Відкрити головне меню

Безгреблева гідроелектростанція на основі занурених гідротурбін

Безгреблева гідроелектростанція на основі занурених гідротурбін (англ. Damless hydropower plant on the basis of submerged hydro-turbines) - комплекс споруд та обладнання на основі секційних занурених гідротурбін різної конструкції, з різними способами їх кріплення (фіксації) у водяному потоці, які дозволяють перетворювати енергію плинної води в електрику, не використовуючи греблі. Такі гідротурбіни використовують енергію води лише частини русла (річища), тому не перешкоджають вільному стоку води, проходженню річкових суден, міграції риби, не забруднюють басейн і не утворюють інших екологічних проблем для живих організмів.

Схема та параметри гідроагрегату на основі зануреної гідротурбіни.

Зміст

Загальна схемаРедагувати

Занурені гідротурбіни по своїй конструкції нагадують вітрові турбіни, але, навіть, при помірній швидкості водяного потоку є ефективними для

використання, бо робоче тіло (вода) майже у 1000 разів густіше за повітряконструктивна схема та геометричні параметри. До складу гідроагрегату на основі зануреної гідротурбіни входять власне гідротурбіна з лопатями 1, редуктор 2, трансмісія 3, гідрогенератор (електрогенератор) 4 та корпус-опора 5. Додатково схема може включати систему стабілізації швидкості обертання ротора та електричний адаптер. Турбіна встановлюється в потоці води WF таким чином, що її лопаті повністю занурені у воду, а потік води спрямований перпендикулярно площині лопатей і паралельно вісі обертання турбіни. Основними конструктивними параметрами гідротурбіни є радіус ротора RHT та висота турбіни (відстань від дна водотоку до вісі ротора) HHT,

Лопаті гідротурбіни 1 уловлюють кінетичну енергію потоку води й перетворюють її в кінетичну обертальну енергію ротора гідротурбіни. Система стабілізації забезпечує постійну швидкість обертання ротора при зміні водяного напору. Редуктор 2 збільшує частоту обертання ротора гідрогенератора. Трансмісія 3 передає крутний момент ротора турбіни ротору гідрогенератора. Гідрогенератор 4 є електродинамічною системою, котра перетворює кінетичну енергію обертання гідротурбіни в електричну енергію. Електричний адаптер формує параметри електричного

 
Безгреблева ГЕС з донним способом кріпленням занурених гідротурбін

струму (силу струму, напругу та частоту), придатні для використання його споживачами та/або спрямування в електричну мережу.

Для фіксації занурених гідротурбін у водяному потоці можуть бути застосовані донний, понтонний та консольний способи кріплення.

Безгреблева гідроелектростанція з донним кріпленням занурених гідротурбін складається з NHT агрегатів, подібних тим, які показані на рис. 8. Гідроагрегати встановлюються поперек течії на відстанях ΔLHT один від одного. Кожна гідротурбіна відбирає кінетичну енергію частини водяного потоку, збільшуючи таким чином сумарне використання енергії потоку води.

Безгреблева ГЕС з понтонним розташуванням занурених гідротурбін включає понтон PN, гідроагрегати, елементи кріплення та якорі. Понтонна конструкція дозволяє швидко змінювати місце виробництва електричної енергії. Гідроелектростанція з консольним кріпленням занурених гідротурбін включає відповідні гідроагрегати, консольну балку з елементами кріплення, основу та опору. Безгреблеві ГЕС доцільно розташовувати поряд з електричними підстанціями та споживачами електроенергії.

Параметри безгреблевих ГЕС на основі занурених гідротурбінРедагувати

 
Схема безгреблевої ГЕС з понтонним кріпленням занурених гідротурбін.

Електрична потужність агрегату PEL на основі зануреної гідротурбіни визначається площею обхвату гідротурбіни АHD, густиною води ρHD та швидкістю водяного потоку vHD:

PEL = kHA·PHD = kHT·kHG·PHD = 0,5·kHT·kHG·ρHD·АHD·vHD3,        

де PHDпотужність водяного потоку, який падає на гідротурбіну, PHD = 0,5·ρHD·АHD·vHD3; kHA, kHT, kHGкоефіцієнти корисної дії гідроагрегату, зануреної гідротурбіни та гідрогенератора відповідно, kHA = kHT·kHG.

Площа обхвату гідротурбіни АHD визначається радіусом її ротора RHT:

АHD = π·RHT2.                                     

З урахуванням цього виразу формула для розрахунку електричної потужності агрегату PEL прийме вигляд:

PEL = 0,5·kHT·kHG·ρHD·(π·RHT2)·vHD3.              

Електрична потужність PHPP безгреблевої ГЕС, яка складається з групи однотипних гідроагрегатів, визначається як добуток числа гідроагрегатів NHA на потужність одного гідроагрегату PEL. З урахуванням виразу (18) отримуємо:

PHPP = NHA·PEL = kHA·NHA·PHD = kHT·kHG·NHA·PHD =

                         = 0,5·kHT·kHG·ρHD·NHA·(π·RHT2)·vHD3.   

Електрична потужність каскадної ГЕС PCS визначається як сума електричних потужностей окремих ступенів каскаду NCS:

PCS = 0,5·kHT·kHG·ρHD·NCS·NHT·(π·RHT2)·vHD3.           

 Див. такожРедагувати

Джерела і літератураРедагувати

  • Сидоров В.І. Технології гідро- та вітроенергетики. - Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г., 2016. - 166 с.
  • Сидоров В.І. Безгреблеві гідроелектростанції на основі занурених та напівзанурених гідротурбін / Промислова електроенергетика та електротехніка. – 2017. - №3 (105). - с. 18-26
  • Сидоров В.І. Вітротурбінні технології гідроакумулювання / Промислова електроенергетика та електротехніка. – 2016. - №6. - с. 14-24
  • Сидоров, Василь (2016). Зваблення скіфа (Українська). Черкаси: Вертикаль. Видавець Кандич С.Г. с. 316. ISBN 978-966-2783-93-3