Wytwarzanie energii oparte na elektrowniach wodnych było jedną z pierwszych form produkcji energii elektrycznej na dużą skalę. W ostatnich latach, dzięki rozwojowi technologii, przemysł elektrowni wodnych osiągnął nowy poziom. Przykładem jest Chińska Tama Trzech Przełomów (China’s Three Gorges Dam) zapewniająca niesamowite zdolności wytwórcze wynoszące 22 500 MW. W 2012 roku około 16 proc. zużywanej na świecie energii elektrycznej zostało wygenerowane w elektrowniach wodnych.
W artykule „Hydro Energy Generation and Instrumentation & Measurement: Hydropower Plant Efficiency Testing“ przedstawiono krótki przegląd komponentów składowych wodnych elektrowni oraz omówiono oprzyrządowanie i techniki do pomiaru sprawności jednostek hydroelektrycznych.
Istnieje wiele istotnych powodów wykonywania pomiarów sprawności wodnych jednostek wytwórczych. Pierwszym z nich jest sprawdzenie i zagwarantowanie wykonania zadań oraz spełnienie założeń zawartych w kontrakcie. Drugim jest weryfikacja zwrotu inwestycji po wymianie lub renowacji urządzenia. Trzecim jest poprawa funkcjonowania elektrowni w oparciu o informacje uzyskane podczas testów. Na podstawie całodziennych warunków pracy, moc wyjściowa może być regulowana tak, aby możliwe było generowanie maksymalnej energii w dowolnych warunkach. Dlatego inżynierowie zajmujący się testami muszą wybierać odpowiednie metody i przyrządy do dokładnego pomiaru parametrów turbiny i generatora oraz ogólnej wydajności zespołu turbina-generator.
Aby zmierzyć wydajność turbiny i generatora, muszą być określone: moc elektryczna oddawana do sieci oraz moc hydrauliczna doprowadzana do turbiny. W celu zmierzenia przepływu wody w turbinie można zastosować kilka technik, takich jak: metoda bezpośredniego pomiaru przepływu wody, metoda akustyczna, termodynamiczna i metody pomiaru ciśnienia w czasie. Każda metoda wymaga szczególnego oprzyrządowania i ma swoje zalety i wady, głównie w zależności od konfiguracji elektrowni.
Jedną z metod pomiaru sprawności elektrowni wodnej jest metoda termodynamiczna. Wykorzystuje ona zasadę zachowania energii w celu określenia wydajności turbiny hydraulicznej poprzez pomiar parametrów pracy, takich jak ciśnienie, temperatura, prędkość przepływu wody oraz jej poziom. Metoda ta pozwala na bezpośredni pomiar wydajności turbiny, przy czym jej dokładność zwiększa się wraz ze wzrostem mierzonej energii hydraulicznej.
Zespoły turbin-generatorów są wyposażone w różne rodzaje czujników stale monitorujących parametry systemu, głównie w zakresie utrzymania i bezpieczeństwa, nie tylko do pomiaru sprawności. Testy pomiary efektywności, wymagają dodatkowego precyzyjnego oprzyrządowania. Istnieje kilka technik pomiarowych w celu przeprowadzenia badań, a ich wybór zależy od konfiguracji elektrowni oraz możliwości pomiarowych oprzyrządowania. Najlepszą metodą jest ta, którą jest najłatwiej zaimplementować dla danej jednostki wytwórczej i dająca wiarygodne wyniki. Mimo, że pomiary są wykonywane na miejscu, wymagania dotyczące dokładności tych badań są bardzo rygorystyczne i są kluczowymi czynnikami decydującymi o sukcesie testów i ich akceptacji, zarówno ze strony producenta jak i użytkownika końcowego. Pomiar sprawności elektrowni wodnej jest niezbędny dla optymalizacji jej pracy, co przekłada się na więcej energii elektrycznej i większy zysk przy takich samych warunkach pracy elektrowni.
