1、 Hidroelektrik üretimine genel bakış
Hidroelektrik güç üretimi, doğal nehirlerin su enerjisini insanların kullanabileceği elektrik enerjisine dönüştürmektir. Elektrik santrallerinin kullandığı enerji kaynakları çeşitlidir, örneğin güneş enerjisi, nehirlerin su gücü ve hava akımıyla üretilen rüzgar gücü. Hidroelektrik kullanarak hidroelektrik üretiminin maliyeti ucuzdur ve hidroelektrik santrallerinin inşası diğer su koruma girişimleriyle de birleştirilebilir. Çin su kaynakları bakımından zengindir ve mükemmel koşullara sahiptir. Hidroelektrik, ulusal ekonomik yapıda önemli bir rol oynar.
Bir nehrin yukarı akış su seviyesi, aşağı akış su seviyesinden daha yüksektir. Nehrin su seviyesi arasındaki fark nedeniyle su enerjisi üretilir. Bu enerjiye potansiyel enerji veya potansiyel enerji denir. Nehir su yüzeyinin yüksekliği arasındaki farka düşüş denir, ayrıca su seviyesi farkı veya kafa olarak da adlandırılır. Bu düşüş, hidrolik güç için temel bir koşuldur. Ayrıca, su gücünün büyüklüğü de nehirdeki su akışının büyüklüğüne bağlıdır, bu da düşüş kadar önemli bir başka temel koşuldur. Hem düşüş hem de deşarj, hidrolik gücün büyüklüğünü doğrudan etkiler; Su düşüşü ne kadar büyükse, hidrolik güç de o kadar büyük olur; Düşüş ve su hacmi nispeten küçükse, hidroelektrik santralinin çıktısı daha küçük olacaktır.
Düşüş genellikle metre cinsinden ifade edilir. Su yüzeyi eğimi, düşüşün ve mesafenin oranıdır ve düşüşün konsantrasyon derecesini gösterebilir. Düşüş nispeten yoğunlaşmışsa, su gücünün kullanımı daha uygundur. Bir hidroelektrik santrali tarafından kullanılan düşüş, hidroelektrik santralinin yukarı akış su yüzeyi ile hidrolik türbinden geçtikten sonra aşağı akış su yüzeyi arasındaki farktır.
Debi, bir nehirden birim zamanda akan su miktarıdır ve saniyede metreküp olarak ifade edilir. Bir metreküp su bir tondur. Bir nehrin akışı her an ve her yerde değişir, bu nedenle akıştan bahsettiğimizde, aktığı belirli yerin zamanını açıklamalıyız. Akış zamanla önemli ölçüde değişir. Genel olarak, Çin'deki nehirlerin yaz, sonbahar ve yağmurlu mevsimde büyük akışı, ancak kış ve ilkbaharda küçük akışı vardır. Akış aydan güne değişir ve su hacmi yıldan yıla değişir. Genel nehirlerin akışı yukarı akışta nispeten küçüktür; kollar birleştikçe, aşağı akış akışı kademeli olarak artar. Bu nedenle, yukarı akış düşüşü yoğunlaşmış olsa da, akış küçüktür; aşağı akış akışı büyük olsa da, düşüş nispeten dağılmıştır. Bu nedenle, genellikle nehrin orta kesimlerinde su gücünü kullanmak en ekonomik olanıdır.
Bir hidroelektrik santralinin kullandığı düşüm ve debi bilindiğinde, çıkışı aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
N= GQH
Formülde N – çıktı, birim: kW, güç olarak da adlandırılır;
Q — akış, saniyede metreküp cinsinden;
H — Düşüş, metre cinsinden;
G=9.8, Newton/kg cinsinden yer çekimi ivmesidir
Teorik güç yukarıdaki formüle göre hesaplanır ve hiçbir kayıp düşülmez. Aslında, hidroelektrik üretim sürecinde, su türbinleri, iletim ekipmanları, jeneratörler vb. kaçınılmaz güç kayıplarına sahiptir. Bu nedenle, teorik güç iskonto edilmelidir, yani kullanabileceğimiz gerçek güç verimlilik katsayısıyla (sembol: K) çarpılmalıdır.
