Malé vodné elektrárne - typy a projekty

Vodné elektrárne sú súborom komponentov, ktoré sú vzájomne prepojené a slúžia na premenu energie (kinetickej a potenciálnej) na elektrickú energiu alebo naopak.

Podľa existujúcej klasifikácie sú malé vodné elektrárne (HPP) výkon do 10-15 MW vrátane:

• malé vodné elektrárne — od 1 do 10 MW.

• mini-vodné elektrárne — od 0,1 do 1 MW.

• mikrovodná elektráreň — s výkonom do 0,1 MW.

Prietok a spád zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri kapacite vodnej elektrárne. Prietok a tlak sú regulované pomocou prívodu vody vopred akumulovaného v hornej časti vody. Čím viac vody v nádrži, tým vyššia je tlaková hladina vody a podľa toho aj výška.

Zdrojom hydroenergetického potenciálu využívaného vo vodnej energetike sú veľké stredné a malé rieky, závlahové a vodovodné systémy, svahový odtok ľadovcov a trvalý sneh.VE sa od seba líšia najmä spôsobom vytvárania tlaku, stupňom regulácie prietoku, typom inštalovaného hlavného zariadenia, zložitosťou využitia vodného prúdu (jedno alebo multifunkčné) atď.

Malé vodné elektrárne (malé vodné elektrárne) zohrávajú obzvlášť dôležitú úlohu pri zásobovaní elektrickou energiou autonómnych spotrebiteľov rozptýlených ďaleko od elektrických vedení. Článok rozoberá bežné projekty, ktoré využívajú energiu malých tokov.

Nastavenie na používanie aktuálneho prostredia je znázornené na obr. 1a. Funguje nasledovne. Keď sú zvislé lopatky 1 ovplyvnené prúdiacim médiom, vzniká hydrodynamická sila, ktorá poháňa ráfiky záťaže. Prostredníctvom kinematického spojenia 3 prenáša podpera krútiaci moment na hriadeľ generátora, zatiaľ čo samotný generátor zostáva nehybný. Táto vodná elektráreň funguje na nížinných vodných tokoch, ktorých veľkosť a energia určuje jej kapacitu.

Ryža. 1. Schémy prevádzky plochej vodnej elektrárne: a) plochá vodná elektráreň, b) b) vodná elektráreň.

Vodná elektráreň (obr. 1, b) pri pohybe využíva energiu kvapaliny pomocou obežného kolesa 6. Obežné koleso 1 obsahuje hriadeľ a na ňom umiestnené lopatky. Inštalácia je namontovaná na ráme 7 upevnenom na pontónoch 6. Lopatky, kolmo naklonené na smer prúdenia vody, menia pomocou kolieska 4 svoju orientáciu na prúdenie.

Jedna z čepelí je vyrobená z kompozitu vzájomne prepojených vnútorných a vonkajších častí s priečnym konektorom umiestneným pod uhlom k osi a je zoslabená elastickou podložkou umiestnenou medzi časťami a elastickým spojením.Elastické spojenie je vytvorené vo forme zväzku dosiek smerujúcich k toku média, rôznej dĺžky, priliehajúcich k lopatke a v kontakte s jej vonkajšou časťou. Zariadenie je orientované na plochý prietok vody. Použité stroje na výrobu energie môžu byť synchrónneho a asynchrónneho typu.

V znázornenom na obr. 2 je prúd tekutiny z riadiaceho ventilu 1 striedavo odvádzaný do komôr 2 a 3 a naopak.

Ryža. 2. Turbína v prietokovej ceste sifónu

Rotačný pohyb kvapaliny v komorách spôsobuje kmitanie vzduchu a jeho pretekanie potrubím 4 a 6 pri aktivácii turbíny 5 a generátora, ktorý je k nej pripojený. Pre zlepšenie účinnosti celého zariadenia sa inštaluje do prietokovej cesty sifónu. Predpokladom bezproblémovej prevádzky je prúdiaca kvapalina, čistá bez veľkých frakcií. Pre túto inštaláciu je potrebný kôš na odpadky.

Plávajúca vodná turbína s výkonom 16 kW (obr. 3) je určená na premenu kinetickej energie prúdenia na mechanickú a následne na elektrickú energiu. Turbína je podlhovastý kruhový prvok vyrobený z ľahkého (ľahšieho ako voda) materiálu so špirálovitými rebrami na povrchu. Prvok je zavesený na oboch stranách tyčami, ktoré prenášajú krútiaci moment na generátor.

Obr. 3. Plávajúca vodná turbína

Hydraulická elektráreň (obr. 4) je určená na výrobu elektriny prostredníctvom minigenerátora, ktorý je poháňaný do otáčania nekonečným hnacím remeňom 1, na ktorom sú umiestnené vedrá na vodu 2. Remeň 1 s vedrami 2 je namontovaný na ráme 3 schopné unášať sa na vlnách . Rám 3 je pripevnený k podpere 4, na ktorej je umiestnený generátor 5.

Vedrá sú umiestnené na vonkajšej strane pásu s otvorenými stranami smerujúcimi k horizontálnemu smeru prúdu vody.Počet vedier je určený podmienkou zabezpečenia rotácie generátora. Je možný variant použitia zariadenia typu "rebrík" s pripevnenými čepeľami.

Ryža. 4. Montáž pásu a vedra

Zariadenie na využitie kinetickej energie prúdov pozostáva z vertikálnych valcov umiestnených vo vode na protiľahlých brehoch, na ktorých je umiestnený valec (obr. 5).

