Оборудование и технологии гидроэнергетики

Мировой опыт. Мировой опыт показывает, что освоение гидропотенциала малых рек при использовании малых ГЭС и микроГЭС решает проблемы улучшения энергоснабжения многочисленных мелких автономных потребителей.

Наиболее эффективными являются малые ГЭС, устанавливаемые на уже существующих гидротехнических сооружениях. По данным фирмы «Эллис-Чалмерс» (США), удельные капиталовложения для ГЭС, заново сооружаемых, равны 1100…1400 долл. США/кВт (мощность 10 МВт) и 6800…8700 долл. США/кВт (мощность до 1 МВт). В то же время для малых ГЭС, достраиваемых в составе действующих гидроузлов, удельные капитальные вложения уменьшаются до 500…2000 долл. США/кВт. Стоимость строительства малой ГЭС мощностью 1 МВт составляет 0,5…2 млн долл. США. Прибыль при этом равна 300 000 долл. США/год, а сроки окупаемости капитальных вложений — 2…6 лет.

Оборудование для малых ГЭС в данное время выпускают многочисленные фирмы США, Японии, Швеции, Швейцарии, Франции, Австрии, Великобритании. Начато производство такого оборудования и в странах Восточной Европы.

ГЭС, использующие потенциальную энергию малых рек за счет напора, который возникает при перепаде высот свободного уровня реки, по способу создания напора разделяются на плотинные, деривационные, смешанные (плотиннодеривационные) и малые ГЭС при готовом напорном фронте (на перепадах каналов в системах водоснабжения).

Плотинные ГЭС — это наиболее распространенные схемы энергоиспользования энергии малых рек. Такие схемы характеризуются возможностью выхода подпорного уровня на заплавы, что приводит к подтоплению пойм, но вместе с тем позволяет за счет создания водохранилища более полно использовать естественные стоки даже при значительном колебании расхода воды на протяжении года.

Широкий диапазон единичной мощности гидроагрегатов (от 100 до 10 000 кВт), принятый в настоящее время для малых ГЭС, позволяет применять разнообразные конструктивные решения даже в пределах одного типа гидротурбин.

Основную регулирующую емкость каскада малых ГЭС целесообразно располагать в верхнем течении реки, где убытки от подтопления значительно меньше. Компоновка сооружений в составе плотинных гидроузлов выполняется с учетом требований пропуска паводка и удобства выполнения строительных работ. В низконапорных гидроузлах без регулирования стока стоимость водосбросных сооружений высока, так как для пропуска паводка необходима большая протяженность водосбросного фронта. Поэтому на реках с широкой поймой используются, главным образом, малые ГЭС руслового типа с пропуском части воды при полноводье поймой в обход гидроузла.

Деривационные и смешанные плотинно-деривационные системы используются при строительстве малых ГЭС, главным образом, в горных районах. Схемы деривационных станций могут быть следующими: деривация в течении и деривация на выпрямление русла реки. Выпрямляя деривацией отдельные изгибы реки, можно достичь значительного напора даже на реках с небольшим уклоном.

В смешанных (плотинно-деривационных) схемах можно создавать регулирующие водохранилища. Их применение в верховьях рек или на притоках обеспечит регулирование стока воды.

В случае применения малых ГЭС при готовом напорном фронте ГЭС сооружаются в створах с готовым напорным фронтом. Такими створами могут служить водохранилища неэнергетического назначения, перепады каналов разнообразного назначения, трубопроводы систем водоснабжения (промышленного, сельскохозяйственного и жилищно-коммунального).

Вместо перепадного сооружения целесообразно строительство малых ГЭС на каналах. Таким образом, существуют разнообразные схемы сооружений малых ГЭС.

К категории микроГЭС в настоящее время относят гидроэлектрические станции мощностью менее 100 кВт, при этом мощность одного гидроагрегата, как правило, не превышает 50 кВт. Некоторые зарубежные фирмы, например, австрийские «Элин» и «Кесслер», шведская «Скандия» и другие выпускают компактные микроГЭС, полностью изготовленные на заводе. Стандартные гидроагрегаты имеют аппаратуру регулирования, гидротурбину, трансформатор, распределительные приборы и доставляются к месту монтажа в собранном виде. Огромное количество микроГЭС производится в КНР, где из работающих 90 тыс. малых ГЭС 60 тыс. имеют мощность меньше 25 кВт.

Основное преимущество свободнопотоковых ГЭС заключается в том, что при их строительстве не нужны плотины, они не подтапливают берега, их можно размещать последовательно вдоль малой реки. Главный элемент таких ГЭС — это турбины. Среди них наиболее распространены следующие:

• турбины, использующие силу лобового сопротивления потока воды;
• турбины, использующие гидродинамическую подъемную силу.

По принципу работы свободнопотоковая турбина представляет собой своеобразную подводную ветряную мельницу, которая использует энергию течения реки. В США, Японии, Бразилии, Швеции ведутся разработки огромных свободнопотоковых турбин, использующих кинетическую энергию океанских течений. В США, около Нью-Йорка, работает 100-киловатгная турбина, преобразующая энергию океанского течения.

Рабочий момент на турбине, использующей силу лобового сопротивления потока воды, возникает благодаря лобовому давлению воды на лопасти; такой же принцип применения в старых водяных мельницах. Подобные схемы имеют существенные недостатки, например, малая скорость вращения турбины и низкий КПД, едва достигающий 0,1. Коэффициент полезного действия водяной турбины, использующей гидродинамическую подъемную силу с применением насадки, достигает 0,5…0,75.

Лопасти свободнопотоковых турбин, использующие гидродинамическую подъемную силу, имеют профиль, на котором возникает подъемная сила, во много раз превышающая силу лобового давления на лопасть. Благодаря этому такие турбины развивают большую скорость вращения и имеют более высокий КПД — до 0,5. Турбины, ось вращения которых перпендикулярна направлению водного потока, так называемые роторы Дарье, имеют КПД около 0,4. Наличие направляющего аппарата (насадки) позволяет повысить КПД турбин до 0,75.

Существует множество разработок гидроагрегатов такого типа, например, гирляндные свободнопотоковые турбины, малые роторы Савониуса, роторы Дарье. Однако в настоящее время почти ничего неизвестно о сооружении или опытной эксплуатации свободнопотоковых турбин на малых реках.

Дата публикации: 25.02.2013

Похожие записи:

• Оценка гидропотенциала Украины
• Малая гидроэнергетика Украины
• Перспективы развития малой гидроэнергетики в Украине
• Малая ГЭС
• Новости гидроэнергетики
• Морская электростанция