Микрогидроэлектростанции: виды, характеристики и применение экологически чистых источников энергии — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое микрогидроэлектростанции. Какие бывают виды микроГЭС. Каковы основные характеристики и преимущества микрогидроэлектростанций. Где применяются микроГЭС. Как выбрать подходящую микрогидроэлектростанцию.

Содержание

Что такое микрогидроэлектростанции и как они работают

Микрогидроэлектростанции (микроГЭС) — это небольшие гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт, которые используют энергию движущейся воды для выработки электричества. Принцип работы микроГЭС основан на преобразовании кинетической энергии водного потока в механическую энергию вращения турбины, которая в свою очередь приводит в действие электрогенератор.

Основные компоненты микрогидроэлектростанции включают:

Гидротурбину
Электрогенератор
Систему управления
Водозаборное устройство
Напорный трубопровод (для некоторых типов)

В отличие от крупных ГЭС, микрогидроэлектростанции обычно не требуют создания больших плотин и водохранилищ. Они могут устанавливаться на небольших реках и ручьях, используя естественный перепад высот.

Основные виды микрогидроэлектростанций

Существует несколько основных типов микроГЭС, различающихся по конструкции и принципу работы:

1. Деривационные микроГЭС

Используют перепад высот между двумя точками реки. Вода отводится по каналу или трубопроводу к турбине, расположенной ниже по течению. Такие микроГЭС эффективны на горных реках с большим уклоном.

2. Рукавные микроГЭС

Представляют собой гибкий рукав, погруженный в поток воды. Внутри рукава расположена турбина с генератором. Просты в установке и не требуют серьезных гидротехнических сооружений.

3. Гирляндные микроГЭС

Состоят из нескольких соединенных между собой гидроагрегатов, образующих «гирлянду». Устанавливаются непосредственно в русле реки, используя энергию свободного потока.

4. Пропеллерные микроГЭС

Оснащены пропеллерной турбиной, похожей на гребной винт. Эффективны при небольших напорах воды и значительных расходах.

Ключевые характеристики микрогидроэлектростанций

При выборе микроГЭС необходимо учитывать следующие основные параметры:

Мощность — от нескольких сотен ватт до 100 кВт
Напор воды — от 1 до 100 м
Расход воды — от 0.1 до 10 м³/с
Частота вращения турбины — от 100 до 1500 об/мин
Выходное напряжение — обычно 230 В или 400 В
Частота тока — 50 Гц

Выбор конкретной модели зависит от гидрологических условий и потребностей в электроэнергии.

Преимущества использования микрогидроэлектростанций

МикроГЭС обладают рядом важных достоинств по сравнению с другими источниками энергии:

Экологичность — не загрязняют окружающую среду
Возобновляемость ресурса — используют неисчерпаемую энергию воды
Низкая себестоимость электроэнергии
Длительный срок службы — 20-50 лет
Простота конструкции и обслуживания

Возможность автономной работы
Стабильность выработки энергии

Эти преимущества делают микроГЭС привлекательным решением для энергоснабжения удаленных районов.

Области применения микрогидроэлектростанций

МикроГЭС находят применение в различных сферах:

Электроснабжение частных домов и небольших поселков
Энергообеспечение фермерских хозяйств
Питание телекоммуникационных объектов
Энергоснабжение туристических баз
Резервное питание социально значимых объектов
Энергообеспечение мини-производств

Особенно эффективно использование микроГЭС в горных и труднодоступных районах, где централизованное энергоснабжение затруднено или экономически нецелесообразно.

Как выбрать оптимальную микрогидроэлектростанцию

При выборе микроГЭС необходимо учитывать ряд факторов:

Оценить гидроэнергетический потенциал водотока (расход и напор воды)

Рассчитать необходимую мощность станции
Определить режим работы (автономный или параллельно с сетью)
Учесть сезонные колебания стока реки
Рассмотреть экологические ограничения
Оценить экономическую эффективность проекта

Правильный выбор микроГЭС позволит обеспечить надежное и экономичное энергоснабжение объекта.

Особенности монтажа и эксплуатации микрогидроэлектростанций

Установка и эксплуатация микроГЭС имеет свои нюансы:

Необходимо тщательно выбрать место установки с учетом гидрологических условий
Требуется создание водозаборного сооружения и системы водоотвода
Важно обеспечить защиту оборудования от попадания мусора и льда
Необходимо регулярное техническое обслуживание
Следует учитывать возможные сезонные колебания мощности

При правильном монтаже и обслуживании микроГЭС способны надежно работать в течение десятилетий.