Ryža. 5. Inštalácia mikro hrádze

Čepele sú namontované medzi hornou a spodnou osou valca. V dôsledku uhla nábehu medzi lopatkami a vektorom rýchlosti prúdiaca voda poháňa valce v rotácii a cez valec generátor, ktorý vyrába elektrinu.

Zariadenie na využitie energie prúdenia pozostáva z obežného kolesa 1 umiestneného vertikálne v prúde vody, so sklopnými lopatkami 2 na hornom 1 a spodnom 3 okraji (obr. 6). Horná hrana 1 je spojená s generátorom 4. Poloha lopatiek 2 je regulovaná samotným prúdením: kolmo na predný prúd a rovnobežne s pohybom proti prúdu.

Ryža. 6. Zariadenie, ktoré premieňa energiu prúdenia vody

Rukávová mikrovodná elektráreň 1 kW (MHES-1) pozostáva z turbíny v tvare veveričky 1, vodiacej lopatky 2, ohybného potrubia 3 s priemerom 150 mm, zariadenia na nasávanie vody 4, a generátor 5, riadiacu jednotku 6 a rám 7 (obr. 7).

Ryža. 7. Priechodná mikro vodná elektráreň 1 kW

Prevádzka tohto MicroHPP sa vykonáva nasledovne: zariadenie na prívod vody 4 sústreďuje hydraulické médium a cez potrubie 3 zabezpečuje výškový rozdiel medzi hornou hladinou vody a pracovnou turbínou 1, interakciou určitého tlaku hydraulickej kvapaliny. s turbínou poháňa druhú v rotácii.Krútiaci moment turbíny 1 sa prenáša na elektrický generátor.

Sifónová vodná elektráreň (obr. 8) sa používa tam, kde je pokles hydraulickej kvapaliny vo výške 1,75 m od hrádze alebo v dôsledku prírodných podmienok.

Ryža. 8. Hydraulická jednotka sifónu

Prevádzka týchto zariadení je nasledovná: prechod hydraulickej kvapaliny cez turbínu 1 stúpa cez hrebeň hrádze, obr. 9, krútiaci moment sa prenáša cez hriadeľ 2 a remeňový prevod 3 na elektrický generátor 4. Spotrebované kvapalné médium vstupuje do zadnej vody cez expandujúce vodné potrubie.

Nízkotlaková mikrovodná elektráreň (obr. 9) pracuje s nominálnou výškou stĺpca kvapaliny minimálne H = 1,5 m. Keď sa pokles znižuje, výstupný výkon sa znižuje. Odporúčaná výška pádu je 1,4-1,6 m.

Ryža. 9. Nízkotlaková vodná elektráreň

Princíp činnosti je založený na interakcii hydraulickej kvapaliny s potenciálnou energiou, premenenej na rotačnú a následne na elektrickú formu. V nasávacom zariadení 1 kvapalina vstupuje do turbíny 2, kvapalina je vopred premiešaná a pri ďalšom prenikaní do odbočnej rúrky v dôsledku padajúcej kvapaliny interaguje s lopatkami turbíny 2, premieňa kinetickú energiu kvapaliny na krútiaci moment na hriadeli 3, potom na elektrický generátor.

Hmotnosť nízkotlakovej stanice je 16 kg s výkonom P = 200 W. Vrtuľový polopriamy menič hydroenergie pozostáva z tlakového potrubia 1, vodiacej mriežky 2, vrtuľovej turbíny 3, zaobleného výstupného kanála 4, momentu prevodový hriadeľ 5 a elektrický generátor 6 (obr. 10).

Ryža. 10. Polopriamy prietokový menič

Elektrický výkon tohto prevedenia je v rozmedzí 1-10 kW s výškovým rozdielom Nm = 2,2-5,7 m Spotreba vody QH = 0,05-0,21 m 3m/s. Rozdiel vo výške Nm = 2,2-5,7 m Rýchlosť otáčania turbíny bude wn = 1000 ot./min.

Kapsulový hydromenič na báze elektromotora 2PEDV-22-219 (obr. 11) pracuje podobne ako predchádzajúca vodná elektráreň so spádom H = 2,5-6,3 m a prietokom vody Q = 0,005-0,14 m 3 / s. Elektrický výkon 1-5 kW. Priemer vodných turbín je od 0,2 do 0,254 m. Priemer hydraulického kolesa je Dk = 0,35-0,4 m.

Ryža. 11. Kapslová mikroelektráreň

Priamoprietokový hydromenič (obr. 12) pozostáva z vrtuľovej turbíny 1, vodiacej mriežky 2, hriadeľa na prenos krútiaceho momentu 3, elektrického generátora 4, výfukového potrubia 5. Pracuje pomocou tlakového potrubia.

Ryža. 12. Hydraulický menič s priamym prietokom

Hydrokonvertor (obr. 13) je určený na premenu energie rýchlo sa pohybujúceho kvapalného média na elektrickú energiu.

Ryža. 13. Hydraulický menič energie pre rýchly prietok vody

Pozostáva z vrtuľovej turbíny 1 umiestnenej v kapsule 2 a je inštalovaná na vodných prúdoch nazývaných «rýchle prúdy». Kapsula je umiestnená vo vodiacej lopatke 4, ktorá je namontovaná vo vnútri tekutého média. Krútiaci moment z turbíny sa prenáša na hriadeľ 5 a potom na elektrický generátor 6.