محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة - أنواعها ومشاريعها

المحطات الكهرومائية عبارة عن مجموعة من المكونات المترابطة وتعمل على تحويل الطاقة (الحركية والمحتملة) إلى طاقة كهربائية أو العكس.

وفقًا للتصنيف الحالي ، فإن الصغار هم محطات توليد الطاقة الكهرومائية (HPP) طاقة تصل إلى 10-15 ميغاواط ، بما في ذلك:

• محطات الطاقة الكهرمائية الصغيرة - من 1 إلى 10 ميغاواط.

• محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة - من 0.1 إلى 1 ميجاوات.

• محطة كهرومائية دقيقة - بسعة تصل إلى 0.1 ميجاوات.

يلعب التدفق والرأس دورًا حاسمًا في قدرة محطة الطاقة الكهرومائية. يتم تنظيم التدفق والضغط باستخدام مصدر مياه متراكم مسبقًا في الجزء العلوي من الماء. كلما زاد الماء في الخزان ، ارتفع مستوى ضغط الماء ، وبالتالي الرأس.

مصدر إمكانات الطاقة الكهرومائية المستخدمة في الطاقة الكهرومائية هو الأنهار الكبيرة والمتوسطة والصغيرة ، وأنظمة الري وإمدادات المياه ، والجريان السطحي للأنهار الجليدية والثلوج الدائمة.تختلف HPPs بشكل أساسي عن بعضها البعض في الطريقة التي تخلق بها الضغط ، ودرجة تنظيم التدفق ، ونوع المعدات الرئيسية المثبتة ، وتعقيد استخدام تدفق المياه (فردي أو متعدد الوظائف) ، إلخ.

تلعب محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة (محطات الطاقة الكهرومائية الصغيرة) دورًا مهمًا بشكل خاص في توفير الكهرباء للمستهلكين المستقلين المتناثرين بعيدًا عن خطوط الكهرباء. يناقش المقال المشاريع الشائعة التي تستخدم طاقة التدفقات الصغيرة.

يتم عرض الإعداد لاستخدام البيئة الحالية في الشكل. 1 أ. تعمل على النحو التالي. عندما تتأثر الدوارات الرأسية 1 بالوسيط المتدفق ، تحدث قوة هيدروديناميكية تدفع حواف الصابورة. من خلال الرابط الحركي 3 ، ينقل الدعم عزم الدوران إلى عمود المولد ، بينما يظل المولد نفسه ثابتًا. تعمل هذه المحطة الكهرومائية على المجاري المائية المنخفضة التي يحدد حجمها وطاقتها قدرتها.

أرز. 1. مخططات تشغيل محطة كهرومائية مسطحة: أ) محطة كهرومائية مسطحة ، ب) ب) محطة كهرومائية.

تستخدم محطة الطاقة الكهرومائية (الشكل 1 ، ب) ، أثناء الحركة ، طاقة السائل عن طريق المكره 6. تحتوي المكره 1 على عمود ودوارات موجودة عليه. التثبيت مثبت على إطار 7 مثبت على طوافات 6. إن الشفرات ، المائلة عموديًا على اتجاه تدفق المياه ، تغير اتجاهها إلى التدفق بمساعدة العجلة 4.

تتكون إحدى الشفرات من مركب من الأجزاء الداخلية والخارجية المتشابكة ، وله موصل عرضي يقع بزاوية مع المحور ، ويتم إضعافه بواسطة وسادة مرنة موضوعة بين الأجزاء ووصلة مرنة.يتم إجراء الوصلة المرنة على شكل حزمة من الألواح التي تواجه تدفق الوسط ، ومتغيرة الطول ، وتلتصق بالشفرة وتتصل بجزءها الخارجي. الجهاز موجه لتدفق الماء المسطح. يمكن أن تكون آلات توليد الطاقة التطبيقية من النوع المتزامن وغير المتزامن.

في الشكل المبين في الشكل. في الشكل 2 ، يتم تحويل تدفق السوائل من صمام التحكم 1 بالتناوب إلى الغرف 2 و 3 والعكس صحيح.

