מפעלים הידרואלקטרים ​​קטנים - סוגים ופרויקטים

מפעלים הידרואלקטרים ​​הם קבוצה של רכיבים המחוברים ביניהם ומשמשים להמרת אנרגיה (קינטית ופוטנציאלית) לאנרגיה חשמלית או להיפך.

לפי הסיווג הקיים, הקטנים הם תחנות כוח הידרואלקטריות (HPP) הספק של עד 10-15 MW, כולל:

• תחנות כוח מים קטנות - מ-1 עד 10 מגוואט.

• מיני מפעלים הידרו-אלקטריים - מ-0.1 עד 1 MW.

• מפעל מיקרו-הידרואלקטרי - בעל הספק של עד 0.1 מגוואט.

זרימה וראש ממלאים תפקיד מכריע ביכולת של מפעל הידרואלקטרי. הזרימה והלחץ מוסדרים באמצעות אספקת מים הנצברת מראש בחלק העליון של המים. ככל שיש יותר מים במיכל, כך מפלס המים בלחץ גבוה יותר, ובהתאם, הראש גבוה יותר.

מקור פוטנציאל כוח המים המשמש באנרגיה הידרומית הוא נהרות בינוניים וקטנים גדולים, מערכות השקיה ואספקת מים, נגר מדרונות של קרחונים ושלג קבוע.HPPs נבדלים בעיקר זה מזה באופן שבו הם יוצרים לחץ, מידת ויסות הזרימה, סוג הציוד הראשי המותקן, מורכבות השימוש בזרם המים (חד או רב תפקודי) וכו'.

תחנות כוח מים קטנות (תחנות הידרואלקטריות קטנות) ממלאות תפקיד חשוב במיוחד באספקת חשמל לצרכנים אוטונומיים הפזורים הרחק מקווי חשמל. המאמר דן בפרויקטים נפוצים המשתמשים באנרגיה של זרמים קטנים.

ההגדרה לשימוש בסביבה הנוכחית מוצגת באיור. 1 א. זה מתפקד כדלקמן. כאשר השבטים האנכיים 1 מושפעים מהתווך הזורם, מתרחש כוח הידרודינמי המניע את חישוקי הנטל. דרך החוליה הקינמטית 3, התמיכה מעבירה מומנט לציר הגנרטור, בעוד שהגנרטור עצמו נשאר נייח. מפעל הידרואלקטרי זה פועל על מקווי מים שפלים שגודלם והאנרגיה שלהם קובעים את יכולתו.

אורז. 1. סכימות הפעלה של מפעל הידרואלקטרי שטוח: א) מפעל הידרואלקטרי שטוח, ב) ב) מפעל הידרואלקטרי.

המפעל ההידרואלקטרי (איור 1, ב), תוך כדי תנועה, משתמש באנרגיה של הנוזל באמצעות האימפלר 6. האימפלר 1 מכיל פיר ושבטים הממוקמים עליו. המתקן מותקן על מסגרת 7 המקובעת על ספונטונים 6. הלהבים, הנוטים בניצב לכיוון זרימת המים, משנים את הכיוון שלהם לזרימה בעזרת הגלגל 4.

אחד הלהבים עשוי מקומפוזיט של חלקים פנימיים וחיצוניים משתלבים, בעל מחבר רוחבי הממוקם בזווית לציר, ונחלש על ידי רפידה אלסטית המונחת בין החלקים וחיבור אלסטי.החיבור האלסטי נעשה בצורת אריזת צלחות הפונות לזרימת המדיום, באורך משתנה, נצמדות ללהב ובמגע עם חלקו החיצוני. המכשיר מכוון לזרימת מים שטוחה. מכונות להפקת חשמל שימושיות יכולות להיות מסוג סינכרוני וא-סינכרוני.

במוצג באיור. 2, זרימת הנוזל משסתום הבקרה 1 מופנה לסירוגין לחדרים 2 ו-3 ולהיפך.

