Micro hydro

редактировать

Микро-гидроэлектростанции на северо-западе Вьетнама

Микро-гидроэлектростанции - это тип гидроэлектроэнергии, который обычно производит от 5 до 100 кВт электроэнергии с использованием естественный поток воды. Установки мощностью менее 5 кВт называются пикогидро. Эти установки могут обеспечивать электроэнергией изолированный дом или небольшой поселок, или иногда они подключаются к электросетям, особенно там, где предлагается чистое измерение. Многие из этих установок расположены по всему миру, особенно в развивающихся странах, поскольку они могут обеспечить экономичный источник энергии без покупки топлива. Микрогидросистемы дополняют солнечные фотоэлектрические системы, потому что во многих регионах поток воды и, следовательно, доступная гидроэнергия максимальны зимой, когда солнечная энергия минимальна. Микро-гидросистема часто выполняется с помощью колеса Пелтона для подачи воды с высоким напором и низким расходом. Установка часто представляет собой небольшой загороженный бассейн на вершине водопада с несколькими сотнями футов трубы, ведущей к небольшому корпусу генератора. На участках с низким напором обычно используются водяные колеса и шурупы Архимеда.

Содержание

  • 1 Конструкция
  • 2 Напор и расход
  • 3 Регулирование и работа
  • 4 Типы турбин
  • 5 Использование
    • 5.1 Потенциал для развития сельской местности
  • 6 Стоимость
  • 7 Преимущества и недостатки
    • 7.1 Преимущества
    • 7.2 Недостатки
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

Строительство

Типовая установка микрогидро.

Детали конструкции микрогидроустановки зависят от конкретного места. Иногда имеется существующий пруд-мельница или другой искусственный резервуар, который можно приспособить для производства электроэнергии. Как правило, микрогидросистемы состоят из ряда компонентов. Наиболее важные из них включают водозабор, в котором вода отводится из естественного ручья, реки или, возможно, водопада. Для защиты от плавающего мусора и рыбы требуется приемная конструкция, такая как ловушка, с использованием сетки или решетки для защиты от крупных объектов. В умеренном климате эта конструкция также должна противостоять льду. Входное отверстие может иметь заслонку, позволяющую обезвоживать систему для осмотра и обслуживания.

Затем водозабор выводится через канал, а затем через передний залив. Отверстие используется для удержания наносов. Внизу системы вода направляется по трубопроводу (напорный трубопровод ) в здание электростанции, в котором находится турбина. Напорный водовод создает давление от воды, которая стекала вниз. В горных районах доступ к водопроводу может создавать значительные проблемы. Если источник воды и турбина находится далеко друг от друга, строительство напорного трубопровода может быть самой большой частью расходов на строительство. На турбине установлен регулирующий клапан для регулирования расхода и скорости турбины. Турбина преобразует поток и давление воды в механическую энергию; вода, выходящая из турбины, возвращается в естественный водоток по отводному каналу. Турбина включает генератор , который затем подключается к электрическим нагрузкам ; это может быть напрямую связано с энергосистемой одного здания в очень небольших установках или может быть подключено к коммунальной распределительной системе для нескольких домов или зданий.

Обычно микрогидроустановки не имеют плотины и водохранилища, как и большие гидроэлектростанции, полагаясь на минимальный поток воды, доступный круглый год.

Характеристики напора и расхода

Микрогидро-системы обычно устанавливаются в районах, способных производить до 100 киловатт электроэнергии. Этого может быть достаточно для питания дома или небольшого предприятия. Этот производственный диапазон рассчитывается по «напору» и «расходу». Чем выше каждый из них, тем больше мощности доступно. Гидравлический напор - это измерение давления воды, падающей в трубу, выраженное как функция вертикального расстояния, на которое вода падает. Это изменение высоты обычно измеряется в футах или метрах. Требуется падение с высоты не менее 2 футов, иначе система может оказаться невозможной. При количественном определении напора необходимо учитывать как общий, так и чистый напор. Общий напор приближает доступ к мощности только по измерению вертикального расстояния, тогда как чистый напор вычитает потерю давления из-за трения в трубопроводе из общего напора. «Поток» - это фактическое количество воды, падающей с участка, и обычно измеряется в галлонах в минуту, кубических футах в секунду или литрах в секунду. Установка с низким расходом / высоким напором на крутых склонах требует значительных затрат на трубопровод. Длинный напорный трубопровод начинается с трубы низкого давления наверху и трубы с постепенным увеличением давления ближе к турбине, чтобы снизить затраты на трубы.

