Vattenkraft är att omvandla vattenenergin från naturliga floder till elektricitet som människor kan använda. Det finns olika energikällor som används för kraftproduktion, såsom solenergi, vattenkraft i floder och vindkraft genererad av luftflöden. Kostnaden för vattenkraftproduktion med vattenkraft är billig, och byggandet av vattenkraftverk kan också kombineras med andra vattenbesparingsprojekt. Vårt land är mycket rikt på vattenkraftresurser och förutsättningarna är också mycket goda. Vattenkraft spelar en viktig roll i uppbyggnaden av den nationella ekonomin.
Vattennivån uppströms i en flod är högre än vattennivån nedströms. På grund av skillnaden i vattennivå genereras vattenenergi. Denna energi kallas potentiell energi eller potentiell energi. Skillnaden mellan flodvattnets höjd kallas droppen, även kallad vattennivåskillnad eller vattenhuvud. Detta droppen är en grundläggande förutsättning för bildandet av hydraulisk kraft. Dessutom beror storleken på den hydrauliska effekten också på storleken på vattenflödet i floden, vilket är en annan grundläggande förutsättning som är lika viktig som droppen. Både droppen och flödet påverkar direkt den hydrauliska effekten; ju större vattenvolymen i droppen är, desto större är den hydrauliska effekten; om droppen och vattenvolymen är relativt små kommer vattenkraftverkets produktion att vara mindre.
Fallet uttrycks generellt i meter. Lutning är förhållandet mellan fall och avstånd, vilket kan indikera graden av droppkoncentration. Droppen är mer koncentrerad, och användningen av hydraulisk kraft är mer bekväm. Fallet som används av ett vattenkraftverk är skillnaden mellan vattenytan uppströms från vattenkraftverket och vattenytan nedströms efter att ha passerat genom turbinen.
Flöde är mängden vatten som rinner i en flod per tidsenhet, och det uttrycks i kubikmeter på en sekund. En kubikmeter vatten är ett ton. En flods flöde förändras när som helst, så när vi pratar om flödet måste vi förklara tiden för den specifika platsen den rinner. Flödet förändras mycket markant över tid. Floderna i vårt land har generellt ett stort flöde under regnperioden på sommaren och hösten, och relativt litet på vintern och våren. Generellt sett är flodens flöde relativt litet uppströms; eftersom bifloderna slås samman ökar nedströmsflödet gradvis. Därför, även om droppen uppströms är koncentrerad, är flödet litet; nedströmsflödet är stort, men droppen är relativt utspridd. Därför är det ofta mest ekonomiskt att använda hydraulisk kraft i flodens mellersta delar.
Med tanke på flödet och strömningsgraden som ett vattenkraftverk använder kan dess effekt beräknas med följande formel:
N= GQH
I formeln kan N–effekt, i kilowatt, även kallas effekt;
Q–flöde, i kubikmeter per sekund;
H – fallhöjd, i meter;
G = 9,8, är tyngdaccelerationen, enhet: Newton/kg
Enligt ovanstående formel beräknas den teoretiska effekten utan avdrag för några förluster. Faktum är att turbiner, transmissionsutrustning, generatorer etc. i processen för vattenkraftproduktion har oundvikliga effektförluster. Därför bör den teoretiska effekten diskonteras, det vill säga den faktiska effekten vi kan använda bör multipliceras med verkningsgradskoefficienten (symbol: K).
