Μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί - τύποι και έργα

Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί είναι ένα σύνολο εξαρτημάτων που συνδέονται μεταξύ τους και χρησιμεύουν για τη μετατροπή της ενέργειας (κινητικής και δυναμικής) σε ηλεκτρική ενέργεια ή το αντίστροφο.

Σύμφωνα με την υπάρχουσα ταξινόμηση, τα μικρά είναι υδροηλεκτρικοί σταθμοί (HPP) ισχύς έως 10-15 MW, συμπεριλαμβανομένων:

• μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί — από 1 έως 10 MW.

• μίνι υδροηλεκτρικοί σταθμοί — από 0,1 έως 1 MW.

• μικρο-υδροηλεκτρικός σταθμός — με ισχύ έως 0,1 MW.

Η ροή και η κεφαλή παίζουν καθοριστικό ρόλο στη χωρητικότητα ενός υδροηλεκτρικού σταθμού. Η ροή και η πίεση ρυθμίζονται χρησιμοποιώντας μια παροχή νερού που έχει συσσωρευτεί εκ των προτέρων στο πάνω μέρος του νερού. Όσο περισσότερο νερό στη δεξαμενή, τόσο υψηλότερη είναι η στάθμη του νερού πίεσης και, κατά συνέπεια, η κεφαλή.

Η πηγή του υδροηλεκτρικού δυναμικού που χρησιμοποιείται στην υδροηλεκτρική ενέργεια είναι τα μεγάλα μεσαία και μικρά ποτάμια, τα συστήματα άρδευσης και ύδρευσης, η απορροή παγετώνων στις πλαγιές και το μόνιμο χιόνι.Οι ΥΗΣ διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως ως προς τον τρόπο που δημιουργούν πίεση, τον βαθμό ρύθμισης της ροής, τον τύπο του εγκατεστημένου κύριου εξοπλισμού, την πολυπλοκότητα χρήσης της ροής του νερού (μονής ή πολλαπλής λειτουργίας) κ.λπ.

Οι μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί (μικροί υδροηλεκτρικοί σταθμοί) διαδραματίζουν ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτόνομους καταναλωτές που είναι διάσπαρτοι μακριά από γραμμές ηλεκτροδότησης. Το άρθρο εξετάζει κοινά έργα που χρησιμοποιούν την ενέργεια μικρών ρευμάτων.

Η ρύθμιση για τη χρήση του τρέχοντος περιβάλλοντος φαίνεται στο Σχ. 1 α. Λειτουργεί ως εξής. Όταν τα κατακόρυφα πτερύγια 1 επηρεάζονται από το ρέον μέσο, ​​εμφανίζεται μια υδροδυναμική δύναμη που οδηγεί τα χείλη του έρματος. Μέσω του κινηματικού συνδέσμου 3, το στήριγμα μεταδίδει τη ροπή στον άξονα της γεννήτριας, ενώ η ίδια η γεννήτρια παραμένει ακίνητη. Αυτό το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο λειτουργεί σε πεδινά υδάτινα ρεύματα των οποίων το μέγεθος και η ενέργεια καθορίζουν τη χωρητικότητά του.

Ρύζι. 1. Σχέδια λειτουργίας επίπεδου υδροηλεκτρικού σταθμού: α) επίπεδο υδροηλεκτρικό εργοστάσιο, β) β) υδροηλεκτρικό εργοστάσιο.

Το υδροηλεκτρικό εργοστάσιο (Εικ. 1, β), ενώ κινείται, χρησιμοποιεί την ενέργεια του υγρού μέσω της πτερωτής 6. Η πτερωτή 1 περιέχει έναν άξονα και πτερύγια που βρίσκονται πάνω του. Η εγκατάσταση είναι τοποθετημένη σε ένα πλαίσιο 7 στερεωμένο σε πλωτήρες 6. Οι λεπίδες, κάθετα με κλίση προς την κατεύθυνση της ροής του νερού, αλλάζουν τον προσανατολισμό τους στη ροή με τη βοήθεια του τροχού 4.