אורז. 2. טורבינה במסלול הזרימה של הסיפון

התנועה הסיבובית של הנוזל בחדרים גורמת לתנודות אוויר ולהצפתן דרך צינורות 4 ו-6 עם הפעלת הטורבינה 5 והגנרטור המחובר אליה. כדי לשפר את היעילות של המכשיר כולו, הוא מותקן בנתיב הזרימה של הסיפון. התנאים המוקדמים לפעולה ללא בעיות הם נוזל זורם, נקי ללא שברים גדולים. נדרש מתלה אשפה עבור התקנה זו.

טורבינת מים צפה בהספק של 16 קילוואט (איור 3) נועדה להמיר את האנרגיה הקינטית של הזרימה לאנרגיה מכנית ולאחר מכן לאנרגיה חשמלית. הטורבינה היא אלמנט עגול מוארך העשוי מחומר קל (קל יותר ממים) עם סנפירים סלילניים על פני השטח. האלמנט תלוי משני הצדדים על ידי מוטות המעבירים מומנט לגנרטור.

תאנה. 3. טורבינת מים צפה

תחנת הכוח ההידראולית (איור 4) מיועדת להפקת חשמל באמצעות מיני גנרטור, המונע בסיבוב על ידי רצועת הנעה אינסופית 1 ועליה ממוקמים דליי מים 2. רצועה 1 עם דליים 2 מותקנת על מסגרת 3 מסוגלים לנשיאה על גלים. מסגרת 3 מחוברת לתומך 4 שעליו ממוקם הגנרטור 5.

הדליים ממוקמים בצד החיצוני של החגורה כשהצדדים הפתוחים פונים לכיוון האופקי של זרימת המים.מספר הדליים נקבע לפי התנאי להבטחת סיבוב הגנרטור. גרסה של שימוש במכשיר מסוג "סולם" עם להבים מחוברים אפשרית.

אורז. 4. הרכבה של חגורה ודלי

המכשיר לשימוש באנרגיה הקינטית של הזרימות מורכב מגלילים אנכיים הממוקמים במים בגדות הנגדיות, עליהם מונח רולר (איור 5).

אורז. 5. התקנת מיקרו סכר

הלהבים מותקנים בין הציר העליון והתחתון של הרולר. בשל זווית ההתקפה בין השבבים לוקטור המהירות, המים הזורמים מניעים את הצילינדרים בסיבוב, ודרך הגלגלת גנרטור המייצר חשמל.

התקן לשימוש באנרגיה של הזרימות מורכב מאימפלר 1 הממוקם אנכית בזרם המים, עם שבבים 2 על 1 העליון ועל 3 התחתונים (איור 6). הקצה העליון 1 מחובר לגנרטור 4. מיקום השבבים 2 מווסת על ידי הזרימה עצמה: בניצב לזרימה הקדמית ובמקביל לתנועה במעלה הזרם.

אורז. 6. מכשיר הממיר את אנרגיית זרימת המים

תחנת הכוח המיקרו-הידרואלקטרית שרוול 1 קילוואט (MHES-1) מורכבת מטורבינה בצורת גלגל סנאי 1, שבשבת מובילה 2, צינור גמיש 3 בקוטר 150 מ"מ, מתקן יניקה של מים 4, א. גנרטור 5, יחידת בקרה 6 ומסגרת 7 (איור 7).

אורז. 7. תותב מיקרו כוח מים 1 קילוואט

הפעולה של MicroHPP זה מתבצעת באופן הבא: התקן צריכת המים 4 מרכז את המדיום ההידראולי ודרך הצינור 3 מספק הפרש גובה בין מפלס המים העליון לטורבינת העבודה 1, אינטראקציה של לחץ מסוים של הנוזל ההידראולי עם הטורבינה מניע את האחרון בסיבוב.המומנט של הטורבינה 1 מועבר לגנרטור החשמלי.