Generatorns designeffekt i vattenkraftverket kallas märkeffekt, och den faktiska effekten kallas den faktiska effekten. I processen för energiomvandling är det oundvikligt att en del av energin förloras. I processen för vattenkraftproduktion sker huvudsakligen förluster från turbiner och generatorer (det finns även förluster i rörledningar). De olika förlusterna i det lantliga mikrovattenkraftverket står för cirka 40–50 % av den totala teoretiska effekten, så vattenkraftverkets produktion kan faktiskt bara använda 50–60 % av den teoretiska effekten, det vill säga att verkningsgraden är cirka 0,5–0,60 (varav turbinverkningsgraden är 0,70–0,85, generatorernas verkningsgrad är 0,85 till 0,90 och rörledningarnas och överföringsutrustningens verkningsgrad är 0,80 till 0,85). Därför kan vattenkraftverkets faktiska effekt (produktion) beräknas enligt följande:
K – vattenkraftverkets verkningsgrad, (0,5～0,6) används i den grova beräkningen av mikrovattenkraftverket; detta värde kan förenklas som:
N=(0,5～0,6)QHG Faktisk effekt=verkningsgrad×flöde×effektfall×9,8
Användningen av vattenkraft är att använda vattenkraft för att driva en maskin, som kallas en vattenturbin. Till exempel är det gamla vattenhjulet i vårt land en mycket enkel vattenturbin. De olika hydrauliska turbiner som används idag är anpassade till olika specifika hydrauliska förhållanden, så att de kan rotera mer effektivt och omvandla vattenenergi till mekanisk energi. En annan typ av maskineri, en generator, är ansluten till turbinen, så att generatorns rotor roterar med turbinen för att generera elektricitet. Generatorn kan delas in i två delar: den del som roterar med turbinen och den fasta delen av generatorn. Den del som är ansluten till turbinen och roterar kallas generatorns rotor, och det finns många magnetiska poler runt rotorn; en cirkel runt rotorn är den fasta delen av generatorn, kallad generatorns stator, och statorn är lindad med många kopparspolar. När många magnetiska poler på rotorn roterar mitt i statorns kopparspolar genereras en ström på koppartrådarna, och generatorn omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi.
Den elektriska energin som genereras av kraftverket omvandlas till mekanisk energi (elmotor eller motor), ljusenergi (elektrisk lampa), värmeenergi (elektrisk ugn) och så vidare av olika elektriska apparater.
vattenkraftverkets sammansättning
Sammansättningen av ett vattenkraftverk inkluderar: hydrauliska strukturer, mekanisk utrustning och elektrisk utrustning.
(1) Hydrauliska strukturer
Den har dammar, intagsportar, kanaler (eller tunnlar), tryckförtankar (eller regleringstankar), tryckrör, kraftverk och utloppskanaler, etc.
En damm byggs i floden för att blockera flodvattnet och höja vattenytan för att bilda en reservoar. På så sätt bildas ett koncentrerat fall mellan vattenytan i reservoaren på dammen och vattenytan i floden nedanför dammen, och sedan leds vattnet in i vattenkraftverket med hjälp av vattenledningar eller tunnlar. I relativt branta floder kan användning av avledningskanaler också bilda ett fall. Till exempel: Generellt är fallet per kilometer i en naturlig flod 10 meter. Om en kanal öppnas i den övre änden av denna del av floden för att leda in flodvatten, kommer kanalen att grävas ut längs floden, och kanalens lutning blir flackare. Om fallet i kanalen görs per kilometer sjunker det bara 1 meter, så att vattnet flödar 5 kilometer i kanalen, och vattenytan sjunker bara 5 meter, medan vattnet sjunker 50 meter efter att ha färdats 5 kilometer i den naturliga kanalen. Vid denna tidpunkt leds vattnet från kanalen tillbaka till kraftverket via floden med ett vattenrör eller en tunnel, och det finns ett koncentrerat fall på 45 meter som kan användas för att generera elektricitet. Figur 2
Användningen av avledningskanaler, tunnlar eller vattenrör (såsom plaströr, stålrör, betongrör etc.) för att bilda ett vattenkraftverk med ett koncentrerat vattenfall kallas ett avledningskanalvattenkraftverk, vilket är en typisk layout för vattenkraftverk.
(2) Mekanisk och elektrisk utrustning
Förutom de ovan nämnda hydrauliska arbetena (dammar, kanaler, förgårdar, tryckrör, verkstäder) behöver vattenkraftverket även följande utrustning:
(1) Mekanisk utrustning
Det finns turbiner, regulatorer, slussventiler, transmissionsutrustning och icke-genererande utrustning.
(2) Elektrisk utrustning
Det finns generatorer, distributionspaneler, transformatorer och kraftledningar.
Men inte alla små vattenkraftverk har ovan nämnda hydrauliska strukturer och mekanisk och elektrisk utrustning. Om vattenhöjden är mindre än 6 meter i lågvattenkraftverket används vanligtvis vattenledarkanalen och den öppna vattenkanalen, och det finns ingen tryckförpöl och tryckvattenledning. För kraftverk med liten strömförsörjning och korta överföringsavstånd används direkt kraftöverföring och ingen transformator krävs. Vattenkraftverk med reservoarer behöver inte bygga dammar. Användningen av djupa intag, dammrör (eller tunnlar) och utlopp eliminerar behovet av hydrauliska strukturer som dammar, intagsportar, kanaler och tryckförpölar.
