У природних річках вода тече згори донизу за течією, змішана з осадом, і часто омиває русло річки та берегові схили, що свідчить про певну кількість прихованої у воді енергії. У природних умовах ця потенційна енергія витрачається на розмивання, проштовхування осадових відкладень та подолання опору тертя. Якщо ми побудуємо кілька будівель та встановимо необхідне обладнання для забезпечення постійного потоку води через водяну турбіну, водяна турбіна буде приводитися в рух течією води, як вітряк, який може безперервно обертатися, і енергія води буде перетворюватися на механічну енергію. Коли водяна турбіна приводить в рух генератор, він може виробляти електроенергію, а енергія води перетворюється на електричну енергію. Це основний принцип виробництва гідроелектроенергії. Водяні турбіни та генератори є найпростішим обладнанням для виробництва гідроелектроенергії. Дозвольте мені коротко ознайомити вас з невеликими знаннями про виробництво гідроелектроенергії.
1. Гідроенергетика та енергія водного потоку
Під час проектування гідроелектростанції, щоб визначити масштаб електростанції, необхідно знати її потужність виробництва електроенергії. Згідно з основними принципами виробництва гідроелектростанції, неважко побачити, що потужність виробництва електроенергії електростанції визначається обсягом роботи, яку може виконати струм. Загальну роботу, яку вода може виконати за певний період часу, ми називаємо енергією води, а роботу, яку можна виконати за одиницю часу (секунда), називається потужністю струму. Очевидно, що чим більша потужність потоку води, тим більша потужність виробництва електроенергії електростанції. Тому, щоб знати потужність виробництва електроенергії електростанції, ми повинні спочатку розрахувати потужність потоку води. Потужність потоку води в річці можна розрахувати таким чином, припускаючи, що падіння поверхні води на певній ділянці річки становить H (метри), а об'єм води H, що проходить через поперечний переріз річки за одиницю часу (секунди), становить Q (кубічні метри/секунда), тоді потужність потоку на ділянці дорівнює добутку ваги води на падіння. Очевидно, що чим вище падіння води, тим більший потік і тим більша сила потоку води.
2. Виробництво гідроелектростанцій
За певного напору та витрати електроенергія, яку може генерувати гідроелектростанція, називається потужністю гідроенергії. Очевидно, що вихідна потужність залежить від потужності потоку води через турбіну. У процесі перетворення енергії води в електричну енергію вода повинна подолати опір русел річок або будівель на шляху від верхів'я до низин. Водяні турбіни, генератори та передавальні пристрої також повинні подолати багато опорів під час роботи. Щоб подолати опір, необхідно виконати роботу, і неминуче витрачатиметься енергія потоку води. Тому потужність потоку води, яку можна використовувати для вироблення електроенергії, менша за значення, отримане за формулою, тобто вихідна потужність гідроелектростанції повинна дорівнювати потужності потоку води, помноженій на коефіцієнт менший за 1. Цей коефіцієнт також називають коефіцієнтом корисної дії гідроелектростанції.
Питоме значення ККД гідроелектростанції пов'язане з величиною втрат енергії, що виникають, коли вода протікає через будівлю та водяну турбіну, передавальне обладнання, генератор тощо. Чим більші втрати, тим нижчий ККД. На малій гідроелектростанції сума цих втрат становить близько 25-40% потужності потоку води. Тобто, потік води, який може генерувати 100 кіловат електроенергії, надходить на гідроелектростанцію, а генератор може генерувати лише 60-75 кіловат електроенергії, тому ККД гідроелектростанції еквівалентний 60~75%.
З попереднього вступу видно, що коли витрата води на електростанції та різниця рівнів води постійні, вихідна потужність електростанції залежить від коефіцієнта корисної дії. Практика довела, що, окрім продуктивності гідравлічних турбін, генераторів та передавального обладнання, на коефіцієнт корисної дії гідроелектростанцій впливають інші фактори, такі як якість будівництва та монтажу обладнання, якість експлуатації та управління, а також правильність проектування гідроелектростанції. Звичайно, деякі з цих факторів впливу є первинними, а деякі – вторинними, і за певних умов первинні та вторинні фактори також перетворюються один на одного.
Однак, незалежно від фактора, вирішальним є те, що люди не є об'єктами, машини контролюються людьми, а технології керуються думкою. Тому під час проектування, будівництва та вибору обладнання для гідроелектростанцій необхідно повною мірою враховувати суб'єктивну роль людини та прагнути досконалості в технологіях, щоб максимально мінімізувати втрати енергії потоку води. Це особливо важливо для деяких гідроелектростанцій, де падіння води є відносно низьким. Водночас необхідно ефективно посилити експлуатацію та управління гідроелектростанціями, щоб підвищити ефективність електростанцій, повноцінно використовувати водні ресурси та надати малим гідроелектростанціям можливість відігравати більшу роль.
Час публікації: 09 червня 2021 р.