أرز. 2. التوربينات في مسار تدفق السيفون

تؤدي الحركة الدورانية للسائل في الغرف إلى حدوث تذبذبات في الهواء وتدفقها الفائض عبر خطي الأنابيب 4 و 6 مع تنشيط التوربين 5 والمولد المتصل به. لتحسين كفاءة الجهاز بأكمله ، يتم تثبيته في مسار تدفق السيفون. المتطلبات الأساسية لعملية خالية من المشاكل هي تدفق السائل ونظيف بدون أجزاء كبيرة. رف القمامة مطلوب لهذا التثبيت.

تم تصميم توربينات مائية عائمة بقوة 16 كيلو وات (الشكل 3) لتحويل الطاقة الحركية للتدفق إلى طاقة ميكانيكية ثم إلى طاقة كهربائية. التوربين عبارة عن عنصر دائري ممدود مصنوع من مادة خفيفة (أخف من الماء) مع زعانف حلزونية على السطح. يتم تعليق العنصر على كلا الجانبين بواسطة قضبان تنقل عزم الدوران إلى المولد.

تين. 3. التوربينات المائية العائمة

تم تصميم محطة الطاقة الهيدروليكية (الشكل 4) لتوليد الكهرباء من خلال مولد صغير ، يتم تشغيله بالتناوب بواسطة حزام محرك لا نهاية له 1 مع دلاء ماء 2 مثبتة عليه. يتم تثبيت حزام 1 مع دلاء 2 على إطار 3 ـ قادرة على حملها على الأمواج. يتم توصيل الإطار 3 بالدعم 4 الذي يوجد عليه المولد 5.

توجد الجرافات على الجزء الخارجي من الحزام مع مواجهة الجوانب المفتوحة للاتجاه الأفقي لتدفق المياه.يتم تحديد عدد الجرافات حسب حالة ضمان دوران المولد. من الممكن استخدام جهاز من نوع "السلم" مع الشفرات المرفقة.

أرز. 4. تجميع الحزام والدلو

يتكون جهاز استخدام الطاقة الحركية للتدفقات من أسطوانات رأسية موجودة في الماء على الضفاف المقابلة ، حيث يتم وضع بكرة (الشكل 5).

أرز. 5. تركيب سد صغير

يتم تثبيت الشفرات بين المحور العلوي والسفلي للأسطوانة. نظرًا لزاوية الهجوم بين الريشات وناقل السرعة ، فإن المياه المتدفقة تدفع الأسطوانات في الدوران ، ومن خلال الأسطوانة ، مولد يولد الكهرباء.

يتكون الجهاز لاستخدام طاقة التدفقات من دافع 1 يقع عموديًا في تدفق المياه ، مع دوارات مفصلية 2 على الحافات العلوية 1 والحافات الثلاثة السفلية (الشكل 6). يتم توصيل الحافة العلوية 1 بالمولد 4. يتم تنظيم موضع الدوارات 2 بواسطة التدفق نفسه: عموديًا على التدفق الأمامي وموازيًا لحركة المنبع.

أرز. 6. جهاز يحول طاقة تدفق الماء

تتكون محطة توليد الطاقة الكهرومائية الصغيرة ذات الأكمام 1 كيلو واط (MHES-1) من توربين على شكل عجلة سنجاب 1 ، ريشة توجيه 2 ، خط أنابيب مرن 3 بقطر 150 مم ، جهاز شفط ماء 4 ، أ المولد 5 ، وحدة التحكم 6 والإطار 7 (الشكل 7).

أرز. 7. جلبة صغيرة للطاقة الكهرومائية 1 كيلو واط

يتم تنفيذ عملية MicroHPP على النحو التالي: يركز جهاز سحب الماء 4 الوسيط الهيدروليكي ومن خلال خط الأنابيب 3 يوفر فرق ارتفاع بين مستوى الماء العلوي والتوربين العامل 1 ، تفاعل ضغط معين للسائل الهيدروليكي مع التوربين يدفع الأخير في الدوران.يتم نقل عزم التوربين 1 إلى المولد الكهربائي.