Перспективы развития микрогидроэнергетики

Микрогидроэнергетика имеет значительный потенциал развития:

Совершенствование конструкций турбин и генераторов
Разработка новых материалов для повышения КПД и срока службы
Создание «умных» систем управления и мониторинга
Интеграция микроГЭС в концепцию распределенной энергетики
Комбинирование с другими возобновляемыми источниками энергии

Развитие технологий делает микрогидроэлектростанции все более эффективным и доступным решением для локального энергоснабжения.

Микрогидроэлектростанции

При строительстве микроГЭС мощностью от 10 кВт и выше необходимо получать разрешения от соответствующих органов на землеотвод, водопользование, подключение к сетям и т. п.

	МикроГЭС Луч-1 Срок службы устройства – около шести лет. Мощность – 1 кВт. Вес – шестьдесят килограмм. Частота – 50 Гц. Размеры — 700х385х485 миллиметров. Напор – пять метров. Цена: 24 228 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Украина Цвет: Цвета в ассортименте Габариты: 700х385х48 мм Вес: 60 кг	Модель рукавной всесезонной гидроэлектростанции. Устройство способно вырабатывать электроэнергию без сооружения плотины, используя при этом энергию самотечного потока. Данная модель может применяться и в частных небольших хозяйствах, и в промышленности. В комплект входит энергоблок, блок управления, блок возбуждения, блок нагрузки и рукавной водовод. Энергоблок представляет собой раму, на которой располагается направляющий аппарат, турбина и электрогенератор.
	МикроГЭС Луч-2 Срок службы – шесть лет. Мощность – 2 кВт. Вес – девяноста два килограмма. Размеры — 850х500х490 миллиметров Цена: 25 599 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Украина Цвет: Цвета в ассортименте Габариты: 850х500х490 мм Вес: 92 кг	Модель рукавной всесезонной гидроэлектростанции. Представляемое устройство производит электроэнергию без сооружения плотины. При этом используется энергия самотечного потока. Данная модель рассчитана на применение как в небольших хозяйствах, так и на промышленных объектах. В комплект входит энергоблок, блок управления, блок возбуждения, блок нагрузки и рукавной водовод. Энергоблок выполнен в виде рамы, на которой располагается направляющий аппарат, турбина и электрогенератор. Элементами конструкции водовода являются водозаборное устройство, затвор, переходник, напорные рукава.
	Микрогидроэлектростанция Инсэт 10 Цена: 25 599 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Америка Цвет: Цвета в ассортименте Габариты: — Вес:	Надёжная, экологически чистая, компактная модель микрогидроэлектростанций. Устройство предназначено для использования в деревне, дачном посёлке, фермерском хозяйстве. Данная микрогидроэлекстростанция способна обеспечивать работу мельниц, хлебопекарен, малого и среднего производства в районах, где отсутствует линия электропередач. Комплект состоит из энергоблока (турбина и генератор), выпускного коллектора, устройства автоматического регулирования. Мощность пропеллерного рабочего колеса – 10 кВт (при напоре от двух до четырёх с половиной метров). Предусмотрено автоматическое управление системой.
	МикроГЭС ИНСЕТ 10 Пр Мощность гидроэлектростанции равна 10 кВт. Напор – от четырёх до десяти метров. Частота вращения – до 1500 оборотов в минуту. Номинальное вращение – 230 В. Частота тока – 50 Гц. Цена: 31 457 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Америка Цвет: Черный Габариты: — Вес: —	В представляемой модели микрогидроэлектростанций использована пропеллерная турбина. Данный тип турбин отличается быстроходностью, и это их качество позволяет получать большую скорость вращения вне зависимости от скорости потока. Такая высокоскоростная турбина даёт возможность применять быстроходные электрогенераторы.
	МикроГЭС ИНСЕТ 15 Пр Мощность гидроэлектростанции составляет 15 кВт. Напор – от четырёх с половиной до двенадцати метров. Частота вращения – до 1500 оборотов в минуту. Номинальное напряжение – 500 В Цена: 21 550 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Китай Цвет: Коричневый Габариты: — Вес: —	Данная модель микрогидроэлектростанций основана на использовании пропеллерной турбины, что является немаловажным преимуществом. Этот тип турбин является самым быстроходным, что позволяет даже при небольшой скорости потока получать достаточно высокую скорость вращения. Наличие высокоскоростной турбины даёт возможность использовать быстроходные электрогенераторы.
