Перспективы автономного электроснабжения удаленных объектов с использованием бесплотинных ГЭС

Размещено на http://www.allbest.ru/

Камчатский государственный технический университет

ПЕРСПЕКТИВЫ АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПЛОТИННЫХ ГЭС

О.А. Белов

Аннотация

электроснабжение удаленный бесплотинный гэс

Эффективное электроснабжение удаленных объектов малой мощности является важной технической и экономической задачей. Использование традиционных источников электроэнергии в таких случаях значительно затруднено и к тому же становится значительно затратным. В условиях развитой гидрографической системы и доступности гидроресурсов основным направлением решения данной задачи следует рассматривать использование в качестве источников электроэнергии простейших микро-ГЭС. В статье проведен анализ конструкции и работы бесплотинных микро-ГЭС двух оптимальных типов и рассмотрены условия их использования для автономного электроснабжения удаленных объектов.

Ключевые слова: гидроагрегат, электроснабжение, микро-ГЭС, источник электроэнергии, генератор, турбина, береговая сеть, технология.

Annotation

O.A. Belov Kamchatka State Technical University

PROSPECTS FOR AUTONOMOUS ELECTRICITY SUPPLY OF DISTANT OBJECTS USING DAMLESS HYDROELECTRIC POWER STATION

Effective electricity supply of distant objects of low power is an important engineering and business problem. It is difficult and costly to use the conventional sources of electric power in such cases. Having a developed hydrographic system and accessibility of water resources, the main problem solving method should be the use of an elementary micro- hydroelectric power station as a source of electric power. There is an analysis of construction and operation of damless micro- hydroelectric power stations of two optimum types in the article. There are also conditions of their exploitation for autonomous power supply of distant objects.

Key words: hydraulic unit, power supply, micro-hydroelectric power station, electric power supply, genera-tor, turbine, waterside network, technology.

Основная часть

Для Камчатского края характерна густая гидрографическая сеть, включающая в себя более 10 тысяч рек и ручьев. Реки Камчатки отличаются исключительной полноводностью (так как практически на 60% питаются подземными водами) и быстрым течением, что обеспечивает открытость русла даже в зимний период.

Освоение и использование гидроресурсов Камчатского края является важным направлением развития энергетики полуострова не только в социально-экономическом отношении, но и экологическом. Камчатка - это регион с хрупкой природной системой, где воздействие на окружающую среду должно быть сведено к минимуму. Современные технологии малой энергетики позволяют решить эту задачу и минимизировать нагрузку на экосистему рек. Поэтому приоритет в энергоснабжении различных объектов и территорий следует отдавать безопасным для окружающей среды видам возобновляемых источников энергии.

В Камчатском крае альтернативная энергетика может решающим образом изменить всю систему электроснабжения. В первую очередь речь идет о труднодоступных и удаленных объектах, изолированных районах, таких как, например, биостанция на р. Коль (Соболевский район, Камчатский край).

В качестве источника автономного энергоснабжения удаленных объектов находящихся в непосредственной близости от полноводных рек с высокой скоростью течения целесообразно рассмотреть бесплотинные микро-ГЭС. Бесплотинная энергетика обладает массой достоинств, среди которых наиболее очевидными являются экологичность, экономичность и мобильность. Реализация такого проекта не требует строительства дорогостоящих плотин, не препятствует нересту рыбы и прохождению лодок, является экономически предпочтительным и экологически чистым способом извлечения энергии из потоков воды. Данная установка способна существенно снизить топливные затраты на электроснабжение объекта и в ряде случаев исключить строительство дорогостоящих линий электропередачи.

Несмотря на это, практическое использование таких ГЭС на отдаленных объектах не нашло широкого применения.

Проведенные исследования в данном направлении показали, что при скорости свободного потока воды более 2 м/с и глубине более 1 м может быть достигнута эффективность отбора мощности из потока около 1 кВт на квадратный метр сцепления турбины с потоком. Очевидно, что при постановке подобной микро-ГЭС в более глубокие реки с той же скоростью течения, мощность установки увеличивается примерно вдвое, за счет ослабления эффекта торможения потока на препятствии, которым является для реки конструкция станции [1].

Биостанцию на р. Коль вполне можно отнести к таким объектам, а характеристики реки в полной мере удовлетворяют условиям установки бесплотинной микро-ГЭС. При этом учитывая стабильную скорость потока, достаточную ширину русла реки можно предположить вполне возможным создание гидроустановки мощностью в пределах 10 кВт.

Существует несколько направлений реализации проекта автономного электроснабжения удаленных объектов с использованием бесплотинных ГЭС.

