Рисунок 4.1 - Гідроагрегат з прямоточною горизонтальною турбіною з винесеним генератором і S-образною відсмоктуючою трубою
На рисунку 4.2 показана область застосування гідротурбіни на напір від 2 до 10 м. Лопати робочого колеса регулюються гідравлічним сервомотором з подачею масла від насосної установки електрогідравлічного регулятора. Напрямний підшипник виготовлений з тефлоновим покриттям. Корпус робочого колеса безмасляний з використанням самозмащувальних вкладишів. Гідроагрегат з такою гідротурбіною рекомендується для паралельної роботи з енергосистемою з регулюванням лопат робочого колеса від рівня верхнього б'єфа. Гідроагрегат може працювати теж і на індивідуальне навантаження, однак для цього випадку він забезпечується електрогідравлічним регулятором з датчиком частоти обертання, розташованим на валу гідротурбіни. Кожний гідроагрегат забезпечується так само датчиком, що подає сигнал на автоматичне відключення на закриття аварійного затвора перед турбіною. Відкриття затвора гідравлічне під дією тиску масла, закриття здійснюється під дією власної ваги з керуванням електромагнітом.
Рисунок 4.2 - Область застосування горизонтальної прямоточної гідротурбіни з S-образною відсмоктуючою трубою при напорі 2 - 10 м
Поворотно-лопатеві гідротурбіни із чотирилопатевим робочим колесом для роботи під напором до 26 метрів. Напрямний апарат турбіни регульований, лопати робочого колеса перемикаються лопатевим механізмом при зупиненому гідроагрегаті. Для напорів до 5м рекомендується горизонтальне компонування (рис. 4.3), а для напорів вище 5м - вертикальне компонування з колінчатою або конічною трубою, що відсмоктує.
Рисунок 4.3 - Гідроагрегат з горизонтальною осьовою гідротурбіною і колінчастою відсмоктуючою трубою
Радіально-осьові гідротурбіни на напори до 50м з горизонтальним і вертикальним компонуванням. Горизонтальне компонування (рис. 4.4) виконується у випадку невеликих діаметрів колеса (приблизно до 630 мм), при більших діаметрах застосовуються вертикальне компонування.
Рисунок 4.4 - Гідроагрегат з горизонтальною радіально-осьовою гідротурбіною
Часто застосовується спрощена конструкція турбіни, у корпусі якої функція напрямного апарата забезпечується однією регулюючою лопаткою, розташованою після входу в спіральну камеру й слугуючою одночасно механізмом закриття. Однак рекомендується використання додаткового механізму закриття перед турбіною. Радіально-осьові гідротурбіни на напори до 150м з регульованим напрямним апаратом як у вертикальному, так і в горизонтальному виконанні. Коли гідроагрегат на ізольоване навантаження, гідротурбіна забезпечується регулятором частоти обертання, при цьому здійснюється відкриття напрямного апарата відповідно до зміни рівня верхнього б'єфа. При роботі на енергосистему турбіна забезпечується асинхронним генератором і простим регулятором відкриття тільки відповідно до рівня верхнього б'єфа. На рис. 4.5 приведена компоновка прямоточної вертикальної осьової гідротурбіни, яка є модифікацією горизонтальної гідротурбіни з S-образною відсмоктуючою трубою (рис. 4.1). Розміщення вала гідроагрегату може бути і нахиленим. Лопатки робочого колеса зафіксовані, лопатки напрямлюючого апарату можуть регулюватися.
Рисунок 4.5 - Гідроагрегат з вертикальною осьовою прямоточною гідротурбіною
На рисунку 4.6 представлена схема конструкції й компонування агрегату з поперечно-струменевою (дворазовою) гідротурбіною. Ця гідротурбіна функціонально ставиться, скоріше, до активного, ніж до реактивного класу. Особливостями її є простота конструкції й високий ККД. Напрямний апарат по довжині можна розділити на дві частини, кожна з них, може працювати як окремо, так і в сполученні з іншою частиною. Якщо розділити напрямну лопатку у відношенні 1:2, то при витраті до 1/3 розрахункової витрати працює менша частина каналу, при витраті 1/3-2/3 - більша частина, а при витраті 2/3-1 - обидві частини одночасно. Найбільш ефективне застосування поперечно-струменних турбін в умовах невеликих змін напору при значних коливаннях розходу.
Рисунок 4.6 - Гідроагрегат з поперечно-струменевою гідротурбіною
На рисунку 4.7 показана конструкція горизонтальної двухсоплової ковшової гідротурбіни. Звичайно ковшові гідротурбіни використовуються при високих напорах, однак для малих ГЕС ці турбіни в горизонтальному виконанні ефективні й при середніх напорах (аж до 75 метрів), особливо для ГЕС, що працюють на побутовому стоці з постійним напором і значною зміною напору.