	Микрогидроэлектростанция Инсэт 20 Мощность пропеллерного рабочего колеса – 20 кВт (при напоре от восьми до восемнадцати метров). Автоматическое управление. Цена: 15 377 грн Тип: Гидрогенераторы Производитель: Америка Цвет: Черный Габариты: — Вес: —	Представляемая модель микрогидроэлектростанции отличается надёжностью и компактностью. Предназначено для использования в загородных условиях (в деревне, фермерском хозяйстве, на даче). Устройство может служить источником электроэнергии для мельниц, хлебопекарен, небольших производств. Применение данного устройства – идеальный вариант в труднодоступных районах, где отсутствуют линии электропередач. Комплект состоит из энергоблока (турбина, генератор), водозаборного устройства, выпускного коллектора, устройства автоматического регулирования. Турбина данного типа отличается особой структурой. Оси лопастей располагаются не перпендикулярно к роторной оси, а под углом 30, 45 или 60 градусов. Это делает траекторию перемещения воды более плавной, и тем самым уменьшить потери. Устройство отличается широким диапазоном регулирования и прекрасно подходят для функционирования при нестабильном расходе воды и переменных электрических нагрузках. Частота вращения достигает 1500 оборотов в минуту. Номинальное напряжение – 230 В.
	МикроГЭС ИНСЕТ 50 Пр Мощность гидроэлектростанции – 50 кВт. Напор – от четырёх до десяти метров. Частота вращение достигает 1000 оборотов в минуту. Частота тока – 50 Гц. Цена: 41 457 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Америка Цвет: Черный Габариты: — Вес: —	Модель микрогидроэлектростанций с пропеллерной турбиной. Использование пропеллерной турбины является немаловажным преимуществом. Данный тип турбин является достаточно быстроходным, что гарантирует высокую скорость вращения даже при небольшой скорости потока и использовать быстроходные электрогенераторы.
	МикроГЭС ИНСЕТ 100 Пр Мощность микрогидроэлектростанции равна 100 кВт. Показатель напора – от шести до восемнадцати метров. Частота вращения – до 1000 оборотов в минуту. Номинальное напряжение – 230 В. Частота тока – 50 Гц. Цена: 44 242 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Америка Цвет: Коричневый Габариты: — Вес	Модель микрогидроэлектростанции с пропеллерной турбиной. Данный тип турбин даёт несколько важных преимуществ. К ним относится, прежде всего, быстроходность системы. Благодаря этому качеству высокая скорость сохраняется при любой скорости потока, что позволяет применять быстроходные электрогенераторы.
	МикроГЭС 200 К Мощность -180 кВт. Напор составляет от сорока до двести пятидесяти метров. Частота вращения – до 1500 оборотов в минуту. Номинальное напряжение – 400 В. Номинальная частота тока равна 50 Гц. Расход – от 0,25 до 0,100 кубического метра в секунду. Цена: 41 457 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Китай Цвет: Цвета в ассортименте Габариты: — Вес: —	Модель микрогидроэлектростанции с ковшовой турбиной. Такой тип турбины обычно используется при большом напоре. Водную струю на колесо турбины направляет сопло напорного трубопровода, которое регулирует количество поступающей воды. Получить максимально возможный коэффициент полезного действия можно, если струя, отражающаяся от ковша, будет иметь нулевую скорость применимо к корпусу. Данное условие достигается в случае, если окружная скорость ковша равна половине скорости струи. Корпус турбины обеспечивает защиту от брызг.
	МикроГЭС 100 К Мощность – 100 кВт. Напор – от сорока до двухсот пятидесяти метров. Частота вращения – до 1500 оборотов в минуту. Цена: 45 600 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Китай Цвет: Цвета в ассортименте Габариты: — Вес: —	Модель микрогидроэлектростанции с ковшовой турбиной. Данный тип турбин целесообразно применять при большом напоре. Струя воды направляется на колесо турбины с помощью сопла напорного трубопровода. Достичь максимально возможного коэффициента полезного действия можно будет только в том случае, если струя, отражающаяся от ковша, будет обладать нулевой скоростью по отношению к корпусу. Такое условие обычно достигается, если окружная скорость ковша равна половине скорости струи.
	Микрогидроэлектростанция «Шар-Булак 1,0» Максимальная мощность – 1 кВт. Переменный ток — 220/ 50 Гц. Расход воды – от семи до девяти литров. Для успешной работы устройства необходим перепад воды от трёх с половиной до четырёх метров. Цена: 29 646 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Америка Цвет: Синий Габариты: — Вес: —	Модель микрогидроэлектростанции. В качестве генератора используется асинхронный двигатель, функционирующий в генераторном режиме. Балластное управление. Модель произведена с учётом всех европейских стандартов экологической безопасности. Гарантийный срок – два года.
	Микро ГЭС Шар-Булак 1,7 Мощность 1,7 киловатт Расход воды достигает двадцати литров. Для успешной работы установки требуется соответствующий перепад воды (оптимальный показатель – от шести до семи метров). Цена: 34 442 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Америка Цвет: Цвета в ассортименте Габариты: — Вес:	Микро гидроэлектростанция с максимальной мощностью 1,7 киловатт. Генератором служит асинхронный двигатель, функционирующий в генераторном режиме. Выходные параметры: переменный ток 220/50 Гц Синусоида. Расход воды достигает двадцати литров. Для успешной работы установки требуется соответствующий перепад воды (оптимальный показатель – от шести до семи метров). Возможен обогрев воды. Тип управления – балластный. Гарантия – один год. Предполагаемый срок службы – десять лет