Одно из технических решений разработано научной группой под руководством В.Н. Гетманова и закреплено патентом РФ №2187691от 20 августа 2002 года [2]. Представленный на рис. 1 русловой гидроагрегат содержит оригинальную секционированную гидротурбину поперечного типа, диаметром 300 мм и длиной 1800 мм. На своих торцах эта турбина, с помощью валов и герметизированных подшипниковых узлов, подвешена к боковинам несущей конструкции и через карданную муфту подключена к стандартному мультипликатору, на оси которого установлен генератор переменного тока, кабель от которого через герметизированный вывод подключен к распределительному устройству береговой сети. Основой несущей конструкции является формирователь потока воды, в виде протяженного обратного крыла, который выполняет функцию повышения эффективности работы гидротурбины и стабилизации положения гидроагрегата в потоке воды.

Масса такого гидроагрегата составляет около 300 кг, а общая себестоимость составит порядка 200 тысяч рублей. Однако сложность сборки, регулирования и потребность в дополнительном устройстве для ввода в поток и вывода из потока воды гидроагрегата требуют его серьезной доработки и адаптации к конкретным гидрологическим условиям.

Другое предлагаемое техническое решение разработано Н.И. Леневым и закреплено патентом РФ № 2166664 от 10.05.2001 года и представляет собой конструкцию из двух рядов лопастей прямоугольной формы (рис. 2) [3]. Лопасти поделены осью на две неравные части. Большая часть за счет действия потока находится за осью дальше по потоку, что обеспечивает ее минимальное вращение вокруг своей оси и, следовательно, наименьшие турбулентные завихрения. Оси агрегата в верхней и нижней части закреплены на пластинчато-роликовых цепях замкнутых в кольца. Цепи передают усилие через рабочие колеса на два вертикальных вала, с которых механическая энергия движущейся среды через гибкую муфту передается на электрогенераторы [4].

Рис. 1 Русловой агрегат бесплотинной микро-ГЭС

Рис. 2 Свободопоточная бесплотинная микро-ГЭС Н.И. Ленева: 1 - пластина; 2 - приводной ремень - цепь галя; 3 - звездочка; 4 - корпусные конструкции

Данная конструкция приемлема для ручного изготовления, монтажа и обслуживания, позволяет использовать комплектующие из отслужившего свой срок оборудования и может эксплуатироваться в зимний период. Однако надежность такой установки невелика, система регулирования и обеспечение оптимальной работоспособности достаточно сложная. Все это требует доработки данной гидроустановки до условий эксплуатации на конкретном объекте.

Таким образом, решение задачи автономного электроснабжения удаленных объектов с использованием бесплотинных ГЭС требует комплексного подхода, который должен включать в себя исследование особенностей месторасположения объекта и его береговой структуры, гидрологические параметры реки, сезонные изменения водных параметров и другие особенности. На основании исходных данных и результатах анализа конструкции гидроагрегатов по патентам РФ № 2187691от 20.08.2002 г. и № 2166664 от 10.05.2001 г. возможно разработать уникальный гидроагрегат, способный эффективно функционировать в конкретных условиях.

Анализ затрат на строительство бесплотинной микро-ГЭС вышеобозначенных конструкций показывает, что себестоимость установки является вполне конкурентоспособной и при мощности до 5 кВт составляет ориентировочно около 200 тысяч рублей. При этом данная установка замещает бензоагрегаты и обеспечивает экономию от 2 до 5 тонн топлива. Кроме того, снижаются затраты на доставку топлива, а окружающая территория предохраняется от вредных выбросов. Таким образом, только за один летний сезон при интенсивной эксплуатации возможно окупить затраты на приобретение и развертывание бесплотинной микро-ГЭС.

В целом исследование в данном направлении является перспективным, а реализация проекта позволит обеспечить дешевой электроэнергией удаленные объекты Камчатского края.

Литература

1. Гетманов В.Н. Индивидуальная электроустановка мощностью 1 кВт на основе бесплотинной микро-ГЭС. Основные результаты по региональной программе «Сибирь». Новосибирск Изд-во Президиума СО РАН, 2001. C. 51-52.

2. Патент № 2187691 (РФ). Русловой агрегат / Блинов В.В., Гетманов В.Н., Комаров С.Г., Горяев Е.П. Действует с 20.08.2002, зарегистрирован 02.03.2001 г.

3. Патент № 2166664(РФ) от 10.05.2001 года. Свободопоточная микро-ГЭС / Ленев Н.И. Действует с 10.10.2002, зарегистрирован 10.05.2001 г.

4. Ленев Н.И. Бесплотинные ГЭС нового поколения // Развитие возобновляемых источников энергии в России: возможности и практика (на примере Камчатской области: Сборник. М.: ОМННО «Совет Гринпис», 2006. C. 52-54.

Размещено на Allbest.ru