Hydro -elektrische energiecentrales: werkingsprincipes van werking (2023)

Waterkrachtcentrales zetten de potentiële energie van opgeslagen water of de kinetische energie van stromend water om in elektrische energie.Hydro -elektrische energiecentralesZijnhernieuwbare energiebronnenOmdat het beschikbare water zelfvertrouwen is en er geen koolstofemissies in het proces zijn.In dit artikel bespreken we de details en basisbewerkingen van een waterkrachtcentrale.Hoe verschillende parameters worden berekend, verschillende componenten van een hydro -elektrische energiecentrale.

De hydrologische cyclus:

Het universum volgt het 'behoud van energie' principe.Daarom, als we elektrische energie uit hydro -elektrische energiecentrales extraheren, betekent dit dat er een bron is om de energie in de cyclus te voeren om deze te laten draaien.Die energiebron is zon.

In de hydrologische cyclus (ook wel genoemdwaterfiets), verdamping vindt plaats boven de grote waterlichamen zoals oceanen.De dampen stijgen en vormen wolken die door wind worden aangedreven.Zodra de wolken gebieden van hogere hoogten en lagere temperaturen bereiken, zijn watervallen in de vorm van regen.Het water wordt verzameld in grote waterreservoirs met een grotere hoogte dan zeeniveau.Deze waterkop kan worden gebruikt om er elektrische energie uit te genereren.Desalniettemin voltooit het water de cyclus nadat het uiteindelijk deel uitmaakt van de oceaan.De cyclus herhaalt zich.

U mag het controlerenEen uitgebreid artikel over de basiscomponenten en de werking van een thermische energiecentrale.

Berekening van het vermogen in een hydro -elektrische energiecentraleS

Water op hoogte bevat potentiële energie gegeven door:

𝑃𝐸 = 𝑚𝑔𝐻 = 𝜌δ𝑉𝑔𝐻

𝑤ℎ𝑒𝑟𝑒 𝑃𝐸 𝑖𝑠 𝑡ℎ𝑒 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑡𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦 𝑜𝑓 𝑜𝑓 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟.MetGeen verliezenin de waterloop,

Metverliezenzoals inlaatstructuurverliezen, wrijvingsverliezen in leiding, elleboogverliezen en klepverliezen.

𝑃_𝑑= 9.81𝜂𝑄𝐻 𝑘𝑊

𝑤ℎ𝑒𝑟𝑒 𝜂 𝑟𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑠 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑖𝑛𝑒𝑑 𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑒𝑠 𝑒𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑒𝑠 𝑜𝑓 𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑢𝑟𝑠𝑒, 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑒 𝑎𝑛𝑑 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑡𝑜𝑟

Selectie van site voor waterkrachtcentrales

Selecteerplaats voor hydro -elektrische energiecentrale Deze factoren moeten moeten overwegen: overtollige waterbeschikbaarheid, hoge bruto kop, wateropslagreservoir, kosten van transmissielijnen, toegankelijkheid van de site om apparatuur te transporteren.

Meting van de waterstroomsnelheid

Voor het meten van volumestroomsnelheid zijn er enkele de volgende methoden:

1-bucket-methode:Water van stroom wordt omgeleid om een emmer van bekend volume te vullen.De tijd van vullen wordt gemeten.Debiet wordt berekend door het volume te delen door de tijd te vullen.Deze methode is van toepassing op kleine streams.

2-gauging Weir:Een stuw is loodrecht op de stromingsrichting ontworpen.

𝑄 = 1,8 (𝑊 - - 0,2ℎ) ℎ³

Methode 3-snelheidsgebied:De snelheid van water wordt gemeten en het geschatte gebied van de leiding wordt ook gemeten.Met behulp van de onderstaande formule wordt het stroomsnelheid berekend.

U mag het controlerenEen uitgebreid artikel over de basiscomponenten en de werking van de energiecentrales van gasturbine.

Hoofdmeetmethoden voor hydro -elektrische energiecentrales

Voor hoofdmeting worden volgende methoden gebruikt:

1. Waterdrukmethode:Om het hoofd te schatten, wordt een met water gevulde slang met een geschikte lengte, zonder in de lucht gevangen zit, uitgerekt tussen de inlaat en de voorgestelde turbinesite.De onderkant van de buis is voorzien van een nauwkeurige manometer.Om de grove kop in voet te berekenen, wordt de druklezing in PSI vermenigvuldigd door2.31 ft/psi.
2. Directe afstandsmeting:Hierin kan de doorvoer van een landmeter of de leveler van een aannemer op een statief worden gemonteerd om het hoofd met hoge nauwkeurigheid te meten, maar deze methode is langzaam en moeizaam.

