý sa nazýva vodná turbína. Napríklad staroveké vodné koleso v Číne je veľmi jednoduchá vodná turbína. Rôzne hydraulické turbíny, ktoré sa dnes používajú, sú prispôsobené rôznym špecifickým hydraulickým podmienkam, aby sa mohli efektívnejšie otáčať a premieňať energiu vody na mechanickú energiu. Ďalší stroj, generátor, je pripojený k vodnej turbíne, aby sa rotor generátora otáčal spolu s vodnou turbínou a potom sa môže vyrábať elektrina. Generátor možno rozdeliť na dve časti: časť, ktorá sa otáča spolu s hydraulickou turbínou, a pevnú časť generátora. Časť, ktorá sa otáča spolu s hydraulickou turbínou, sa nazýva rotor generátora a okolo rotora je veľa magnetických pólov. Kruh okolo rotora je pevná časť generátora, ktorá sa nazýva stator generátora. Stator je obalený mnohými medenými cievkami. Keď sa v strede medenej cievky statora otáča veľa magnetických pólov rotora, na medenom drôte sa generuje prúd a generátor premieňa mechanickú energiu na elektrickú energiu.
Elektrická energia vyrobená elektrárňou sa transformuje z rôznych elektrických zariadení na mechanickú energiu (motor alebo elektromotor), svetelnú energiu (elektrická lampa), tepelnú energiu (elektrická pec) atď.
2. Zloženie vodnej elektrárne
Vodná elektráreň pozostáva z hydraulických konštrukcií, mechanických zariadení a elektrických zariadení.
(1) Hydraulické konštrukcie
Zahŕňa prepadlište, vstupné stavidlo, kanál (alebo tunel), predzásobník (alebo regulačnú nádrž), priepust, strojovňu a odpadový náhon atď.
V rieke sa vybuduje hať (priehrada), ktorá zablokuje rieku, zvýši hladinu vody a vytvorí nádrž. Týmto spôsobom sa vytvorí koncentrovaný spád z hladiny vody v nádrži na hati (priehrade) k hladine vody v rieke pod priehradou a potom sa voda privádza do vodnej elektrárne cez vodovodné potrubia alebo tunely. V strmom riečnom koryte sa môže spád vytvoriť aj použitím odklonových kanálov. Napríklad spád prirodzenej rieky je 10 metrov na kilometer. Ak sa na hornom konci tejto časti rieky otvorí kanál na privádzanie vody, kanál sa vykope pozdĺž rieky a sklon kanála bude plochý. Ak je spád v kanáli iba 1 meter na kilometer, voda bude pretekať 5 kilometrov a klesne iba 5 metrov, zatiaľ čo v prirodzenej rieke klesne voda po prejdení 5 kilometrov o 50 metrov. V tomto čase sa voda v kanáli odvádza späť do elektrárne riekou pomocou vodovodných potrubí alebo tunelov a vzniká koncentrovaný spád 45 m, ktorý sa dá využiť na výrobu elektriny.
Vodná elektráreň, ktorá využíva obtokové kanály, tunely alebo vodovodné potrubia (ako sú plastové rúry, oceľové rúry, betónové rúry atď.) na vytvorenie koncentrovaného poklesu, sa nazýva vodná elektráreň s obtokovým kanálom, čo je typické usporiadanie vodných elektrární.
(2) Mechanické a elektrické zariadenia
Okrem vyššie uvedených hydraulických prác (hať, kanál, predzátoka, priepust a strojáreň) potrebuje vodná elektráreň aj toto vybavenie:
(1) Mechanické zariadenia
Existujú hydraulické turbíny, regulátory, uzatváracie ventily, prevodové zariadenia a zariadenia, ktoré nie sú určené na výrobu energie.
(2) Elektrické zariadenia
Nachádzajú sa tu generátory, rozvodné panely, transformátory, prenosové vedenia atď.
Nie všetky malé vodné elektrárne však majú vyššie uvedené hydraulické konštrukcie a mechanické a elektrické zariadenia. Ak nízkotlaková vodná elektráreň s výškou spádu menej ako 6 metrov všeobecne použije obtokový kanál a otvorenú obtokovú komoru kanála, nebude mať predný priestor a priepust. Elektráreň s malým dosahom napájania a krátkou prenosovou vzdialenosťou použije priamy prenos bez transformátora. Vodné elektrárne s nádržami nemusia budovať priehrady. Používa sa hlboký prívod vody a vnútorné potrubie (alebo tunel) a prepad priehrady nemusia používať hydraulické konštrukcie, ako sú hať, vstupné stavidlá, kanál a predný priestor.
