Mazās hidroelektrostacijas - veidi un projekti

Hidroelektrostacijas ir komponentu kopums, kas ir savstarpēji savienoti un kalpo enerģijas (kinētiskās un potenciālās) pārvēršanai elektroenerģijā vai otrādi.

Pēc esošās klasifikācijas mazie ir hidroelektrostacijas (HES) jauda līdz 10-15 MW, ieskaitot:

• mazās hidroelektrostacijas — no 1 līdz 10 MW.

• mini hidroelektrostacijas - no 0,1 līdz 1 MW.

• mikrohidroelektrostacija — ar jaudu līdz 0,1 MW.

Plūsmai un augstumam ir izšķiroša nozīme hidroelektrostacijas kapacitātē. Plūsmu un spiedienu regulē, izmantojot ūdens padevi, kas iepriekš uzkrāta ūdens augšējā daļā. Jo vairāk ūdens tvertnē, jo augstāks ir spiediena ūdens līmenis un attiecīgi galva.

Hidroenerģētikā izmantotā hidroenerģijas potenciāla avots ir lielas vidējas un mazas upes, apūdeņošanas un ūdensapgādes sistēmas, ledāju nogāžu notece un pastāvīgs sniegs.HES galvenokārt atšķiras viena no otras ar spiediena radīšanas veidu, plūsmas regulēšanas pakāpi, uzstādīto galveno iekārtu veidu, ūdens plūsmas izmantošanas sarežģītību (vienas vai daudzfunkcionālas) utt.

Mazajām hidroelektrostacijām (mazajām hidroelektrostacijām) ir īpaši liela nozīme elektroenerģijas apgādē autonomiem patērētājiem, kas izkaisīti tālu no elektrolīnijām. Rakstā apskatīti kopīgi projekti, kuros tiek izmantota mazu straumju enerģija.

Pašreizējās vides izmantošanas iestatījums ir parādīts attēlā. 1 a. Tas darbojas šādi. Kad vertikālās lāpstiņas 1 ietekmē plūstošā vide, rodas hidrodinamisks spēks, kas virza balasta lokus. Caur kinemātisko saiti 3 balsts pārraida griezes momentu uz ģeneratora vārpstu, bet pats ģenerators paliek nekustīgs. Šī hidroelektrostacija darbojas zemienes ūdenstecēs, kuru lielums un enerģija nosaka tās jaudu.

Rīsi. 1. Plakanās hidroelektrostacijas darbības shēmas: a) plakanā hidroelektrostacija, b) b) hidroelektrostacija.

Hidroelektrostacija (1. att., b), kustoties, izmanto šķidruma enerģiju ar lāpstiņriteņa 6 palīdzību. Darbrats 1 satur vārpstu un uz tā izvietotās lāpstiņas. Instalācija tiek montēta uz karkasa 7, kas nostiprināts uz pontoniem 6. Asmeņi, kas ir perpendikulāri slīpi ūdens plūsmas virzienam, ar riteņa 4 palīdzību maina savu orientāciju pret plūsmu.

Viens no asmeņiem ir izgatavots no savstarpēji bloķētu iekšējo un ārējo daļu kompozīta, kam ir šķērssavienojums, kas atrodas leņķī pret asi, un to vājina starp daļām novietots elastīgs spilventiņš un elastīgs savienojums.Elastīgo savienojumu veido plākšņu pakete, kas vērsta pret barotnes plūsmu, mainīga garuma, kas pielīp pie asmens un saskaras ar tā ārējo daļu. Ierīce ir orientēta uz plakanu ūdens plūsmu. Lietišķās elektroenerģijas ražošanas mašīnas var būt sinhronas un asinhronas.

Attēlā parādītajā attēlā. 2, šķidruma plūsma no vadības vārsta 1 tiek pārmaiņus novirzīta 2. un 3. kamerā un otrādi.