• Hydrologie:Gaat over processen voor verwijdering en aanvulling van watervoorraden.
• 𝐼𝑛𝑓𝑙𝑜𝑤 = 𝑂𝑢𝑡𝑓𝑙𝑜𝑤 + 𝐶ℎ𝑎𝑛𝑔𝑒 𝑖𝑛 𝑆𝑡𝑜𝑟𝑎𝑔𝑒 𝑆𝑡𝑜𝑟𝑎𝑔𝑒
• Hydrograaf:Grafiek met ontlading van stromend water ten opzichte van de tijd.Ze geven aanKracht beschikbaarvan streams op verschillende tijdstippen per dag, week of jaar.

Belangrijke componenten van een waterkrachtcentrale

Reservoir

Een natuurlijk of kunstmatig reservoir accumuleert water uit het stroomgebied.Een meer in de bergen is bijvoorbeeld het natuurlijke reservoir.Het doel is om water te reguleren voor stroomopwekking.Een kunstmatig reservoir wordt gemaakt door een dam over een rivier te bouwen.

Damtypen:

1. Zwaartekrachtdam
2. Boogdam
3. Op aarde gevulde dam
   Tarbela Dam is de grootste met aarde gevulde dam ter wereld.

Hoofdras:

De hoofdras wordt gebruikt om water van stroomopwaartse afleidingsstuwen naar voorlops over te brengen via open kanalen die bekend staan als headrace.

Voorhoede:

Een klein reservoir gebouwd door het verbreden van water dat aan het einde van het kanaal wordt verbreed.Water van voorhoede wordt verdeeld door penstocks naar turbines.Het fungeert als een bezinkingsbassin voor geschorste sedimenten.

Innamestructuren:

Inlaatstructuren bestaan uit gieken, vuilnisracks, sluispoorten en kleppen.Bieken zijn zwevende ketens van end-to-end gebonden boomstammen om ijs, onkruid, boomstammen, dierenkarkassen, enz. Af te leiden in bypass-kokers om turbines te beschermen tegen schade.Poorten worden geïnstalleerd om de stroom in de penstock te regelen.Trashrekken gemaakt van stalen staven en schermen worden gebruikt om te voorkomen dat puin in de penstock stroomt.Om de verlies van hoofd te verminderen, moeten ze vaak mechanisch of handmatig worden gereinigd.

Penstock:

De penstock is een leiding om water te leveren van voordruk naar turbines onder druk.Het kan worden gemaakt van staal, gegoten staal of RCC.Als de afstand tussen voor- en turbines kort is, heeft elke turbine een aparte penstock.Anders kan een enkele penstock twee of meer turbines voeden.Verschillende soorten kleppen zoalsvlinder en naaldtypezijn geïnstalleerd in de penstock voor stroomregeling.Bovendien voorkomen luchtopeningen die op de penstock zijn geïnstalleerd, dat het niet instort wanneer de druk erin te laag is.

Surge -tank:

Wanneer turbinepoorten plotseling worden gesloten/geopend door de actie van de gouverneur om minder water/meer water toe te laten naarmate de vraag op de generator afneemt (verhoogt), genereert het vertalerende (versnellende) water in Penstock een drukgolf (negatieve drukgolf) die zich naar boven propageert naar hetDichtstbijzijnde open wateroppervlak.Dit wordt Water Hammer genoemd en de overspanningstanks worden geïnstalleerd om dit te voorkomen, omdat dit kan leiden tot een ineenstorting van de penstock.

Soorten hydro -turbines

Hydro -turbines converteren de kinetische energie van water in rotatie -energie.Er zijn verschillende soorten ontwerpen beschikbaar, waaronder

Impuls -turbines

Pelton Wheel, Turgo Turbine, Cross Flow Turbine

Reactieturbines

Francis -turbine, Kaplan -turbine, propeller -turbine, bolturbine, enz.

Vaste pitch propeller turbine:Vanwege vaste messen zijn de dollarstroomefficiënties slecht.Ze zijn kosteneffectief.

Bolturbines:Gebruikt voor extreem lage koppen, wordt geleverd met een generator Encapsulated en Bulb -achtige structuur

Ontwerpbuis en staartracevan waterkrachtcentrales

Water dat door de lopers is gegaan, beweegt daarna door een zorgvuldig ontworpen verticaal kanaal genaamd Draft Tube.Ontwerpbuis herstelt de kinetische watersenergie door het te vertragen voordat het de staart verlaat, waardoor de hydraulische efficiëntie van de turbine wordt verbeterd.Er zijn twee soorten trekbuizen:

1. elleboogtype 2. rechte type

Power House:

Het gebouw dat alternatoren, turbines, transformatoren en accessoires herbergt voor hun controle en bescherming.Twee categorieën;Opdook gebaseerd en ondergronds

Alternators:

De wikkelingen zijn gemaakt van gelamineerde stalen vellen met slots.Ze hebben twee soorten: opvallende polen en ronde rotoren

