1. Översikt över vattenkraftproduktion
Vattenkraftproduktion är att omvandla vattenenergi från naturliga floder till elektrisk energi som människor kan använda. De energikällor som används av kraftverk är olika, såsom solenergi, vattenkraft från floder och vindkraft genererad av luftflöden. Kostnaden för vattenkraftproduktion med vattenkraft är billig, och byggandet av vattenkraftverk kan också kombineras med andra vattenbesparingsprojekt. Kina är rikt på vattenresurser och har utmärkta förutsättningar. Vattenkraft spelar en viktig roll i den nationella ekonomiska uppbyggnaden.
Vattennivån uppströms i en flod är högre än vattennivån nedströms. På grund av skillnaden mellan vattennivån i floden genereras vattenenergi. Denna energi kallas potentiell energi eller potentiell energi. Skillnaden mellan höjden på flodens vattenyta kallas fallhöjd, även kallad vattennivåskillnad eller vattenhöjdskillnad. Detta fall är ett grundläggande villkor för hydraulisk kraft. Dessutom beror vattenkraftens storlek också på storleken på vattenflödet i floden, vilket är ett annat grundläggande villkor som är lika viktigt som fallhöjden. Både fallhöjd och avrinning påverkar direkt den hydrauliska kraftens storlek; ju större vattenfall, desto större är den hydrauliska kraften; om fallhöjden och vattenvolymen är relativt små, kommer vattenkraftverkets produktion att vara mindre.
Fallet uttrycks generellt i meter. Vattenytans lutning är förhållandet mellan fall och avstånd, vilket kan indikera droppens koncentrationsgrad. Om droppen är relativt koncentrerad är det mer praktiskt att utnyttja vattenkraften. Fallet som används av ett vattenkraftverk är skillnaden mellan vattenytan uppströms från vattenkraftverket och vattenytan nedströms efter att ha passerat genom den hydrauliska turbinen.
Flöde är mängden vatten som rinner genom en flod på en tidsenhet, uttryckt i kubikmeter per sekund. En kubikmeter vatten är ett ton. En flods flöde förändras när som helst och var som helst, så när vi pratar om flödet måste vi förklara tiden på den specifika platsen där den flyter. Flödet förändras avsevärt över tid. I allmänhet har floder i Kina stort flöde under sommaren, hösten och regnperioden, men litet flöde under vintern och våren. Flödet varierar från månad till dag, och vattenvolymen varierar från år till år. Flödet i allmänna floder är relativt litet uppströms; när bifloderna möts ökar nedströmsflödet gradvis. Därför, även om droppen uppströms är koncentrerad, är flödet litet; även om flödet nedströms är stort, är droppen relativt spridd. Därför är det ofta det mest ekonomiska att använda vattenkraft i flodens mellersta delar.
Med tanke på flödet och strömningsnivån som ett vattenkraftverk använder kan dess effekt beräknas med följande formel:
N= GQH
I formeln är N uteffekt, enhet: kW, även kallad effekt;
Q — flöde, i kubikmeter per sekund;
H — Fall, i meter;
G=9,8, är tyngdaccelerationen i Newton/kg
Den teoretiska effekten beräknas enligt ovanstående formel, och ingen förlust dras av. Faktum är att vattenturbiner, 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).
Den designerade effekten hos en generator i ett vattenkraftverk kallas märkeffekt, och den faktiska effekten kallas faktisk effekt. I processen för energiomvandling är det oundvikligt att förlora en del energi. I processen för vattenkraftproduktion uppstår huvudsakligen förluster från hydrauliska turbiner och generatorer (inklusive förluster från rörledningar). I mikrovattenkraftverk på landsbygden står olika förluster för 40–50 % av den totala teoretiska effekten, så produktionen från vattenkraftverk kan endast använda 50–60 % av den teoretiska effekten, det vill säga att verkningsgraden är cirka 0,5–0,60 (inklusive turbinverkningsgrad på 0,70–0,85, generatorverkningsgrad på 0,85–0,90 och rör- och transmissionsutrustningens verkningsgrad på 0,80–0,85). Därför kan vattenkraftverkets faktiska effekt (utgång) beräknas enligt följande:
K – vattenkraftverkets verkningsgrad, (0,5~0,6) används för grov beräkning av mikrovattenkraftverket; Ovanstående formel kan förenklas som:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG faktisk effekt = verkningsgrad × flöde × effektfall × nio komma åtta
Användningen av vattenkraft går ut på att använda vatten för att driva en typ av maskineri som kallas vattenturbin. Till exempel är det forntida vattenhjulet i Kina en mycket enkel vattenturbin. De olika hydrauliska turbiner som används nu är anpassade till olika specifika hydrauliska förhållanden, så att de kan rotera mer effektivt och omvandla vattenenergi till mekanisk energi. En annan maskin, generatorn, är ansluten till vattenturbinen för att få generatorns rotor att rotera med vattenturbinen, och sedan kan elektricitet genereras. Generatorn kan delas in i två delar: den del som roterar tillsammans med den hydrauliska turbinen och den fasta delen av generatorn. Den del som roterar tillsammans med den hydrauliska turbinen kallas generatorns rotor, och det finns många magnetiska poler runt rotorn; en cirkel runt rotorn är den fasta delen av generatorn, som kallas generatorns stator. Statorn är lindad med många kopparspolar. När många magnetiska poler på rotorn roterar mitt i statorns kopparspole genereras ström på koppartråden, och generatorn ska omvandla mekanisk energi till elektrisk energi.
