Små vandkraftværker - typer og projekter

Vandkraftværker er et sæt komponenter, der er indbyrdes forbundne og tjener til at omdanne energi (kinetisk og potentiale) til elektrisk energi eller omvendt.

Ifølge den eksisterende klassifikation er de små vandkraftværker (HPP) effekt op til 10-15 MW, inklusive:

• små vandkraftværker — fra 1 til 10 MW.

• mini-vandkraftværker - fra 0,1 til 1 MW.

• mikro-vandkraftværk — med en kapacitet på op til 0,1 MW.

Flow og løftehøjde spiller en afgørende rolle for kapaciteten af ​​et vandkraftværk. Flow og tryk reguleres ved hjælp af en vandforsyning, der er forudakkumuleret i den øverste del af vandet. Jo mere vand der er i tanken, jo højere er trykvandstanden og dermed løftehøjden.

Kilden til vandkraftpotentialet, der bruges i vandkraft, er store mellemstore og små floder, kunstvandings- og vandforsyningssystemer, skråninger af gletsjere og permanent sne.HPP'er adskiller sig hovedsageligt fra hinanden i den måde, de skaber tryk på, graden af ​​flowregulering, typen af ​​installeret hovedudstyr, kompleksiteten ved at bruge vandstrømmen (enkelt eller multifunktionelt) osv.

Små vandkraftværker (små vandkraftværker) spiller en særlig vigtig rolle i at levere elektricitet til autonome forbrugere spredt langt fra elledninger. Artiklen diskuterer almindelige projekter, der bruger energien fra små vandløb.

Opsætningen til at bruge det aktuelle miljø er vist i fig. 1 a. Den fungerer som følger. Når de lodrette skovle 1 påvirkes af det strømmende medium, opstår der en hydrodynamisk kraft, som driver ballastfælgene. Gennem det kinematiske led 3 overfører støtten drejningsmoment til generatorakslen, mens selve generatoren forbliver stationær. Dette vandkraftværk opererer på lavlandsvandløb, hvis størrelse og energi bestemmer dets kapacitet.

Ris. 1. Driftsordninger for et fladt vandkraftværk: a) fladt vandkraftværk, b) b) vandkraftværk.

Vandkraftværket (fig. 1, b) bruger, mens det bevæger sig, væskens energi ved hjælp af løbehjulet 6. Løbehjulet 1 indeholder en aksel og skovle placeret på den. Installationen er monteret på en ramme 7 fastgjort på pontoner 6. Bladene, der er vinkelret på vandstrømmens retning, ændrer deres orientering til strømmen ved hjælp af hjulet 4.

Et af bladene er lavet af en komposit af sammenlåsende indre og ydre dele, med en tværgående forbindelse placeret i en vinkel i forhold til aksen, og er svækket af en elastisk pude placeret mellem delene og en elastisk forbindelse.Den elastiske forbindelse er lavet i form af en pakke af plader, der vender mod strømmen af ​​mediet, af variabel længde, klæber til bladet og i kontakt med dets ydre del. Enheden er orienteret til en flad vandstrøm. Anvendte strømgenererende maskiner kan være af synkron og asynkron type.

I det viste i fig. 2 afledes fluidstrømmen fra styreventilen 1 skiftevis ind i kamrene 2 og 3 og omvendt.

Ris. 2. Turbine i sifonens strømningsvej

Væskens rotationsbevægelse i kamrene forårsager luftoscillationer og deres overløb gennem rørledningerne 4 og 6 med aktivering af turbinen 5 og generatoren forbundet til den. For at forbedre effektiviteten af ​​hele enheden er den installeret i sifonens strømningsvej. Forudsætningerne for problemfri drift er flydende væske, ren uden store fraktioner. Der kræves et affaldsstativ til denne installation.

En flydende vandturbine med en effekt på 16 kW (fig. 3) er designet til at omdanne strømmens kinetiske energi til mekanisk og derefter til elektrisk energi. Turbinen er et aflangt cirkulært element lavet af let (lettere end vand) materiale med spiralformede finner på overfladen. Elementet er ophængt på begge sider af stænger, der overfører drejningsmoment til generatoren.

Fig. 3. Flydende vandturbine

Hydraulikkraftværket (fig. 4) er designet til at generere elektricitet gennem en minigenerator, som drives i rotation af en endeløs drivrem 1 med vandspande 2. En rem 1 med spande 2 er monteret på en ramme 3, der kan bæres på bølger. Rammen 3 er fastgjort til en understøtning 4, hvorpå generatoren 5 er placeret.

Spandene er placeret på ydersiden af ​​båndet med de åbne sider mod vandstrømmens vandrette retning.Antallet af skovle bestemmes af betingelsen for at sikre generatorens rotation. En variant af at bruge en "stige"-type enhed med påsatte klinger er mulig.

Ris. 4. Samling af bælte og spand

Enheden til at bruge strømmenes kinetiske energi består af lodrette cylindre placeret i vandet på modsatte bredder, hvorpå en rulle er placeret (fig. 5).