Rīsi. 2. Turbīna sifona plūsmas ceļā

Šķidruma rotācijas kustība kamerās izraisa gaisa svārstības un to pārplūdi pa cauruļvadiem 4 un 6, aktivizējoties turbīnai 5 un tai pievienotajam ģeneratoram. Lai uzlabotu visas ierīces efektivitāti, tā tiek uzstādīta sifona plūsmas ceļā. Bezproblēmu darbības priekšnoteikumi ir plūstošs šķidrums, tīrs bez lielām frakcijām. Šai uzstādīšanai ir nepieciešams atkritumu plaukts.

Peldoša ūdens turbīna ar jaudu 16 kW (3. att.) ir paredzēta, lai plūsmas kinētisko enerģiju pārveidotu mehāniskajā un pēc tam elektriskā enerģijā. Turbīna ir iegarens apļveida elements, kas izgatavots no viegla (vieglāka par ūdeni) materiāla ar spirālveida spurām uz virsmas. Elements abās pusēs ir piekārts ar stieņiem, kas pārraida griezes momentu uz ģeneratoru.

att. 3. Peldoša ūdens turbīna

Hidrauliskā spēkstacija (4. att.) ir paredzēta elektroenerģijas ražošanai caur mini ģeneratoru, ko rotē bezgalīgā piedziņas siksna 1, uz kuras atrodas ūdens spaiņi 2. Siksna 1 ar spaiņiem 2 ir uzstādīta uz rāmja. 3 var nest pa viļņiem. Rāmis 3 ir piestiprināts pie atbalsta 4, uz kura atrodas ģenerators 5.

Spaiņi atrodas siksnas ārpusē ar atvērtajām malām, kas vērstas pret ūdens plūsmas horizontālo virzienu.Kausu skaitu nosaka nosacījums ģeneratora griešanās nodrošināšanai. Ir iespējams "kāpņu" tipa ierīces izmantošanas variants ar piestiprinātiem asmeņiem.

Rīsi. 4. Siksnas un kausa montāža

Plūsmu kinētiskās enerģijas izmantošanas ierīci veido pretējos krastos ūdenī izvietoti vertikāli cilindri, uz kuriem novietots rullītis (5. att.).

Rīsi. 5. Mikrodambja uzstādīšana

Asmeņi ir uzstādīti starp veltņa augšējo un apakšējo asi. Sakarā ar uzbrukuma leņķi starp lāpstiņām un ātruma vektoru, plūstošais ūdens virza cilindrus griežot, un caur veltni - ģeneratoru, kas ģenerē elektrību.

Plūsmu enerģijas izmantošanas ierīce sastāv no lāpstiņriteņa 1, kas atrodas vertikāli ūdens plūsmā, ar šarnīrveida lāpstiņām 2 uz augšējiem 1 un apakšējiem 3 lokiem (6. att.). Augšējā mala 1 ir savienota ar ģeneratoru 4. Spārnu 2 stāvokli regulē pati plūsma: perpendikulāri priekšējai plūsmai un paralēli kustībai pret straumi.

Rīsi. 6. Ierīce, kas pārvērš ūdens plūsmas enerģiju

Uzmavas mikrohidroelektrostacija 1 kW (MHES-1) sastāv no turbīnas vāveres ritenīša formā 1, vadotnes 2, elastīga cauruļvada 3 ar diametru 150 mm, ūdens iesūkšanas ierīces 4, a ģenerators 5, vadības bloks 6 un rāmis 7 (7. att.).

Rīsi. 7. Bukse mikro hidroelektrostacija 1 kW

Šī MicroHPP darbība tiek veikta šādi: ūdens ieplūdes ierīce 4 koncentrē hidraulisko vidi un caur cauruļvadu 3 nodrošina augstuma starpību starp augšējo ūdens līmeni un darba turbīnu 1, noteikta hidrauliskā šķidruma spiediena mijiedarbību. ar turbīnu rotē pēdējo.Turbīnas 1 griezes moments tiek pārsūtīts uz elektrisko ģeneratoru.

Sifona hidroelektrostaciju (8. att.) izmanto tur, kur 1,75 m augstumā no dambja vai dabas apstākļu rezultātā ir hidrauliskā šķidruma piliens.

