Male hidroelektrane - vrste i projekti

Hidroelektrane su skup komponenti koje su međusobno povezane i služe za pretvaranje energije (kinetičke i potencijalne) u električnu i obrnuto.

Prema postojećoj klasifikaciji mali su hidroelektrane (HE) snage do 10-15 MW, uključujući:

• male hidroelektrane — od 1 do 10 MW.

• mini-hidroelektrane — od 0,1 do 1 MW.

• mikrohidroelektrana — snage do 0,1 MW.

Protok i pad igraju odlučujuću ulogu u kapacitetu hidroelektrane. Protok i tlak reguliraju se pomoću dovoda vode prethodno akumuliranog u gornjem dijelu vode. Što je više vode u spremniku, to je veća razina tlačne vode i, prema tome, glava.

Izvor hidroenergetskog potencijala koji se koristi u hidroenergiji su velike srednje i male rijeke, sustavi navodnjavanja i vodoopskrbe, padinsko otjecanje ledenjaka i stalni snijeg.HE se uglavnom međusobno razlikuju po načinu stvaranja pritiska, stupnju regulacije protoka, vrsti ugrađene glavne opreme, složenosti korištenja vodotoka (jednostruko ili višenamjenski) itd.

Male hidroelektrane (male hidroelektrane) imaju posebno važnu ulogu u opskrbi električnom energijom autonomnih potrošača raštrkanih daleko od vodova. U članku se govori o uobičajenim projektima koji koriste energiju malih potoka.

Postavljanje za korištenje trenutnog okruženja prikazano je na sl. 1 a. Funkcionira na sljedeći način. Kada na vertikalne lopatice 1 utječe tekući medij, javlja se hidrodinamička sila koja pokreće rubove balasta. Preko kinematičke veze 3, oslonac prenosi zakretni moment na osovinu generatora, dok sam generator ostaje nepomičan. Ova hidroelektrana radi na nizinskim vodotocima čija veličina i energija određuju njen kapacitet.

Riža. 1. Sheme rada ravne hidroelektrane: a) ravne hidroelektrane, b) b) hidroelektrane.

Hidroelektrana (slika 1, b), dok se kreće, koristi energiju tekućine pomoću rotora 6. Rotor 1 sadrži osovinu i lopatice koje se nalaze na njemu. Instalacija je postavljena na okvir 7 pričvršćen na pontone 6. Lopatice, okomito nagnute na smjer protoka vode, mijenjaju svoju orijentaciju prema toku uz pomoć kotača 4.

Jedna od lopatica izrađena je od spoja međusobno povezanih unutarnjih i vanjskih dijelova, ima poprečnu spojnicu smještenu pod kutom u odnosu na os, a oslabljena je elastičnom podlogom postavljenom između dijelova i elastičnom vezom.Elastična veza izvedena je u obliku paketa ploča okrenutih prema strujanju medija, promjenjive duljine, koje prianjaju uz lopaticu iu kontaktu su s njezinim vanjskim dijelom. Uređaj je usmjeren prema ravnom toku vode. Primijenjeni strojevi za proizvodnju električne energije mogu biti sinkroni i asinkroni.

U prikazanom na sl. 2, protok tekućine iz kontrolnog ventila 1 naizmjenično se preusmjerava u komore 2 i 3 i obrnuto.

Riža. 2. Turbina u protočnom putu sifona

Rotacijsko kretanje tekućine u komorama uzrokuje oscilacije zraka i njihovo pretjecanje kroz cjevovode 4 i 6 uz aktiviranje turbine 5 i s njom spojenog generatora. Kako bi se poboljšala učinkovitost cijelog uređaja, ugrađen je u protočni put sifona. Preduvjet za nesmetan rad je tekuća tekućina, čista bez velikih frakcija. Za ovu instalaciju potrebna je polica za smeće.

Plutajuća vodena turbina snage 16 kW (slika 3.) namijenjena je pretvaranju kinetičke energije strujanja u mehaničku, a zatim u električnu energiju. Turbina je izduženi kružni element izrađen od laganog (lakšeg od vode) materijala sa zavojnim rebrima na površini. Element je obješen s obje strane šipkama koje prenose moment na generator.

sl. 3. Plutajuća vodena turbina

Hidraulička elektrana (slika 4) je dizajnirana za proizvodnju električne energije kroz mini-generator, koji se vrti beskonačnim pogonskim remenom 1 s vodenim kantama 2 koje se nalaze na njemu. Remen 1 s kantama 2 montiran je na okvir 3 sposoban za nošenje na valovima . Okvir 3 je pričvršćen za nosač 4 na kojem se nalazi generator 5.

Kante se nalaze na vanjskoj strani trake s otvorenim stranama okrenutim prema vodoravnom smjeru toka vode.Broj žlica određen je uvjetom za osiguranje rotacije generatora. Moguća je varijanta korištenja uređaja tipa "ljestve" s pričvršćenim oštricama.

Riža. 4. Montaža trake i kante

Uređaj za korištenje kinetičke energije strujanja sastoji se od okomitih cilindara smještenih u vodi na suprotnim obalama, na koje je postavljen valjak (slika 5).

Riža. 5. Postavljanje mikro brane

Noževi su postavljeni između gornje i donje osi valjka. Zbog napadnog kuta između lopatica i vektora brzine, voda koja teče pokreće cilindre u rotaciji, a preko valjka generator koji stvara električnu energiju.

Uređaj za korištenje energije protoka sastoji se od rotora 1 koji se nalazi okomito u toku vode, sa zglobnim lopaticama 2 na gornjem 1 i donjem 3 rubu (slika 6). Gornji rub 1 povezan je s generatorom 4. Položaj lopatica 2 reguliran je samim protokom: okomito na prednji protok i paralelno s kretanjem uzvodno.

Riža. 6. Uređaj koji pretvara energiju strujanja vode

Rukasta mikrohidroelektrana 1 kW (MHES-1) sastoji se od turbine u obliku kotača vjeverice 1, vodeće lopatice 2, fleksibilnog cjevovoda 3 promjera 150 mm, uređaja za usisavanje vode 4, a generator 5, upravljačka jedinica 6 i okvir 7 (slika 7).

Riža. 7. Čahurna mikro hidroelektrana 1 kW

Rad ove MicroHE provodi se na sljedeći način: uređaj za unos vode 4 koncentrira hidraulički medij i kroz cjevovod 3 osigurava visinsku razliku između gornje razine vode i radne turbine 1, međudjelovanje određenog tlaka hidrauličke tekućine s turbinom pokreće potonju u rotaciju.Zakretni moment turbine 1 prenosi se na električni generator.

Sifonska hidroelektrana (slika 8) koristi se tamo gdje postoji pad hidrauličke tekućine na visini od 1,75 m od brane ili kao posljedica prirodnih uvjeta.

Riža. 8. Hidraulička jedinica sifona

Rad ovih instalacija je sljedeći: prolaz hidrauličke tekućine kroz turbinu 1 diže se kroz vrh brane, sl. 9, zakretni moment se prenosi preko osovine 2 i remenskog zupčanika 3 na električni generator 4. Potrošeni tekući medij ulazi u povratnu vodu kroz vod koji se širi.

Niskotlačna mikrohidroelektrana (slika 9) radi s nominalnim visinom stupca tekućine od najmanje H = 1,5 m. Kako se pad smanjuje, izlazna snaga se smanjuje. Preporučena visina pada je 1,4-1,6 m.

Riža. 9. Hidroelektrana niskog pritiska

Princip rada temelji se na interakciji hidrauličke tekućine s potencijalnom energijom, pretvorenom u rotacijski, a zatim u električni oblik. U usisnom uređaju 1, tekućina ulazi u turbinu 2, tekućina se prethodno vrtloži i, dalje prodirući u granu cijevi zbog pada tekućine, djeluje s lopaticama turbine 2, pretvara kinetičku energiju tekućine u moment na osovini 3, zatim na električni generator.

Masa niskotlačne stanice je 16 kg sa snagom P = 200 W. Propelerni poluizravni pretvarač hidroenergije sastoji se od tlačnog cjevovoda 1, rešetke za vođenje 2, propelerne turbine 3, zaobljenog izlaznog kanala 4, zakretnog momenta. prijenosno vratilo 5 i električni generator 6 (sl. 10).

Riža. 10. Poluizravni pretvarač protoka

Električna snaga ovog dizajna je u rasponu od 1-10 kW s visinskom razlikom Nm = 2,2-5,7 m. Potrošnja vode QH = 0,05-0,21 m 3m / s. Visinska razlika Nm = 2,2-5,7 m. Brzina vrtnje turbine bit će wn = 1000 o/min.

Hidraulički pretvarač kapsule na temelju elektromotora 2PEDV-22-219 (slika 11) radi slično prethodnoj hidroelektrani s glavom H = 2,5-6,3 m i protokom vode Q = 0,005-0,14 m 3 / s Električna snaga 1-5 kW. Promjer vodnih turbina je od 0,2 do 0,254 m. Promjer hidrauličkog kola je Dk = 0,35-0,4 m.

Riža. 11. Kapsula mikrohidroelektrane

Hidraulički pretvarač izravnog protoka (slika 12) sastoji se od propelerne turbine 1, vodeće rešetke 2, osovine za prijenos momenta 3, električnog generatora 4, ispušnog cjevovoda 5. Radi pomoću tlačnog cjevovoda.

Riža. 12. Hidraulički pretvarač izravnog protoka

Hidropretvarač (slika 13) namijenjen je pretvaranju energije brzog tekućeg medija u električnu energiju.

Riža. 13. Hidraulički pretvarač energije za brzi protok vode

Sastoji se od propelerne turbine 1, smještene u kapsuli 2, a postavljena je na vodene tokove koji se nazivaju «brze struje». Kapsula se nalazi u vodećoj lopatici 4, koja je montirana unutar fluidnog medija. Zakretni moment s turbine prenosi se na osovinu 5, a zatim na električni generator 6.