Pred výstavbou vodnej elektrárne by sa mal najprv vykonať dôkladný prieskum a projektovanie. Projektovanie má tri fázy: predbežný projekt, technický projekt a stavebné detaily. Aby sme pri projektovaní odviedli dobrú prácu, musíme najprv vykonať dôkladný prieskum, teda plne pochopiť miestne prírodné a ekonomické podmienky – teda topografiu, geológiu, hydrológiu, kapitál atď. Správnosť a spoľahlivosť projektu možno zaručiť až po zvládnutí týchto podmienok a ich analýze.
Komponenty malých vodných elektrární majú rôzne formy podľa rôznych typov vodných elektrární.
3. Topografický prieskum
Kvalita topografického prieskumu má veľký vplyv na rozvrhnutie projektu a odhad množstva.
Geologický prieskum (pochopenie geologických podmienok) si vyžaduje nielen všeobecné pochopenie a výskum geológie povodia a geológie brehov rieky, ale aj pochopenie toho, či sú základy strojovne pevné, čo priamo ovplyvňuje bezpečnosť samotnej elektrárne. Zničenie priehrady s určitým objemom nádrže nielenže poškodí samotnú vodnú elektráreň, ale spôsobí aj obrovské straty na životoch a majetku v oblasti po prúde. Preto sa geologický výber predzálivu vo všeobecnosti kladie na prvé miesto.
4. Hydrometria
Pre vodné elektrárne sú najdôležitejšími hydrologickými údajmi záznamy o hladine riečnej vody, prietoku, koncentrácii sedimentov, námraze, meteorologické údaje a údaje z prieskumov povodní. Veľkosť prietoku rieky ovplyvňuje usporiadanie prepadového kanála vodnej elektrárne a závažnosť povodne sa podceňuje, čo vedie k zničeniu priehrady. Sediment unášaný riekou môže v najhoršom prípade rýchlo naplniť nádrž. Napríklad prítok do koryta spôsobí zanášanie kanála a hrubý sediment prejde cez hydraulickú turbínu a spôsobí opotrebovanie hydraulickej turbíny. Preto je potrebné pri výstavbe vodných elektrární zabezpečiť dostatočné hydrologické údaje.
Preto je pred rozhodnutím o výstavbe vodnej elektrárne potrebné preskúmať a preštudovať smer hospodárskeho rozvoja a budúci dopyt po elektrine v oblasti zásobovania elektrinou. Zároveň posúdiť situáciu s ďalšími zdrojmi energie v rozvojovej oblasti. Až po preštudovaní a analýze vyššie uvedených podmienok sa môžeme rozhodnúť, či je potrebné vodnú elektráreň postaviť a aký veľký by mal byť rozsah výstavby.
Vo všeobecnosti je účelom hydroenergetického prieskumu poskytnúť presné a spoľahlivé základné údaje potrebné na projektovanie a výstavbu vodných elektrární.
5. Všeobecné podmienky vybranej stanice
Všeobecné podmienky pre výber miesta stanice možno opísať v týchto štyroch aspektoch:
(1) Vybrané miesto pre elektráreň musí byť schopné čo najhospodárnejšie využívať vodnú energiu a spĺňať princíp úspory nákladov, to znamená, že po dokončení elektrárne sa vynaložia minimálne náklady a vyrobí sa maximálna energia. Vo všeobecnosti sa to dá merať odhadom ročných príjmov z výroby energie a investícií do výstavby elektrárne, aby sa zistilo, ako dlho sa investovaný kapitál môže vrátiť. Vzhľadom na rôzne hydrologické a topografické podmienky a rôzne nároky na energiu by však náklady a investície nemali byť obmedzené určitými hodnotami.
(2) Vybrané miesto pre elektráreň by malo mať vynikajúce topografické, geologické a hydrologické podmienky a malo by byť vhodné z hľadiska projektovania a výstavby. Výstavba malých vodných elektrární by mala byť v čo najväčšej možnej miere v súlade so zásadou „miestnych materiálov“, pokiaľ ide o stavebné materiály.
(3) Vybrané miesto stanice musí byť čo najbližšie k oblasti napájania a spracovania, aby sa znížili investície do prenosových zariadení a straty energie.
(4) Pri výbere miesta pre stanicu by sa mali čo najviac využiť existujúce hydraulické konštrukcie. Napríklad, vodná kvapka sa môže použiť na výstavbu vodných elektrární v zavlažovacích kanáloch alebo vodné elektrárne sa môžu postaviť v blízkosti zavlažovacích nádrží na výrobu elektriny pomocou zavlažovacieho prietoku atď. Keďže tieto vodné elektrárne dokážu splniť princíp výroby elektriny, keď je k dispozícii voda, ich ekonomický význam je zrejmejší.
Čas uverejnenia: 25. októbra 2022