Hidroelektrik santralindeki jeneratörün tasarlanmış gücüne anma gücü, gerçek güce ise gerçek güç denir. Enerji dönüşümü sürecinde bir miktar enerji kaybetmek kaçınılmazdır. Hidroelektrik üretim sürecinde, esas olarak hidrolik türbinler ve jeneratörlerde kayıplar vardır (boru hatlarındaki kayıplar dahil). Kırsal mikro hidroelektrik santrallerinde, çeşitli kayıplar toplam teorik gücün %40~50'sini oluşturur, bu nedenle hidroelektrik santrallerinin çıktısı teorik gücün yalnızca %50~60'ını kullanabilir, yani verimlilik yaklaşık 0,5~0,60'tır (türbin verimliliği 0,70~0,85, jeneratör verimliliği 0,85~0,90 ve boru ve iletim ekipmanı verimliliği 0,80~0,85 dahil). Bu nedenle, hidroelektrik santralinin gerçek gücü (çıktısı) aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
K – Hidroelektrik santralinin verimliliği, (0,5~0,6) mikro hidroelektrik santralinin kabaca hesaplanması için benimsenmiştir; Yukarıdaki formül şu şekilde basitleştirilebilir:
N=(0,5 ～ 0,6) QHG gerçek güç=verimlilik × akış × düşüş × dokuz nokta sekiz
Hidroelektrik enerjisinin kullanımı, su türbini adı verilen bir tür makineyi çalıştırmak için su kullanmaktır. Örneğin, Çin'deki eski su çarkı çok basit bir su türbinidir. Günümüzde kullanılan çeşitli hidrolik türbinler, daha etkili bir şekilde dönebilmeleri ve su enerjisini mekanik enerjiye dönüştürebilmeleri için çeşitli özel hidrolik koşullara uyarlanmıştır. Başka bir makine olan jeneratör, jeneratörün rotorunun su türbiniyle birlikte dönmesini sağlamak için su türbinine bağlanır ve ardından elektrik üretilebilir. Jeneratör iki parçaya ayrılabilir: hidrolik türbinle birlikte dönen parça ve jeneratörün sabit parçası. Hidrolik türbinle birlikte dönen parçaya jeneratörün rotoru denir ve rotorun etrafında birçok manyetik kutup vardır; Rotorun etrafındaki bir daire, jeneratörün sabit parçası olup jeneratörün statoru olarak adlandırılır. Stator, birçok bakır bobinle sarılmıştır. Rotorun birçok manyetik kutbu stator bakır bobininin ortasında döndüğünde, bakır tel üzerinde akım üretilecek ve jeneratör mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürecektir.
Santralde üretilen elektrik enerjisi çeşitli elektrik ekipmanlarından mekanik enerjiye (motor veya motor), ışık enerjisine (elektrik lambası), ısı enerjisine (elektrikli fırın) vb. dönüştürülür.
2、 Hidroelektrik santralinin bileşimi
Hidroelektrik santrali hidrolik yapılar, mekanik ekipmanlar ve elektrik ekipmanlarından oluşmaktadır.
（1） Hidrolik yapılar
Baraj, su alma kapağı, kanal (veya tünel), yükleme havuzu (veya düzenleme tankı), su girişi, santral ve kuyruk suyu kanalı vb. içerir.
