V prírodných riekach tečie voda z horného toku do dolného toku zmiešaná so sedimentmi a často obmýva koryto rieky a brehové svahy, čo ukazuje, že vo vode je skryté určité množstvo energie. V prirodzených podmienkach sa táto potenciálna energia spotrebúva na vymývanie, tlačenie sedimentov a prekonávanie trecieho odporu. Ak postavíme nejaké budovy a nainštalujeme potrebné zariadenia na zabezpečenie stabilného prúdu vody cez vodnú turbínu, vodná turbína bude poháňaná prúdom vody, podobne ako veterný mlyn, ktorý sa môže nepretržite otáčať, a energia vody sa premení na mechanickú energiu. Keď vodná turbína poháňa generátor, aby sa otáčal spolu, môže generovať elektrinu a energia vody sa premení na elektrickú energiu. Toto je základný princíp výroby vodnej energie. Vodné turbíny a generátory sú najzákladnejším zariadením na výrobu vodnej energie. Dovoľte mi stručne vám predstaviť málo poznatkov o výrobe vodnej energie.
1. Vodná energia a energia prietoku vody
Pri projektovaní vodnej elektrárne je na určenie rozsahu elektrárne potrebné poznať jej výrobnú kapacitu. Podľa základných princípov výroby vodnej energie nie je ťažké vidieť, že výrobná kapacita elektrárne je určená množstvom práce, ktorú môže prúd vykonať. Celkovú prácu, ktorú môže voda vykonať za určitý čas, nazývame vodnou energiou a prácu, ktorú možno vykonať za jednotku času (sekundu), nazývame prúdovým výkonom. Je zrejmé, že čím väčší je výkon prietoku vody, tým väčšia je výrobná kapacita elektrárne. Preto, aby sme poznali výrobnú kapacitu elektrárne, musíme najprv vypočítať výkon prietoku vody. Výkon prietoku vody v rieke možno vypočítať týmto spôsobom za predpokladu, že pokles hladiny vody v určitom úseku rieky je H (metre) a objem vody H pretekajúci prierezom rieky za jednotku času (sekundy) je Q (kubické metre/sekundu), potom sa výkon prietoku v úseku rovná súčinu hmotnosti vody a poklesu. Je zrejmé, že čím vyšší je pokles vody, tým väčší je prietok a tým väčšia je sila prúdenia vody.
2. Výkon vodných elektrární
Pri určitom spáde a prietoku sa elektrina, ktorú dokáže vodná elektráreň vyrobiť, nazýva výkon vodnej energie. Výstupný výkon samozrejme závisí od výkonu vody pretekajúcej turbínou. Pri procese premeny vodnej energie na elektrickú energiu musí voda prekonať odpor korýt riek alebo budov pozdĺž cesty od horného toku k dolnému toku. Vodné turbíny, generátory a prenosové zariadenia musia počas práce tiež prekonať mnoho odporov. Na prekonanie odporu sa musí vykonať práca a spotreba energie prietoku vody je nevyhnutná. Preto je výkon prietoku vody, ktorý sa môže použiť na výrobu elektriny, menší ako hodnota získaná vzorcom, to znamená, že výkon vodnej elektrárne by sa mal rovnať výkonu prietoku vody vynásobenému faktorom menším ako 1. Tento koeficient sa nazýva aj účinnosť vodnej elektrárne.
Špecifická hodnota účinnosti vodnej elektrárne súvisí s množstvom energetických strát, ku ktorým dochádza pri prúdení vody cez budovu a vodnú turbínu, prenosové zariadenie, generátor atď. Čím väčšia je strata, tým nižšia je účinnosť. V malej vodnej elektrárni predstavuje súčet týchto strát približne 25 – 40 % výkonu prietoku vody. To znamená, že prietok vody, ktorý dokáže vygenerovať 100 kilowattov elektriny, vstupuje do vodnej elektrárne a generátor dokáže vygenerovať iba 60 až 75 kilowattov elektriny, takže účinnosť vodnej elektrárne sa rovná 60 – 75 %.
Z predchádzajúceho úvodu je zrejmé, že keď sú prietok elektrárne a rozdiel hladín vody konštantné, výkon elektrárne závisí od účinnosti. Prax ukázala, že okrem výkonu hydraulických turbín, generátorov a prenosových zariadení aj ďalšie faktory ovplyvňujúce účinnosť vodných elektrární, ako je kvalita konštrukcie budovy a inštalácie zariadení, kvalita prevádzky a riadenia a správnosť návrhu vodnej elektrárne, sú všetko faktory, ktoré ovplyvňujú účinnosť vodnej elektrárne. Samozrejme, niektoré z týchto ovplyvňujúcich faktorov sú primárne a niektoré sekundárne a za určitých podmienok sa primárne a sekundárne faktory navzájom premieňajú.
Avšak bez ohľadu na to, aký je faktor, rozhodujúcim faktorom je, že ľudia nie sú objekty, stroje sú ovládané ľuďmi a technológia sa riadi myšlienkou. Preto je pri projektovaní, výstavbe a výbere zariadení vodných elektrární potrebné plne zohľadňovať subjektívnu úlohu človeka a usilovať sa o dokonalosť v technológii, aby sa čo najviac minimalizovali energetické straty prietoku vody. To platí pre niektoré vodné elektrárne, kde je samotný pokles vody relatívne nízky. To je obzvlášť dôležité. Zároveň je potrebné efektívne posilniť prevádzku a riadenie vodných elektrární, aby sa zlepšila účinnosť elektrární, plne využili vodné zdroje a umožnilo sa malým vodným elektrárňam zohrávať väčšiu úlohu.
Čas uverejnenia: 9. júna 2021
