Umeme wa maji ni kubadilisha nishati ya maji ya mito asilia kuwa umeme ili watu watumie. Kuna vyanzo mbalimbali vya nishati vinavyotumika katika uzalishaji wa umeme, kama vile nishati ya jua, umeme wa maji katika mito, na umeme wa upepo unaotokana na mtiririko wa hewa. Gharama ya uzalishaji wa umeme wa maji kwa kutumia umeme wa maji ni nafuu, na ujenzi wa vituo vya umeme wa maji pia unaweza kuunganishwa na miradi mingine ya utunzaji wa maji. Nchi yetu ina utajiri mkubwa wa rasilimali za umeme wa maji na hali pia ni nzuri sana. Umeme wa maji una jukumu muhimu katika ujenzi wa uchumi wa taifa.
Kiwango cha maji cha mto cha juu ni cha juu kuliko kiwango chake cha maji cha chini. Kwa sababu ya tofauti katika kiwango cha maji cha mto, nishati ya maji huzalishwa. Nishati hii inaitwa nishati inayowezekana au nishati inayowezekana. Tofauti kati ya urefu wa maji ya mto inaitwa tone, pia huitwa tofauti ya kiwango cha maji au kichwa cha maji. Kushuka huku ni sharti la msingi la uundaji wa nguvu ya majimaji. Kwa kuongezea, ukubwa wa nguvu ya majimaji pia hutegemea ukubwa wa mtiririko wa maji mtoni, ambayo ni sharti lingine la msingi muhimu kama tone. Kushuka na mtiririko huathiri moja kwa moja nguvu ya majimaji; kadiri ujazo wa maji wa tone unavyokuwa mkubwa, ndivyo nguvu ya majimaji inavyokuwa kubwa; ikiwa tone na ujazo wa maji ni mdogo, matokeo ya kituo cha umeme wa maji yatakuwa madogo.
Kushuka kwa ujumla huonyeshwa kwa mita. Gradient ni uwiano wa kushuka na umbali, ambao unaweza kuonyesha kiwango cha mkusanyiko wa kushuka. Kushuka huku kumejilimbikizia zaidi, na matumizi ya nguvu ya majimaji ni rahisi zaidi. Kushuka kunakotumiwa na kituo cha umeme wa maji ni tofauti kati ya uso wa maji wa juu wa kituo cha umeme wa maji na uso wa maji wa chini baada ya kupita kwenye turbine.
Mtiririko ni kiasi cha maji yanayotiririka katika mto kwa kila kitengo cha wakati, na huonyeshwa kwa mita za ujazo kwa sekunde moja. Mita moja ya ujazo ya maji ni tani moja. Mtiririko wa mto hubadilika wakati wowote, kwa hivyo tunapozungumzia mtiririko, lazima tueleze wakati wa mahali maalum unapotiririka. Mtiririko hubadilika sana kwa wakati. Mito katika nchi yetu kwa ujumla huwa na mtiririko mkubwa wakati wa mvua wakati wa kiangazi na vuli, na mdogo wakati wa baridi na masika. Kwa ujumla, mtiririko wa mto ni mdogo katika mto wa juu; kwa sababu vijito huungana, mtiririko wa mto wa chini huongezeka polepole. Kwa hivyo, ingawa tone la juu la mto limejilimbikizia, mtiririko ni mdogo; mtiririko wa chini ni mkubwa, lakini tone limetawanyika kiasi. Kwa hivyo, mara nyingi ni rahisi zaidi kutumia nguvu ya majimaji katikati ya mto.
Kwa kujua kiwango cha kushuka na mtiririko unaotumiwa na kituo cha umeme wa maji, matokeo yake yanaweza kuhesabiwa kwa kutumia fomula ifuatayo:
N= GQH
Katika fomula, N–output, katika kilowati, inaweza pia kuitwa nguvu;
Mtiririko wa Q, katika mita za ujazo kwa sekunde;
H - tone, katika mita;
G = 9.8, ni kasi ya uvutano, kitengo: Newton/kg
Kulingana na fomula iliyo hapo juu, nguvu ya kinadharia huhesabiwa bila kupunguza hasara yoyote. Kwa kweli, katika mchakato wa uzalishaji wa umeme wa maji, turbine, vifaa vya usafirishaji, jenereta, n.k. zote zina hasara za umeme zisizoepukika. Kwa hivyo, nguvu ya kinadharia inapaswa kupunguzwa, yaani, nguvu halisi tunayoweza kutumia inapaswa kuzidishwa na mgawo wa ufanisi (alama: K).
