Хидроенергија служи за претварање енергије воде природних река у електричну енергију коју људи користе. Постоје различити извори енергије који се користе у производњи електричне енергије, као што су соларна енергија, енергија воде у рекама и енергија ветра генерисана протоком ваздуха. Трошкови производње хидроенергије помоћу хидроенергије су јефтини, а изградња хидроелектрана може се комбиновати и са другим пројектима заштите вода. Наша земља је веома богата хидроенергетским ресурсима и услови су такође веома добри. Хидроенергија игра важну улогу у изградњи националне економије.
Узводни ниво воде реке је виши од низводног. Због разлике у нивоу воде у реци, генерише се енергија воде. Ова енергија се назива потенцијална енергија или потенцијална енергија. Разлика између висине речне воде назива се пад, такође се назива разлика нивоа воде или водени стуб. Овај пад је основни услов за формирање хидрауличне снаге. Поред тога, величина хидрауличне снаге зависи и од величине протока воде у реци, што је још један основни услов, једнако важан као и пад. И пад и проток директно утичу на хидрауличну снагу; што је већа запремина воде у паду, већа је хидраулична снага; ако су пад и запремина воде релативно мали, излаз хидроелектране ће бити мањи.
Пад се генерално изражава у метрима. Градијент је однос пада и растојања, што може указивати на степен концентрације капи. Пад је концентрисанији, а коришћење хидрауличне снаге је погодније. Пад који користи хидроелектрана је разлика између узводне површине воде хидроелектране и низводне површине воде након проласка кроз турбину.
Проток је количина воде која тече кроз реку по јединици времена и изражава се у кубним метрима у једној секунди. Један кубни метар воде је једна тона. Проток реке се мења у било ком тренутку, па када говоримо о протоку, морамо објаснити време на одређеном месту где тече. Проток се веома значајно мења током времена. Реке у нашој земљи генерално имају велики проток у кишној сезони лети и јесени, а релативно мали зими и у пролеће. Генерално, проток реке је релативно мали у узводном току; пошто се притоке спајају, низводни проток се постепено повећава. Стога, иако је пад узводно концентрисан, проток је мали; низводни проток је велики, али је пад релативно расут. Стога је често најекономичније користити хидрауличну снагу у средњем току реке.
Знајући пад и проток који користи хидроелектрана, њена производња се може израчунати помоћу следеће формуле:
N= GQH
У формули, N–излаз, у киловатима, може се назвати и снага;
Q–проток, у кубним метрима у секунди;
H – пад, у метрима;
G = 9,8, је убрзање гравитације, јединица: Њутн/кг
Према горњој формули, теоретска снага се израчунава без одузимања било каквих губитака. Заправо, у процесу производње хидроенергије, турбине, преносна опрема, генератори итд. сви неизбежно имају губитке снаге. Стога, теоријску снагу треба одузети, односно стварну снагу коју можемо да користимо треба помножити са коефицијентом корисног дејства (симбол: K).
Пројектована снага генератора у хидроелектрани назива се номинална снага, а стварна снага се назива стварна снага. У процесу трансформације енергије, неизбежно је изгубити део енергије. У процесу производње хидроенергије, углавном долази до губитака на турбинама и генераторима (постоје и губици у цевоводима). Различити губици у руралној микро-хидроелектрани чине око 40-50% укупне теоријске снаге, тако да излаз хидроелектране заправо може да користи само 50-60% теоријске снаге, односно ефикасност је око 0,5-0,60 (од чега је ефикасност турбине 0,70-0,85, ефикасност генератора је 0,85 до 0,90, а ефикасност цевовода и преносне опреме је 0,80 до 0,85). Стога се стварна снага (излаз) хидроелектране може израчунати на следећи начин:
K – ефикасност хидроелектране, (0,5～0,6) се користи у грубом прорачуну микро-хидроелектране; ова вредност се може поједноставити као:
N=(0,5～0,6)QHG Стварна снага=корисност×проток×пад×9,8
Употреба хидроенергије је коришћење водене снаге за покретање машине, која се назива водена турбина. На пример, древни водени точак у нашој земљи је веома једноставна водена турбина. Различите хидрауличне турбине које се тренутно користе прилагођене су различитим специфичним хидрауличним условима, тако да могу ефикасније да се ротирају и претварају енергију воде у механичку енергију. Друга врста машинерије, генератор, повезан је са турбином, тако да се ротор генератора ротира са турбином да би генерисао електричну енергију. Генератор се може поделити на два дела: део који се ротира са турбином и фиксни део генератора. Део који је повезан са турбином и ротира назива се ротор генератора, а око ротора постоји много магнетних полова; круг око ротора је фиксни део генератора, назван статор генератора, а статор је омотан многим бакарним завојницама. Када се много магнетних полова ротора ротира у средини бакарних завојница статора, на бакарним жицама се генерише струја, а генератор претвара механичку енергију у електричну енергију.