Μία από τις λεπίδες είναι κατασκευασμένη από ένα σύνθετο σύμπλεγμα εσωτερικών και εξωτερικών μερών, που έχει έναν εγκάρσιο σύνδεσμο που βρίσκεται υπό γωνία ως προς τον άξονα, και αποδυναμώνεται από ένα ελαστικό επίθεμα που τοποθετείται μεταξύ των εξαρτημάτων και μια ελαστική σύνδεση.Η ελαστική σύνδεση γίνεται με τη μορφή συσκευασίας πλακών που βλέπουν στη ροή του μέσου, μεταβλητού μήκους, προσκολλώνται στη λεπίδα και σε επαφή με το εξωτερικό της τμήμα. Η συσκευή είναι προσανατολισμένη σε μια επίπεδη ροή νερού. Οι εφαρμοσμένες μηχανές παραγωγής ενέργειας μπορεί να είναι σύγχρονου και ασύγχρονου τύπου.

Στο εικονιζόμενο στην εικ. 2, η ροή ρευστού από τη βαλβίδα ελέγχου 1 εκτρέπεται εναλλάξ στους θαλάμους 2 και 3 και αντίστροφα.

Ρύζι. 2. Στρόβιλος στη διαδρομή ροής του σιφονιού

Η περιστροφική κίνηση του υγρού στους θαλάμους προκαλεί ταλαντώσεις αέρα και υπερχείλισή τους μέσω των σωληνώσεων 4 και 6 με την ενεργοποίηση του στροβίλου 5 και της γεννήτριας που συνδέεται με αυτόν. Για να βελτιωθεί η απόδοση ολόκληρης της συσκευής, εγκαθίσταται στη διαδρομή ροής του σιφονιού. Απαραίτητες προϋποθέσεις για λειτουργία χωρίς προβλήματα είναι το ρέον υγρό, καθαρό χωρίς μεγάλα κλάσματα. Απαιτείται μια σχάρα απορριμμάτων για αυτήν την εγκατάσταση.

Ένας πλωτός υδροστρόβιλος ισχύος 16 kW (Εικ. 3) έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει την κινητική ενέργεια της ροής σε μηχανική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική. Η τουρμπίνα είναι ένα επίμηκες κυκλικό στοιχείο κατασκευασμένο από ελαφρύ (ελαφρύτερο από το νερό) υλικό με ελικοειδή πτερύγια στην επιφάνεια. Το στοιχείο αναρτάται και στις δύο πλευρές από ράβδους που μεταδίδουν τη ροπή στη γεννήτρια.

Σύκο. 3. Πλωτός υδροστρόβιλος

Η υδραυλική μονάδα παραγωγής ενέργειας (Εικ. 4) έχει σχεδιαστεί για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω μιας μίνι γεννήτριας, η οποία κινείται περιστροφικά από έναν ατέρμονο ιμάντα μετάδοσης κίνησης 1 με κουβάδες νερού 2. Ένας ιμάντας 1 με κουβάδες 2 είναι τοποθετημένος σε ένα πλαίσιο 3 ικανό να μεταφερθεί σε κύματα . Το πλαίσιο 3 είναι προσαρτημένο σε ένα στήριγμα 4 στο οποίο βρίσκεται η γεννήτρια 5.

Οι κάδοι βρίσκονται στο εξωτερικό της ζώνης με τις ανοιχτές πλευρές στραμμένες προς την οριζόντια κατεύθυνση της ροής του νερού.Ο αριθμός των κάδων καθορίζεται από την προϋπόθεση για την εξασφάλιση της περιστροφής της γεννήτριας. Είναι δυνατή μια παραλλαγή της χρήσης συσκευής τύπου "σκάλα" με προσαρτημένες λεπίδες.

