1. Pregled proizvodnje hidroelektrarn
Proizvodnja hidroelektrarn je namenjena pretvorbi vodne energije naravnih rek v električno energijo za uporabo ljudi. Viri energije, ki jih uporabljajo elektrarne, so raznoliki, kot so sončna energija, vodna energija rek in vetrna energija, ki jo ustvarja pretok zraka. Proizvodnja hidroenergije z uporabo hidroelektrarn je poceni, gradnjo hidroelektrarn pa je mogoče kombinirati tudi z drugimi projekti varstva vode. Kitajska je bogata z vodnimi viri in ima odlične pogoje. Hidroenergija igra pomembno vlogo pri izgradnji nacionalnega gospodarstva.
Gladina reke gorvodno je višja od gladine vode dolvodno. Zaradi razlike med gladino reke se ustvarja vodna energija. Ta energija se imenuje potencialna energija ali potencialna energija. Razlika med višino rečne gladine se imenuje padec, imenovan tudi razlika gladine vode ali padec. Ta padec je osnovni pogoj za hidravlično moč. Poleg tega je velikost vodne moči odvisna tudi od velikosti pretoka vode v reki, kar je še en osnovni pogoj, ki je prav tako pomemben kot padec. Tako padec kot pretok neposredno vplivata na velikost hidravlične moči; večji kot je padec vode, večja je hidravlična moč; če sta padec in prostornina vode relativno majhna, bo izhodna moč hidroelektrarne manjša.
Padec se običajno izraža v metrih. Naklon vodne gladine je razmerje med padcem in razdaljo, kar lahko kaže na stopnjo koncentracije padca. Če je padec relativno koncentriran, je izkoriščanje vodne energije bolj priročno. Padec, ki ga uporablja hidroelektrarna, je razlika med vodno gladino hidroelektrarne gorvodno in vodno gladino dolvodno po prehodu skozi hidravlično turbino.
Pretok je količina vode, ki teče skozi reko v enoti časa, izražena v kubičnih metrih na sekundo. Kubični meter vode je ena tona. Pretok reke se spreminja kadar koli in kjer koli, zato moramo, ko govorimo o pretoku, razložiti čas na določenem mestu, kjer teče. Pretok se sčasoma bistveno spreminja. Na splošno imajo reke na Kitajskem velik pretok poleti, jeseni in v deževnem obdobju, majhen pa pozimi in spomladi. Pretok se spreminja iz meseca v dan, količina vode pa se spreminja iz leta v leto. Pretok splošnih rek je v zgornjem toku relativno majhen; ko se pritoki zbližajo, se tok v spodnjem toku postopoma povečuje. Zato je padec v zgornjem toku majhen, čeprav je padec v spodnjem toku koncentriran; čeprav je padec v spodnjem toku velik, je padec relativno razpršen. Zato je pogosto najbolj ekonomično uporabljati vodno energijo v srednjem toku reke.
Če poznamo padec in pretok, ki ga uporablja hidroelektrarna, lahko njeno proizvodnjo izračunamo z naslednjo formulo:
N = GQH
V formuli je N – izhodna moč, enota: kW, imenovana tudi moč;
Q — pretok, v kubičnih metrih na sekundo;
H — Padec v metrih;
G=9,8 je gravitacijski pospešek v Newtonih/kg
Teoretična moč se izračuna po zgornji formuli in se ne odštejejo izgube. Pravzaprav imajo vodne turbine, prenosna oprema, generatorji itd. pri proizvodnji hidroelektrarne neizogibne izgube energije. Zato je treba teoretično moč odšteti, torej dejansko moč, ki jo lahko uporabimo, pomnožiti s koeficientom izkoristka (simbol: K).