Електрична енергија коју генерише електрана трансформише се у механичку енергију (електрични мотор), светлосну енергију (електрична лампа), топлотну енергију (електрична пећ) и тако даље помоћу разних електричних уређаја.
састав хидроелектране
Састав хидроелектране обухвата: хидрауличне конструкције, машинску опрему и електричну опрему.
(1) Хидрауличне конструкције
Има преграде (бране), усисне капије, канале (или тунеле), предње резервоаре под притиском (или регулационе резервоаре), цеви под притиском, машинске зграде и одводне канале итд.
Брана се гради у реци како би се блокирала речна вода и подигла површина воде, формирајући акумулацију. На овај начин се формира концентровани пад између површине воде акумулације на брани и површине воде реке испод бране, а затим се вода уводи у хидроелектрану помоћу водоводних цеви или тунела. У релативно стрмим рекама, употреба канала за одвод такође може формирати пад. На пример: Генерално, пад по километру природне реке је 10 метара. Ако се отвори канал на горњем крају овог дела реке за увођење речне воде, канал ће бити ископан дуж реке, а нагиб канала ће бити равнији. Ако се пад у каналу направи по километру, пао је само 1 метар, тако да је вода текла 5 километара у каналу, а површина воде је падала само 5 метара, док је вода падала 50 метара након пређених 5 километара у природном каналу. У овом тренутку, вода из канала се реком водоводном цевом или тунелом враћа у електрану, а постоји концентрисани пад од 45 метара који се може користити за производњу електричне енергије. Слика 2
Употреба деривационих канала, тунела или водоводних цеви (као што су пластичне цеви, челичне цеви, бетонске цеви итд.) за формирање хидроелектране са концентрованим падом назива се хидроелектрана са деривационим каналом, што је типичан распоред хидроелектрана.
(2) Механичка и електрична опрема
Поред горе поменутих хидрауличних радова (брани, канали, предворја, цеви под притиском, радионице), хидроелектрани је потребна и следећа опрема:
(1) Механичка опрема
Постоје турбине, регулатори, запорни вентили, преносна опрема и опрема која не производи струју.
(2) Електрична опрема
Постоје генератори, дистрибутивне контролне табле, трансформатори и далеководи.
Међутим, не поседују све мале хидроелектране горе поменуте хидрауличке структуре и механичку и електричну опрему. Ако је водени стуб мањи од 6 метара у хидроелектрани са ниским притиском, генерално се користе канали за усмеравање воде и отворени канал за воду, и нема предњег базена под притиском и цеви за воду под притиском. За електране са малим дометом напајања и кратком даљином преноса, усваја се директан пренос енергије и није потребан трансформатор. Хидроелектране са акумулацијама не морају да граде бране. Употреба дубоких усисника, унутрашњих цеви бране (или тунела) и прелива елиминише потребу за хидрауличним структурама као што су преливи, усисне капије, канали и предње базени под притиском.
