Малки водноелектрически централи — видове и проекти

Водноелектрическите централи са набор от компоненти, които са свързани помежду си и служат за преобразуване на енергия (кинетична и потенциална) в електрическа или обратно.

Според съществуващата класификация малките са водноелектрически централи (ВЕЦ) мощност до 10-15 MW, включително:

• малки водноелектрически централи — от 1 до 10 MW.

• мини -водноелектрически централи — от 0,1 до 1 MW.

• микро -водноелектрическа централа — с мощност до 0,1 MW.

Дебитът и напорът играят решаваща роля за капацитета на водноелектрическа централа. Дебитът и налягането се регулират с помощта на водоснабдяване, предварително натрупано в горната част на водата. Колкото повече вода в резервоара, толкова по -високо е нивото на напорната вода и съответно главата.

Източникът на хидроенергиен потенциал, използван в ВЕЦ, са големи средни и малки реки, напоителни и водоснабдителни системи, наклон отток на ледниците и постоянен сняг. ВЕЦ се различават главно една от друга по начина, по който създават налягане, степента на регулиране на потока, вида на монтираното основно оборудване, сложността на използването на водотока (едно или многофункционално) и др.

Малките водноелектрически централи (малки водноелектрически централи) играят особено важна роля в снабдяването с електроенергия на автономни потребители, разпръснати далеч от електропроводите. В статията се обсъждат общи проекти, които използват енергията на малки потоци.

Настройката за използване на текущата среда е показана на фиг. 1 а. Той функционира по следния начин. Когато вертикалните лопатки 1 са повлияни от течащата среда, възниква хидродинамична сила, която задвижва баластните джанти. Чрез кинематичната връзка 3 опората предава въртящ момент към вала на генератора, докато самият генератор остава неподвижен. Тази водноелектрическа централа работи на низинни водотоци, чийто размер и енергия определят нейния капацитет.

Ориз. 1. Схеми на експлоатация на плоска водноелектрическа централа: а) плоска водноелектрическа централа, б) б) водноелектрическа централа.

Хидроелектроцентралата (фиг. 1, б), докато се движи, използва енергията на течността посредством работното колело 6. Работното колело 1 съдържа вал и лопатки, разположени върху него. Инсталацията е монтирана на рамка 7, фиксирана върху понтони 6. Остриетата, перпендикулярно наклонени спрямо посоката на водния поток, променят ориентацията си към потока с помощта на колелото 4.

Едно от остриетата е направено от композит от взаимосвързани вътрешни и външни части, имащ напречен съединител, разположен под ъгъл спрямо оста, и е отслабен от еластична подложка, поставена между частите и еластична връзка. Еластичната връзка е направена под формата на пакет от плочи, обърнати към потока на средата, с променлива дължина, прилепнали от острието и в контакт с външната му част. Устройството е ориентирано към плосък водоток. Приложените машини за генериране на енергия могат да бъдат от синхронен и асинхронен тип.

В показаната на фиг. 2, потокът на течността от управляващия вентил 1 се отклонява последователно в камери 2 и 3 и обратно.

Ориз. 2. Турбина по пътя на потока на сифона

Ротационното движение на течността в камерите предизвиква въздушни трептения и преливането им през тръбопроводи 4 и 6 с активиране на турбината 5 и генератора, свързан с нея. За да се подобри ефективността на цялото устройство, то се монтира в пътя на потока на сифона. Предпоставките за безпроблемна работа са течаща течност, чиста без големи фракции. За тази инсталация е необходима решетка за боклук.

Плаваща водна турбина с мощност 16 kW (фиг. 3) е проектирана да преобразува кинетичната енергия на потока в механична, а след това в електрическа. Турбината е удължен кръгъл елемент, изработен от лек (по -лек от вода) материал със спираловидни ребра по повърхността. Елементът е окачен от двете страни на пръти, които предават въртящ момент към генератора.

Фиг. 3. Плаваща водна турбина

Хидравличната електроцентрала (фиг. 4) е проектирана да генерира електричество чрез минигенератор, който се задвижва във въртене от безкраен задвижващ ремък 1 с разположени върху него кофи за вода 2. Колан 1 с кофи 2 е монтиран на рамка 3 способни да се носят по вълни. Рамка 3 е прикрепена към опора 4, върху която е разположен генераторът 5.

Кофите са разположени от външната страна на колана с отворените страни, обърнати към хоризонталната посока на водния поток. Броят на кофите се определя от условието за осигуряване на въртенето на генератора. Възможен е вариант на използване на устройство тип „стълба“ с прикрепени остриета.

Ориз. 4. Монтаж на колан и кофа

Устройството за използване на кинетичната енергия на потоците се състои от вертикални цилиндри, разположени във водата на противоположни брегове, върху които е поставена ролка (фиг. 5).

