Malé vodní elektrárny - typy a projekty

Vodní elektrárny jsou souborem komponentů, které jsou vzájemně propojeny a slouží k přeměně energie (kinetické a potenciální) na energii elektrickou nebo naopak.

Podle stávající klasifikace jsou malé vodní elektrárny (HPP) výkon až 10-15 MW, včetně:

• malé vodní elektrárny — od 1 do 10 MW.

• mini-vodní elektrárny — od 0,1 do 1 MW.

• mikrovodní elektrárna — s výkonem do 0,1 MW.

Průtok a spád hrají rozhodující roli ve kapacitě vodní elektrárny. Průtok a tlak jsou regulovány pomocí přívodu vody předem akumulovaného v horní části vody. Čím více vody v nádrži, tím vyšší je tlaková hladina vody a tím i dopravní výška.

Zdrojem hydroenergetického potenciálu využívaného ve vodní energetice jsou velké střední a malé řeky, závlahové a vodovodní systémy, svahový odtok ledovců a trvalý sníh.VE se od sebe liší především způsobem vytváření tlaku, stupněm regulace průtoku, typem instalovaného hlavního zařízení, složitostí využití vodního toku (jedno nebo vícefunkční) atd.

Malé vodní elektrárny (malé vodní elektrárny) hrají zvláště důležitou roli v dodávce elektřiny autonomním spotřebitelům rozptýleným daleko od elektrického vedení. Článek pojednává o běžných projektech, které využívají energii malých toků.

Nastavení pro použití aktuálního prostředí je znázorněno na Obr. 1a. Funguje následovně. Když jsou vertikální lopatky 1 ovlivňovány proudícím médiem, vzniká hydrodynamická síla, která pohání balastní ráfky. Prostřednictvím kinematického článku 3 přenáší podpěra krouticí moment na hřídel generátoru, zatímco generátor samotný zůstává nehybný. Tato vodní elektrárna funguje na nížinných vodních tocích, jejichž velikost a energie určují její kapacitu.

Rýže. 1. Schémata provozu ploché vodní elektrárny: a) plochá vodní elektrárna, b) b) vodní elektrárna.

Vodní elektrárna (obr. 1, b) využívá při pohybu energii kapaliny pomocí oběžného kola 6. Oběžné kolo 1 obsahuje hřídel a na něm umístěné lopatky. Instalace je namontována na rámu 7 upevněném na pontonech 6. Lopatky, kolmo nakloněné ke směru proudění vody, mění pomocí kola 4 svou orientaci na proudění.

Jedna z čepelí je vyrobena z kompozitu do sebe zapadajících vnitřních a vnějších částí, majících příčnou spojku umístěnou pod úhlem k ose, a je zeslabena elastickou podložkou umístěnou mezi částmi a elastickým spojením.Elastické spojení je vytvořeno ve formě svazku desek obrácených k proudu média, o různé délce, přiléhajících k čepeli a v kontaktu s její vnější částí. Zařízení je orientováno na plochý proud vody. Použité stroje na výrobu energie mohou být synchronního a asynchronního typu.

Na vyobrazení na Obr. Jak je znázorněno na obr. 2, proud tekutiny z řídicího ventilu 1 je střídavě odváděn do komor 2 a 3 a naopak.

Rýže. 2. Turbína v průtokové dráze sifonu

Rotační pohyb kapaliny v komorách způsobuje kmitání vzduchu a jeho přetékání potrubím 4 a 6 při aktivaci turbíny 5 a k ní připojeného generátoru. Pro zlepšení účinnosti celého zařízení se instaluje do průtokové cesty sifonu. Předpokladem bezproblémového provozu je proudící kapalina, čistá bez velkých frakcí. Pro tuto instalaci je nutný koš na odpadky.

Plovoucí vodní turbína o výkonu 16 kW (obr. 3) je určena k přeměně kinetické energie proudění na mechanickou a následně na elektrickou energii. Turbína je podlouhlý kruhový prvek vyrobený z lehkého (lehčího než voda) materiálu se šroubovitými žebry na povrchu. Prvek je na obou stranách zavěšen na tyčích, které přenášejí krouticí moment na generátor.

Obr. 3. Plovoucí vodní turbína

Hydraulická elektrárna (obr. 4) je navržena pro výrobu elektrické energie prostřednictvím minigenerátoru, který je poháněn do otáčení nekonečným hnacím řemenem 1 s na něm umístěnými kbelíky na vodu 2. Pás 1 s kbelíky 2 je namontován na rámu 3 schopné být neseny na vlnách . Rám 3 je připevněn k podpěře 4, na které je umístěn generátor 5.

Kbelíky jsou umístěny na vnější straně pásu s otevřenými stranami obrácenými k horizontálnímu směru toku vody.Počet lopatek je dán podmínkou pro zajištění rotace generátoru. Je možná varianta použití zařízení typu "žebřík" s připojenými lopatkami.

Rýže. 4. Montáž pásu a lopaty

Zařízení pro využití kinetické energie proudů se skládá z vertikálních válců umístěných ve vodě na protilehlých březích, na kterých je umístěn válec (obr. 5).

Rýže. 5. Instalace mikropřehrady

Nože jsou namontovány mezi horní a spodní osou válce. Kvůli úhlu náběhu mezi lopatkami a vektorem rychlosti pohání proudící voda rotační válce a prostřednictvím válce generátor, který vyrábí elektřinu.

Zařízení pro využití energie proudů se skládá z oběžného kola 1 umístěného svisle ve vodním toku, se sklopnými lopatkami 2 na horním 1 a spodním 3 okraji (obr. 6). Horní hrana 1 je spojena s generátorem 4. Poloha lopatek 2 je regulována samotným prouděním: kolmo k přednímu proudu a rovnoběžně s pohybem proti proudu.

Rýže. 6. Zařízení, které přeměňuje energii proudění vody

Rukávová mikrovodní elektrárna 1 kW (MHES-1) se skládá z turbíny ve tvaru veverkového kola 1, rozváděcí lopatky 2, ohebného potrubí 3 o průměru 150 mm, zařízení na nasávání vody 4, a generátor 5, řídicí jednotku 6 a rám 7 (obr. 7).

Rýže. 7. Pouzdro mikro vodní elektrárny 1 kW

Provoz tohoto MicroHPP se provádí následovně: zařízení pro přívod vody 4 koncentruje hydraulické médium a potrubím 3 zajišťuje výškový rozdíl mezi horní hladinou vody a pracovní turbínou 1, interakce určitého tlaku hydraulické kapaliny s turbínou pohání druhý v rotaci.Točivý moment turbíny 1 je přenášen na elektrický generátor.

Sifonová vodní elektrárna (obr. 8) se používá tam, kde dochází k poklesu hydraulické kapaliny ve výšce 1,75 m od hráze nebo v důsledku přírodních podmínek.

Rýže. 8. Hydraulická jednotka sifonu

Provoz těchto zařízení je následující: průchod hydraulické kapaliny turbínou 1 stoupá korunou hráze, obr. Jak je znázorněno na obr. 9, je krouticí moment přenášen přes hřídel 2 a řemenové kolo 3 na elektrický generátor 4. Spotřebované kapalné médium vstupuje do zpětné vody přes expandující vodní potrubí.

Nízkotlaká mikrohydroelektrárna (obr. 9) pracuje se jmenovitou výškou sloupce kapaliny minimálně H = 1,5 m. S klesajícím poklesem výstupního výkonu klesá. Doporučená výška pádu je 1,4-1,6 m.

Rýže. 9. Nízkotlaká vodní elektrárna

Princip činnosti je založen na interakci hydraulické kapaliny s potenciální energií, přeměněné na rotační a následně na elektrickou formu. V sacím zařízení 1 kapalina vstupuje do turbíny 2, kapalina je předem promíchána a dále proniká odbočkou v důsledku padající kapaliny, interaguje s lopatkami turbíny 2, přeměňuje kinetickou energii kapaliny na kroutící moment na hřídeli 3, poté na elektrický generátor.

Hmotnost nízkotlaké stanice je 16 kg o výkonu P = 200 W. Vrtulový polopřímý hydroenergetický měnič se skládá z tlakového potrubí 1, vodící mřížky 2, vrtulové turbíny 3, zaobleného výstupního kanálu 4, krouticího momentu převodový hřídel 5 a elektrický generátor 6 (obr. 10).

Rýže. 10. Polopřímý průtokový měnič

Elektrický výkon tohoto provedení je v rozmezí 1-10 kW s rozdílem výšky Nm = 2,2-5,7 m. Spotřeba vody QH = 0,05-0,21 m 3m/s. Rozdíl výšky Nm = 2,2-5,7 m. Rychlost otáčení turbíny bude wn = 1000 ot./min.

Kapslový hydroměnič na bázi elektromotoru 2PEDV-22-219 (obr. 11) pracuje podobně jako předchozí vodní elektrárna se spádem H = 2,5-6,3 m a průtokem vody Q = 0,005-0,14 m 3 / s. Elektrický výkon 1-5 kW. Průměr vodních turbín je od 0,2 do 0,254 m. Průměr hydraulického kola je Dk = 0,35-0,4 m.

Rýže. 11. Kapslová mikroelektrárna

Přímoproudý hydroměnič (obr. 12) se skládá z vrtulové turbíny 1, vodící mřížky 2, hřídele pro přenos točivého momentu 3, elektrického generátoru 4, výfukového potrubí 5. Pracuje pomocí tlakového potrubí.

Rýže. 12. Hydraulický měnič s přímým průtokem

Hydrokonvertor (obr. 13) je určen k přeměně energie rychle se pohybujícího kapalného média na elektrickou energii.

Rýže. 13. Hydraulický měnič energie pro rychlý průtok vody

Skládá se z vrtulové turbíny 1 umístěné v pouzdru 2 a je instalován na vodních proudech nazývaných «rychloproudy». Kapsle je umístěna ve vodicí lopatce 4, která je namontována uvnitř tekutého média. Točivý moment z turbíny se přenáší na hřídel 5 a poté na elektrický generátor 6.