De hydraulische kop heeft betrekking op een meting van de energie, in water in rivieren, beken of meren. Het vertegenwoordigt het waterniveau in een stromend waterlichaam. Simpel gezegd meet het de hoogte van een waterkolom boven een punt en wordt het gewoonlijk uitgedrukt in meters (of feet in de VS). Wanneer het waterniveau of de hydraulische kop hoger is, is er energie beschikbaar op die specifieke locatie.
In faciliteiten hangt de hoeveelheid benutte energie af van de ongelijkheid tussen het bovenstroomse waterpeil in het reservoir en het benedenstroomse waterpeil onder de dam. Het onderscheid waarnaar hier wordt verwezen, wordt het verschil in hydraulische kop genoemd. Het geeft de hoeveelheid energie die met behulp van turbines en generatoren in elektriciteit kan worden omgezet. Uit verdere berekeningen blijkt dat naast de afstand ook andere verliezen, zogenaamde kopverliezen, van invloed zijn op de energiewinning.
Omdat het water in het reservoir hogerop een grotere horizontale zwaartekrachtpotentiële energie heeft dan dat in de staartrace. De zwaartekrachtpotentiële energie van het reservoirwater dat via de drukbuizen leidt tot de creatie van energie die nodig is om de turbines te verplaatsen en elektriciteit te produceren. Door de vergelijking van Bernoulli te gebruiken, wordt de procedure hierin afgebeeld. Over het algemeen geldt dat een De hydraulische hoogte is gelijk aan één zwaartekrachtenergie-eenheid – in dit geval zal het wateropslag zijn.
De hydro-elektrische vermogensvergelijking gebruikt de waarde voor de hydraulische kop om het geschatte beschikbare vermogen te geven. Deze factor speelt een rol in de vergelijking die als volgt wordt weergegeven:
P = ρQgΔh
Waar:
- P – De snelheid waarmee vermogen wordt berekend en de metingen worden uitgedrukt in joule per seconde, ook wel bekend als W.
- Δh – Geeft het verschil in hydraulische hoogte over de dam of turbine weer, gemeten in meters.
- ρ – Dit hangt af van de dichtheid van de vloeistof, gemeten in kg/m3.
- Q – Geeft de volumetrische afvoer of stroomsnelheid van water aan, gemeten in meters per seconde (m3/s).
- g – Geeft de versnelling van de zwaartekracht weer, gemeten in meter per seconde in het kwadraat.
Deze vergelijking stelt dat een Een groter verschil in opvoerhoogte leidt tot een potentieel voor mechanische energie die in reservoirs wordt opgeslagen.
Soorten hydraulische koppen
Er zijn drie classificaties van dammen op basis van hun verschillen in hydraulische kop; gemiddeld en laag. Meer details over deze hydraulische koptypen worden later besproken.
1. Hoge kop
Als er een verschil in hoogte van meer dan honderd meter het staat bekend als high-head. In tegenstelling tot de vorige, wordt het water dat in deze plant stroomt meestal van hoogtes boven de omgeving gehaald, wat betekent dat er minder volume nodig is om vergelijkbare energie te genereren. Omdat water door dergelijke systemen stroomt, stroomt het niet met een hoge snelheid en zijn er daarom kleine turbines nodig.
Het water moet ook een bepaalde afstand afleggen met behulp van een lange penstock, omdat zelfs een kortere turbine en een smallere penstock leiden tot de vorming van luchtzakken die de efficiëntie verminderen. Meestal behoren grote waterkrachtcentrales tot de hoge en middelgrote hoofden.
2. Middelgrote kop
In middelgrote kopsystemen, Het hoogteverschil bedraagt 10 tot 100 meter. Er is minder hoogteverlies vergeleken met een dam met een hoog hoofd wanneer de penstock in een dam met een gemiddeld hoofd wordt beschouwd. Dit type dam profiteert van een aanzienlijke hoeveelheid water en een groot verlies aan hoogte van het genoemde water.
3. Laag hoofd
Systemen hebben normaal gesproken minder dan 10 meter of laag hoofd dammen. Daarom worden hydroturbines met een lage opvoerhoogte meestal toegepast in operaties zoals run-of-the-river-systemen, waarbij rivieren worden verplaatst zonder significante stijging.
Een typisch low-head systeem transporteert veel water, daarom zijn grotere turbines nodig om waterenergie efficiënt om te zetten in stroom. Er is geen waterdam nodig voor deze installaties, omdat er minder water opgeslagen hoeft te worden.
Lees ook: 5 belangrijke voor- en nadelen van waterkrachtenergie
Hydraulische kopverliezen
Deze verliezen ontstaan door wrijving in leidingen. Rekening houden met deze hoofdverliezen vermindert de hoeveelheid energie in water. Deze aangepaste waarde, voor een hoofd dat rekening houdt met verliezen, wordt een effectief hoofd genoemd.
De effectieve opvoerhoogte is gelijk aan de bruto opvoerhoogte minus alle verliezen van opvoerhoogte. Alle waterkrachtcentrales produceren opvoerhoogteverlies dat is verdeeld in groot en klein opvoerhoogteverlies. De hydraulische opvoerhoogteverliezen worden vervolgens gemeten, berekend en uitgedrukt op gelijke voet met de hydraulische opvoerhoogte zelf, bijvoorbeeld in termen van de equivalente hoogte van de watermeter. Hiervoor moet men van het totale bruto vermogen het vermogen aftrekken dat verloren gaat door drukverlies; dan krijgt men het werkelijke netto vermogen dat men kan trekken. De vergelijking kan als volgt worden weergegeven:
Pnet = Pbruto− Puit
Lees ook: Wat is een conventionele waterkrachtcentrale?
Soorten kopverliezen
De soorten drukverliezen zijn:
Grote verliezen: Het overgrote deel van de grote drukverliezen ontstaat door wrijving in de leidingen. Deze verliezen vinden plaats over grote afstanden in de pijpleiding, bijvoorbeeld in de drukleiding.
Kleinere hoofdverliezen: Elke andere bron van kleine drukverliezen, afgezien van wrijvingsverliezen. In essentie is er op elke plek waar een pijp buigt of de beweging van het water verandert, sprake van een soort verlies dat klein verlies wordt genoemd.
Er zijn echter gevallen bekend waarbij de grote drukverliezen kleiner zijn dan de kleine, maar waarbij ze samen toch het totale vermogen van een hydraulische dam bepalen, in tegenstelling tot wat de naam doet vermoeden.
Moet lezen: Wat is hydraulisch fracturen?