מפעל הידרואלקטרי סיפון (איור 8) משמש כאשר יש טיפה של נוזל הידראולי בגובה 1.75 מ' מהסכר או כתוצאה מתנאים טבעיים.

אורז. 8. יחידה הידראולית סיפון

פעולתם של מתקנים אלה היא כדלקמן: מעבר נוזל הידראולי דרך הטורבינה 1 עולה דרך פסגת הסכר, איור. 9, המומנט מועבר דרך הפיר 2 וגלגל השיניים 3 אל הגנרטור החשמלי 4. המדיום הנוזלי המושקע נכנס למים האחוריים דרך קו המים המתרחב.

מתקן מיקרו-הידרואלקטרי בלחץ נמוך (איור 9) פועל עם ראש נומינלי של עמוד הנוזל של לפחות H = 1.5 מ'. ככל שהצניחה פוחתת, הספק הפלט פוחת. גובה הנפילה המומלץ הוא 1.4-1.6 מ'.

אורז. 9. מפעל הידרואלקטרי בלחץ נמוך

עקרון הפעולה מבוסס על האינטראקציה של נוזל הידראולי עם אנרגיה פוטנציאלית, המומר לסיבובי ולאחר מכן לצורה חשמלית. במכשיר היניקה 1, הנוזל נכנס לטורבינה 2, הנוזל עובר מערבולת מראש ובהמשך חודר לצינור הענף עקב הנוזל הנופל, יוצר אינטראקציה עם להבי הטורבינה 2, הופך את האנרגיה הקינטית של הנוזל ל מומנט על הציר 3, ואז לגנרטור החשמלי.

משקל תחנת הלחץ הנמוך הוא 16 ק"ג בהספק P = 200 W. ממיר כח הידרו-כוח המדחף למחצה ישיר מורכב מצינור לחץ 1, ​​רשת מנחה 2, טורבינת מדחף 3, תעלת יציאה מעוגלת 4, מומנט גל הילוכים 5 וגנרטור חשמלי 6 (איור 10).

אורז. 10. ממיר זרימה ישירה למחצה

ההספק החשמלי של עיצוב זה הוא בטווח 1-10 קילוואט עם הבדל בגובה Nm = 2.2-5.7 מ' צריכת מים QH = 0.05-0.21 מ' 3m / s. הפרש הגובה Nm = 2.2-5.7 מ' מהירות הסיבוב של הטורבינה תהיה wn = 1000 סל"ד.

הממיר ההידראולי הקפסולה המבוסס על המנוע החשמלי 2PEDV-22-219 (איור 11) פועל בדומה לתחנת הכוח ההידרואלקטרית הקודמת עם ראש H = 2.5-6.3 מ' וקצב זרימת מים Q = 0.005-0.14 מ"ק לשנייה הספק חשמלי 1-5 קילוואט. קוטר טורבינות המים הוא מ-0.2 עד 0.254 מ' קוטר הגלגל ההידראולי הוא Dk = 0.35-0.4 מ'.

אורז. 11. מפעל מיקרו-הידרואלקטרי קפסולות

הממיר ההידראולי בזרימה ישירה (איור 12) מורכב מטורבינת מדחף 1, רשת מנחה 2, פיר העברת מומנט 3, גנרטור חשמלי 4, צינור פליטה 5. הוא פועל באמצעות צינור לחץ.

אורז. 12. ממיר הידראולי בזרימה ישירה

הממיר ההידרו (איור 13) נועד להמיר את האנרגיה של תווך נוזלי שנע במהירות לאנרגיה חשמלית.

אורז. 13. ממיר אנרגיה הידראולי לזרימת מים מהירה

הוא מורכב מטורבינת מדחף 1, הממוקמת בקפסולה 2, ומותקן על זרמי מים הנקראים "זרמים מהירים". הקפסולה ממוקמת בשבשבת המנחה 4, אשר מותקנת בתוך המדיום הנוזל. המומנט מהטורבינה מועבר אל הציר 5, ולאחר מכן אל הגנרטור החשמלי 6.