Gouverneur:

Een gouverneursmechanisme is een uitgebreid besturingssysteem dat de variaties in de frequentie van de generator voelt, deze vergelijkt met de referentiefrequentie (d.w.z. 50 Hz/60 Hz) en vervolgens de snelheid van turbine door verschillende middelen aanpast om de frequentievariaties te compenseren

Classificatie van waterkrachtcentrales

Gebaseerd op de aard van de belasting:

1. Baseload 2. Gemiddeld belasting 3. piekbelasting

Basis op het hoofd

Gebaseerd op de schaal van waterkrachtcentrales:

Voordelen van waterkrachtcentrales:

Een van de belangrijkste voordelen is dat de gebruikte 'brandstof' water is dat zelfreplishing is.Bovendien vereist het geen transport zoals steenkool of olie.Hetzelfde water kan worden gebruikt voor het drinken en de landbouw.Het systeem is zeer efficiënt (95%).Het heeft ook een zeer lang leven (50 jaar bijna).Het is een snel start-/afsluitsysteem.De enige kosten zijn operationeel en onderhoud.Zijdelingsvoordeel is dat het helpt bij overstromingsbeheersing,visserijen geeft recreatieve sites.

Nadelen van waterkrachtcentrales:

Een van de belangrijkste nadelen is dat het een hoog initiële kapitaal vereist.Ook is de bouwperiode hoog.Groot deel van het gebied is onder water onder water.Het kan ook leiden tot milieu- en sociale problemen.De beschikbaarheid van water varieert van jaar tot jaar.Er is ook een probleem metAanslibbingDat zou het leven van dam kunnen beperken.

Modern grote hydro -elektrische energiecentrales

De moeder van drie klovenin China, momenteel de grootste (18.300 MW, doelvermogen 22.500 MW).Het is een ander type, op de grens tussen Brazilië en Paraguay, tot voor kort de grootste dam (14.000 MW).Grand CouleeColumbia River-dam (6800 MW). Mangla-dam: 1150 MW. Tarbela-krachtcentrale: 4888 MW

In Pakistan varieert als gevolg van seizoensgebonden variatie verschillende dam -stroomproductie.Tarbela is bijvoorbeeld van november tot juni, wanneer de capaciteit afneemt tot zo laag als ongeveer 1.350 MW tegen het maximum van ~ 4.500 MW tijdens een hoge hoofdtermijn, d.w.z. augustus tot september.Wapda's Hydel -genererende mogelijkheden varieert tussen 2.414 MW en 6.902 MW gedurende de cyclus van een jaar.

Het potentieel van het hydel -macht van Pakistan

Er is veel potentieel van waterkracht in Pakistan, d.w.z. 44334 MW in Indus River, 8027 MW in Jhelum River en meer.Er zijn ook veel toekomstige projecten van hydelmacht in heel Pakistan die het energietekort kunnen vervullen.Sommige projecten zijn Neelum Jhelum Project (geïnstalleerd capaciteit 969 MW), Diameer Basha Dam Project (4500 MW), Bunji Hydropower Project (7100 MW), DASU -waterkracht (4320 MW, 201m Head)

Kalabagh dam controverse:

Het hoofddoel van het project is het compenseren van de opslag verloren door het slijpen van bestaande reservoirs. Het secundaire doelstelling is het genereren van een grote hoeveelheid goedkope hydro-elektrisch vermogen nabij grote belastingcentra.

Potentiële positieve effecten:

• Waterkracht
• Irrigatiewater
• Vermindering van overstromingsverliezen
• Gemeentelijke en industriële effecten
• Netto voordelen voor Fisher & Recreational Facilities
• Riviernavigatie etc.

Vrees van sommige provincies:

• Geen overtollig water om Kalabagh -reservoir te vullen
• Het project zou Sindh in een woestijn maken
• Intrusie van zeewater in Indus Delta zou worden benadrukt
• Visproductie en drinkwatervoorziening onder Kotri zou worden getroffenVrees van KPK:
• Populatie -dislocatie en hervestigingskosten
• Vruchtbaar cultiveerbaar land zou worden ondergedompeld
• Grondaankoop
• Broeikasgasemissies

Conclusie

Ik hoop dat je ons uitgebreide artikel over het werkende principe en de werking van hydro -elektrische energiecentrales leuk vond.Misschien vind je misschien ook ons gedetailleerde artikel overde werkende en verschillende componenten van een thermische energiecentraleEn10 software die u moet leren voor een elektrotechnisch ingenieur.

Om op de hoogte te blijven van de nieuwste artikelen, kunt u zich abonneren op de website via het Bell-pictogram in de linker linkse hoek om verdere updates te ontvangen.Bezoek en abonneer je op onzeYouTube -kanaal voor video -tutorialsen blijf op de hoogte door onze te volgenFacebook pagina.