Nehri tıkamak, su yüzeyini yükseltmek ve bir rezervuar oluşturmak için nehre bir bent (baraj) inşa edin. Bu şekilde, bent (baraj) üzerindeki rezervuarın su yüzeyinden barajın altındaki nehrin su yüzeyine kadar yoğun bir düşüş oluşturulur ve daha sonra su boruları veya tüneller aracılığıyla hidroelektrik santraline su verilir. Dik nehir yatağında, derivasyon kanallarının kullanılması da bir düşüş oluşturabilir. Örneğin, doğal bir nehrin düşüşü kilometrede 10 metredir. Nehrin bu bölümünün üst ucuna su getirmek için bir kanal açılırsa, kanal nehir boyunca kazılmış olacak ve kanalın eğimi düz olacaktır. Kanaldaki düşüş kilometrede sadece 1 metre ise, su kanalda 5 kilometre akacak ve su sadece 5 metre düşecek, doğal nehirde ise su 5 kilometre yürüdükten sonra 50 metre düşecektir. Bu sırada kanaldaki su, su boruları veya tüneller aracılığıyla nehir yoluyla santral binasına geri getiriliyor ve elektrik üretmek amacıyla kullanılabilecek 45 m'lik yoğun bir düşüş oluyor.
Derivasyon kanalları, tüneller veya su boruları (plastik borular, çelik borular, beton borular vb.) kullanarak yoğunlaştırılmış bir düşüş oluşturan bir hidroelektrik santraline, hidroelektrik santrallerinin tipik bir düzeni olan derivasyon kanalı tipi hidroelektrik santrali denir.
（2） Mekanik ve elektrikli ekipman
Yukarıda belirtilen hidrolik işlere (baraj, kanal, yükleme havuzu, penstok ve santral) ek olarak hidroelektrik santralinde aşağıdaki ekipmanlara da ihtiyaç vardır:
(1) Mekanik ekipman
Hidrolik türbinler, regülatörler, sürgülü vanalar, iletim ekipmanları ve güç üretimi dışındaki ekipmanlar bulunmaktadır.
(2) Elektrikli ekipman
Jeneratörler, dağıtım kontrol panoları, trafolar, iletim hatları vb. bulunmaktadır.
Ancak, tüm küçük hidroelektrik santralleri yukarıdaki hidrolik yapılara ve mekanik ve elektrik ekipmanlarına sahip değildir. Su kafası 6 metreden az olan düşük başlıklı hidroelektrik santralleri genellikle saptırma kanalı ve açık kanal saptırma odası yolunu benimsiyorsa, ön havuz ve penstok olmayacaktır. Güç tedarik aralığı kısa ve iletim mesafesi kısa olan santraller trafo olmadan doğrudan iletimi benimser. Rezervuarlı hidroelektrik santrallerinin baraj inşa etmesine gerek yoktur. Derin su girişi benimsenir ve barajın iç borusu (veya tüneli) ve taşkın savağı için baraj, giriş kapağı, kanal ve ön havuz gibi hidrolik yapıların kullanılması gerekmez.
Bir hidroelektrik santrali inşa etmek için öncelikle dikkatli bir araştırma ve tasarım yapılmalıdır. Tasarımda üç tasarım aşaması vardır: ön tasarım, teknik tasarım ve inşaat detayları. Tasarımda iyi bir iş çıkarmak için öncelikle kapsamlı bir araştırma yapmalıyız, yani yerel doğal ve ekonomik koşulları tam olarak anlamalıyız - yani topografya, jeoloji, hidroloji, sermaye vb. Tasarımın doğruluğu ve güvenilirliği ancak bu koşullara hakim olduktan ve bunları analiz ettikten sonra garanti edilebilir.
Küçük HES'lerin bileşenleri, HES tiplerine göre farklı biçimlerde olmaktadır.
3、 Topoğrafik araştırma
Topoğrafik etütlerin kalitesi, proje yerleşimi ve metraj tahminleri üzerinde büyük etkiye sahiptir.
Jeolojik keşif (jeolojik koşulların anlaşılması) sadece havza jeolojisi ve nehir kenarı jeolojisi hakkında genel bir anlayış ve araştırmayı değil, aynı zamanda makine dairesi temelinin sağlam olup olmadığını da anlamayı gerektirir, bu da doğrudan santralin güvenliğini etkiler. Belirli bir rezervuar hacmine sahip baraj yıkıldığında, sadece hidroelektrik santraline zarar vermekle kalmaz, aynı zamanda aşağı akışta büyük can ve mal kayıplarına da neden olur. Bu nedenle, ön havuzun jeolojik seçimi genellikle ilk sıraya konur.
