基地是位于一个山谷中段的一片空地,旁边有一条小河流过。山谷中段的树木都被砍伐了,这是为了确保基地的安全。我们沿着河向上游走去。路上覃鹏介绍道:“发电功率=水头*(乘)流量*(乘)重力加速度*(乘)功效系数。水头就是水的落差。流量=横截面*(乘)水流速。横截面在引水式混流发电里就是引流管道的截面大小。水流速可以用一个漂浮物每秒飘过的距离来计算,当然季节不同,流速也不一样。现在是4月份,这里就进入多雨季节,等到十月后就是少雨季。从历史测量看最大流速大概在每秒5米左右。我们引水管口径1.2米,面积是1.1平方,这样流速就是5.5立方/秒。瀑布落差30米,功效系数一般小水电站比大型站低,一般在0.6-0.8,我们就取为0.7。最后得出功率=30*5.5*9.8*0.7=1132千瓦。最后,我们选用的是1000千瓦的水力发电机。”
走了几百米就看见一个一层半的房屋,屋后面是一个山崖,一道瀑布挂于山崖。两根大圆管子从屋子底层伸出来,通向山崖顶部。走近屋子,便听见嗡嗡的声音。覃鹏指着管子对我说:”这就是引流管道,我们在山崖上的河道口拦了一道低坝,保证枯水期的一定水量。坝边上连接了管道的取水口。管口有网,可以挡住较大的石头树枝。”
说着,拿出钥匙打开屋门。进门后是一个控制室。有一次接线图、操作台和仪表盘。绕过仪表盘,是一排配电柜。覃鹏说:”我们发电机是400伏三相交流输出,这个是配电柜、稳压柜。配电柜接两路电缆,通向基地配电房。”
说着,推开另一个门。我们走进一个大房间,里面两台灰色的发电机在嗡嗡地工作着。”
这就是发电机。”
覃鹏指着两个大家伙,接着说:”你初中物理里面关于电和磁的基本知识还记得吧。”
我挠挠头回答道:”我读书不好,这个只记得什么导线切割磁力线会产生电动势,然后用左手还是右手的,比划出电流方向,我一直搞不清楚哪只手?还有用不用换向环决定是直流还是交流。”
覃鹏道:”还不错,基本原理完全正确。其实,发电原理很简单,难的是工程化实现。我们这里地处偏远,可靠性、维修简单成了首先因素。所以,我们这是永磁式发电机。永磁式发电机结构简单,转子磁场大,无励磁绕组,无碳刷,无滑环,气隙大,无触点,整机唯一磨损部位是轴承。还有高可靠性,不用外接调节器,导磁体材料间距采用优化设计,减少了漏磁,使发电机怠速性能好,出力足。”
听了覃鹏的介绍,我发现我没晕,总结一下永磁式发电机就是简单二个字,我最喜欢简单了。覃鹏接着说:”永磁体在温度过高(钕铁硼永磁)或过低(铁氧体永磁)的情况下,会失磁。这个就是最可怕的。所以,根据我们环境情况,选用的发电机铁氧体永磁。”
我说:”铁氧体是不是就是氧化的铁上磁就行了?”
覃鹏白了我一眼:”你以为就那块锈铁就行啊。是用氧化锶或氧化钡及三氧化二铁为原料。生产流程包括:配料、预烧、破碎、球磨、制粉、干压成型、烧结、机械加工、检验。不过这种生产过程还算简单,和做煤球也差不多。”
“我最喜欢简单了,那么上磁就是通大电流吧!”
我问道“基本就是这样,不复杂。把加工好的永磁铁,按南北向放入线圈中心,通上大电流直流电就行了。”
覃鹏补充道。说着带我走到墙边,从钢梯下了楼。楼下,是两个封闭的大蜗牛壳。里面发出隆隆的声音。覃鹏说:”我们用的是混流式水轮机,这个也是最常用的,据说建设中的三峡发电也用这个模式。水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。根据转轮转换水流能量方式的不同,水轮机分成两大类:反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机;冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。”
覃鹏看着我一脸懵逼的表情,补充道:”名词专业了点,其实很简单。反击式就是水轮整个都闷在水里,冲击式就是水轮一半在水里。然后水轮竖立,根据进水和出水的方向不同,水流上进下出就是轴流,斜上进下出就是斜流,水平进水下出就是混流;水轮横放,就是贯流。”
看到我恍然大悟的样子,覃鹏又继续科普:”水从瀑布来的管子,接到蜗壳,蜗壳围绕水轮一圈,有一圈间隔的导水板,把水导向水轮叶片,再冲到下水管流出,顺着出水管流回河里。”
我说:”还是冲击式简单,看家乡的小水电,就是有落差的河段搞个大坝,坝前有个廊桥,桥下就是竖着几个像轮船螺旋桨的水轮,廊房里就是发电机么。”
覃鹏说:”那是早期斜击式水轮发电,简单但发电效率低。”
其实设备都是密封的,没什么可以看,主要听覃鹏介绍。覃鹏是个好老师,说的简单易懂,我这个学渣也一下子明白了。回到上楼,我们又进了配电间。覃鹏指着配电柜说:”配电很简单,就是接线用。这里两路出去,没有联络。联络在营地的配电间。这个是稳压柜是用来保持电压稳定的。”
我问:”电压为什么会不稳?”
覃鹏答道:”有两方面,永磁发电机的转速是唯一决定输出电压的因素,而励磁发电机则是转速和励磁电流控制的磁场大小共同决定。另一方面,末端负荷大小也影响末端供电电压。而我们是管道取水,又不会缺水,所以水流量稳定,水轮转速也基本稳定,最后输出电压基本稳定,这个稳压柜只是用来微调的,原理是通过对无功的调节来控制电压。”
看到我又开始懵逼了,覃鹏笑着说:”不急,回去我给你几本书,回去补习一下。其实我读书也不好,只是从小混水电站。许多书上看不明白的,到现场一看就明白了。”
覃鹏锁了门,我们离开水电站。回到基地,覃鹏说,我们去厨房帮个手,我一口答应。