Рисунок 4.7 - Гідроагрегат з горизонтальною двухсопловой кошовою гідротурбіною
4.3 Гідрогенератори, система регулювання й автоматизація роботи
Для малих ГЕС, призначених для роботи в енергосистемах, можуть бути використані як синхронні, так і асинхронні генератори (без порушення й регулятора напруги). При цьому необхідно прагнути до використання стандартних генераторів. Однак для гідроагрегатів малих ГЕС через більші осьові зусилля й високі оберти застосування стандартних генераторів, звичайно використовуваних для дизельних установок, обмежено. Ряд закордонних фірм розробили типові конструкції генераторів для малих ГЕС, на рисунку 4.8 представлена розробка японської фірми "Фуджі" типова конструкція горизонтального синхронного генератора з опорою цокольного типу, на рисунку 4.9 конструкція асинхронного генератора з консольною опорою.
Рисунок 4.8 - Типова конструкція горизонтального синхронного генератора з опорою цокольного типу
Рисунок 4.9 - Типова конструкція горизонтального асинхронного генератора з консольною опорою
Напруга генераторів 220У, 400В; 3,3 кВ, 4,15 кВ, 6,6 кВ, ізоляція класу F. Для машин потужністю менше 1000 рекомендується розімкнута система вентиляції, а для машин потужністю більше 1000 - замкнена система вентиляції з відбором повітря у вентиляційні канали.
Регулятори частоти обертання необхідні тільки при роботі на ізольоване навантаження. У цей час використовуються, як правило, електронні регулятори з модульними елементами. Для гідрогенераторів, що працюють на енергосистему, а так само для гідротурбін з нерухомими лопатками робочого колеса й лопатками напрямного апарата необхідна установка пускозупиняючих пристроїв.
Ступінь автоматизації роботи гідроагрегата визначається відмовою від ручного керування. Автоматизація повинна забезпечувати підтримку стандартної частоти обертання при регулюванні навантаженням, задані режими роботи ГЕС, розхід, задану частоту обертання, пуск і зупинку необхідного числа гідроагрегатів для одержання максимального ККД, запобігання від кавітації.
Автоматизація повинна так само забезпечувати регулювання рівнів при пропуску паводків, дистанційне керування й передачу показань, пуску-зупинки, синхронізацію гідроагрегата.
Для забезпечення надійної роботи устаткування контролюються наступні параметри гідроагрегата з передачею сигналу на диспетчерський пункт:
1 для гідротурбін - висока температура підшипників, механічні поломки, зниження тиску масла;
2 для генераторів - підвищення частоти обертання, перевантаження, перегріви, коротке замикання;
3 для допоміжного устаткування - втрата напруги й захисти.
5. Вибір параметрів турбіни
За заданими напором та витратами за допомогою номограми зображеної на рисунку 5.1 обираємо необхідні параметри для прямоточної горизонтальної турбіни з S-образною відсмоктуючою трубою.
На вісі абсцис, де розташований напір шукаємо значення робочого напору . На вісі ординат, де розташований розхід, шукаємо позначку витрат . Перетинаючи ці дві лінії з лінією потужності отримуємо значення . Таким же чином, на перетині ліній напору і витрат з лінією, яка відображає діаметр турбіни, ми отримуємо значення .
Маючи значення витрат та діаметру гідротурбіни можемо визначити частоту обертів турбіни. Для цього від позначки на вісі абсцис підіймаємося вертикально вгору до прямої, яка відображає значення діаметру гідротурбіни , а потім рухаємося по горизонталі вліво до перетину з віссю ординат і отримаємо значення .
Рисунок 5.1 - Номограма для вибору характеристик турбіни
6. Економічна частина
Доцільність зведення малої ГЕС визначають у результаті економічного аналізу розрахунками економічної ефективності їх будівництва. Основним методом оцінки економічної ефективності будівництва міні ГЕС, як і для звичайних гідроенергетичних об’єктів, є метод порівняльної ефективності. По цьому методу зіставляють витрати, які пов’язані зі спорудою та подальшою експлуатацією енергетичного об’єкту що розглядається, з аналогічними витратами по альтернативному проектному рішенню, який забезпечує такий самий енергетичний ефект при дотриманні надійності і якості енергопостачання відповідно з необхідними нормами. Економічно виправданим є варіант, який має найменші витрати.
Визначимо яку кількість електроенергії можна виробити за рік:
|
(6.1) |
==
де - установлена потужність;
- кількість годин використання установленої потужності.
Питома витрата умовного палива на 1 на ТЕС:
Питома витрата вугілля на 1 :
Річні витрати умовного палива:
|
(6.2) |
Річні витрати вугілля:
|
(6.3) |
Витрати на придбання палива (вугілля):
|
(6.4) |
де - вартість за тону вугілля.
Кількість викидів СО2 в атмосферу при спалюванні палива:
|
(6.5) |
де К – викид на 1 кг вугілля.
Вартість викиду СО2 за 1т:
10 євро (105грн.)
Економія за рахунок продажу квот на викид СО2:
|
(6.6) |
Економія поточних витрат за рахунок продажу квот:
|
(6.7) |
Витрати на придбання турбін для міні ГЕС (за даними АО "Турбоатом"):
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
