V naravnih rekah voda teče od zgornjega proti spodnjemu toku, pomešana z usedlinami, in pogosto spere rečno strugo in bregove, kar kaže na to, da je v vodi skrita določena količina energije. V naravnih pogojih se ta potencialna energija porabi za drgnjenje, potiskanje usedlin in premagovanje trenja. Če zgradimo nekaj stavb in namestimo potrebno opremo, da zagotovimo enakomeren pretok vode skozi vodno turbino, bo vodno turbino poganjal vodni tok, podobno kot vetrnica, ki se lahko neprekinjeno vrti, in energija vode se bo pretvorila v mehansko energijo. Ko vodna turbina poganja generator, da se vrti skupaj, lahko ta proizvaja električno energijo, energija vode pa se pretvori v električno energijo. To je osnovno načelo proizvodnje hidroelektrične energije. Vodne turbine in generatorji so najosnovnejša oprema za proizvodnjo hidroelektrične energije. Naj vam na kratko predstavim nekaj znanja o proizvodnji hidroelektrične energije.
1. Hidroenergija in moč vodnega pretoka
Pri načrtovanju hidroelektrarne je za določitev obsega elektrarne potrebno poznati njeno proizvodno zmogljivost. V skladu z osnovnimi načeli proizvodnje hidroelektrarne ni težko videti, da je proizvodna zmogljivost elektrarne določena s količino dela, ki ga lahko opravi tok. Skupno delo, ki ga voda lahko opravi v določenem časovnem obdobju, imenujemo vodna energija, delo, ki ga lahko opravimo v časovni enoti (sekundi), pa se imenuje trenutna moč. Očitno je, da večja kot je moč vodnega toka, večja je proizvodna zmogljivost elektrarne. Zato moramo za poznavanje proizvodne zmogljivosti elektrarne najprej izračunati moč vodnega toka. Moč vodnega toka v reki lahko izračunamo na ta način, če predpostavimo, da je padec vodne gladine na določenem odseku reke H (metri) in da je prostornina vode H, ki teče skozi prečni prerez reke v časovni enoti (sekunde), Q (kubični metri/sekundo), potem je moč prečnega toka enaka produktu teže vode in padca. Očitno je, da višji kot je padec vode, večji je pretok in večja je moč vodnega toka.
2. Izhod hidroelektrarn
Električna energija, ki jo lahko hidroelektrarna proizvede pod določenim tlakom in pretokom, se imenuje hidroenergijska moč. Očitno je izhodna moč odvisna od moči vodnega toka skozi turbino. Med pretvorbo vodne energije v električno energijo mora voda premagati upor strug ali stavb na poti od zgornjega do spodnjega toka. Vodne turbine, generatorji in prenosna oprema morajo med delom premagati tudi številne upore. Za premagovanje upora je treba opraviti delo in porabiti moč vodnega toka, kar je neizogibno. Zato je moč vodnega toka, ki jo je mogoče uporabiti za proizvodnjo električne energije, manjša od vrednosti, dobljene s formulo, torej mora biti izhodna moč hidroelektrarne enaka moči vodnega toka, pomnoženi s faktorjem, manjšim od 1. Ta koeficient se imenuje tudi izkoristek hidroelektrarne.
Specifična vrednost izkoristka hidroelektrarne je povezana s količino izgube energije, ki nastane, ko voda teče skozi stavbo in vodno turbino, prenosno opremo, generator itd. Večja kot je izguba, nižji je izkoristek. V majhni hidroelektrarni vsota teh izgub predstavlja približno 25–40 % moči vodnega toka. To pomeni, da vodni tok, ki lahko proizvede 100 kilovatov električne energije, vstopi v hidroelektrarno, generator pa lahko proizvede le 60 do 75 kilovatov električne energije, zato je izkoristek hidroelektrarne enak 60–75 %.
Iz prejšnjega uvoda je razvidno, da je pri konstantnem pretoku elektrarne in razliki gladine vode izhodna moč elektrarne odvisna od učinkovitosti. Praksa je pokazala, da poleg delovanja hidravličnih turbin, generatorjev in prenosne opreme na učinkovitost hidroelektrarn vplivajo tudi drugi dejavniki, kot so kakovost gradnje in vgradnje opreme, kakovost delovanja in upravljanja ter pravilna zasnova hidroelektrarne. Seveda so nekateri od teh vplivnih dejavnikov primarni, nekateri pa sekundarni, pod določenimi pogoji pa se primarni in sekundarni dejavniki medsebojno preoblikujejo.
Vendar pa je ne glede na dejavnik odločilno dejstvo, da ljudje niso predmeti, da stroje nadzorujejo ljudje, tehnologijo pa ureja misel. Zato je treba pri načrtovanju, gradnji in izbiri opreme hidroelektrarn v celoti upoštevati subjektivno vlogo človeka in si prizadevati za odličnost v tehnologiji, da bi čim bolj zmanjšali izgubo energije zaradi pretoka vode. To je še posebej pomembno za nekatere hidroelektrarne, kjer je padec vode relativno nizek. Hkrati je treba učinkovito okrepiti delovanje in upravljanje hidroelektrarn, da bi izboljšali učinkovitost elektrarn, v celoti izkoristili vodne vire in omogočili večji vpliv malih hidroelektrarn.
Čas objave: 9. junij 2021
