Накопичуючи значне число біогенних елементів, водоймища малих ГЕС на навколишнє середовище впливає так багатообразно, що облік всіх факторів представляється досить складним. Як показує обстеження багатьох водоймищ, їхній вплив у цілому позитивний.
2.4 Використання водоймищ малих ГЕС
Обстеження малих ГЕС показало, що їхні водоймища мають різне й, як правило, комплексне призначення.
Досвід показує, що характер використання малих водоймищ у процесі експлуатації змінюється. Так, багато водоймищ споконвічно винятково енергетичного призначення згодом його втратили, тобто ГЕС при них були ліквідовані, але різко зросла їхня роль як об'єктів рекреації, водопостачання, рибництва, транспорту. Зараз поставлене завдання максимально широкого енергетичного використання водоймищ, створених для інших цілей й у першу чергу для зрошення. Усе більше важливого значення набуває рекреаційне використання малих водоймищ. На них створюються санаторії, зони й бази відпочинку, туристські й спортивні комплекси й т.д.
Комплексне використання водоймищ малих ГЕС - одне з найважливіших рішень, правильна розробка якого дозволить підвищити економічну ефективність як раніше побудованих, так і знову намічуваних до будівництва ГЕС.
Водоймища малих ГЕС, впливаючи на природу, самі піддаються впливу навколишнього середовища. Будучи малими, вони більш чутливі до антропогенного навантаження, особливо до забруднення елементами, що не піддаються процесам біологічного самоочищення. Відомі приклади, коли всього одне промислове підприємство своїми скиданнями вод робило неприйнятним комплексне використання малого водоймища. Тому санітарній охороні малих водоймищ варто приділяти особливу увагу при проектуванні малих ГЕС.
3. Мала гідроенергетика
Термін "гідроенергетика" визначає область енергетики, що використовує енергію води, що рухається, як правило, річок. Ця енергія перетворюється або в механічну, або найчастіше в електричну. Крім гідроенергетики водними джерелами енергії є морські хвилі й припливи.
Гідроенергетика є найбільш розвиненою областю енергетики на відновлюваних ресурсах. Важливо відзначити, що відновлюваність гідроенергетичних ресурсів також забезпечується енергією Сонця. Дійсно, річки являють собою потоки води, що рухаються під дією сили ваги з більш високих на поверхні Землі місць у більш низькі й, зрештою, упадають у Світовий океан. Під дією сонячного випромінювання вода випаровується з поверхні Світового океану, пара її піднімається у верхні шари атмосфери, конденсується в хмари, і випадає у вигляді дощу, поповнюючи виснажені джерела рік (мал. 3.1). Таким чином, використана енергія рік є перетвореною в механічну енергією Сонця.
Рисунок 3.1 – Схема перетворення сонячної енергії в гравітаційну потенційну енергію води
Часто буває, що в силу тих або інших змін атмосферних умов цей кругообіг порушується, річки міліють або навіть повністю висихають. Іншим крайнім випадком є порушення цього кругообігу, що приводить до повеней.
Гідроелектростанції і їхнє устаткування використовуються дуже довго, турбіни, наприклад, близько 50 років. Це пояснюється умовами їхньої експлуатації: рівномірний режим роботи при відсутності екстремальних температурних і інших навантажень. Внаслідок цього вартість виробляємої на ГЕС електроенергії низка й багато які з них працюють із високим економічним ефектом. Наприклад, Норвегія робить 90% електроенергії на ГЕС. Виробляєму ГЕС енергію дуже легко регулювати, що важливо при її використанні в енергосистемах з більшими коливаннями навантаження.
Найбільш складними проблемами гідроенергетики є: збиток, який наноситься навколишньому середовищу (особливо від затоплення великих площ при створенні водоймищ), замулювання гребель, корозія гідротурбін і в порівнянні з тепловими електростанціями більші капітальні витрати на їхнє спорудження. Тому особливо перспективним у цей час є використання гідроенергетичних ресурсів малих рік без створення штучних водоймищ.
Оцінка потужності водного потоку. Нехай Q обсяг води, що надходить у робочому органі гідроенергетичної установки в одиницю часу (витрата, вимірювана в м³/с), H - висота падіння рідини (напір, вимірюваний у метрах), ρ - щільність води (кг/м³), g - прискорення сили ваги (9,8 м/с²). Тоді потужність водного потоку Р - визначається по формулі:
(3.1)
Основним робочим органом гідроенергетичних установок, безпосередньо перетворюючих енергію води, що рухається, у кінетичну енергію свого обертання, є гідротурбіни, які підрозділяються на:
1) активні гідротурбіни, робоче колесо яких обертається у повітрі потоком, що натікає на його лопатки потоком води;
2) реактивні гідротурбіни, робоче колесо яких повністю занурено у воду й обертається в основному за рахунок різниці тисків перед і за колесом.