För att bygga ett vattenkraftverk måste först och främst noggrant kartläggnings- och designarbete utföras. I designarbetet finns det tre designfaser: preliminär design, teknisk design och konstruktionsdetaljering. För att göra ett bra jobb i designarbetet är det först nödvändigt att utföra ett grundligt kartläggningsarbete, det vill säga att fullt ut förstå de lokala naturliga och ekonomiska förhållandena – dvs. topografi, geologi, hydrologi, kapital och så vidare. Designens korrekthet och tillförlitlighet kan garanteras först efter att ha bemästrat dessa situationer och analyserat dem.
Komponenterna i små vattenkraftverk har olika former beroende på typ av vattenkraftverk.
3. Topografisk undersökning
Kvaliteten på det topografiska undersökningsarbetet har stor inverkan på den tekniska layouten och uppskattningen av den tekniska mängden.
Geologisk utforskning (förståelse för geologiska förhållanden) utöver allmän förståelse och forskning om geologin i avrinningsområdena och längs floden, är det också nödvändigt att förstå om maskinrummets grund är solid, vilket direkt påverkar säkerheten för själva kraftverket. När dammen med en viss reservoarvolym förstörs kommer det inte bara att skada själva vattenkraftverket, utan också orsaka stora förluster av liv och egendom nedströms.
4. Hydrologiskt test
För vattenkraftverk är de viktigaste hydrologiska uppgifterna om vattennivå, flöde, sedimenthalt, isbildning, meteorologiska data och översvämningsundersökningar. Storleken på flodflödet påverkar utformningen av vattenkraftverkets utlopp. Att underskatta översvämningens omfattning kommer att orsaka skador på dammen; sedimentet som älven transporterar kan i värsta fall snabbt fylla magasinet. Till exempel kommer inflödesfåran att göra att fåran slammar igen, och det grovkorniga sedimentet kommer att passera genom turbinen och orsaka slitage på turbinen. Därför måste byggandet av vattenkraftverk ha tillräckliga hydrologiska data.
Innan vi beslutar att bygga ett vattenkraftverk måste vi därför först undersöka den ekonomiska utvecklingen i kraftförsörjningsområdet och den framtida efterfrågan på el. Samtidigt bör vi uppskatta situationen för andra kraftkällor i utvecklingsområdet. Först efter forskning och analys av ovanstående situation kan vi avgöra om vattenkraftverket behöver byggas och hur stor skalan bör vara.
I allmänhet är syftet med vattenkraftsundersökningar att tillhandahålla korrekt och tillförlitlig grundläggande information som är nödvändig för design och byggnation av vattenkraftverk.
5. Allmänna villkor för platsval
De allmänna villkoren för att välja en plats kan förklaras utifrån följande fyra aspekter:
(1) Den valda platsen bör kunna utnyttja vattenenergi på det mest ekonomiska sättet och följa principen om kostnadsbesparingar, det vill säga att efter att kraftverket är färdigställt spenderas minsta möjliga summa pengar och mest el genereras. Detta kan vanligtvis mätas genom att uppskatta de årliga kraftproduktionsintäkterna och investeringen i byggandet av kraftverket för att se hur lång tid det investerade kapitalet kan återvinnas. De hydrologiska och topografiska förhållandena skiljer sig dock åt på olika platser, och elbehovet skiljer sig också åt, så byggkostnaden och investeringen bör inte begränsas av vissa värden.
(2) De topografiska, geologiska och hydrologiska förhållandena på den valda platsen bör vara relativt sett överlägsna, och det bör finnas möjligheter inom design och konstruktion. Vid byggandet av små vattenkraftverk bör användningen av byggmaterial i möjligaste mån ske i enlighet med principen om "lokala material".
(3) Den valda platsen måste vara så nära kraftförsörjnings- och bearbetningsområdet som möjligt för att minska investeringen i kraftöverföringsutrustning och effektförluster.
(4) Vid val av plats bör befintliga hydrauliska strukturer utnyttjas så mycket som möjligt. Till exempel kan vattendroppen användas för att bygga ett vattenkraftverk i en bevattningskanal, eller ett vattenkraftverk kan byggas bredvid en bevattningsreservoar för att generera elektricitet från bevattningsflödet, och så vidare. Eftersom dessa vattenkraftverk kan uppfylla principen att generera elektricitet när det finns vatten, är deras ekonomiska betydelse mer uppenbar.
Publiceringstid: 19 maj 2022