Ris. 5. Installation af en mikrodæmning

Bladene er monteret mellem rullens øvre og nedre akse. På grund af angrebsvinklen mellem vingerne og hastighedsvektoren driver det strømmende vand cylindrene i rotation og gennem valsen en generator, der genererer elektricitet.

Anordningen til at bruge strømningens energi består af et pumpehjul 1, der er placeret lodret i vandstrømmen, med hængslede skovle 2 på den øverste 1 og nederste 3 fælge (fig. 6). Den øvre kant 1 er forbundet med generatoren 4. Placeringen af ​​skovlen 2 reguleres af selve strømmen: vinkelret på den forreste strøm og parallel med opstrømsbevægelsen.

Ris. 6. En enhed, der konverterer energien i vandstrømmen

Det muffe mikro-vandkraftværk 1 kW (MHES-1) består af en turbine i form af et egernhjul 1, en ledevinge 2, en fleksibel rørledning 3 med en diameter på 150 mm, en vandsugeanordning 4, en generator 5, en styreenhed 6 og ramme 7 (fig. 7).

Ris. 7. Bøsning mikro vandkraft 1 kW

Betjeningen af ​​denne MicroHPP udføres som følger: vandindtagsanordningen 4 koncentrerer det hydrauliske medium og giver gennem rørledningen 3 en højdeforskel mellem det øvre vandniveau og arbejdsturbinen 1, vekselvirkningen af ​​et vist tryk af den hydrauliske væske med turbinen driver sidstnævnte i rotation.Drejningsmomentet fra turbinen 1 overføres til den elektriske generator.

Et sifon vandkraftværk (fig. 8) anvendes, hvor der er et dråbe hydraulikvæske i en højde af 1,75 m fra dæmningen eller som følge af naturlige forhold.

Ris. 8. Hævert hydraulisk enhed

Driften af ​​disse installationer er som følger: passagen af ​​hydraulisk væske gennem turbinen 1 stiger gennem toppen af ​​dæmningen, fig. 9, overføres drejningsmomentet gennem akslen 2 og remgearet 3 til den elektriske generator 4. Det brugte flydende medium kommer ind i bagvandet gennem den ekspanderende vandledning.

En mikro-hydroelektrisk lavtryksinstallation (fig. 9) arbejder med en nominel løftehøjde på væskesøjlen på mindst H = 1,5 m. Efterhånden som faldet falder, falder udgangseffekten. Den anbefalede faldhøjde er 1,4-1,6 m.

Ris. 9. Lavtryks vandkraftværk

Funktionsprincippet er baseret på interaktionen af ​​hydraulisk væske med potentiel energi, omdannet til roterende og derefter til elektrisk form. I sugeanordningen 1 kommer væsken ind i turbinen 2, væsken forhvirvles og trænger yderligere ind i grenrøret på grund af den faldende væske, interagerer med turbinens vinger 2, omdanner væskens kinetiske energi til en drejningsmoment på akslen 3, derefter til den elektriske generator.

Lavtryksstationens vægt er 16 kg med effekt P = 200 W. Propellens semi-direkte vandkraftkonverter består af en trykrørledning 1, et styregitter 2, en propelturbine 3, en afrundet udløbskanal 4, et moment transmissionsaksel 5 og elektrisk generator 6 (fig. 10).

Ris. 10. Semi-direkte flow omformer

Den elektriske effekt i dette design er i området 1-10 kW med en højdeforskel Nm = 2,2-5,7 m. Vandforbrug QH = 0,05-0,21 m 3m/s. Højdeforskellen Nm = 2,2-5,7 m. Turbinens rotationshastighed vil være wn = 1000 rpm.

Kapselhydraulikomformeren baseret på 2PEDV-22-219 elmotoren (fig. 11) fungerer på samme måde som det tidligere vandkraftværk med en løftehøjde H = 2,5-6,3 m og en vandgennemstrømningshastighed Q = 0,005-0,14 m 3 / s Eleffekt 1-5 kW. Vandturbinernes diameter er fra 0,2 til 0,254 m. Diameteren på det hydrauliske hjul er Dk = 0,35-0,4 m.

Ris. 11. Kapsel mikro-vandkraftværk

Den direkte flow hydrauliske konverter (fig. 12) består af en propelturbine 1, et styregitter 2, en drejningsmomenttransmissionsaksel 3, en elektrisk generator 4, en udstødningsrørledning 5. Den fungerer ved hjælp af en trykrørledning.

Ris. 12. Hydraulisk konverter med direkte flow

Hydrokonverteren (fig. 13) er designet til at omdanne energien fra et hurtigt bevægende flydende medium til elektrisk energi.

Ris. 13. Hydraulisk energiomformer til hurtig vandgennemstrømning

Den består af en propelturbine 1, placeret i en kapsel 2, og er installeret på vandstrømme kaldet «hurtige strømme». Kapslen er placeret i ledeskovlen 4, som er monteret inde i det flydende medium. Drejningsmomentet fra turbinen overføres til akslen 5 og derefter til den elektriske generator 6.