	Микрогидроэлектростанция «Шар-Булак 5» Максимальная мощность установки – 5 кВт. Переменный ток – 220/380 50 Гц. Расход воды – от двадцати до тридцати литров. Для успешной работы необходим вертикальный перепад воды (не менее восьми или девяти метров). Цена: 29 646 грн Производитель: Америка	Модель гидроэлектростанции. В качестве генератора используется асинхронный двигатель, который функционирует в генераторном режиме. По желанию заказчика технические данные могут быть частично изменены. Гарантийный срок – один год.
	Деривационные микрогидроэлектростанции Энергомаш. Цена: 36 530 грн Тип: Микро ГЭС Производитель: Украина Цвет: Синий Габариты: — Вес: —	Модель автономной гидроэлектростанции. Устройство является экологически чистым источником электроэнергии и может работать без постоянного присутствия человека. Устройство состоит из энергоблока, генератора, блока балластной нагрузки, которые размещены на опорной раме. Также в комплект входит водозаборное устройство, устройство автоматического регулирования напряжения и частоты, напорный трубопровод. Конструкция гидроэлектростанции предусматривает несколько вариантов установки, Так, возможно горизонтальное, вертикальное и наклонное положение.
	Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция ECOTECO 50 Цена: 35 999 грн Тип: Мини ГЭС Производитель: Украина Цвет: Зеленый Габариты: 2 м Вес: —	Модель бесплотинной всесезонной гидроэлектростанции. Устройство производит электроэнергию без возведения плотины. При этом используется энергия самотечного потока. Каскадный монтаж позволяет использовать устройство и в частном хозяйстве, и в промышленности. Особенную пользу приносит использование данной системы в тех районах, где отсутствует линия электропередач. Ротор устанавливается вертикально. Высота ротора составляет два метра.
	Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция ECOTECO Цена: 43 245 грн Тип: Мини ГЭС Производитель: Украина Цвет: Синий Габариты: 2х1,5х0,6 м Вес: - г. Днепропетровск, ул. Войцеховича 42. Телефон: 29-13-72. E-mail: [email protected]. Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция ECOTECO.	Модель бесплотинной всесезонной гидроэлектростанции. Устройство способно производить электроэнергию без возведения плотины, используя энергию самотечного потока. Благодаря каскадному монтажу модель может применяться и для нужд малого хозяйства, и для промышленного производства. Особенно удобно использование таких установок в районах, где отсутствует линия электропередач. Ротор устанавливается вертикально, его высота – два с половиной метра. Размеры -1,5х0,6. Приобретение устройства окупается уже за один год.
	Мини ГЭС Compact Hydro S50 Номинальная мощность – от семисот до восьмисот киловатт. Максимальная мощность равна девятистам киловаттам. Цена: Нет в наличии Тип: Мини ГЭС Производитель: Compact Hydro Цвет: Серый Габариты: — Вес: —	Данная модель представляет собой мини гидроэлектростанцию мобильного типа. Конструкция выполнена в виде контейнера. В качестве напорной деривации использованы пластиковые трубы. Устройство может использоваться параллельно с промышленной сетью или обслуживать изолированного потребителя. Гарантия – два года. Приблизительный срок службы – не менее десяти лет.
	Мини ГЭС Compact Hydro S80 Номинальная мощность данного устройства колеблется от восьмисот до девятисот киловатт. Максимальный показатель мощности – девятьсот киловатт. Цена: Нет в наличии Тип: Мини ГЭС Производитель: Compact Hydro Цвет: Коричневый Габариты: — Вес: —	Мини гидроэлектростанция мобильного типа. В качестве напорной деривации используются гибкие армированные рукава. Работа гидроэлектростанции рассчитана на частного пользователя и функционирует изолированно. Срок гарантии – два года. Приблизительный срок службы – от десяти до двенадцати лет.
	Мини ГЭС Кечарк Т10 Номинальная мощность установки – от семисот до восьмисот киловатт. Максимальный показатель мощности составляет восемьсот киловатт. Цена: Нет в наличии Тип: Мини ГЭС Производитель: Китай Цвет: Коричневый Габариты: — Вес: —	Мини гидроэлектростанция переносного типа. Могут использоваться и в совокупности с напорной деривацией, и с построенной небольшой плотиной. При первом варианте используются пластиковые трубы. Данная модель предназначена для работы в изолированном режиме. Обеспечивает нагрев воды. Балластный тип управления. Гарантия – один год. Срок эксплуатации – от десяти до пятнадцати лет