Nguvu iliyoundwa ya jenereta katika kituo cha umeme wa maji inaitwa nguvu iliyokadiriwa, na nguvu halisi inaitwa nguvu halisi. Katika mchakato wa mabadiliko ya nishati, ni kuepukika kupoteza sehemu ya nishati. Katika mchakato wa uzalishaji wa umeme wa maji, kuna hasara kubwa za turbine na jenereta (pia kuna hasara katika mabomba). Hasara mbalimbali katika kituo cha umeme mdogo wa maji vijijini zinachangia takriban 40-50% ya jumla ya nguvu ya kinadharia, kwa hivyo matokeo ya kituo cha umeme wa maji yanaweza kutumia 50-60% tu ya nguvu ya kinadharia, yaani, ufanisi ni takriban 0.5-0.60 (ambapo ufanisi wa turbine ni 0.70-0.85, ufanisi wa jenereta ni 0.85 hadi 0.90, na ufanisi wa mabomba na vifaa vya usafirishaji ni 0.80 hadi 0.85). Kwa hivyo, nguvu halisi (matokeo) ya kituo cha umeme wa maji yanaweza kuhesabiwa kama ifuatavyo:
K–ufanisi wa kituo cha umeme wa maji, (0.5 ~ 0.6) hutumika katika hesabu ya jumla ya kituo cha umeme mdogo wa maji; thamani hii inaweza kurahisishwa kama:
N=(0.5～0.6)QHG Nguvu halisi=ufanisi×mtiririko×kushuka×9.8
Matumizi ya umeme wa maji ni kutumia nguvu ya maji kuendesha mashine, ambayo inaitwa turbine ya maji. Kwa mfano, gurudumu la maji la zamani katika nchi yetu ni turbine rahisi sana ya maji. Turbine mbalimbali za majimaji zinazotumika sasa zimebadilishwa kwa hali mbalimbali maalum za majimaji, ili ziweze kuzunguka kwa ufanisi zaidi na kubadilisha nishati ya maji kuwa nishati ya mitambo. Aina nyingine ya mashine, jenereta, imeunganishwa na turbine, ili rotor ya jenereta izunguke na turbine ili kutoa umeme. Jenereta inaweza kugawanywa katika sehemu mbili: sehemu inayozunguka na turbine na sehemu isiyobadilika ya jenereta. Sehemu ambayo imeunganishwa na turbine na kuzunguka inaitwa rotor ya jenereta, na kuna nguzo nyingi za sumaku kuzunguka rotor; duara kuzunguka rotor ni sehemu isiyobadilika ya jenereta, inayoitwa stator ya jenereta, na stator imefungwa kwa koili nyingi za shaba. Wakati nguzo nyingi za sumaku za rotor zinapozunguka katikati ya koili za shaba za stator, mkondo huzalishwa kwenye waya za shaba, na jenereta hubadilisha nishati ya mitambo kuwa nishati ya umeme.
Nishati ya umeme inayozalishwa na kituo cha umeme hubadilishwa kuwa nishati ya mitambo (mota ya umeme au mota), nishati ya mwanga (taa ya umeme), nishati ya joto (tanuru ya umeme) na kadhalika na vifaa mbalimbali vya umeme.
muundo wa kituo cha umeme wa maji
Muundo wa kituo cha umeme wa maji ni pamoja na: miundo ya majimaji, vifaa vya mitambo, na vifaa vya umeme.
(1) Miundo ya majimaji
Ina mabwawa (mabwawa), malango ya kuingilia, mifereji (au handaki), matangi ya mbele ya shinikizo (au matangi ya kudhibiti), mabomba ya shinikizo, vituo vya umeme na barabara za nyuma, n.k.