يتم استخدام محطة سيفون لتوليد الطاقة الكهرومائية (الشكل 8) حيث توجد قطرة مائع هيدروليكي على ارتفاع 1.75 متر من السد أو نتيجة لظروف طبيعية.

أرز. 8. وحدة سيفون الهيدروليكية

يتم تشغيل هذه التركيبات على النحو التالي: مرور المائع الهيدروليكي عبر التوربين 1 يرتفع عبر قمة السد ، شكل. 9 ، يتم نقل عزم الدوران من خلال العمود 2 وترس الحزام 3 إلى المولد الكهربائي 4. يدخل الوسيط السائل المستهلك إلى الماء الخلفي من خلال خط المياه المتوسع.

يعمل التركيب الكهرومائي الصغير منخفض الضغط (الشكل 9) برأس اسمي لعمود السائل لا يقل عن H = 1.5 متر. مع انخفاض التدلى ، تقل طاقة الخرج. ارتفاع السقوط الموصى به هو 1.4-1.6 م.

أرز. 9. محطة كهرومائية ذات ضغط منخفض

يعتمد مبدأ التشغيل على تفاعل المائع الهيدروليكي مع الطاقة الكامنة ، وتحويلها إلى شكل دوار ثم إلى شكل كهربائي. في جهاز الشفط 1 ، يدخل السائل إلى التوربين 2 ، ويكون السائل مُدَوَّامًا مسبقًا ، ويتفاعل مع شفرات التوربين 2 ، ويحول الطاقة الحركية للسائل إلى عزم الدوران على العمود 3 ، ثم إلى المولد الكهربائي.

وزن محطة الضغط المنخفض هو 16 كجم مع الطاقة P = 200 وات. يتكون محول الطاقة الكهرومائية شبه المباشر المروحة من خط أنابيب ضغط 1 ، وشبكة توجيه 2 ، وتوربين مروحة 3 ، وقناة مخرج مستديرة 4 ، وعزم دوران عمود النقل 5 والمولد الكهربائي 6 (شكل 10).

أرز. 10. محول التدفق شبه المباشر

تتراوح الطاقة الكهربائية لهذا التصميم من 1-10 كيلوواط مع اختلاف في الارتفاع Nm = 2.2-5.7 م استهلاك المياه QH = 0.05-0.21 م 3 م / ث. الفرق في الارتفاع Nm = 2.2-5.7 م وسرعة دوران التوربين ستكون wn = 1000 دورة في الدقيقة.

يعمل المحول الهيدروليكي الكبسولي المعتمد على المحرك الكهربائي 2PEDV-22-219 (الشكل 11) بشكل مشابه لمحطة الطاقة الكهرومائية السابقة برأس H = 2.5-6.3 م ومعدل تدفق المياه Q = 0.005-0.14 م 3 / ث الطاقة الكهربائية 1-5 كيلو واط. قطر التوربينات المائية من 0.2 الى 0.254 م وقطر العجلة الهيدروليكية Dk = 0.35 - 0.4 م.

أرز. 11. مصنع الكبسولة الدقيقة الكهرومائية

يتكون المحول الهيدروليكي للتدفق المباشر (الشكل 12) من توربين المروحة 1 ، وشبكة توجيه 2 ، وعمود نقل عزم الدوران 3 ، ومولد كهربائي 4 ، وخط أنابيب عادم 5. ويعمل باستخدام خط أنابيب ضغط.

أرز. 12. محول هيدروليكي التدفق المباشر

تم تصميم محول الهيدروجين (الشكل 13) لتحويل طاقة وسط سائل سريع الحركة إلى طاقة كهربائية.

أرز. 13. محول الطاقة الهيدروليكي لسرعة تدفق المياه

وتتكون من توربين دفع 1 ، يقع في كبسولة 2 ، ويتم تثبيته على تيارات مائية تسمى «التيارات السريعة». توجد الكبسولة في ريشة التوجيه 4 ، والتي يتم تركيبها داخل وسط السائل. ينتقل عزم الدوران من التوربين إلى العمود 5 ، ثم إلى المولد الكهربائي 6.