4、 Hidrometri
Hidroelektrik santralleri için en önemli hidrolojik veriler, nehir su seviyesi, akış, tortu konsantrasyonu, buzlanma, meteorolojik veriler ve taşkın araştırma verileri kayıtlarıdır. Nehir akışının büyüklüğü, hidroelektrik santralinin savak düzenini etkiler ve taşkının şiddeti hafife alınır, bu da barajın yıkılmasına yol açar; Nehrin taşıdığı tortu, en kötü durumda rezervuarı hızla doldurabilir. Örneğin, kanala akış, kanal siltasyonuna neden olur ve kaba tortu hidrolik türbinden geçerek hidrolik türbinin aşınmasına neden olur. Bu nedenle, hidroelektrik santrallerinin inşasında yeterli hidrolojik veri bulunmalıdır.
Bu nedenle, bir hidroelektrik santrali inşa etmeye karar vermeden önce, ekonomik kalkınmanın yönünü ve elektrik tedarik alanındaki gelecekteki elektrik talebini araştırmak ve incelemek gerekir. Aynı zamanda, geliştirme alanındaki diğer güç kaynaklarının durumunu tahmin edin. Ancak yukarıdaki koşulları inceledikten ve analiz ettikten sonra, hidroelektrik santralinin inşa edilmesi gerekip gerekmediğine ve inşaat ölçeğinin ne kadar büyük olması gerektiğine karar verebiliriz.
Genel olarak hidroelektrik santrallerinin projelendirilmesi ve inşası için gerekli olan temel verilerin doğru ve güvenilir bir şekilde elde edilmesi hidroelektrik santral etüdünün amacıdır.
5、 Seçilen istasyon sahasının genel koşulları
İstasyon yerinin seçimine ilişkin genel koşullar aşağıdaki dört başlık altında açıklanabilir:
（1） Seçilen istasyon sahası, su enerjisini en ekonomik şekilde kullanabilecek ve maliyet tasarrufu ilkesine uygun olacak, yani santral tamamlandıktan sonra minimum maliyet harcanacak ve maksimum güç üretilecektir. Genellikle, yatırım sermayesinin ne kadar sürede geri kazanılabileceğini görmek için elektrik üretiminden ve santral inşaatına yapılan yatırımdan elde edilen yıllık gelir tahmin edilerek ölçülebilir. Ancak, farklı hidrolojik ve topoğrafik koşullar ve farklı güç talepleri nedeniyle, maliyet ve yatırım belirli değerlerle sınırlandırılmamalıdır.
（2） Seçilen istasyon sahası üstün topografik, jeolojik ve hidrolojik koşullara sahip olmalı ve tasarım ve inşaat açısından mümkün olmalıdır. Küçük hidroelektrik santrallerinin inşası, yapı malzemeleri açısından mümkün olduğunca “yerel malzemeler” ilkesine uygun olmalıdır.
(3) Seçilen istasyon sahası, iletim ekipmanına yapılan yatırımı ve güç kaybını azaltmak için güç kaynağına ve işleme alanına mümkün olduğunca yakın olmalıdır.
（4） İstasyon yeri seçilirken, mümkün olduğunca mevcut hidrolik yapılar kullanılmalıdır. Örneğin, sulama kanallarına su damlası kullanılarak hidroelektrik santralleri inşa edilebilir veya sulama akışını kullanarak elektrik üretmek için sulama rezervuarlarının yakınına hidroelektrik santralleri inşa edilebilir, vb. Bu hidroelektrik santralleri su olduğunda elektrik üretme ilkesine uyabildiğinden, ekonomik önemleri daha açıktır.
Yayınlanma zamanı: 25-Eki-2022