Микрогидроэлектростанции с пропеллерными турбинами (полу-Каплан) — Полезная информация — ВАРМА

Пропеллерная турбина имеет самую высокую быстроходность среди всех типов турбин. Что позволяет при малых скоростях потока получать более высокую скорость вращения. Высокие обороты турбины в свою очередь позволяют применять более быстроходные, а значит, более легкие и дешевые электрогенераторы или уменьшать расходы на мультипликаторы. Поэтому пропеллерные турбины применяют при самых низких напорах, когда скорости потока невелики.

ИНСЭТ разработал типовой ряд гидроагрегатов с пропеллерными турбинами на напоры от 2 до 22 метров.

Параметры	Тип гидроагрегата
Параметры	ГА1	ГА8	ГА14	Пр15	Пр30
Мощность,кВт	100-330	150-1800	20-300	до 130,0	до 200,0
Напор,м	3,5-9,0	6,0-22,0	2,0-7,2	2,0-12,0	4,0-18,0
Расход,м3/с	2,3-6,2	2,5-11,0	2,5-5,75	0,44-1,5	0,38-1,10
Частота вращения ротора турбины, мин-1	200-360	300-600	250-375	600; 750; 1000	750; 1000
Номинальное напряжение,В	400	400; 6000; 10000	400	230/400	230/400
Номинальная частота тока, Гц	50	50	50	50	50

ИНСЭТ разработал и выпускает также ряд микро-гидроэлектростанций с пропеллерными турбинами на напоры от 2 до 18 метров.

Параметры	Тип МикроГЭС
Параметры	МикроГЭС 10Пр		МикроГЭС 15Пр	МикроГЭС 50Пр		МикроГЭС 100Пр
Мощность,кВт	0,6-4,0	2,2-10,0	3,5-15,0	10,0-30,0	10,0-50,0	40,0-100,0
Напор,м	2,0-4,5	4,0-10,0	4,5-12,0	2,5-6,0	4,0-10,0	6,0-18,0
Расход,м3/с	0,07-0,14	0,10-0,21	0,10-0,30	0,3-0,8	0,4-0,9	0,5-1,2
Частота вращения, мин-1	1000	1500	1500	600	750	1000
Номинальное напряжение, В	230		400	230, 400		230, 400
Номинальная частота тока, Гц	50		50	50		50

По внешнему виду ротор пропеллерной турбины похож на гребной винт судна

Ротор пропеллерной турбины

Ротор пропеллерной турбины в сборе

Направляющий аппарат турбины

Лопасти ротора турбины, работающей в воде, изготавливают значительно шире, чем лопасти пропеллера самолета, что вызвано необходимостью избежать на рабочих режимах кавитации — образования пузырьков разряжения, которые нарушают правильную работу турбины и вызывают быстрое разрушение лопастей. Профили лопастей турбин также сильно отличаются от профилей, применяемых в воздухе. Профиль лопасти имеет гораздо меньшую относительную толщину и меньшую стрелку прогиба. Сделано это для уменьшения коэффициента подъемной силы, а, следовательно, для уменьшения риска возникновения кавитации.

Лопасти в турбине могут изготавливаться как фиксированными, так и поворотными. В первом случае лопасти неподвижно закреплены под выбранным углом, соответствующим рабочему напору и оптимальной нагрузке генератора. Поворотные лопасти оправдано применять при значительных колебаниях напора и работе генератора в энергосистеме с переменной нагрузкой. С помощью поворотных лопастей можно поддерживать неизменную частоту вращения ротора и частоту вырабатываемого напряжения в генераторах.

В пропеллерной турбине имеется направляющий аппарат, который служит для подачи потока воды под нужным углом на лопасти турбины для достижения максимального коэффициента полезного действия. Направляющий аппарат позволяет регулировать мощность турбины, а также, в некоторых случаях, полностью прекращать доступ воды к рабочему колесу турбины.

Пропеллерные турбины снабжаются отсасывающими трубами. Отсасывающая труба представляет собой расширяющийся по сечению канал для отвода воды из турбины. При увеличении сечения трубопровода скорость воды и ее кинетическая энергия уменьшаются, что позволяет уменьшить потери энергии в отходящем потоке. Кроме того, отсасывающая труба позволяет расположить турбину выше уровня воды в нижнем бьефе. Отсасывающие трубы бывают как прямые, так и изогнутые (см. фото)

Патент на погружную микрогэс

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к конструкции свободнопоточных микрогидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды в электрическую.