Bwawa (bwawa) hujengwa ndani ya mto ili kuzuia maji ya mto na kuinua uso wa maji ili kuunda hifadhi. Kwa njia hii, tone lenye mkusanyiko huundwa kati ya uso wa maji wa hifadhi kwenye bwawa (bwawa) na uso wa maji wa mto chini ya bwawa, na kisha maji huingizwa kwenye kituo cha umeme wa maji kupitia matumizi ya mabomba ya maji au handaki. Katika mito yenye mwinuko kiasi, matumizi ya njia za kugeuza maji yanaweza pia kuunda tone. Kwa mfano: Kwa ujumla, tone kwa kila kilomita ya mto wa asili ni mita 10. Ikiwa mfereji utafunguliwa kwenye ncha ya juu ya sehemu hii ya mto ili kuingiza maji ya mto, mfereji utachimbwa kando ya mto, na mteremko wa mfereji utakuwa tambarare. Ikiwa tone kwenye mfereji litatengenezwa kwa kila kilomita, litashuka mita 1 tu, kiasi kwamba maji yalitiririka kilomita 5 kwenye mfereji, na uso wa maji ulishuka mita 5 tu, huku maji yakishuka mita 50 baada ya kusafiri kilomita 5 kwenye mfereji wa asili. Kwa wakati huu, maji kutoka kwenye mfereji huelekezwa nyuma hadi kwenye kiwanda cha umeme kando ya mto kwa kutumia bomba la maji au handaki, na kuna tone la maji lenye kina cha mita 45 ambalo linaweza kutumika kuzalisha umeme. Mchoro 2
Matumizi ya njia za kugeuza, handaki au mabomba ya maji (kama vile mabomba ya plastiki, mabomba ya chuma, mabomba ya zege, n.k.) kuunda kituo cha umeme wa maji chenye matone yaliyojilimbikizia huitwa kituo cha umeme wa maji cha njia ya kugeuza, ambacho ni mpangilio wa kawaida wa vituo vya umeme wa maji.
(2) Vifaa vya mitambo na umeme
Mbali na kazi za majimaji zilizotajwa hapo juu (matao, mifereji, viunga vya mbele, mabomba ya shinikizo, karakana), kituo cha umeme wa maji pia kinahitaji vifaa vifuatavyo:
(1) Vifaa vya mitambo
Kuna turbine, gavana, vali za lango, vifaa vya usafirishaji na vifaa visivyozalisha.
(2) Vifaa vya umeme
Kuna jenereta, paneli za kudhibiti usambazaji, transfoma na mistari ya usafirishaji.
Lakini si vituo vyote vidogo vya umeme wa maji vyenye miundo ya majimaji na vifaa vya mitambo na umeme vilivyotajwa hapo juu. Ikiwa kichwa cha maji ni chini ya mita 6 katika kituo cha umeme wa maji cha chini, njia ya mwongozo wa maji na njia ya wazi ya maji hutumika kwa ujumla, na hakuna bwawa la mbele la shinikizo na bomba la maji la shinikizo. Kwa vituo vya umeme vyenye umbali mdogo wa usambazaji wa umeme na umbali mfupi wa usafirishaji, usambazaji wa umeme wa moja kwa moja unatumika na hakuna transfoma inayohitajika. Vituo vya umeme wa maji vyenye hifadhi havihitaji kujenga mabwawa. Matumizi ya mifereji ya kina, mabomba ya ndani ya bwawa (au handaki) na njia za kumwagika huondoa hitaji la miundo ya majimaji kama vile matuta, malango ya ulaji, mifereji na mabwawa ya mbele ya shinikizo.
Ili kujenga kituo cha umeme wa maji, kwanza kabisa, utafiti makini na kazi ya usanifu lazima zifanyike. Katika kazi ya usanifu, kuna hatua tatu za usanifu: usanifu wa awali, usanifu wa kiufundi na maelezo ya ujenzi. Ili kufanya kazi nzuri katika kazi ya usanifu, ni muhimu kwanza kufanya kazi ya usanifu kamili, yaani, kuelewa kikamilifu hali ya asili na kiuchumi ya eneo husika - yaani topografia, jiolojia, hidrolojia, mtaji na kadhalika. Usahihi na uaminifu wa usanifu unaweza kuhakikishwa tu baada ya kufahamu hali hizi na kuzichambua.
Vipengele vya vituo vidogo vya umeme wa maji vina maumbo mbalimbali kulingana na aina ya kituo cha umeme wa maji.
3. Utafiti wa Topographic
Ubora wa kazi ya utafiti wa topografia una ushawishi mkubwa kwenye mpangilio wa uhandisi na makadirio ya kiasi cha uhandisi.
Uchunguzi wa kijiolojia (uelewa wa hali ya kijiolojia) pamoja na uelewa wa jumla na utafiti kuhusu jiolojia ya bonde la maji na kando ya mto, ni muhimu pia kuelewa kama msingi wa chumba cha mashine ni imara, jambo ambalo huathiri moja kwa moja usalama wa kituo cha umeme chenyewe. Mara tu boti yenye ujazo fulani wa hifadhi ikiharibiwa, haitaharibu tu kituo cha umeme cha maji chenyewe, lakini pia itasababisha upotevu mkubwa wa maisha na mali chini ya mto.
