Расчет гидрогенератора

             б) Выбор строительства типа плотин

       Строительство  малых ГЭС  (МГЭС) по многим  причинам имеет широкие перспективы  в развитии различных регионов  мира. При сравнении с  крупными  ГЭС следствия от строительства   МГЭС имеют большие преимущества.  Однако удельные затраты на  строительство МГЭС при их  индивидуальном проектировании  и строительстве превышают удельные  затраты на строительство крупных  ГЭС.

Опыт “ИНСЭТ” при проектировании и строительстве различных МГЭС, в том числе, в России, в Латвии и на Украине, проведенные исследования и разработка новых конструктивных решений для создания принципиально  новых систем в малой энергетике, позволяет говорить о возможности  значительного снижения удельной стоимости  вводимых мощностей.

 Мною выделены  две  фундаментальные задачи, решение  которых обеспечит значительное  сокращение удельных затрат на  возводимые МГЭС:

А.  Комплексный подход в развитии энергообеспечения указанного региона.

Б.   Применение унифицированных  конструктивных и технологических  решений как при создании МГЭС в целом, так и отдельных ее элементов.

Таким образом для решения  задачи А необходимо:

1. Из всего гидроэнергетического  потенциала определенного региона  необходимо выделить ту его  часть, использование которой  экономически наиболее выгодно.  Это так называемый «экономический  гидроэнергетический потенциал  региона». Основными факторами, влияющими  на экономический потенциал, приняты  следующие показатели:

- уровень развития экономики  региона;

- уровни и режимы энергопотребления;

- структура всех мощностей  потребления в балансе энергетической  системы региона;

- прогнозное изменение  величины тарифной ставки за 1 кВт/час.

Важным фактором, влияющим на величину экономического потенциала, является использование гидроэнергетического потенциала уже зарегулированных водотоков: при водохранилищах неэнергетического  назначения (для орошения, водоснабжения  и др.), на участках сосредоточенных  перепадов, на каналах, трактах переброски стоков, при сооружениях в системах водопровода, очистных сооружениях  и системах охлаждения энергоблоков ТЭЦ,  на трассах промышленных водосбросов.

2. Все водотоки, составляющие  экономический потенциал, необходимо  систематизировать и выделить  среди них малые в зависимости  от напора и расхода.

3. После систематизации  водотоков и выделения малых  водотоков в отдельную категорию  следует сделать предварительный  выбор створов для строительства  малых ГЭС.

4. Анализ гидрологических  характеристик створов с учетом  данных о напорах в предполагаемом  месте строительства ГЭС позволяет  сделать предварительную оценку  возможной установленной мощности  МГЭС в данном створе, а также  свести все многообразие возможных  вариантов МГЭС с различными  типами турбин к возможно минимальному  их количеству.

Необходимо отметить при  этом, что для более полного  использования экономического потенциала региона возможно применение на МГЭС турбин различных типоразмеров, т.е. в зависимости от характеристик  водотока на МГЭС могут быть установлены  турбины с быстроходностью, отличающейся от применяемой традиционно на таких  напорах.

Для решения задачи Б необходимо учитывать целый ряд обстоятельств, позволяющих повысить экономическую  эффективность строительства:

- проектирование конкретных  объектов должно вестись на  основе унифицированных        проектно-конструкторских решений,

- при проектировании необходимо  использовать унифицированные технологические  процессы строительства малых  ГЭС.

  - проектирование и  производство оборудования МГЭС  должно строиться по модульному  принципу и состоять из унифицированных  блоков и агрегатов.

     В связи  с тем, что стоимость оборудования  для малых ГЭС может достигать  половины и даже более от  общих затрат на строительство,  необходимо при разработке энергетического  оборудования провести следующие  работы:

1.      По унификации  и стандартизации оборудования;

2.      По созданию  полностью автоматизированного  оборудования, исключающего присутствие  на  ГЭС дежурного персонала;

3.      По использованию  оборудования упрощенной конструкции  и повышенной надёжности с  применением современных  материалов;

4.      По выбору  проточной части, обеспечивающей  наибольшее упрощение и удешевление  строительных        конструкций  без существенного снижения энергетических  параметров;

5.      По обеспечению  положительной высоты отсасывания,  позволяющей сократить объём  подводной части здания ГЭС,  а также удешевить и упростить  производство работ;

6.      По использованию  турбин, в основном, одинарного регулирования;

7.      По сборке  оборудования производить на  заводе-изготовителе для снижения  сроков и стоимости монтажа  на месте; 

8.      По применению  серийных генераторов и мультипликаторов;

9.      По применению  унифицированных систем регулирования  (систему регулирования гидроагрегатом  необходимо привязывать к автоматике  ГЭС); 

10.  По использованию  современных технологий для повышения  надежности в эксплуатации, снижения  затрат на  техническое содержание  и уход, увеличение срока службы.

   На основании разработанных  проектов гидроагрегатов задача  разработки унифицированных агрегатных  блоков для заданных диапазонов  напора и расходов гидротурбин  для малых ГЭС может быть  решена относительно просто, так  как габариты указанных блоков  можно определить исходя из  условий размещения основного  и вспомогательного оборудования. Подвод воды по турбинным водоводам  и ее отвод по открытому  отводящему каналу позволяют  в едином ключе для всех  малых ГЭС решить конструктивно  условие примыкания последних  к зданию ГЭС.

   Анализ параметров  малых ГЭС, намечаемых к строительству,  позволит свести все многообразие  возможных вариантов ГЭС с  различными типами гидроагрегатов  к 2-3 типам.  

Анализ собранной информации позволяет нам сделать следующие  выводы:

1.   По данным характеристик  водотоков необходимо возведение  МГЭС следующих категорий:

  а)   Безнапорные  и малонапорные ГЭС, Н=0-5 м, на  которых в зависимости от местных  условий устанавливаются русловые  или осевые гидроагрегаты.