Доступная мощность в киловаттах такой системы может быть рассчитана по формуле P = Q * H / k, где Q - расход в галлонах в минуту, H - статический напор, а k постоянная величина 5,310 галлонов * фут / мин * кВт. Например, для системы с расходом 500 галлонов в минуту и ​​статическим напором 60 футов теоретическая максимальная выходная мощность составляет 5,65 кВт. Система не имеет 100% КПД (от получения всего 5,65 кВт) из-за реальных условий, таких как: КПД турбины, трение в трубе и преобразование потенциальной энергии в кинетическую. КПД турбины обычно составляет 50-80%, а трение в трубе учитывается с помощью уравнения Хазена – Вильямса.

Регулирование и работа

Обычно автоматический контроллер управляет впускным клапаном турбины для поддержания постоянного скорость (и частота) при изменении нагрузки на генератор. В системе, подключенной к сети с несколькими источниками, управление турбиной гарантирует, что мощность всегда перетекает от генератора в систему. Частота генерируемого переменного тока должна соответствовать местному стандарту частота электросети. В некоторых системах, если полезная нагрузка на генератор недостаточно высока, блок нагрузки может автоматически подключаться к генератору для рассеивания энергии, не необходимой для нагрузки; хотя при этом расходуется энергия, это может потребоваться, если невозможно контролировать поток воды через турбину.

индукционный генератор всегда работает на частоте сети независимо от скорости его вращения; все, что необходимо, - это убедиться, что он приводится в движение турбиной быстрее, чем синхронная скорость, чтобы он генерировал мощность, а не потреблял ее. Другие типы генераторов могут использовать системы контроля скорости для согласования частоты.

При наличии современной силовой электроники часто проще управлять генератором на произвольной частоте и подавать его выход через инвертор , который выдает выходной сигнал на частоте сети. Силовая электроника теперь позволяет использовать генераторы с постоянными магнитами, которые производят дикий переменный ток, для стабилизации. Такой подход позволяет низкоскоростным / малонапорным водяным турбинам быть конкурентоспособными; они могут работать с максимальной скоростью для извлечения энергии, а частота сети контролируется электроникой, а не генератором.

Очень маленькие установки (pico hydro ), мощностью несколько киловатт или меньше, могут генерировать постоянный ток и заряжать батареи в периоды пиковой нагрузки.

Типы турбин

Несколько типов гидротурбин могут использоваться в микрогидроустановках, выбор зависит от напора воды, объема потока и таких факторов, как доступность местного обслуживания и транспортировка оборудования на площадку. Для холмистых регионов, где может быть водопад высотой 50 метров и более, можно использовать колесо Пелтона. Для установок с низким напором используются турбины пропеллерного типа Francis или . В установках с очень низким напором, всего несколько метров, можно использовать винтовые турбины в яме или водяные колеса и винты Архимеда. Небольшие микрогидроустановки могут успешно использовать промышленные центробежные насосы, работающие в обратном направлении в качестве первичных двигателей; хотя эффективность может быть не такой высокой, как у специализированного бегуна, относительно низкая стоимость делает проекты экономически целесообразными.

В установках с низким напором затраты на обслуживание и механизмы могут быть относительно высокими. Система с низким напором перемещает большее количество воды и с большей вероятностью столкнется с мусором на поверхности. По этой причине турбина Банки, также называемая турбиной Оссбергера, самоочищающееся под давлением водяное колесо с поперечным потоком, часто является предпочтительным для микрогидравлических систем с низким напором. Хотя он менее эффективен, его более простая конструкция менее дорога, чем другие турбины с низким напором такой же мощности. Поскольку вода поступает внутрь, а затем выходит из нее, она очищается сама и менее подвержена забиванию мусором.

