Det hydrauliska trycket avser ett mått på energin i vatten i floder, bäckar eller sjöar. Det representerar vattennivån i ett strömmande vatten. Enkelt uttryckt mäter det höjden på en vattenpelare över en punkt och uttrycks vanligtvis i meter (eller fot i USA). När vattennivån eller trycket är högre finns det energi tillgänglig på just den platsen.
I anläggningar beror mängden utnyttjad energi på skillnaden mellan den uppströms uppströms vattennivån i reservoaren och den nedströms utströms vattennivån under dammen. Den skillnad som avses här kallas för hydraulisk tryckfallsskillnad. Den indikerar mängden energi som kan omvandlas till elektricitet med hjälp av turbiner och generatorer. Ytterligare beräkningar visar att förutom avstånd påverkar även olika förluster, så kallade tryckförluster, energiutnyttjandet.
Eftersom vattnet i reservoaren, som är högre upp, har större horisontell gravitationspotentialenergi än det i stjärtkanalen. Den gravitationspotentialenergin hos reservoarvattnet som kommer ner genom rörledningarna leder till att den energi skapas som krävs för att driva turbinerna och producera elektricitet. Genom att använda Bernoullis ekvation beskrivs proceduren här. Generellt sett motsvarar ett hydrauliskt tryck en gravitationsenergienhet – i det här fallet är det 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 anger att en 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 tryckhöjd på mer än hundra meter kallas det för hög tryckhöjd. Till skillnad från den föregående anläggningen hämtas vattnet som flödar i denna anläggning vanligtvis från höjder över omgivningen, vilket innebär att den kräver mindre volym för att generera liknande energi. Eftersom vatten flödar genom sådana system flödar det inte i hög hastighet 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 system med medelhög vattenhöjd varierar skillnaden i vattenhöjd mellan 10 och 100 meter. Det är mindre fallhöjd jämfört med en damm med hög vattenhöjd när man betraktar rörledningen i en damm med medelhög vattenhöjd. Denna typ av damm utnyttjar en avsevärd mängd vatten och en stor höjdförlust hos nämnda vatten.
3. Lågt huvud
System har normalt mindre än 10 meter lågtrycksdammar . På grund av detta används lågtrycksvattenkraftverk vanligtvis i drift som t.ex. system med hög vattenhöjd, vilket innebär att floder flyttas utan betydande vattenhöjning.
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 rör . Att ta hänsyn till dessa tryckförluster minskar mängden energi i vattnet. Detta justerade värde, för en tryckhöjd som tar hänsyn till förluster, kallas en effektiv tryckhöjd.
Den effektiva tryckhöjden är lika med bruttotryckhöjden minus alla tryckförluster. Alla vattenkraftverk producerar tryckförlust som delas in i större och mindre tryckförlust. De hydrauliska tryckförlusterna mäts sedan, beräknas och uttrycks på samma villkor som själva tryckhöjden, t.ex. i termer av vattenmätarens ekvivalenta höjd . Detta kräver att man från den totala bruttoeffekten subtraherar den effekt som går förlorad på grund av tryckförlust; då får man den faktiska nettoeffekten man kan dra ut. Ekvationen kan visas som:
P netto = P brutto − P förlust
Läs också: Vad är ett konventionellt vattenkraftverk?
Typer av huvudförluster
Typerna av tryckförluster är:
Stora tryckförluster: Den stora majoriteten av större tryckförluster uppstår på grund av friktion i rören, och de löper över långa sträckor i rörledningen, till exempel i rörledningen.
Mindre tryckförluster: Alla andra källor till mindre tryckförluster förutom friktionsrelaterade. I huvudsak finns det någon form av förlust på varje ställe där ett rör böjs eller vattnets rörelse ändras, vilket 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 läsas: Vad är hydraulisk spräckning?