4. Jaribio la maji
Kwa vituo vya umeme wa maji, data muhimu zaidi ya kihaidrolojia ni rekodi za kiwango cha maji ya mto, mtiririko, kiwango cha mashapo, hali ya barafu, data ya hali ya hewa na data ya utafiti wa mafuriko. Ukubwa wa mtiririko wa mto huathiri mpangilio wa njia ya kumwagika kwa kituo cha umeme wa maji. Kupuuza ukali wa mafuriko kutasababisha uharibifu wa bwawa; mashapo yanayobebwa na mto yanaweza kujaza hifadhi haraka katika hali mbaya zaidi. Kwa mfano, njia ya kuingia itasababisha njia ya maji kujaa matope, na mashapo yenye chembe kubwa yatapita kwenye turbine na kusababisha uchakavu wa turbine. Kwa hivyo, ujenzi wa vituo vya umeme wa maji lazima uwe na data ya kutosha ya kihaidrolojia.
Kwa hivyo, kabla ya kuamua kujenga kituo cha umeme wa maji, lazima kwanza tuchunguze mwelekeo wa maendeleo ya kiuchumi katika eneo la usambazaji wa umeme na mahitaji ya umeme ya baadaye. Wakati huo huo, kadiria hali ya vyanzo vingine vya umeme katika eneo la maendeleo. Ni baada ya utafiti na uchambuzi wa hali iliyo hapo juu tu ndipo tunaweza kuamua kama kituo cha umeme wa maji kinahitaji kujengwa na ukubwa wake unapaswa kuwa kiasi gani.
Kwa ujumla, madhumuni ya kazi ya utafiti wa umeme wa maji ni kutoa taarifa sahihi na za kuaminika za msingi zinazohitajika kwa ajili ya usanifu na ujenzi wa vituo vya umeme wa maji.
5. Masharti ya jumla ya uteuzi wa eneo
Masharti ya jumla ya kuchagua eneo yanaweza kuelezewa kutoka kwa vipengele vinne vifuatavyo:
(1) Eneo lililochaguliwa linapaswa kuwa na uwezo wa kutumia nishati ya maji kwa njia ya kiuchumi zaidi na kuzingatia kanuni ya kuokoa gharama, yaani, baada ya kituo cha umeme kukamilika, kiasi kidogo cha pesa hutumika na umeme mwingi zaidi huzalishwa. Kwa kawaida inaweza kupimwa kwa kukadiria mapato ya uzalishaji wa umeme wa kila mwaka na uwekezaji katika ujenzi wa kituo ili kuona ni muda gani mtaji uliowekezwa unaweza kurejeshwa. Hata hivyo, hali ya maji na topografia ni tofauti katika maeneo tofauti, na mahitaji ya umeme pia ni tofauti, kwa hivyo gharama ya ujenzi na uwekezaji haipaswi kupunguzwa na thamani fulani.
(2) Hali ya topografia, kijiolojia na kihaidrolojia ya eneo lililochaguliwa inapaswa kuwa bora zaidi, na kuwe na uwezekano katika usanifu na ujenzi. Katika ujenzi wa vituo vidogo vya umeme wa maji, matumizi ya vifaa vya ujenzi yanapaswa kuwa kulingana na kanuni ya "vifaa vya ndani" iwezekanavyo.
(3) Eneo lililochaguliwa linatakiwa kuwa karibu na eneo la usambazaji wa umeme na usindikaji kadri iwezekanavyo ili kupunguza uwekezaji wa vifaa vya usambazaji umeme na upotevu wa umeme.
(4) Wakati wa kuchagua eneo, miundo ya majimaji iliyopo inapaswa kutumika iwezekanavyo. Kwa mfano, tone la maji linaweza kutumika kujenga kituo cha umeme wa maji katika mfereji wa umwagiliaji, au kituo cha umeme wa maji kinaweza kujengwa karibu na hifadhi ya umwagiliaji ili kutoa umeme kutokana na mtiririko wa umwagiliaji, na kadhalika. Kwa sababu mitambo hii ya umeme wa maji inaweza kukidhi kanuni ya kuzalisha umeme wakati kuna maji, umuhimu wake kiuchumi ni dhahiri zaidi.
Muda wa chapisho: Mei-19-2022