  б) Низконапорные ГЭС,  Н=5-15 м, на которых  устанавливаются  осевые вертикальные и горизонтальные  агрегаты.

2. Для уменьшения количества  типоразмеров оборудования с  целью обеспечения серийного  его изготовления, а также применения  типовых строительных конструкций,  состоящих из унифицированных  блоков, необходимо для будущих  МГЭС систематизировать и подобрать  оборудование по расходным и  напорным характеристикам  внутри  каждой категории МГЭС.

Это значительно уменьшит количество типоразмеров оборудования, что повысит как эффективность  производства турбин, за счет снижения затрат на их освоение, так и эффективность  строительных работ.

3.   Исходя из сказанного, целесообразно иметь  2-4 типоразмера  гидроагрегатов, характеристики которых  для выбора оптимального варианта  перекрывались бы в переходных  по напорам зонах. При этом  для упрощения конфигурации и  уменьшения строительных работ  в подводной части агрегата, необходимо  обеспечить положительную высоту  Н расположения гидроагрегата  с реактивными турбинами.

4.   Агрегаты МГЭС  следует по возможности комплектовать  серийными асинхронными генераторами  или двигателями в качестве  генераторов, а случае необходимости,  серийными повышающими передачами - мультипликаторами. В ряде случаев  могут быть использованы серийные  синхронные генераторы.

5. Деривационные водоводы  малых ГЭС, как правило, должны  быть поверхностными в виде  открытых каналов или лотков, или труб заводского изготовления.

 

Масштаб проекта определяется не только электрической   мощностью, но и высоким или малым напором

Таблица 1.

Сравнительная таблица 

	Номинальная мощность	Поток	Диаметр рабочего колеса
Микро	< 100 кВт	< 0.4 м3/сек	< 0.3 м
Мини	100-1000 кВт	0.4 - 12.8 м3/сек	0.3 - 0.8 м
Малые	1-50 Мвт	> 12.8 м3/сек	> 0.8 м

 

 

 

 

 

 

Тип электросети:

 

-Центральная, 

-Изолированная,   

-или без подключения  к электросети

 

 

Тип  сооружений:

рис. 1        -ГЭС, работающая в естественном режиме реки                                           

 

рис. 2   -Без водохранилища (Кол-во электроэнергии варьируется в зависимости от объема имеющегося стока реки: низкая гарантированная мощность)                                                       

 

рис. 3     -Водохранилище (Высокая гарантированная мощность круглый год, Обычно необходима большая дамба)                                                                                                                                         

 

              в) Выбор типа оборудования для малых ГЭС

   Проектированием и разработкой оборудования для таких ГЭС занимаются многие российские научно-производственные организации и фирмы. Одна из крупнейших - межотраслевое научно-техническое объединение “ИНСЭТ” (Санкт-Петербург). Специалистами “ИНСЭТ” разработаны и защищены патентами оригинальные технические решения систем автоматического управления малыми и микроГЭС. Использование таких систем не требует постоянного присутствия на объекте обслуживающего персонала - гидроагрегат надежно работает в автоматическом режиме. Система управления может быть выполнена на базе программируемого контроллера, который позволяет визуально контролировать параметры гидроагрегата на экране компьютера.

    Гидроагрегаты  для малых и микроГЭС, выпускаемые  МНТО “ИНСЭТ”, предназначены  для эксплуатации в широком  диапазоне напоров и расходов  с высокими энергетическими характеристиками  и выпускаются с пропеллерными,  радиально-осевыми и ковшовыми  турбинами. В комплект поставки  входят, как правило, турбина,  генератор и система автоматического  управления гидроагрегатом. Проточные  части всех турбин разработаны  с использованием метода математического  моделирования.

География применения

    Малая энергетика - это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем для территорий, относящихся к зонам децентрализованного электроснабжения. Обеспечение энергией удаленных и энергодефицитных регионов требует значительных затрат. И здесь далеко не всегда выгодно использовать мощности существующей  энергосистемы. Гораздо экономичнее развивать мощности малой энергетики, экономический потенциал которой превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых. В настоящее время гидроагрегаты “ИНСЭТ” эксплуатируются в Российской Федерации (Кабардино-Балкария, Башкирия), странах СНГ (Белоруссия, Грузия), а также в Латвии и других государствах.

    Экологичность  и экономичность мини-энергетики  уже давно привлекли внимание  многих стран. МикроГЭС “ИНСЭТ”  работают в Японии, Южной Корее,  Бразилии, Гватемале, Швеции, Польше.

Компоненты: строительные работы

• Затраты обычно составляют до 60% от первоначальных затрат по проекту
• Отводная плотина или запруда
• Низкая дамба простой конструкции для ГЭС,  работающих в естественном режиме реки
• Бетонная, деревянная, каменная
• Стоимость одной дамбы может сделать проект  нерентабельным
• Водовод
• Водозабор с сороудерживающей решёткой и  затвором; отводящий водовод на выходе
• Вырытый канал, подземный туннель и/или  
  напорный трубопровод
• Клапаны/задвижки на входе/выходе из турбины для проведения ТО
• Здание ГЭС
• Турбина собственных нужд, механическое и электрическое оборудование
• Генератор
• Асинхронный генератор
• Должен быть привязан к другим генераторам
• Используется для подачи электроэнергии в большую сеть
• Синхронный генератор
• Может функционировать отдельно от других генераторов
• Для автономных и изолированных от сети установок
• Прочее оборудование
• Ускоритель, чтобы турбина соответствовала генератору
• Клапаны, электронное управляющее устройство, защитное устройство
• Трансформатор