Гидравлическая энергия рек представляет собой работу, которую совершает текущая в них вода.
Рисунок 8.1 - Схематический продольный профиль участка реки: L- длина участка; Н - падение участка; i - уклон поверхности воды; Q1 и Q2 - расходы воды в створах 1-1 и 2-2
Силой, осуществляющей работу водяного потока, является вес воды. Действие силы воды определяется падением водотока, т.е. разностью уровней воды в начале 1-1 и конце 2-2 рассматриваемого участка (рис.8.1). Если падение участка реки длиной L, м, составляет Н, м, то при расходе воды Q, м3/с, равном его среднему значению в начале и конце участка, работа текущей воды в течение одной секунды, т.е. мощность водотока - N, Вт или Дж/с, на рассматриваемом участке составляет
, кВт,
гдеr- плотность воды, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
Эта зависимость оценивает потенциальные или теоретические гидроэнергоресурсы, т.е. без учета потерь водной энергии при ее преобразовании в электрическую.
Мощность используемого гидроэлектростанцией участка реки может быть получена, если в ней учесть потери воды, напора и энергии следующим образом:
N=9,81 QHподhтhг,, кВт,
где Q - расход воды, м3/с, используемой ГЭС для получения электроэнергии; Нпод - подведенный к турбинам напор, определяемый разностью уровней верхнего и нижнего бьефов с учетом гидравлических потерь в водопроводящих сооружениях,hт - КПД турбин;hг - КПД генераторов.
Рисунок 8.2 - Плотинные схемы концентрации напора: а- русловая схема; б - приплотинная схема КПД гидротурбин зависит от их мощности, конструкции, диаметра рабочего колеса, изменения напоров. Для средних и крупных гидротурбин наибольший КПД достигает значений от 0,89 до 0,95; для гидрогенераторов в зависимости от их мощности КПД колеблется в пределах 0,92-0,98.
, кВт,