Ρύζι. 4. Συναρμολόγηση ζώνης και κάδου

Η συσκευή για τη χρήση της κινητικής ενέργειας των ροών αποτελείται από κατακόρυφους κυλίνδρους που βρίσκονται στο νερό σε απέναντι όχθες, πάνω στους οποίους τοποθετείται ένας κύλινδρος (Εικ. 5).

Ρύζι. 5. Εγκατάσταση μικροφράγματος

Οι λεπίδες είναι τοποθετημένες μεταξύ του άνω και του κάτω άξονα του κυλίνδρου. Λόγω της γωνίας προσβολής μεταξύ των πτερυγίων και του διανύσματος ταχύτητας, το νερό που ρέει κινεί τους κυλίνδρους σε περιστροφή και μέσω του κυλίνδρου, μια γεννήτρια που παράγει ηλεκτρισμό.

Η συσκευή για τη χρήση της ενέργειας των ροών αποτελείται από μια πτερωτή 1 που βρίσκεται κατακόρυφα στη ροή του νερού, με αρθρωτά πτερύγια 2 στο επάνω 1 και κάτω 3 στεφάνια (Εικ. 6). Το άνω άκρο 1 συνδέεται με τη γεννήτρια 4. Η θέση των πτερυγίων 2 ρυθμίζεται από την ίδια τη ροή: κάθετη προς την μπροστινή ροή και παράλληλη προς την ανάντη κίνηση.

Ρύζι. 6. Μια συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια της ροής του νερού

Το χιτώνιο μικρο-υδροηλεκτρικό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας 1 kW (MHES-1) αποτελείται από έναν στρόβιλο με τη μορφή ενός τροχού σκίουρου 1, ένα πτερύγιο οδηγό 2, έναν εύκαμπτο αγωγό 3 με διάμετρο 150 mm, μια συσκευή αναρρόφησης νερού 4 , ένα γεννήτρια 5, μονάδα ελέγχου 6 και πλαίσιο 7 (Εικ. 7).

Ρύζι. 7. Μικροηλεκτρικός δακτύλιος 1 kW

Η λειτουργία αυτού του MicroHPP πραγματοποιείται ως εξής: η συσκευή εισαγωγής νερού 4 συγκεντρώνει το υδραυλικό μέσο και μέσω του αγωγού 3 παρέχει μια διαφορά ύψους μεταξύ της ανώτερης στάθμης του νερού και του στροβίλου εργασίας 1, την αλληλεπίδραση μιας ορισμένης πίεσης του υδραυλικού ρευστού με την τουρμπίνα κινεί το τελευταίο σε περιστροφή.Η ροπή του στροβίλου 1 μεταδίδεται στην ηλεκτρική γεννήτρια.

Ένα υδροηλεκτρικό εργοστάσιο σιφόνι (Εικ. 8) χρησιμοποιείται όπου υπάρχει πτώση υδραυλικού ρευστού σε ύψος 1,75 m από το φράγμα ή ως αποτέλεσμα φυσικών συνθηκών.

Ρύζι. 8. Υδραυλική μονάδα σιφώνι

Η λειτουργία αυτών των εγκαταστάσεων έχει ως εξής: η διέλευση του υδραυλικού ρευστού μέσω του στροβίλου 1 ανεβαίνει μέσω της κορυφής του φράγματος, εικ. 9, η ροπή μεταδίδεται μέσω του άξονα 2 και του γραναζιού ιμάντα 3 στην ηλεκτρική γεννήτρια 4. Το αναλωμένο υγρό μέσο εισέρχεται στο πίσω νερό μέσω της διαστελλόμενης γραμμής νερού.

Μια μικρο-υδροηλεκτρική εγκατάσταση χαμηλής πίεσης (Εικ. 9) λειτουργεί με ονομαστική κεφαλή της στήλης υγρού τουλάχιστον H = 1,5 m. Καθώς η πτώση μειώνεται, η ισχύς εξόδου μειώνεται. Το συνιστώμενο ύψος πτώσης είναι 1,4-1,6 m.