Известна гидроэлектростанция на потоке (патент RU 2148184 С1, кл. F 03 В 13/00, опубл. 27.04.2000 г.), преобразующая механическую энергию проточной воды в электрическую, агрегатами, имеющими лопасти для восприятия воздействия потока, закрепленными на горизонтальных рамах, имеющих сборную конструкцию, перемещающихся по направляющим береговых опор, заделанных в грунт. Рама размещена над каналом (руслом) и перемещается вверх-вниз, на ней смонтированы колеса с лопастями агрегата, погруженные в воду и соединенные с электрогенератором. Перед агрегатом смонтирован регулятор потока воды. На дне канала (русла) выполнена набетонка, создающая оптимальную геометрию потока в вертикальном сечении. Вертикальные перемещения рамы по направляющим обеспечивают оптимальное погружение лопастей при изменении уровня воды в канале (русле). Для увеличения мощности гидроэлектростанции в канале размещается несколько агрегатов.

Недостаток такой гидроэлектростанции – необходимость в выполнении строительно-монтажных работ в стенках канала и на его дне. Поскольку наличие естественного русла с вертикальными стенками и необходимыми скоростными характеристиками потока маловероятно, потребуется создание специального канала и его оборудование. Гидротехнические работы при сооружении такой гидроэлектростанции значительны по объему и дорогостоящи, кроме того, металлоконструкция объекта сложна и дорогостояща.

Известна также гидроэлектростанция (патент RU 2088724 С1, кл. Е 02 В 9/00, опубл. 27.08.97), включающая плавучий элемент, закрепленный в потоке воды в реке с возможностью вертикального перемещения при изменении уровня воды, и закрепленную на плавучем элементе проточную часть, между входным раструбом и выпускным трубопроводом, на котором установлена гидротурбина, соединенная с генератором, причем концевой участок выпускного трубопровода плавучего элемента расположен за его пределами под уровнем воды и выполнен с увеличивающейся по направлению движения потока площадью поперечного сечения, причем поперечное сечение концевого участка выпускного трубопровода имеет многолепестковую форму или концевой участок выпускного трубопровода разветвлен на две и более трубы, а сам плавучий элемент размещен в проране.

Недостатками такой гидроэлектростанции являются сложность и нетехнологичность конструкции, обусловленные наличием катамарана и, особенно, сложной конструкцией водовода с плавно изменяющимися его сечением и формой. Кроме того, такая гидроэлектростанция требует создания гидротехнических сооружений: канала и насыпи с прораном определенного размера в нем.

Известна также автономная водопогруженная свободнопоточная микрогидроэлектростанция (свидетельство РФ на полезную модель №23317, кл. F 03 В 13/00, опубликованная в БИПМ №16 2002 г.), содержащая электрогенератор, неподвижно закрепленный водопогруженный модуль, включающий гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенной через расположенную в гондоле зубчатую передачу с валом электрогенератора, причем электрогенератор размещен ниже уровня воды и установлен в герметичном корпусе, соединенном с гондолой мультипликатора, вертикально расположенной герметичной трубой, размеры которой выбраны исходя из условий образования в районе электрогенератора воздушной подушки, достаточной для предотвращения проникновения воды в корпус электрогенератора. Применение на погруженной микрогидроэлектростанции типового электрогенератора привело к герметизации корпуса, в котором он размещен и к использованию зубчатой передачи – мультипликатора.

Недостаток такой гидроэлектростанции – сложность и нетехнологичность конструкции герметичного корпуса и привода с механическим мультипликатором, снижающие надежность установки и приводящие к большой трудоемкости и стоимости ее изготовления.

Задачей изобретения является снижение затрат на изготовление и монтаж гидроэлектростанции за счет упрощения ее конструкции и технологии монтажа-демонтажа микрогидроэлектростанции.

Поставленная задача решается тем, что в погружной свободнопоточной микрогидроэлектростанции, включающей гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенную с погруженным в воду герметизированным электрогенератором, согласно изобретению микрогидроэлектростанция оснащена состоящей из секций несущей рамой, на концах которой установлены щиты, образующие на входе потока воды конфузор, а на выходе – диффузор, в качестве электрогенератора использован низкоскоростной генератор, вал которого соединен непосредственно с валом гидротурбины, выполненной из отдельных секций, смонтированных в подшипниковых опорах, а каждая секция содержит один или более лопастных движителей, смещенных относительно друг друга на равный угол, каждый из движителей состоит из двух противоположно направленных лопастей, каждая из которых представляет собой профиль НАСА, модифицированный выполнением впадины на нижней плоскости, максимальная глубина которой составляет 10-14% от максимальной высоты профиля, и установленных на стойках, которые закреплены на валу гидротурбины с возможностью фиксированного перемещения лопастей в радиальном и угловом направлениях.

