Возобновляемые источники энергии - малая гидроэнергетика. Падение тока

Смотрите статью в формате PDF

Часто в прошлом доступ к энергии проточной воды (в форме ручья или реки) имел решающее значение для освоения земель и экономического развития. Примером из прошлых веков здесь может служить Поток Оливский, который способствовал созданию и развитию Оливы. Первыми из его способностей были монахи из Ордена цистерцианцев, которые были предшественниками экономического развития в Европе, основанного на использовании гидроэнергии. В славные дни на небольшом ручье длиной около 10 км и общем падении около 140 м и его притоках функционировали двадцать четыре различных типа установок и мельниц, использующих энергию воды для приведения в действие производственных мощностей. В настоящее время гидроэнергетика в основном используется для производства электроэнергии. Первые гидроэлектростанции были построены во второй половине XIX века.

Водную энергию обычно можно разделить на внутреннюю водную энергию и морскую энергию. Создание внутренней водной энергии связано с циклом циркуляции воды в природе. Внутренняя гидроэнергетика основана, главным образом, на использовании энергии внутренних вод с высоким расходом и большим перепадом, измеряемым разницей «верхнего» и «нижнего» уровней воды. Аналогично, в гидроэнергии приливного моря энергия воды зависит от их количества и разности уровней между верхним и нижним источниками, но в этом случае разница между этими уровнями вызвана явлением приливов. Волновая энергия - это другой тип энергии, который можно получить из морей. В качестве движущих элементов генераторов используются огромные плавучие буи, движущиеся вверх и вниз в ритме падающих волн.

Мощность внутренних P-электростанций (Вт) определяется по простой формуле:

P = V * r * g * Hu * он, где:

V - объем воды, протекающей через турбину [м3 / с], g - ускорение свободного падения, ρ - плотность воды, Hu - полезный перепад (учитывается) с учетом потерь ΔHs в баке и линиях подачи воды к турбине, ηe - общая эффективность электростанции ( турбина и генератор).

Из приведенной формулы следует, что условием получения энергии потенциальной воды для водяных двигателей является наличие значительного падения большого количества воды в заданном месте, а также использование турбин для обеспечения максимальной эффективности при ее обработке.

Наиболее экономичным решением было бы использование энергии для накопления из природных вод на крупных водотоках, но, к сожалению, такие места в редких польских условиях встречаются редко (большинство из них уже используются). Наиболее часто используемый способ создания водопада состоит в повышении его уровня в реке или озере с помощью водослива, то есть сооружения, которое укладывает воду в русло реки или плотину, которая накапливает воду в долине реки. В случае гидроэлектростанции - ее мощность зависит главным образом от мгновенного потока (притока) воды, в то время как водохранилище водохранилища может в течение некоторого времени производить мощность, превышающую мощность, соответствующую потоку воды в реке. Резервуар также может обеспечить выравнивание потоков воды.

Висла и Дунаец имеют преобладающую гидроэлектростанцию для Польши, но в последнее время все больше внимания уделяется использованию небольших водотоков при строительстве так называемых. малые гидроэлектростанции.

В Польше в настоящее время насчитывается около 126 гидроэлектростанций и около 450 небольших частных мини-судов, в основном возобновленных в последние годы. Стоит отметить, что в результате инвентаризации, проведенной в Польше в 1954 году, было около 6330 таких активных объектов и 800 неактивных объектов.

Турбины Основным элементом гидроэлектростанции является водяная турбина, которая преобразует потенциальную и кинетическую энергию воды в механическую энергию, используемую для привода различных промышленных устройств, и в настоящее время в основном это генераторы электроэнергии.

Одним из самых старых устройств этого типа являются водяные колеса. Их можно разделить на два основных типа: экскаваторное колесо, когда лопасти лопасти приводились в движение струей воды, протекающей в корыте под колесом, и следующее колесо сверху, когда струя воды падала на водяное колесо и заполняла соответствующие деления. Дальнейшее развитие водяных двигателей уже тесно связано с водяными турбинами. Первые современные водяные турбины были разработаны в начале XIX века на основе теоретических работ Д. Бернулли и Л. Эйлера. Одним из первых современных решений, нашедших применение в промышленности, была турбина Б. Фурнейрона (1827 г.) с радиальным потоком воды. В результате дальнейших исследований были разработаны турбинные решения, которые с небольшими изменениями и улучшениями все еще используются сегодня. Основное разделение турбин вытекает из принципа использования энергии воды - потенциальной энергии и кинетической энергии:

Действие турбины (распыляется) - турбина Пелтона, Бэнкс-Мишель - в которой вода подается в ротор при атмосферном давлении. В таких турбинах используется кинетическая энергия воды. В действующей турбине энергия давления воды на входе в турбину изменяется в сопле на энергию скорости, которая затем передается в ротор, где кинетическая энергия воды преобразуется в механическую энергию.

Типичным примером такой турбины является турбина Пелтона. Турбина Пелтона используется для самых высоких отводов, достигая значения до 1000-1500 м. Турбина оснащена двойными круговыми чашами, которые действуют как лопасти. Трубопровод под давлением вода подается в сопло турбины. Плавное регулирование мощности производится путем изменения положения иглы в сопле.

Турбина Банки-Мишелла - это турбина совместного потока с широким потоком воды с прямоугольным поперечным сечением, которая дважды проходит через лопасть ротора. Рабочее колесо приводится в действие соответствующим образом профилированным 1-лопастным рулем. В части конструкции турбины было введено разделение ротора и рулевого колеса на две части: узкие в пропорции 1/3 длины и широкие в пропорции 2/3 длины. Благодаря этому разделению турбины были адаптированы к трем различным скоростям потока. Турбины - это турбины, используемые для осадков от 2 до 50 м и используемые на малых гидроэлектростанциях.

Турбины Kaplan используются для низких кровотечений. Это пропеллерные турбины с регулируемыми лопастями, благодаря которым работа турбины может быть легко адаптирована к изменяющимся потокам с практически неизменным КПД. Турбины Каплана в горизонтальной или диагональной системе в трубчатом корпусе называются трубчатыми турбинами. Трубопроводная система по сравнению с классической позволяет упростить конструкцию и снизить затраты на строительство как турбоагрегата, так и бетонного блока электростанции. Трубчатые турбины используются для небольших кровотечений. Турбина здесь часто связана с генератором через трансмиссию. Ввиду их преимуществ они подходят для использования на небольших гидроэлектростанциях, что делает их особенно важными в домашних условиях.
Турбина Фрэнсиса относится к реакционным турбинам с центростремительным и радиальным притоком. Диаметр ротора турбины Фрэнсиса составляет 0,25 ÷ 10 м, иногда мощность превышает 100 МВт, а их КПД достигает η0 = 0,94. В зависимости от высоты доступного выпуска, турбины Фрэнсиса могут быть оснащены роторами с различными скоростными дифференциалами ns. Принцип работы турбины Фрэнсиса заключается в следующем. Вода, текущая через рулевое колесо, приобретает правильное направление относительно лопастей ротора и в то же время увеличивает скорость своего потока, что обусловлено тем, что поле потока вокруг внутренней окружности рулевого колеса меньше поля потока вокруг его внешней окружности. Часть статической энергии давления воды преобразуется в руле в энергию движения. Оставшаяся часть энергии статического давления воды обрабатывается в роторе. По этой причине реакционные турбины также называют турбинами с избыточным давлением. В роторе статическая энергия давления воды непосредственно преобразуется в механическую работу благодаря силам гидродинамической реакции, действующим на лопатки рабочего колеса, вызванным давлением потока, протекающего по каналам лопаток ротора. Это явление, возникающее в сопле, при котором выходящий поток воды воздействует на сопло силами реакции, направленными противоположно направлению потока потока.

Лопасти рулевого колеса могут вращаться вокруг своих осей, давая в разных положениях разные значения струи воды и разные направления ее потока. Ротор турбины Фрэнсиса состоит из лопастей из стального листа, встроенных в два чугунных или чугунных обода. Верхний обод вместе со ступицей установлен на валу. Лопасти ротора пространственно изогнуты. К преимуществам турбин Фрэнсиса относится возможность их выполнения в различных строительных системах, адаптированных к местным условиям. На малых высотах менее 2 м всегда используются вертикальные шахтные турбины, а на шагах более 2 м - вертикальный или горизонтальный вал.

Турбина Deriaza намного сложнее, чем турбина Фрэнсиса, потому что ее лопасти регулируются. В нем используются радиальные и диагональные лопасти. Диапазон стравливания превышает турбины Каплана и превышает 100 м. Турбины Deriaza являются обратимыми и при правильном использовании могут использоваться в качестве насосов, которые используются на насосных электростанциях.

В малой гидроэнергетике используются все типы водяных турбин. В Польше на микро-гидроэлектростанциях из-за низкого расхода энергии используются реакционные турбины (Фрэнсис, Каплан, Полукаплан и пропеллеры) и редко встречно-реакционные (Мишелла-Бэнкс) или, в особых случаях, насосы для движения турбин.

Ярослав Помирский