Ρύζι. 9. Υδροηλεκτρικό εργοστάσιο χαμηλής πίεσης

Η αρχή λειτουργίας βασίζεται στην αλληλεπίδραση του υδραυλικού ρευστού με τη δυναμική ενέργεια, που μετατρέπεται σε περιστροφική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική μορφή. Στη συσκευή αναρρόφησης 1, το υγρό εισέρχεται στον στρόβιλο 2, το υγρό προστροβιλίζεται και, διεισδύοντας περαιτέρω στον σωλήνα διακλάδωσης λόγω του υγρού που πέφτει, αλληλεπιδρά με τα πτερύγια του στροβίλου 2, μετατρέπει την κινητική ενέργεια του υγρού σε ροπή στον άξονα 3 και μετά στην ηλεκτρική γεννήτρια.

Το βάρος του σταθμού χαμηλής πίεσης είναι 16 kg με ισχύ P = 200 W. Ο έλικας ημιάμεσος μετατροπέας υδροηλεκτρικής ενέργειας αποτελείται από έναν αγωγό πίεσης 1, ένα πλέγμα οδήγησης 2, έναν στρόβιλο έλικα 3, ένα στρογγυλεμένο κανάλι εξόδου 4, μια ροπή άξονας μετάδοσης 5 και ηλεκτρική γεννήτρια 6 (εικ. 10).

Ρύζι. 10. Μετατροπέας ημιάμεσης ροής

Η ηλεκτρική ισχύς αυτού του σχεδιασμού είναι στην περιοχή 1-10 kW με διαφορά ύψους Nm = 2,2-5,7 μ. Κατανάλωση νερού QH = 0,05-0,21 m 3m / s. Η διαφορά ύψους Nm = 2,2-5,7 μ. Η ταχύτητα περιστροφής της τουρμπίνας θα είναι wn = 1000 rpm.

Ο υδραυλικός μετατροπέας κάψουλας που βασίζεται στον ηλεκτροκινητήρα 2PEDV-22-219 (Εικ. 11) λειτουργεί παρόμοια με τον προηγούμενο υδροηλεκτρικό σταθμό με κεφαλή H = 2,5-6,3 m και ταχύτητα ροής νερού Q = 0,005-0,14 m 3 / s Ηλεκτρική ισχύς 1-5 kW. Η διάμετρος των υδροστροβίλων είναι από 0,2 έως 0,254 μ. Η διάμετρος του υδραυλικού τροχού είναι Dk = 0,35-0,4 m.

Ρύζι. 11. Μικρο-υδροηλεκτρικό εργοστάσιο κάψουλας

Ο υδραυλικός μετατροπέας άμεσης ροής (Εικ. 12) αποτελείται από έναν στρόβιλο έλικας 1, ένα πλέγμα οδήγησης 2, έναν άξονα μετάδοσης ροπής 3, μια ηλεκτρική γεννήτρια 4, έναν αγωγό εξάτμισης 5. Λειτουργεί χρησιμοποιώντας έναν αγωγό πίεσης.

Ρύζι. 12. Υδραυλικός μετατροπέας άμεσης ροής

Ο υδρομετατροπέας (Εικ. 13) έχει σχεδιαστεί για να μετατρέπει την ενέργεια ενός ταχέως κινούμενου υγρού μέσου σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ρύζι. 13. Μετατροπέας υδραυλικής ενέργειας για γρήγορη ροή νερού

Αποτελείται από έναν στρόβιλο έλικας 1, που βρίσκεται σε μια κάψουλα 2, και εγκαθίσταται σε ρεύματα νερού που ονομάζονται «γρήγορα ρεύματα». Η κάψουλα βρίσκεται στο πτερύγιο οδήγησης 4, το οποίο είναι τοποθετημένο μέσα στο υγρό μέσο. Η ροπή από τον στρόβιλο μεταδίδεται στον άξονα 5 και στη συνέχεια στην ηλεκτρική γεννήτρια 6.