Этот технический результат достигается за счет того, что рама с агрегатом погружена, находится в погруженном состоянии, например на дне реки, или закреплена на плавсредстве. Такое размещение не требует дорогостоящих гидротехнических работ, позволяет обеспечить быструю установку, демонтаж или перебазирование на новое место микрогидроэлектростанции. Кроме того, применение низкоскоростного генератора позволяет исключить из конструкции два дорогостоящих элемента – герметичную капсулу и механическую передачу-мультипликатор.

Изобретение поясняется графическим материалом. На фиг.1 изображен общий вид микрогидроэлектростанции; на фиг.2 – секция гидротурбины; на фиг.3 – конструкция лопастного движителя с устройствами регулировки частоты вращения колеса и угла атаки лопасти; на фиг.4 – сечение лопасти гидротурбины.

Микрогидроэлектростанция содержит гидротурбину с горизонтальной осью 1 вращения, соединенную с погруженным в воду герметизированным электрогенератором 2, которые смонтированы на несущей конструкции в виде рамы 3 со щитами на концах 4, 5, образующими на входе потока воды конфузор, а на выходе – диффузор. Рама 3 для упрощения изготовления, транспортировки и монтажа состоит из двух жестко закрепленных секций, собираемых на месте установки микроГЭС, рама 3 устанавливается на дне реки или крепится на плавсредстве.

В качестве электрогенератора 2 использован низкоскоростной генератор, соединенный непосредственно с осью 1 гидротурбины, выполненной из отдельных секций (фиг.2), смонтированных в подшипниковых опорах 6, 7 (фиг.1). Каждая секция гидротурбины содержит один или более лопастных движителей 8 (фиг.2), смещенных друг относительно друга на равный угол (на фиг.1 пример выполнения секции, состоящей из трех движителей, смещенных на угол 120°) и состоящих из двух противоположно направленных лопастей 9, имеющих специальный профиль (фиг.4), закрепленных на стойках 10 (фиг.3) с помощью кронштейнов 11, с возможностью фиксированного перемещения лопастей в радиальном и угловом направлениях. На стойках 10 выполнены ступицы 12 с клеммовым соединением 13 для закрепления на валу гидротурбины, имеющем на концах шлицевые участки 14, которыми он установлен в шлицевые втулки двух подшипниковых опор 6, 7, закрепленных на раме 3. Количество движителей в секции и секций в гидротурбине зависит от мощности микроГЭС (длины гидротурбины). Первая секция гидротурбины одним концом вставлена в полый шлицевый вал низкоскоростного электрогенератора 2, установленного на раме и имеет только одну внешнюю опору. Сечение лопасти 9 гидротурбины (фиг.4) представляет собой профиль НАСА, модифицированный выполнением на нижней плоскости впадины, уменьшающей сечение хвостовой части для увеличения снимаемой с потока воды энергии. Размер максимальной глубины впадины а (фиг.4) составляет 10-14% от максимальной высоты профиля и получен моделированием.

Регулировка частоты вращения гидротурбины и электрогенератора (частота переменного тока) выполняется перемещением кронштейна 11 лопасти 9 по стойкам 10 лопастного движителя 8 с последующей фиксацией резьбовым соединением 15. Изменение угла атаки лопасти достигается поворотом лопасти 9 относительно стойки 10 лопастного движителя 8 (фиг.3) за счет толщины прокладки 16 между лопастью и кронштейном 11, к которому лопасть крепится. Для повышения скоростного напора и эффективности использования потока воды гидротурбина смонтирована между боковыми щитами 4 и 5, закрепленными на концевых конструкциях 17, смонтированных на раме 3.

Погружная свободнопоточная микрогидроэлектростанция работает следующим образом.

Поток воды за счет разности скоростей на внутренней и внешней стороне лопасти 9 создает подъемную силу, увеличенную выполнением впадины на нижней плоскости лопасти, вращающую лопастные движители 8 и вал низкоскоростного генератора 2, превращающего кинетическую энергию вращения гидротурбины в переменный электрический ток.

Таким образом, предлагаемая микрогидроэлектростанция позволяет снизить затраты на ее производство, упрощает и удешевляет ее монтаж и эксплуатацию и промышленно применима.

Устройство предназначено для преобразования кинетической энергии свободного потока воды в электрическую. Микрогидроэлектростанция содержит гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенную с погруженным в воду герметизированным электрогенератором. При этом она оснащена состоящей из секций несущей рамой, на концах которой установлены щиты, образующие на входе потока воды конфузор, а на выходе – диффузор. В качестве электрогенератора использован низкоскоростной генератор, вал которого соединен непосредственно с валом гидротурбины, выполненной из отдельных секций, смонтированных в подшипниковых опорах. Каждая секция содержит один или более лопастных движителей, смещенных относительно друг друга на равный угол. Каждый из движителей состоит из двух противоположно направленных лопастей, представляющих собой профиль НАСА, модифицированный выполнением впадины на нижней плоскости, максимальная глубина которой составляет 10-14% от максимальной высоты профиля, и установленных на стойках, которые закреплены на валу гидротурбины с возможностью фиксированного перемещения лопастей в радиальном и угловом направлениях. Конструкция микрогидроэлектростанции позволяет снизить затраты на ее изготовление и монтаж. 4 ил.