Načrtovana moč generatorja v hidroelektrarni se imenuje nazivna moč, dejanska moč pa dejanska moč. Med pretvorbo energije so izgube energije neizogibne. Med proizvodnjo hidroelektrarne prihaja predvsem do izgub v hidravličnih turbinah in generatorjih (vključno z izgubami v cevovodih). V podeželskih mikro hidroelektrarnah različne izgube predstavljajo 40~50 % celotne teoretične moči, zato lahko hidroelektrarne porabijo le 50~60 % teoretične moči, kar pomeni, da je izkoristek približno 0,5~0,60 (vključno z izkoristkom turbine 0,70~0,85, izkoristkom generatorja 0,85~0,90 in izkoristkom cevovodov in prenosne opreme 0,80~0,85). Zato se dejanska moč (izhod) hidroelektrarne lahko izračuna na naslednji način:
K – izkoristek hidroelektrarne (0,5~0,6) se uporablja za grobi izračun mikro hidroelektrarne; zgornjo formulo lahko poenostavimo kot:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG dejanska moč=izkoristek × pretok × padec × devet in osem
Uporaba hidroenergije je uporaba vode za pogon neke vrste stroja, ki se imenuje vodna turbina. Na primer, starodavno vodno kolo na Kitajskem je zelo preprosta vodna turbina. Različne hidravlične turbine, ki se uporabljajo danes, so prilagojene različnim specifičnim hidravličnim pogojem, tako da se lahko učinkoviteje vrtijo in pretvarjajo energijo vode v mehansko energijo. Drug stroj, generator, je povezan z vodno turbino, da se rotor generatorja vrti skupaj z vodno turbino, s čimer se lahko proizvaja elektrika. Generator lahko razdelimo na dva dela: del, ki se vrti skupaj s hidravlično turbino, in fiksni del generatorja. Del, ki se vrti skupaj s hidravlično turbino, se imenuje rotor generatorja in okoli rotorja je veliko magnetnih polov; krog okoli rotorja je fiksni del generatorja, ki se imenuje stator generatorja. Stator je ovit z veliko bakrenimi tuljavami. Ko se na sredini bakrene tuljave statorja vrti veliko magnetnih polov rotorja, se v bakreni žici ustvari tok, generator pa pretvarja mehansko energijo v električno energijo.
Električna energija, ki jo proizvaja elektrarna, se iz različnih električnih naprav pretvori v mehansko energijo (motor ali elektromotor), svetlobno energijo (električna svetilka), toplotno energijo (električna peč) itd.
2. Sestava hidroelektrarne
Hidroelektrarna je sestavljena iz hidravličnih objektov, strojne opreme in električne opreme.
(1) Hidravlične konstrukcije
Vključuje jez, dovodna vrata, kanal (ali predor), predvodni bazen (ali regulacijski rezervoar), cevovod, strojnico in odvodni kanal itd.
V reki zgradite jez (pregrado), ki bo zaprl reko, dvignil vodno gladino in oblikoval rezervoar. Na ta način se oblikuje koncentriran padec od vodne gladine rezervoarja na jezu (pregradi) do vodne gladine reke pod jezom, nato pa se voda dovaja v hidroelektrarno po vodovodnih ceveh ali predorih. V strmem rečnem koritu lahko padec tvorijo tudi preusmeritveni kanali. Na primer, padec naravne reke je 10 metrov na kilometer. Če se na zgornjem koncu tega odseka reke odpre kanal za dovajanje vode, se kanal izkoplje vzdolž reke, naklon korita pa bo raven. Če je padec v koritu le 1 meter na kilometer, bo voda tekla 5 kilometrov v koritu in bo padla le 5 metrov, medtem ko bo voda po 5 kilometrih hoje v naravni reki padla 50 metrov. V tem času se voda v koritu po vodovodnih ceveh ali predorih odvaja nazaj v elektrarno, kjer nastane 45-metrski koncentriran padec, ki se lahko uporabi za proizvodnjo električne energije.
Hidroelektrarna, ki za oblikovanje koncentriranega padca uporablja preusmeritvene kanale, predore ali vodovodne cevi (kot so plastične cevi, jeklene cevi, betonske cevi itd.), se imenuje hidroelektrarna tipa preusmeritvenega kanala in je tipična postavitev hidroelektrarn.
(2) Mehanska in električna oprema
Poleg zgoraj omenjenih hidravličnih objektov (preliv, kanal, predvodni zaliv, cevovod in strojnica) hidroelektrarna potrebuje tudi naslednjo opremo:
(1) Mehanska oprema
Obstajajo hidravlične turbine, regulatorji, zaporni ventili, oprema za prenos in oprema, ki ni namenjena proizvodnji električne energije.
(2) Električna oprema
Obstajajo generatorji, distribucijske krmilne plošče, transformatorji, daljnovodi itd.
Vendar pa nimajo vse male hidroelektrarne zgoraj omenjenih hidravličnih konstrukcij ter mehanske in električne opreme. Če hidroelektrarna z nizkim padcem in vodnim tlakom manj kot 6 metrov običajno uporabi preusmeritveni kanal in odprto preusmeritveno komoro, potem ne bo predvvodnega bazena in cevovoda. Elektrarne z majhnim dosegom napajanja in kratko prenosno razdaljo uporabljajo neposredni prenos brez transformatorja. Hidroelektrarne z akumulacijskimi jezi ne potrebujejo gradnje jezov. Uporabi se globok dovod vode, notranja cev (ali predor) in prelivno polje jezu pa ne potrebujeta hidravličnih konstrukcij, kot so jez, dovodna vrata, kanal in predvvodni bazen.