  • Винтовая турбина (винт обратного Архимеда): две схемы с низким напором в Англии, Settle Hydro и Torrs Hydro используют винт Архимеда, который является еще одним мусором- терпимый дизайн. КПД 85%.
  • Горлов : свободный поток винтовой турбины Горлова или ограниченный поток с плотиной или без,
  • турбины Фрэнсиса и пропеллерные.
  • турбина Каплана : высокая проточная, малонапорная, пропеллерная турбина. Альтернативой традиционной турбине Каплана является медленно вращающаяся турбина VLH с постоянным магнитом и открытым потоком большого диаметра с КПД 90%.
  • Водяное колесо : усовершенствованные гидравлические водяные колеса и реактивная турбина с гидравлической частью колеса может имеют гидравлический КПД 67% и 85% соответственно. Максимальный КПД водяного колеса при перебеге (гидравлический КПД) составляет 85%. Водяные колеса с пониженным напором могут работать с очень низким напором, но также имеют КПД ниже 30%.
  • Гравитационная водовихревая электростанция : часть речного потока у плотины или естественного водопада отводится в круглый бассейн с центральный нижний выход, создающий вихрь. Простой ротор (и подключенный генератор) приводится в движение кинетической энергией. Эффективность от 83% до 64% ​​при 1/3 части потока.

Использование

Системы Microhydro очень гибкие и могут быть развернуты в различных средах. Они зависят от того, какой поток воды имеет источник (ручей, река, ручей) и скорость потока воды. Энергия может храниться в аккумуляторных батареях на объектах, удаленных от объекта, или использоваться в дополнение к системе, которая напрямую подключена, чтобы в периоды высокого спроса была доступна дополнительная резервная энергия. Эти системы могут быть спроектированы так, чтобы минимизировать воздействие на население и окружающую среду, регулярно вызываемое большими плотинами или другими объектами массового производства гидроэлектростанций.

Потенциал для развития сельских районов

В отношении развития сельских районов простота и низкая относительная стоимость микрогидравлических систем открывают новые возможности для некоторых изолированных сообществ, нуждающихся в электроэнергии. Имея лишь небольшой поток, удаленные районы могут получить доступ к освещению и коммуникациям для домов, медицинских клиник, школ и других объектов. Microhydro может даже использовать оборудование определенного уровня для поддержки малого бизнеса. В регионах вдоль гор Анд, а также в Шри-Ланке и Китае уже есть аналогичные активные программы. Одним из, казалось бы, неожиданных способов использования таких систем в некоторых областях является удержание молодых членов сообщества от переезда в более городские районы с целью стимулирования экономического роста. Кроме того, по мере роста возможности финансовых стимулов для менее углеродоемких процессов будущее микрогидросистем может стать более привлекательным.

Микрогидроустановки также могут использоваться в различных целях. Например, проекты микрогидроэнергетики в сельских районах Азии включали в разработку проекта предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, такие как рисовые мельницы, наряду со стандартной электрификацией.

Стоимость

Стоимость микрогидростанции может составлять от 1000 до 5000 долларов США за установленный кВт

Преимущества и недостатки

Преимущества

Микрогидроэнергия вырабатывается посредством процесса, в котором используется естественный поток воды. Эта мощность чаще всего преобразуется в электричество. Поскольку прямые выбросы в результате этого процесса преобразования отсутствуют, вредное воздействие на окружающую среду практически отсутствует, если оно хорошо спланировано, обеспечивая таким образом энергию из возобновляемого источника и устойчивый образ жизни. Microhydro считается системой «русло », что означает, что вода, отводимая из ручья или реки, перенаправляется обратно в тот же водоток. К потенциальным экономическим преимуществам микрогидро-системы добавляются эффективность, надежность и рентабельность.

Недостатки

Микрогидро-системы ограничены в основном характеристиками участка. Наиболее прямое ограничение связано с небольшими источниками с незначительным расходом. Аналогичным образом, в некоторых районах сток может колебаться в зависимости от сезона. И наконец, хотя, возможно, самым главным недостатком является расстояние от источника питания до объекта, нуждающегося в энергии. Эта проблема распределения, как и другие, является ключевой при рассмотрении использования микрогидросистемы.

См. Также

  • icon Портал возобновляемой энергии
  • icon Энергетический портал

Ссылки

Внешние ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Микрогидроэлектростанции.
Последняя правка сделана 2021-05-30 09:59:31
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте