Małe elektrownie wodne - rodzaje i projekty

Elektrownie wodne to zestaw połączonych ze sobą elementów, które służą do przekształcania energii (kinetycznej i potencjalnej) w energię elektryczną lub odwrotnie.

Według istniejącej klasyfikacji małe są elektrownie wodne (HPP) moc do 10-15 MW, w tym:

• małe elektrownie wodne — od 1 do 10 MW.

• minielektrownie wodne — od 0,1 do 1 MW.

• mikroelektrownia wodna — o mocy do 0,1 MW.

Przepływ i wysokość podnoszenia odgrywają decydującą rolę w wydajności elektrowni wodnej. Przepływ i ciśnienie są regulowane za pomocą źródła wody wstępnie zgromadzonego w górnej części wody. Im więcej wody w zbiorniku, tym wyższy poziom wody pod ciśnieniem i odpowiednio głowica.

Źródłem potencjału hydroenergetycznego wykorzystywanego w hydroenergetyce są duże średnie i małe rzeki, systemy irygacyjne i wodociągowe, spływ zboczowy lodowców oraz stały śnieg.HPP różnią się od siebie przede wszystkim sposobem wytwarzania ciśnienia, stopniem regulacji przepływu, rodzajem zainstalowanych urządzeń głównych, złożonością wykorzystania przepływu wody (jedno- lub wielofunkcyjna) itp.

Małe elektrownie wodne (małe elektrownie wodne) odgrywają szczególnie ważną rolę w dostarczaniu energii elektrycznej do autonomicznych odbiorców rozproszonych z dala od linii elektroenergetycznych. W artykule omówiono typowe projekty wykorzystujące energię małych strumieni.

Konfiguracja korzystania z bieżącego środowiska jest pokazana na ryc. 1a. Działa w następujący sposób. Kiedy na pionowe łopatki 1 oddziałuje przepływający czynnik, pojawia się siła hydrodynamiczna, która napędza brzegi balastu. Poprzez łącznik kinematyczny 3 wspornik przenosi moment obrotowy na wał generatora, podczas gdy sam generator pozostaje nieruchomy. Ta elektrownia wodna działa na nizinnych ciekach wodnych, których wielkość i energia decydują o jej wydajności.

Ryż. 1. Schematy działania płaskiej elektrowni wodnej: a) płaska elektrownia wodna, b) b) hydroelektrownia.

Elektrownia wodna (ryc. 1, b) podczas ruchu wykorzystuje energię cieczy za pomocą wirnika 6. Wirnik 1 zawiera wał i umieszczone na nim łopatki. Instalacja jest zamontowana na ramie 7 zamocowanej na pontonach 6. Łopaty nachylone prostopadle do kierunku przepływu wody za pomocą koła 4 zmieniają swoją orientację na kierunek przepływu.

Jedna z łopatek wykonana jest z kompozytu zazębiających się części wewnętrznych i zewnętrznych, posiada łącznik poprzeczny umieszczony pod kątem do osi i jest osłabiona przez elastyczną podkładkę umieszczoną pomiędzy częściami oraz elastyczne połączenie.Połączenie elastyczne wykonane jest w postaci pakietu płytek skierowanych w stronę przepływu medium, o zmiennej długości, przylegających do łopatki i stykających się z jej zewnętrzną częścią. Urządzenie jest ustawione na płaski przepływ wody. Stosowane maszyny prądotwórcze mogą być typu synchronicznego i asynchronicznego.

Na pokazanym na ryc. 2, przepływ płynu z zaworu sterującego 1 jest naprzemiennie kierowany do komór 2 i 3 i odwrotnie.

Ryż. 2. Turbina w ścieżce przepływu syfonu

Ruch obrotowy cieczy w komorach powoduje oscylacje powietrza i ich przelewanie się rurociągami 4 i 6 wraz z uruchomieniem turbiny 5 i podłączonego do niej generatora. Aby poprawić wydajność całego urządzenia, instaluje się je w ścieżce przepływu syfonu. Warunkiem bezproblemowej pracy jest płynna ciecz, czysta bez dużych frakcji. Do tej instalacji wymagany jest kosz na śmieci.

Pływająca turbina wodna o mocy 16 kW (rys. 3) ma na celu zamianę energii kinetycznej przepływu na energię mechaniczną, a następnie na energię elektryczną. Turbina jest wydłużonym okrągłym elementem wykonanym z lekkiego (lżejszego od wody) materiału ze spiralnymi żeberkami na powierzchni. Element jest zawieszony z obu stron na prętach, które przenoszą moment obrotowy na generator.

Figa. 3. Pływająca turbina wodna

Elektrownia hydrauliczna (rys. 4) przeznaczona jest do wytwarzania energii elektrycznej za pośrednictwem minigeneratora, który jest napędzany przez pas napędowy bez końca 1 z umieszczonymi na nim kubełkami wody 2. Pas 1 z kubełkami 2 jest zamontowany na ramie 3 zdolne do przenoszenia na falach. Rama 3 jest przymocowana do wspornika 4, na którym umieszczony jest generator 5.

Kubełki znajdują się na zewnątrz taśmy, otwartymi bokami skierowanymi w kierunku poziomego przepływu wody.Liczba kubełków zależy od warunku zapewnienia obrotu generatora. Możliwy jest wariant zastosowania urządzenia typu „drabinka” z dołączonymi ostrzami.

Ryż. 4. Montaż pasa i kubełka

Urządzenie do wykorzystania energii kinetycznej przepływów składa się z umieszczonych w wodzie na przeciwległych brzegach pionowych cylindrów, na których umieszczony jest walec (ryc. 5).

Ryż. 5. Montaż mikrozapory

Noże są montowane pomiędzy górną i dolną osią walca. Ze względu na kąt natarcia między łopatkami a wektorem prędkości, płynąca woda napędza cylindry w ruchu obrotowym, a poprzez rolkę generator, który wytwarza energię elektryczną.

Urządzenie do wykorzystania energii przepływów składa się z wirnika 1 umieszczonego pionowo w strumieniu wody, z odchylanymi łopatkami 2 na górnym 1 i dolnym 3 obrzeżu (rys. 6). Górna krawędź 1 jest połączona z generatorem 4. Położenie łopatek 2 jest regulowane przez sam przepływ: prostopadle do przedniego przepływu i równolegle do ruchu w górę.

Ryż. 6. Urządzenie przetwarzające energię przepływu wody

Tulejowa mikroelektrownia wodna 1 kW (MHES-1) składa się z turbiny w postaci koła wiewiórczego 1, łopatki kierującej 2, elastycznego rurociągu 3 o średnicy 150 mm, urządzenia do odsysania wody 4, generator 5, jednostka sterująca 6 i rama 7 (ryc. 7).

Ryż. 7. Tuleja mikro hydroenergetyczna 1 kW

Działanie tego MicroHPP odbywa się w następujący sposób: urządzenie poboru wody 4 koncentruje medium hydrauliczne i przez rurociąg 3 zapewnia różnicę wysokości między górnym poziomem wody a turbiną roboczą 1, oddziaływanie pewnego ciśnienia płynu hydraulicznego z turbiną napędza tę ostatnią w ruchu obrotowym.Moment obrotowy turbiny 1 jest przekazywany do generatora elektrycznego.

Elektrownię wodną syfonową (rys. 8) stosuje się tam, gdzie występuje spadek płynu hydraulicznego na wysokości 1,75 m od zapory lub w wyniku warunków naturalnych.

Ryż. 8. Jednostka hydrauliczna syfonu

Działanie tych instalacji jest następujące: przepływ płynu hydraulicznego przez turbinę 1 wznosi się koroną zapory, ryc. 9, moment obrotowy jest przenoszony przez wał 2 i przekładnię pasową 3 do generatora elektrycznego 4. Zużyty ciekły ośrodek wpływa do wody zwrotnej przez rozszerzającą się linię wodną.

Niskociśnieniowa mikroinstalacja wodna (rys. 9) pracuje przy nominalnym słupie cieczy o wysokości co najmniej H = 1,5 m. Gdy statyzm maleje, moc wyjściowa maleje. Zalecana wysokość zrzutu to 1,4-1,6 m.

Ryż. 9. Niskociśnieniowa elektrownia wodna

Zasada działania opiera się na oddziaływaniu płynu hydraulicznego z energią potencjalną, zamienioną na postać obrotową, a następnie na elektryczną. W urządzeniu ssącym 1 ciecz wpływa do turbiny 2, ciecz jest wstępnie wirowana i dalej penetrując rurę odgałęzioną z powodu spadającej cieczy, oddziałuje z łopatkami turbiny 2, przekształca energię kinetyczną cieczy w moment obrotowy na wale 3, a następnie do generatora elektrycznego.

Masa stacji niskiego ciśnienia wynosi 16 kg przy mocy P = 200 W. Śmigłowy półprosty hydroenergetyczny przekształtnik składa się z rurociągu ciśnieniowego 1, siatki prowadzącej 2, turbiny śmigłowej 3, zaokrąglonego kanału wylotowego 4, momentu obrotowego wał napędowy 5 i generator elektryczny 6 (rys. 10).

Ryż. 10. Pół-bezpośredni przetwornik przepływu

Moc elektryczna tej konstrukcji mieści się w zakresie 1-10 kW przy różnicy wysokości Nm = 2,2-5,7 m. Zużycie wody QH = 0,05-0,21 m 3m/s. Różnica wysokości Nm = 2,2-5,7 m. Prędkość obrotowa turbiny wyniesie wn = 1000 obr/min.

Kapsułowy przetwornik hydrauliczny oparty na silniku elektrycznym 2PEDV-22-219 (rys. 11) pracuje podobnie jak poprzednia elektrownia wodna o wysokości podnoszenia H = 2,5-6,3 m i natężeniu przepływu wody Q = 0,005-0,14 m 3 / s Moc elektryczna 1-5 kW. Średnica turbin wodnych wynosi od 0,2 do 0,254 m. Średnica koła hydraulicznego wynosi Dk = 0,35-0,4 m.

Ryż. 11. Mikroelektrownia kapsułowa

Przetwornik hydrauliczny bezpośredniego przepływu (ryc. 12) składa się z turbiny napędowej 1, siatki prowadzącej 2, wału przenoszenia momentu obrotowego 3, generatora elektrycznego 4, rurociągu wydechowego 5. Działa za pomocą rurociągu ciśnieniowego.

Ryż. 12. Konwerter hydrauliczny o przepływie bezpośrednim

Hydrokonwerter (ryc. 13) jest przeznaczony do przekształcania energii szybko poruszającego się ciekłego ośrodka w energię elektryczną.

Ryż. 13. Hydrauliczny konwerter energii do szybkiego przepływu wody

Składa się z turbiny śmigłowej 1, umieszczonej w kapsule 2 i jest instalowana na prądach wodnych zwanych „szybkimi prądami”. Kapsułka znajduje się w łopatce kierującej 4, która jest zamontowana wewnątrz płynnego ośrodka. Moment obrotowy z turbiny przenoszony jest na wał 5, a następnie na generator elektryczny 6.