Den elektriska energin som genereras av kraftverket omvandlas från olika elektriska utrustningar till mekanisk energi (motor eller motor), ljusenergi (elektrisk lampa), värmeenergi (elektrisk ugn) etc.
2. Sammansättning av vattenkraftverk
Vattenkraftverket består av hydrauliska konstruktioner, mekanisk utrustning och elektrisk utrustning.
(1) Hydrauliska strukturer
Det inkluderar damm, insugsport, kanal (eller tunnel), förkammare (eller regleringstank), rörledning, kraftverk och utloppskanal, etc.
Bygg en damm i floden för att blockera floden, höja vattenytan och bilda en reservoar. På så sätt bildas ett koncentrerat fall från reservoarens vattenyta på dammen till flodens vattenyta under dammen, och sedan leds vatten in i vattenkraftverket genom vattenrör eller tunnlar. I den branta flodfåran kan man också använda avledningskanaler för att bilda ett fall. Till exempel är fallet i en naturlig flod 10 meter per kilometer. Om en kanal öppnas i den övre änden av denna del av floden för att leda in vatten, kommer kanalen att grävas ut längs floden, och kanalens lutning kommer att vara plan. Om fallet i kanalen bara är 1 meter per kilometer, kommer vattnet att rinna 5 kilometer i kanalen, och vattnet kommer bara att falla 5 meter, medan vattnet kommer att falla 50 meter efter att ha gått 5 kilometer i den naturliga floden. Vid denna tidpunkt leds vattnet i kanalen tillbaka till kraftverket av floden via vattenrör eller tunnlar, och det finns ett 45 meter koncentrerat fall som kan användas för att generera elektricitet.
Ett vattenkraftverk som använder avledningskanaler, tunnlar eller vattenrör (såsom plaströr, stålrör, betongrör etc.) för att bilda ett koncentrerat vattenfall kallas ett vattenkraftverk av avledningskanaltyp, vilket är en typisk layout för vattenkraftverk.
(2) Mekanisk och elektrisk utrustning
Förutom ovanstående hydrauliska arbeten (damm, kanal, förbrygga, rörledning och kraftverk) behöver vattenkraftverket även följande utrustning:
(1) Mekanisk utrustning
Det finns hydrauliska turbiner, regulatorer, slussventiler, transmissionsutrustning och utrustning som inte genererar kraft.
(2) Elektrisk utrustning
Det finns generatorer, distributionspaneler, transformatorer, kraftledningar etc.
Emellertid har inte alla små vattenkraftverk ovanstående hydrauliska strukturer och mekanisk och elektrisk utrustning. Om ett vattenkraftverk med låg tryckhöjd och en vattenhöjd på mindre än 6 meter generellt använder en avledningskanal och en öppen avledningskammare, kommer det inte att finnas någon förfacka eller rörledning. Kraftverk med liten strömförsörjning och kort överföringsavstånd använder direkt överföring utan transformator. Vattenkraftverk med reservoarer behöver inte bygga dammar. Djupt vatteninlopp används, och dammens innerrör (eller tunnel) och utlopp behöver inte använda hydrauliska strukturer som damm, inloppsport, kanal och förfacka.