Да би се изградила хидроелектрана, пре свега, морају се спровести пажљиви геодетски и пројектантски радови. У пројектантским радовима постоје три фазе пројектовања: прелиминарни пројекат, технички пројекат и израда детаља изградње. Да би се добро урадио посао у пројектантским радовима, прво је потребно спровести темељне геодетске радове, односно у потпуности разумети локалне природне и економске услове – тј. топографију, геологију, хидрологију, капитал и тако даље. Исправност и поузданост пројекта могу се гарантовати тек након савладавања ових ситуација и њихове анализе.
Компоненте малих хидроелектрана имају различите облике у зависности од типа хидроелектране.
3. Топографско снимање
Квалитет топографских снимања има велики утицај на инжењерски распоред и процену количине инжењерских радова.
Геолошка истраживања (разумевање геолошких услова), поред општег разумевања и истраживања геологије слива и дуж реке, неопходно је разумети и да ли је темељ машинске просторије чврст, што директно утиче на безбедност саме електране. Када се брана са одређеном запремином резервоара уништи, то неће само оштетити саму хидроелектрану, већ ће проузроковати и огромне губитке живота и имовине низводно.
4. Хидролошки тест
За хидроелектране, најважнији хидролошки подаци су записи о нивоу воде у реци, протоку, садржају седимента, условима залеђивања, метеоролошки подаци и подаци истраживања поплава. Величина речног протока утиче на распоред преливног поља хидроелектране. Потцењивање тежине поплаве проузроковаће оштећење бране; седимент који носи река може брзо напунити акумулацију у најгорем случају. На пример, доводни канал ће проузроковати замуљивање канала, а крупнозрнасти седимент ће проћи кроз турбину и изазвати хабање турбине. Стога, изградња хидроелектрана мора имати довољно хидролошких података.
Стога, пре него што донесемо одлуку о изградњи хидроелектране, прво морамо истражити правац економског развоја у области снабдевања електричном енергијом и будућу потражњу за електричном енергијом. Истовремено, проценити ситуацију са другим изворима енергије у области развоја. Тек након истраживања и анализе горе наведене ситуације можемо одлучити да ли је потребно градити хидроелектрану и колико велика треба да буде њена величина.
Генерално, сврха хидроенергетских истраживања је да се обезбеде тачне и поуздане основне информације неопходне за пројектовање и изградњу хидроелектрана.
5. Општи услови за избор локације
Општи услови за избор локације могу се објаснити са следећа четири аспекта:
(1) Изабрана локација треба да буде у могућности да користи енергију воде на најекономичнији начин и да се придржава принципа уштеде трошкова, односно да се након завршетка изградње електране троши најмање новца, а производи највише електричне енергије. То се обично може мерити проценом годишњег прихода од производње електричне енергије и инвестиције у изградњу електране како би се видело колико времена се уложени капитал може вратити. Међутим, хидролошки и топографски услови су различити на различитим местима, а и потребе за електричном енергијом су различите, тако да трошкови изградње и инвестиције не би требало да буду ограничени одређеним вредностима.
(2) Топографски, геолошки и хидролошки услови изабране локације треба да буду релативно повољнији, и требало би да постоје могућности у пројектовању и изградњи. Приликом изградње малих хидроелектрана, употреба грађевинског материјала треба да буде што је више могуће у складу са принципом „локалних материјала“.
(3) Изабрана локација мора бити што је могуће ближе подручју снабдевања електричном енергијом и обраде како би се смањила улагања у опрему за пренос електричне енергије и губици енергије.
(4) Приликом избора локације, постојеће хидрауличке структуре треба искористити колико год је то могуће. На пример, пад воде може се користити за изградњу хидроелектране у каналу за наводњавање, или се хидроелектрана може изградити поред резервоара за наводњавање ради производње електричне енергије из протока наводњавања и тако даље. Пошто ове хидроелектране могу да испуне принцип производње електричне енергије када има воде, њихов економски значај је очигледнији.
Време објаве: 19. мај 2022.