Ориз. 5. Монтаж на микро язовир

Остриетата се монтират между горната и долната ос на ролката. Поради ъгъла на атака между лопатките и вектора на скоростта, течащата вода задвижва цилиндрите в ротация, а през ролката — генератор, който генерира електричество.

Устройството за използване на енергията на потоците се състои от работно колело 1, разположено вертикално във водния поток, с шарнирни лопатки 2 на горните 1 и долните 3 джанти (фиг. 6). Горният ръб 1 е свързан към генератора 4. Положението на лопатките 2 се регулира от самия поток: перпендикулярно на предния поток и успоредно на движението нагоре по течението.

Ориз. 6. Устройство, което преобразува енергията на водоток

Втулката микро-водноелектрическа централа 1 kW (MHES-1) се състои от турбина под формата на колело с катерица 1, направляваща лопатка 2, гъвкав тръбопровод 3 с диаметър 150 mm, устройство за засмукване на вода 4 , генератор 5, блок за управление 6 и рамка 7 (фиг. 7).

Ориз. 7. Втулка микро ВЕЦ 1 kW

Работата на тази MicroHPP се извършва, както следва: водоприемното устройство 4 концентрира хидравличната среда и чрез тръбопровода 3 осигурява разлика във височината между горното ниво на водата и работната турбина 1, взаимодействието на определено налягане на хидравличната течност с турбината задвижва последната в ротация. Въртящият момент на турбината 1 се предава на електрическия генератор.

Сифонова хидроелектроцентрала (фиг. 8) се използва там, където има спад на хидравлична течност на височина 1,75 м от язовира или в резултат на природни условия.

Ориз. 8. Сифон хидравличен агрегат

Работата на тези инсталации е следната: преминаването на хидравлична течност през турбината 1 се издига през гребена на язовира, фиг. 9, въртящият момент се предава през вала 2 и ремъчната предавка 3 към електрическия генератор 4. Отработената течна среда навлиза в задната вода през разширяващия се водопровод.

Микро-хидроелектрическа инсталация с ниско налягане (фиг. 9) работи с номинален напор на колоната с течност най-малко H = 1,5 m. С намаляването на спада изходната мощност намалява. Препоръчителната височина на падане е 1,4-1,6 m.

Ориз. 9. Водноелектрическа централа с ниско налягане

Принципът на действие се основава на взаимодействието на хидравлична течност с потенциална енергия, преобразувана във въртяща се и след това в електрическа форма. Във всмукателното устройство 1 течността влиза в турбината 2, течността предварително се завихря и, прониквайки допълнително в разклонителната тръба поради падащата течност, взаимодейства с лопатките на турбината 2, превръща кинетичната енергия на течността в въртящ момент на вала 3, след това към електрическия генератор.

Теглото на станцията с ниско налягане е 16 кг с мощност P = 200 W. Витловият полупряк преобразувател на хидроенергия се състои от тръбопровод под налягане 1, направляваща решетка 2, витлова турбина 3, заоблен изходящ канал 4, вал за предаване на въртящ момент 5 и електрически генератор 6 (фиг. 10).

Ориз. 10. Преобразувател с полудиректен поток

Електрическата мощност на този дизайн е в диапазона 1-10 kW с разлика във височината Nm = 2,2-5,7 м. Разход на вода QH = 0,05-0,21 m 3m / s. Разликата във височината Nm = 2,2-5,7 м. Скоростта на въртене на турбината ще бъде wn = 1000 об / мин.

Капсулният хидравличен преобразувател на базата на електродвигател 2PEDV-22-219 (фиг. 11) работи подобно на предишната водноелектрическа централа с напор H = 2,5-6,3 m и дебит на водата Q = 0,005-0,14 m 3 / с. Електрическа мощност 1-5 kW. Диаметърът на водните турбини е от 0,2 до 0,254 м. Диаметърът на хидравличното колело е Dk = 0,35-0,4 м.

Ориз. 11. Капсулна микро-водноелектрическа централа

Хидравличният преобразувател с директен поток (фиг. 12) се състои от витлова турбина 1, направляваща решетка 2, вал за предаване на въртящ момент 3, електрически генератор 4, изпускателен тръбопровод 5. Работи с помощта на тръбопровод под налягане.

Ориз. 12. Хидравличен преобразувател с директен поток

Хидроконвертиращото устройство (фиг. 13) е проектирано да преобразува енергията на бързо движеща се течна среда в електрическа.

Ориз. 13. Хидравличен преобразувател на енергия за бърз воден поток

Състои се от витлова турбина 1, разположена в капсула 2, и е инсталирана на водни течения, наречени «бързи течения». Капсулата се намира в направляващата лопатка 4, която е монтирана вътре в течащата среда. Въртящият момент от турбината се предава към вала 5, а след това към електрическия генератор 6.