В активній гідротурбіні водний потік перед турбіною за допомогою водовода й сопла формується в струмінь, що направляється на ковші, розташовані на ободі колеса, приводячи його в обертання.
При швидкості потоку води 1,0 м/с енергетична щільність приблизно оцінюється в 500 Вт/м² (при поперечному розрізі ріки). Але для найменших гідроустановок тільки 60% енергії може бути теоретично отримано, тому їхня ефективність рідко досягає 50%, тобто реально використовується тільки 250 Вт/м² енергії за допомогою використання реального потоку води. Потужність, отримана від використання потоку води, пропорційна кубу швидкості води. Якщо швидкість потоку становить 2 м/с, то щільність повинна піднятися до 2000 Вт/м² і так далі.
У цей час використовуються наступні типи турбін:
1) Турбіна Пелтона (Pelton turbine РТ);
2) Турбіна Франциска (Francis turbine РТ);
3) МВТ Турбіна (Michel-Banki turbine);
4) Турбіна Каплана (Kaplan turbine КТ) або турбогвинтовий гідравлічний двигун;
5) Турбіна Дерайза (Deriaz turbine TD).
Вибір типу турбіни залежить від цілого ряду показників, насамперед від висоти потоку бігу води й інших показників, таких як вартість турбіни й експлуатаційні витрати, надійність та інше. На мал. 3.2 наведені границі застосування вищезгаданих турбін, що рекомендуються, залежно від напору, обсягу води, а також потужності кожної машини.
Рисунок 3.2 - Границі рекомендованого використання турбін
Важливим показником при виборі певного типорозміру тієї або іншої турбіни є співвідношення числа обертів колеса ротора, напору й відносної швидкості nс, що визначається як
(3.2)
де n - є дійсним числом обертів у той або інший період часу (швидкість обертання).
3.1 РТ-турбіна
Це турбіна вільного потоку (дії) води. Потенційна енергія води в турбіні стає кінетичною енергією, коли струмінь води, проходячи інжектори, направляється на лопатки рушійного колеса. Робота турбіни відбувається при тиску, близькому до атмосферного. Тому необхідний досить низький напір води для напрямку струменя на лопатки рушійного колеса. У РТ-турбінах використовуються багаторазові інжектори, лопатки й колесо, що рухається, великого діаметра (рис. 3.3).
Рисунок 3.3 - Поперечний розріз РТ-турбіни
Застосування РТ-турбін, як малих гідроустановок, є економічно виправданим, коли є витрати води вище 30 літрів у секунду з напором від 20 м. Необхідне співвідношення H, Q і необхідної потужності РТ-турбіни наведене на мал. 3.2. Діаметр лопаток колеса турбіни D показаний на мал. 3.3. Величина діаметра залежить від значення напору Н, потоку Q і від наведеної швидкості nс:
D=97,5 Q/nc0,9 ·H1/4, (3.3)
де nc=240(a/D)z1/2(об/хв):
a – діаметр струменю води;
D – діаметр колеса в точці реактивного падіння води (тобто, діаметр вінця лопаток в точках дотику з водою);
z — число струменів.
Діаметр інжектора на виході струменя може бути визначений як
a=0,55Q1/2 H1/4 , мм. (3.4)
Оптимальний діаметр колеса ротора може бути визначений як
|
Dопт = 5,88Q1/2z-9/2H-1/4 , мм. |
(3.5) |
Технічне обслуговування і ремонт РТ-турбін досить прості завдяки відносно простій конструкції ротора й доступу до нього.
3.2 FТ-турбіна
Область застосування турбін Франциска для малих гідроустановок перебуває в межах від 3 до 150 м висоти напору й від 100 л/с проектного потоку рушійної води (рис. 3.4).
Рисунок 3.4 - FT - турбіна у розрізі
Відповідно до місцевих умов, турбіни можуть бути горизонтально або вертикально розташовані. Горизонтальне розташування найбільш підходяще, тому що це полегшує пряме з'єднання з електричним генератором (синхронним або асинхронним). Вертикальне розташування більш складне для виконання ремонтів і підтримки в робочому стані. Такі FТ-турбіни іноді можуть використатися в широкому діапазоні напору (від 3 до 600 м). РТ-турбіни мають більший ККД, ніж у FТ-турбіни (мал. 3.5). Для них крива відносини Qеф/Qпроект = 25%, більш полога. Крім того, існують інші недоліки турбін FТ у порівнянні із РТ-турбінами, а саме вони:
1) вимагають більшої уваги при їхньому обслуговуванні й ремонтах, дуже чутливі до кавітацій;
2) мають не оптимальну криву ККД турбіни, особливо при малих потоках води;
3) більш чутливі до конструкційних матеріалів у місцях надходження протікання води різної якості;
4) працюють хитливо при зниженні потужності до 40% щодо максимальної;
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
