Pienet vesivoimalat - tyypit ja projektit

Vesivoimalat ovat joukko komponentteja, jotka on kytketty toisiinsa ja joiden tehtävänä on muuntaa energiaa (kineettistä ja potentiaalista) sähköenergiaksi tai päinvastoin.

Nykyisen luokituksen mukaan pienet ovat vesivoimalaitokset (HPP) teho 10-15 MW, mukaan lukien:

• pienet vesivoimalaitokset - 1-10 MW.

• minivesivoimalat - 0,1 - 1 MW.

• mikrovesivoimala, jonka kapasiteetti on enintään 0,1 MW.

Virtauksella ja nousulla on ratkaiseva rooli vesivoimalan kapasiteetissa. Virtausta ja painetta säädetään veden yläosaan valmiiksi kerätyllä vesisyötöllä. Mitä enemmän vettä säiliössä on, sitä korkeampi on paineveden taso ja vastaavasti pää.

Vesivoimassa käytettävän vesivoimapotentiaalin lähteenä ovat suuret keskisuuret ja pienet joet, kastelu- ja vesihuoltojärjestelmät, jäätiköiden rinnevalunta ja pysyvä lumi.HPP:t eroavat toisistaan ​​pääasiassa paineenmuodostustavan, virtauksen säädön asteen, asennettujen päälaitteiden tyypin, vesivirran käytön monimutkaisuuden (yksi- tai monitoimi) jne.

Pienet vesivoimalaitokset (pienet vesivoimalat) ovat erityisen tärkeässä roolissa sähkön toimittamisessa autonomisille kuluttajille, jotka ovat hajallaan voimalinjoista. Artikkelissa käsitellään yhteisiä projekteja, joissa käytetään pienten purojen energiaa.

Asetukset nykyisen ympäristön käyttöön on esitetty kuvassa. 1 a. Se toimii seuraavasti. Kun virtaava väliaine vaikuttaa pystysuoraan siipiin 1, syntyy hydrodynaaminen voima, joka käyttää painolastivanteita. Kinemaattisen linkin 3 kautta tuki välittää vääntömomentin generaattorin akselille, kun taas generaattori itse pysyy paikallaan. Tämä vesivoimalaitos toimii alankoisilla vesistöillä, joiden koko ja energia määräävät sen kapasiteetin.

Riisi. 1. Tasaisen vesivoimalan toimintasuunnitelmat: a) tasainen vesivoimalaitos, b) b) vesivoimala.

Vesivoimalaitos (kuva 1, b) käyttää liikkuessaan nesteen energiaa juoksupyörän 6 avulla. Juoksupyörässä 1 on akseli ja sen päällä olevat siivet. Asennus on asennettu ponttoneihin 6 kiinnitetylle rungolle 7. Veden virtaussuuntaan nähden kohtisuorassa vinossa olevat lavat muuttavat suuntaustasa virtaukseen pyörän 4 avulla.

Toinen siivekkeistä on tehty toisiinsa lukittuvien sisä- ja ulkoosien yhdistelmästä, jossa on poikittaisliitin, joka sijaitsee kulmassa akseliin nähden, ja sitä heikentää osien väliin sijoitettu elastinen pehmuste ja joustava liitos.Elastinen liitos on tehty väliaineen virtausta päin olevan levypaketin muodossa, vaihtelevan pituinen, kiinnittyvä terään ja kosketuksessa sen ulkoosan kanssa. Laite on suunnattu tasaiseen vesivirtaukseen. Sovellettavat tehontuotantokoneet voivat olla synkronisia ja asynkronisia.

Kuvassa esitetyssä Kuviossa 2 nestevirtaus ohjausventtiilistä 1 ohjataan vuorotellen kammioihin 2 ja 3 ja päinvastoin.

Riisi. 2. Turbiini sifonin virtausreitillä

Nesteen pyörivä liike kammioissa aiheuttaa ilman värähtelyjä ja niiden ylivuotoa putkistojen 4 ja 6 läpi turbiinin 5 ja siihen liitetyn generaattorin aktivoituessa. Koko laitteen tehokkuuden parantamiseksi se asennetaan sifonin virtausreitille. Ongelmattoman toiminnan edellytyksenä on virtaava neste, puhdas ilman suuria fraktioita. Tätä asennusta varten tarvitaan roskakori.

Kelluva vesiturbiini, jonka teho on 16 kW (kuva 3), on suunniteltu muuttamaan virtauksen liike-energia mekaaniseksi ja sitten sähköenergiaksi. Turbiini on pitkänomainen pyöreä elementti, joka on valmistettu kevyestä (vettä kevyemmästä) materiaalista ja jonka pinnassa on kierreevät. Elementti on ripustettu molemmilta puolilta tangoilla, jotka välittävät vääntömomentin generaattoriin.

Kuva. 3. Kelluva vesiturbiini

Hydraulivoimalaitos (kuva 4) on suunniteltu tuottamaan sähköä minigeneraattorin kautta, jota pyöritetään päättömällä käyttöhihnalla 1, jonka päällä on vesikauhat 2. Hihna 1 kauhoineen 2 on asennettu runkoon 3 voidaan kuljettaa aalloilla . Runko 3 on kiinnitetty tukeen 4, jolla generaattori 5 sijaitsee.

Kauhat sijaitsevat hihnan ulkopuolella siten, että avoimet sivut osoittavat veden virtauksen vaakasuoraan suuntaan.Kauhojen lukumäärä määräytyy generaattorin pyörimisen varmistamiseksi. Vaihtoehto "tikkaat"-tyyppisestä laitteesta, johon on kiinnitetty terät, on mahdollista.

Riisi. 4. Hihnan ja kauhan kokoaminen

Virtausten liike-energian hyödyntämislaite koostuu vastakkaisilla rannoilla vedessä sijaitsevista pystysylintereistä, joiden päälle on asetettu rulla (kuva 5).

Riisi. 5. Mikropadon asennus

Terät on asennettu rullan ylä- ja alaakselin väliin. Siipien ja nopeusvektorin välisen iskukulman ansiosta virtaava vesi pyörittää sylintereitä ja rullan kautta generaattoria, joka tuottaa sähköä.

Virtausten energian käyttölaite koostuu pystysuorassa vesivirtauksessa sijaitsevasta siipipyörästä 1, jossa on saranoidut siivet 2 yläreunassa 1 ja alareunassa 3 (kuva 6). Yläreuna 1 on liitetty generaattoriin 4. Siipien 2 asentoa säätelee itse virtaus: kohtisuorassa etuvirtaukseen nähden ja yhdensuuntaisesti ylävirran liikkeen kanssa.

Riisi. 6. Laite, joka muuntaa veden virtauksen energian

Hihainen mikrovesivoimalaitos 1 kW (MHES-1) koostuu oravapyörän muotoisesta turbiinista 1, ohjaussiivestä 2, joustavasta putkistosta 3, jonka halkaisija on 150 mm, veden imulaitteesta 4, generaattori 5, ohjausyksikkö 6 ja runko 7 (kuvio 7).

Riisi. 7. Holkkien mikrovesivoima 1 kW

Tämän MicroHPP:n toiminta tapahtuu seuraavasti: vedenottolaite 4 keskittää hydraulisen väliaineen ja putkilinjan 3 kautta tarjoaa korkeuseron ylemmän vedenpinnan ja työturbiinin 1 välillä, hydraulinesteen tietyn paineen vuorovaikutus. turbiinin kanssa pyörittää jälkimmäistä.Turbiinin 1 vääntömomentti välittyy sähkögeneraattoriin.

Sifonivesivoimalaitosta (kuva 8) käytetään silloin, kun hydraulinestepisara on 1,75 metrin korkeudella patoa tai luonnonolosuhteiden seurauksena.

Riisi. 8. Sifonihydrauliikkayksikkö

Näiden laitteistojen toiminta on seuraava: hydraulinesteen kulku turbiinin 1 läpi kohoaa padon harjan läpi, kuva 10. Kuviossa 9 vääntömomentti välittyy akselin 2 ja hihnapyörän 3 kautta sähkögeneraattorille 4. Käytetty nestemäinen väliaine tulee takaveteen laajenevan vesilinjan kautta.

Matalapaineinen mikrovesilaitteisto (kuva 9) toimii nestepatsaan nimelliskorkeudella vähintään H = 1,5 m. Kun pudotus pienenee, lähtöteho pienenee. Suositeltu pudotuskorkeus on 1,4-1,6 m.

Riisi. 9. Matalapainevesivoimala

Toimintaperiaate perustuu hydraulinesteen vuorovaikutukseen potentiaalienergian kanssa, joka muunnetaan pyöriväksi ja sitten sähköiseksi. Imulaitteessa 1 neste tulee turbiiniin 2, neste esipyörteillä ja putoavan nesteen johdosta edelleen haaraputkeen tunkeutuessaan on vuorovaikutuksessa turbiinin 2 siipien kanssa, muuntaa nesteen liike-energian vääntömomentti akselille 3, sitten sähkögeneraattoriin.

Matalapaineaseman paino on 16 kg teholla P = 200 W. Potkurin puolisuora vesivoimamuunnin koostuu paineputkesta 1, ohjausritilästä 2, potkuriturbiinista 3, pyöristetystä poistokanavasta 4, vääntömomentista voimansiirtoakseli 5 ja sähkögeneraattori 6 (kuva 10).

Riisi. 10. Puolisuora virtausmuunnin

Tämän mallin sähköteho on 1-10 kW korkeuserolla Nm = 2,2-5,7 m. Vedenkulutus QH = 0,05-0,21 m 3m/s. Korkeusero Nm = 2,2-5,7 m. Turbiinin pyörimisnopeus tulee olemaan wn = 1000 rpm.

2PEDV-22-219 sähkömoottoriin perustuva kapselihydrauliikkamuunnin (kuva 11) toimii samalla tavalla kuin edellinen vesivoimalaitos, jonka nostokorkeus H = 2,5-6,3 m ja veden virtausnopeus Q = 0,005-0,14 m 3 / s. Sähköteho 1-5 kW. Vesiturbiinien halkaisija on 0,2-0,254 m. Hydraulipyörän halkaisija on Dk = 0,35-0,4 m.

Riisi. 11. Kapseli-mikrovesivoimala

Suoravirtaushydrauliikkamuunnin (kuva 12) koostuu potkuriturbiinista 1, ohjausristikköstä 2, vääntömomentin voimansiirtoakselista 3, sähkögeneraattorista 4, pakoputkesta 5. Se toimii paineputkella.

Riisi. 12. Suoravirtaushydraulimuunnin

Hydrokonvertteri (kuva 13) on suunniteltu muuttamaan nopeasti liikkuvan nestemäisen väliaineen energiaa sähköenergiaksi.

Riisi. 13. Hydraulinen energianmuunnin nopeaan vedenvirtaukseen

Se koostuu potkuriturbiinista 1, joka sijaitsee kapselissa 2 ja on asennettu vesivirtoihin, joita kutsutaan "nopeiksi virroiksi". Kapseli sijaitsee ohjaussiivessä 4, joka on asennettu nesteväliaineen sisään. Turbiinin vääntömomentti välittyy akselille 5 ja sitten sähkögeneraattorille 6.