Die hydraulische Förderhöhe bezieht sich auf eine Messung der Energie, im Wasser von Flüssen, Bächen oder Seen. Es stellt den Wasserstand in einem fließenden Gewässer dar. Vereinfacht ausgedrückt misst es die Höhe einer Wassersäule über einem Punkt und wird üblicherweise in Metern (oder Fuß in den USA) angegeben. Wenn der Wasserstand oder die hydraulische Druckhöhe höher ist, steht an dieser Stelle Energie zur Verfügung.
In Anlagen hängt die Menge der nutzbaren Energie vom Unterschied zwischen dem oberen Oberwasserspiegel im Stausee und dem unteren Unterwasserspiegel unterhalb des Staudamms ab. Diese Differenz wird als hydraulische Druckdifferenz bezeichnet. Sie gibt an, Energiemenge, die mit Turbinen und Generatoren in Elektrizität umgewandelt werden kann. Weitere Berechnungen zeigen, dass neben der Entfernung auch verschiedene Verluste, sogenannte Druckverluste, die Energiegewinnung beeinflussen.
Weil das Wasser im höher gelegenen Reservoir eine größere horizontale Gravitationsenergie hat als das Wasser im Unterwasserkanal. Die Gravitationsenergie des Reservoirwassers, das durch den Druckrohrleitungen führt zur Erzeugung der Energie, die zum Antrieb der Turbinen und zur Stromerzeugung benötigt wird. Mithilfe der Bernoulli-Gleichung wird der Vorgang hier dargestellt. Im Allgemeinen ist ein Die hydraulische Druckhöhe entspricht einer Schwerkraftenergieeinheit – in diesem Fall handelt es sich um eine Wasserspeicherung.
Die Gleichung für die Wasserkraft nutzt den Wert der hydraulischen Fallhöhe, um die geschätzte verfügbare Leistung zu ermitteln. Dieser Faktor spielt in der Gleichung eine Rolle, die wie folgt dargestellt wird:
P = ρQgΔh
Kennzahlen:
- P – Die Rate, mit der die Leistung berechnet und gemessen wird, wird in Joule pro Sekunde, bekannt als W, ausgedrückt.
- Δh – Stellt den hydraulischen Druckunterschied über dem Damm oder der Turbine dar, gemessen in Metern.
- ρ – Hängt von der Dichte der Flüssigkeit ab, gemessen in kg/m3.
- Q – Bezeichnet die Volumenabgabe oder Durchflussrate von Wasser, gemessen in Metern pro Sekunde (m3/s).
- g – Stellt die Erdbeschleunigung dar, gemessen in Metern pro Sekunde im Quadrat.
Diese Gleichung besagt, dass ein Ein größerer Unterschied in der Druckhöhe führt zu einem Potenzial für in Reservoirs gespeicherte mechanische Energie.
Arten von Hydraulikköpfen
Es gibt drei Klassifizierungen von Staudämmen basierend auf ihren unterschiedlichen hydraulischen Druckhöhen: mittel und niedrig. Weitere Einzelheiten zu diesen Druckhöhen werden später erläutert.
1. Hoher Kopf
Wenn es eine Höhenunterschied von mehr als hundert Metern Es wird als Hochdruckkraftwerk bezeichnet. Im Gegensatz zum vorherigen wird das Wasser in diesem Kraftwerk in der Regel aus höheren Lagen bezogen, wodurch weniger Volumen benötigt wird, um eine vergleichbare Energie zu erzeugen. Da das Wasser in solchen Systemen langsamer fließt, sind kleine Turbinen erforderlich.
Das Wasser muss zudem eine gewisse Strecke über eine lange Druckleitung zurücklegen, da selbst eine kürzere Turbine und eine schmalere Druckleitung zur Bildung von Luftlöchern führen, die den Wirkungsgrad mindern. Große Wasserkraftwerke gehören meist zu den Hoch- und Mitteldruckkraftwerken.
2. Mittlerer Kopf
In Mitteldrucksystemen Der Höhenunterschied beträgt 10 bis 100 Meter. Im Vergleich zu einem Staudamm mit hohem Druckfall ist der Höhenunterschied geringer, wenn man die Druckrohrleitung eines Staudamms mit mittlerem Druckfall berücksichtigt. Diese Art von Staudamm nutzt eine beträchtliche Wassermenge und einen großen Höhenverlust des besagten Wassers.
3. Niedriger Kopf
Systeme haben normalerweise weniger als 10 Meter of Niederdruck Staudämme. Aus diesem Grund werden Niederdruck-Wasserturbinen üblicherweise in Betrieben wie Laufwassersystemen eingesetzt, bei denen Flüsse ohne nennenswerten Anstieg fließen.
Ein typisches Niederdrucksystem transportiert große Wassermengen. Daher sind größere Turbinen erforderlich, um Wasserenergie effizient in Strom umzuwandeln. Für diese Anlagen ist kein Stauen erforderlich, da weniger Wasser gespeichert werden muss.
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Hydraulische Druckverluste
Diese Verluste entstehen durch Reibung in RohrenDurch die Berücksichtigung dieser Druckverluste verringert sich die Energiemenge im Wasser. Dieser angepasste Wert für eine Druckhöhe unter Berücksichtigung der Verluste wird als effektive Druckhöhe bezeichnet.
Die effektive Fallhöhe entspricht der Bruttofallhöhe abzüglich aller Fallhöhenverluste. Alle Wasserkraftwerke erzeugen Fallhöhenverluste, die in Haupt- und Nebenfall unterteilt werden. Die hydraulischen Fallhöhenverluste werden dann gemessen, berechnet und gleichberechtigt mit der hydraulischen Fallhöhe selbst ausgedrückt, z. B. in in Bezug auf die äquivalente Höhe des Wasserzählers. Dazu muss man von der gesamten Bruttoleistung die durch Druckverlust verlorene Leistung abziehen; dann erhält man die tatsächlich nutzbare Nettoleistung. Die Gleichung lässt sich wie folgt darstellen:
PNetto- = Pbrutto− PVerlust
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Arten von Druckverlusten
Die Arten von Druckverlusten sind:
Große Druckverluste: Der überwiegende Teil der größeren Druckverluste entsteht durch Reibung in den Rohren und verläuft über weite Strecken der Pipeline, beispielsweise in der Druckrohrleitung.
Geringe Druckverluste: Jede andere Quelle für geringfügige Druckverluste außer Reibungsverlusten. Im Wesentlichen entsteht überall dort, wo sich ein Rohr biegt oder die Bewegung des Wassers ändert, ein Verlust, der als geringfügiger Verlust bezeichnet wird.
Es gibt jedoch Fälle, in denen die großen Druckverluste geringer sind als die kleinen, deren Summe jedoch die Gesamtleistung eines hydraulischen Staudamms bestimmt, anders als ihre Namen vermuten lassen.
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