Za izgradnjo hidroelektrarne je treba najprej opraviti skrbno raziskavo in načrtovanje. Načrtovanje vključuje tri faze: predhodno načrtovanje, tehnično načrtovanje in gradbene podrobnosti. Da bi dobro opravili delo pri načrtovanju, moramo najprej opraviti temeljito raziskavo, torej v celoti razumeti lokalne naravne in gospodarske razmere – to je topografijo, geologijo, hidrologijo, kapital itd. Pravilnost in zanesljivost načrtovanja je mogoče zagotoviti šele po obvladovanju teh razmer in njihovi analizi.
Komponente malih hidroelektrarn imajo različne oblike glede na različne tipe hidroelektrarn.
3. Topografska raziskava
Kakovost topografskega pregleda ima velik vpliv na zasnovo projekta in oceno količin.
Geološko raziskovanje (razumevanje geoloških razmer) zahteva ne le splošno razumevanje in raziskave geologije porečja in geologije obrežja, temveč tudi razumevanje trdnosti temeljev strojnice, kar neposredno vpliva na varnost same elektrarne. Ko je jez z določeno prostornino rezervoarja uničen, ne bo le poškodoval same hidroelektrarne, temveč bo povzročil tudi ogromne izgube življenj in premoženja v spodnjem toku. Zato je geološka izbira prednjega zaliva običajno na prvem mestu.
4. Hidrometrija
Za hidroelektrarne so najpomembnejši hidrološki podatki zapisi o gladini reke, pretoku, koncentraciji sedimentov, zaledenitve, meteorološki podatki in podatki o poplavnih raziskavah. Velikost rečnega toka vpliva na postavitev prelivnega polja hidroelektrarne, resnost poplave pa je podcenjena, kar bo povzročilo uničenje jezu; sediment, ki ga nosi reka, lahko v najslabšem primeru hitro napolni akumulacijsko jezero. Na primer, dotok v kanal bo povzročil zamuljevanje kanala, grobi sedimenti pa bodo prehajali skozi hidravlično turbino in povzročali obrabo hidravlične turbine. Zato mora biti za gradnjo hidroelektrarn na voljo dovolj hidroloških podatkov.
Zato je treba pred odločitvijo o gradnji hidroelektrarne raziskati in preučiti smer gospodarskega razvoja in prihodnje povpraševanje po električni energiji na območju oskrbe z električno energijo. Hkrati je treba oceniti stanje drugih virov energije na območju razvoja. Šele po preučitvi in analizi zgornjih pogojev se lahko odločimo, ali je hidroelektrarno treba zgraditi in kako velik naj bo obseg gradnje.
Na splošno je namen hidroenergetskih raziskav zagotoviti natančne in zanesljive osnovne podatke, potrebne za načrtovanje in gradnjo hidroelektrarn.
5. Splošni pogoji izbrane lokacije postaje
Splošne pogoje za izbiro lokacije postaje lahko opišemo v naslednjih štirih vidikih:
(1) Izbrana lokacija elektrarne mora omogočati najgospodarnejšo uporabo vodne energije in biti skladna z načelom varčevanja s stroški, kar pomeni, da bodo po dokončanju elektrarne porabljeni minimalni stroški in proizvedena največja količina energije. Na splošno se to lahko izmeri z oceno letnih prihodkov od proizvodnje električne energije in naložb v gradnjo elektrarne, da se ugotovi, v kolikšnem času se lahko vloženi kapital povrne. Vendar pa zaradi različnih hidroloških in topografskih razmer ter različnega povpraševanja po energiji stroški in naložbe ne smejo biti omejeni z določenimi vrednostmi.
(2) Izbrana lokacija za elektrarno mora imeti odlične topografske, geološke in hidrološke pogoje ter mora biti ugodna pri načrtovanju in gradnji. Gradnja malih hidroelektrarn mora biti v največji možni meri v skladu z načelom "lokalnih materialov" glede gradbenih materialov.
(3) Izbrana lokacija postaje mora biti čim bližje območju oskrbe z električno energijo in obdelave, da se zmanjšajo naložbe v prenosno opremo in izgube moči.
(4) Pri izbiri lokacije hidroelektrarne je treba čim bolj izkoristiti obstoječe hidravlične objekte. Na primer, vodni padec se lahko uporabi za gradnjo hidroelektrarn v namakalnih kanalih ali pa se hidroelektrarne zgradijo v bližini namakalnih rezervoarjev za proizvodnjo električne energije z uporabo namakalnega toka itd. Ker te hidroelektrarne delujejo po načelu proizvodnje električne energije, ko je prisotna voda, je njihov gospodarski pomen še bolj očiten.
Čas objave: 25. oktober 2022
