Hydraulhuvudet hänvisar till en mätning av energin, i vatten i floder, bäckar eller sjöar. Det representerar vattennivån i en strömmande vattenmassa. Enkelt uttryckt mäter det höjden på en vattenpelare över en punkt och uttrycks vanligtvis i meter (eller fot i USA). När vattennivån eller hydraultrycket är högre finns det energi tillgänglig på just den platsen.
I anläggningar beror mängden utnyttjad energi på skillnaden mellan uppströms huvudvattennivån i reservoaren och nedströms bakvattennivån under dammen. Den distinktion som avses här kallas hydraulisk tryckhöjdsskillnad. Det indikerar mängd energi som kan omvandlas till el med hjälp av turbiner och generatorer. Ytterligare beräkningar visar att förutom avstånd även olika förluster som kallas huvudförluster påverkar energiutnyttjandet.
Eftersom vattnet i reservoaren som är högre upp har större horisontell gravitationspotential energi än i svansloppet. Den gravitationella potentiella energin hos reservoarvattnet som kommer ner genom pennstockar leder till skapandet av energi som krävs för att flytta turbinerna och producera el. Genom att använda Bernoullis ekvation avbildas proceduren häri. I allmänhet, a hydraultrycket motsvarar en gravitationsenergienhet – i det här fallet kommer det att vara vattenlagring.
Vattenkraftsekvationen använder värdet för hydraultrycket för att ge den uppskattade tillgängliga effekten. Denna faktor spelar en roll i ekvationen som representeras enligt följande:
P = ρQgΔh
Var:
- P – Hastigheten med vilken effekt beräknas och mätningar uttrycks i joule per sekund, känd som W.
- Δh – Representerar den hydrauliska lyfthöjdsskillnaden över dammen eller turbinen mätt i meter.
- ρ – Det beror på vätskans densitet mätt i kg/m3.
- Q – Betecknar det volymetriska utsläppet eller flödet av vatten mätt i meter per sekund (m3/s).
- g – Representerar gravitationens acceleration, mätt i meter per sekund i kvadrat.
Denna ekvation säger att a större skillnad i tryckhöjd leder till en potential för mekanisk energi lagrad i reservoarer.
Typer av hydraulhuvud
Det finns tre klassificeringar av dammar baserat på deras hydrauliska höjdskillnader; medium och låg. Ytterligare detaljer om dessa hydrauliska huvudtyper kommer att diskuteras senare.
1. Högt huvud
När det finns en skillnad i fallhöjd på mer än hundra meter det är känt som högt huvud. Till skillnad från den tidigare, dras vattnet som strömmar i denna anläggning vanligtvis från höjder över dess omgivning, vilket innebär att det kräver mindre volym för att generera liknande energi. Eftersom vatten strömmar genom sådana system strömmar det inte i hög takt och därför krävs små turbiner.
Vattnet måste också färdas en bit med hjälp av en lång penstock, eftersom även en kortare turbin och en smalare penstock kommer att leda till att det bildas luftfickor som minskar effektiviteten. Oftast hör stora vattenkraftverk till de höga och medelstora huvudena.
2. Medium huvud
I medelhöga system, huvudskillnaden sträcker sig från 10 – 100 meter. Det är mindre höjdfall jämfört med en damm med högt fall när man överväger fjällstammen i en medelhög damm. Denna typ av damm drar fördel av en avsevärd mängd vatten och en stor höjdförlust på nämnda vatten.
3. Lågt huvud
System har normalt mindre än 10 meter of lågt huvud dammar. På grund av det används vattenkraftsturbiner med låg lufthöjd vanligtvis i operationer som run-of-the-flod-system som innebär att floder flyttas utan betydande stigning.
Ett typiskt system med låg lufthöjd transporterar mycket vatten, därför krävs större turbiner för att effektivt omvandla vattenenergi till kraft. Ingen uppdämning av vatten krävs för dessa installationer då mindre vatten behöver lagras.
Läs också: 5 stora fördelar och nackdelar med vattenkraft
Hydrauliska huvudförluster
Dessa förluster uppstår på grund av friktion i rören. Att ta hänsyn till dessa tryckförluster minskar mängden energi i vattnet. Detta justerade värde, för ett huvud med tanke på förluster, kallas ett effektivt huvud.
Det effektiva huvudet är lika med bruttohuvudet minus alla förluster av huvud. Alla vattenkraftsanläggningar producerar fallhöjd som delas upp i större och mindre fallhöjd. De hydrauliska tryckhöjdsförlusterna mäts sedan, beräknas och uttrycks på samma sätt som själva hydraultrycket, t.ex. termer av vattenmätarens ekvivalenta höjd. Detta kräver att man drar av, från den totala bruttoeffekten, den energi som går förlorad på grund av huvudförlust; då får man faktisk nettoeffekt man kan dra. Ekvationen kan visas som:
Pnetto = Pgrov− Pförlust
Läs också: Vad är konventionella vattenkraftverk?
Typer av huvudförluster
Typerna av tryckförluster är:
Stora huvudförluster: De allra flesta stora tryckfallsförluster kommer från friktion i rören, och de löper över långa avstånd i rörledningen, till exempel i pennstocken.
Mindre huvudförluster: Alla andra källor till mindre huvudförluster förutom friktions. I huvudsak har varje plats där ett rör böjs eller vattnets rörelse ändras någon form av förlust som kallas mindre förlust.
Det finns dock fall där de större fallhöjdsförlusterna är mindre än de mindre men de summerar för att bestämma den totala effektuttaget för en hydraulisk damm, till skillnad från vad deras namn antyder.
Måste läsa: Vad är hydraulisk frakturering?