För att bygga ett vattenkraftverk bör noggranna undersökningar och konstruktioner först genomföras. Det finns tre konstruktionsfaser i konstruktionen: preliminär konstruktion, teknisk konstruktion och konstruktionsdetaljer. För att göra ett bra konstruktionsarbete måste vi först genomföra en grundlig undersökning, det vill säga att fullt ut förstå de lokala naturliga och ekonomiska förhållandena – det vill säga topografi, geologi, hydrologi, kapital etc. Konstruktionens korrekthet och tillförlitlighet kan endast garanteras efter att dessa förhållanden har bemästrats och analyserats.
Komponenterna i små vattenkraftverk har olika former beroende på olika typer av vattenkraftverk.
3. Topografisk undersökning
Kvaliteten på den topografiska undersökningen har stor inverkan på projektets utformning och uppskattning av kvantiteter.
Geologisk utforskning (förståelse av geologiska förhållanden) kräver inte bara en allmän förståelse och forskning om bassängens och flodstrandens geologi, utan också en förståelse för huruvida maskinrummets grund är solid, vilket direkt påverkar kraftverkets säkerhet. När en damm med en viss reservoarvolym förstörs kommer det inte bara att skada själva vattenkraftverket, utan också orsaka stora förluster av liv och egendom nedströms. Därför sätts det geologiska valet av förbukten i allmänhet i första rummet.
4. Hydrometri
För vattenkraftverk är de viktigaste hydrologiska uppgifterna register över flodens vattennivå, flöde, sedimentkoncentration, isbildning, meteorologiska data och översvämningsundersökningsdata. Storleken på flodflödet påverkar utformningen av vattenkraftverkets utlopp, och översvämningens allvar underskattas, vilket kommer att leda till att dammen förstörs. Sedimentet som transporteras av floden kan i värsta fall fylla magasinet snabbt. Till exempel kommer inflöde i kanalen att orsaka slamning i kanalen, och grovt sediment kommer att passera genom den hydrauliska turbinen och orsaka slitage på den hydrauliska turbinen. Därför måste byggandet av vattenkraftverk ha tillräckliga hydrologiska data.
Innan man beslutar att bygga ett vattenkraftverk är det därför nödvändigt att undersöka och studera den ekonomiska utvecklingens riktning och den framtida efterfrågan på el i kraftförsörjningsområdet. Samtidigt bör man uppskatta situationen för andra kraftkällor i utvecklingsområdet. Först efter att ha studerat och analyserat ovanstående förutsättningar kan vi avgöra om vattenkraftverket behöver byggas och hur stor byggskalan bör vara.
Generellt sett är syftet med vattenkraftsundersökningar att tillhandahålla noggranna och tillförlitliga grundläggande data som är nödvändiga för design och byggnation av vattenkraftverk.
5. Allmänna förhållanden för den valda stationsplatsen
De allmänna förutsättningarna för att välja stationsplats kan beskrivas i följande fyra aspekter:
(1) Den valda stationsplatsen ska kunna utnyttja vattenenergi på det mest ekonomiska sättet och följa principen om kostnadsbesparingar, det vill säga att efter att kraftverket är färdigställt kommer lägsta möjliga kostnad att spenderas och maximal effekt kommer att genereras. Generellt sett kan detta mätas genom att uppskatta de årliga intäkterna från kraftproduktion och investeringar i stationsbyggnation för att se hur länge det investerade kapitalet kan återvinnas. På grund av olika hydrologiska och topografiska förhållanden och olika energibehov bör dock kostnaden och investeringen inte begränsas av vissa värden.
(2) Den valda stationsplatsen bör ha överlägsna topografiska, geologiska och hydrologiska förhållanden, och vara möjlig i design och konstruktion. Byggandet av små vattenkraftverk ska i möjligaste mån följa principen om "lokala material" vad gäller byggmaterial.
(3) Den valda stationsplatsen ska vara så nära kraftförsörjnings- och bearbetningsområdet som möjligt för att minska investeringar i överföringsutrustning och effektförluster.
(4) Vid val av plats för stationen ska befintliga hydrauliska strukturer användas så mycket som möjligt. Till exempel kan vattendroppar användas för att bygga vattenkraftverk i bevattningskanaler, eller vattenkraftverk kan byggas nära bevattningsreservoarer för att generera elektricitet med hjälp av bevattningsflöde, etc. Eftersom dessa vattenkraftverk kan följa principen att generera elektricitet när det finns vatten, är deras ekonomiska betydelse mer uppenbar.
Publiceringstid: 25 oktober 2022