Rīsi. 8. Sifona hidrauliskais bloks

Šo iekārtu darbība ir šāda: hidrauliskā šķidruma pāreja caur turbīnu 1 paceļas cauri dambja virsotnei, att. 9, griezes moments tiek pārsūtīts caur vārpstu 2 un siksnas zobratu 3 uz elektrisko ģeneratoru 4. Izlietotā šķidrā vide nonāk atpakaļ ūdenī caur izplešanās ūdens līniju.

Zemspiediena mikrohidroelektriskā iekārta (9. att.) darbojas ar nominālo šķidruma kolonnas augstumu vismaz H = 1,5 m. Samazinoties kritumam, izejas jauda samazinās. Ieteicamais kritiena augstums ir 1,4-1,6 m.

Rīsi. 9. Zema spiediena hidroelektrostacija

Darbības princips ir balstīts uz hidrauliskā šķidruma mijiedarbību ar potenciālo enerģiju, kas tiek pārveidota rotācijas un pēc tam elektriskā formā. Sūkšanas ierīcē 1 šķidrums nonāk turbīnā 2, šķidrums tiek iepriekš virpuļots un, krītošā šķidruma dēļ tālāk iekļūstot atzarojumā, mijiedarbojas ar turbīnas 2 lāpstiņām, pārvērš šķidruma kinētisko enerģiju griezes moments uz vārpstas 3, pēc tam uz elektrisko ģeneratoru.

Zemspiediena stacijas svars ir 16 kg ar jaudu P = 200 W. Propellera daļēji tiešā hidroenerģijas pārveidotājs sastāv no spiediena cauruļvada 1, virzošā režģa 2, dzenskrūves turbīnas 3, noapaļota izplūdes kanāla 4, griezes momenta. transmisijas vārpsta 5 un elektriskais ģenerators 6 (10. att.).

Rīsi. 10. Daļēji tiešās plūsmas pārveidotājs

Šīs konstrukcijas elektriskā jauda ir diapazonā no 1-10 kW ar augstuma starpību Nm = 2,2-5,7 m Ūdens patēriņš QH = 0,05-0,21 m 3m / s. Augstuma starpība Nm = 2,2-5,7 m.Turbīnas griešanās ātrums būs wn = 1000 apgr./min.

Kapsulas hidrauliskais pārveidotājs uz elektromotora 2PEDV-22-219 bāzes (11. att.) darbojas līdzīgi kā iepriekšējā hidroelektrostacijā ar augstumu H = 2,5-6,3 m un ūdens plūsmas ātrumu Q = 0,005-0,14 m 3 / s. Elektriskā jauda 1-5 kW. Ūdens turbīnu diametrs ir no 0,2 līdz 0,254 m Hidrauliskā riteņa diametrs ir Dk = 0,35-0,4 m.

Rīsi. 11. Kapsulas mikrohidroelektrostacija

Tiešās plūsmas hidrauliskais pārveidotājs (12. att.) sastāv no dzenskrūves turbīnas 1, virzošā režģa 2, griezes momenta transmisijas vārpstas 3, elektriskā ģeneratora 4, izplūdes cauruļvada 5. Tas darbojas, izmantojot spiediena cauruļvadu.

Rīsi. 12. Tiešās plūsmas hidrauliskais pārveidotājs

Hidrokonvertors (13. att.) ir paredzēts, lai ātri kustīgas šķidras vides enerģiju pārvērstu elektroenerģijā.

Rīsi. 13. Hidrauliskais enerģijas pārveidotājs ātrai ūdens plūsmai

Tas sastāv no dzenskrūves turbīnas 1, kas atrodas kapsulā 2 un ir uzstādīta uz ūdens straumēm, ko sauc par "ātrām straumēm". Kapsula atrodas virzošajā lāpstiņā 4, kas ir uzstādīta šķidrās vides iekšpusē. Griezes moments no turbīnas tiek pārsūtīts uz vārpstu 5 un pēc tam uz elektrisko ģeneratoru 6.