Погружная свободнопоточная микрогидроэлектростанция, включающая гидротурбину с горизонтальной осью вращения, соединенную с погруженным в воду герметизированным электрогенератором, отличающаяся тем, что микрогидроэлектростанция оснащена состоящей из секций несущей рамой, на концах которой установлены щиты, образующие на входе потока воды конфузор, а на выходе – диффузор, в качестве электрогенератора использован низкоскоростной генератор, вал которого соединен непосредственно с валом гидротурбины, выполненной из отдельных секций, смонтированных в подшипниковых опорах, а каждая секция содержит один или более лопастных движителей, смещенных относительно друг друга на равный угол, каждый из движителей состоит из двух противоположно направленных лопастей, каждая из которых представляет собой профиль НАСА, модифицированный выполнением впадины на нижней плоскости, максимальная глубина которой составляет 10-14% от максимальной высоты профиля, и установленных на стойках, которые закреплены на валу гидротурбины с возможностью фиксированного перемещения лопастей в радиальном и угловом направлениях.

Планирование микрогидроэнергетической системы | Министерство энергетики

Энергосбережение

Чтобы узнать, подойдет ли вам микрогидроэлектростанция, определите доступное вертикальное расстояние (напор) и поток (количество) воды.

Чтобы построить микрогидроэлектростанцию, вам нужен доступ к проточной воде на вашем участке. Должно быть достаточное количество падающей воды, что обычно, но не всегда, означает, что лучше всего подходят холмистые или гористые участки. Другие соображения для потенциального участка микро-ГЭС включают ее выходную мощность, экономику, разрешения и права на воду.

Чтобы понять, подойдет ли вам микрогидроэлектростанция, вам необходимо определить количество энергии, которое вы можете получить от проточной воды на вашем участке. Это включает в себя определение следующих двух вещей:

Напор — вертикальное расстояние, на которое падает вода
Поток — количество падающей воды.

После того, как вы определили напор и расход, вы можете использовать простое уравнение для оценки выходной мощности системы с КПД от 50% до 70% или более, что характерно для большинства микрогидроэнергетических систем.

Просто умножьте чистый напор (расстояние по вертикали, доступное после вычета потерь, таких как трение трубы — потери будут зависеть, среди прочего, от размера трубы, но для предварительных расчетов могут составлять от 5 до 10 процентов) на расход (используйте галлоны США в минуту), деленный на 10. Это даст вам выходную мощность системы в ваттах (Вт). Уравнение выглядит следующим образом:

[чистый напор (футы) × расход (гал/мин)] ÷ 10 = Вт (мощность или ватты)

Определение «головы» на вашем потенциальном участке микро-ГЭС

На потенциальном участке микро-ГЭС напор – это вертикальное расстояние, на которое падает вода. При оценке потенциального участка напор обычно измеряют в футах, метрах или единицах давления. Напор также зависит от характеристик канала или трубы, по которой он течет.

Большинство микрогидроэлектростанций относятся к категории низконапорных и высоконапорных. Чем выше напор, тем лучше, потому что вам потребуется меньше воды для производства заданного количества энергии, и вы можете использовать меньшее и менее дорогое оборудование. Низкий напор относится к изменению высоты менее чем на 66 футов (20 метров), а сверхнизкий напор относится к изменению высоты менее чем на 10 футов (3 метра). Вертикальный перепад менее 2 футов (0,6 метра), вероятно, сделает маломасштабную гидроэлектрическую систему невозможной.

Тем не менее, для очень малых объемов выработки электроэнергии текущий поток с толщиной воды всего 13 дюймов может поддерживать работу погружной турбины. Этот тип турбины изначально использовался для питания научных приборов, буксируемых за кораблями для разведки нефти, и похож на некоторые гидрокинетические энергетические системы, работающие от речных или приливных течений.

При определении напора необходимо учитывать как валовой, так и чистый напор. Общий напор — это расстояние по вертикали между верхним уровнем уровня воды в форбазе, где крепится водовод (или труба), по которому вода под давлением подается, и уровнем воды, куда сбрасывается вода из турбины. Чистый напор равен общему напору за вычетом потерь из-за трения и турбулентности в трубопроводе.

Самый точный способ определить общий напор — это провести профессиональный осмотр участка. Чтобы получить приблизительную оценку, вы можете использовать карты Геологической службы США для вашего района или метод шланга-трубы.

Метод шланг-трубка для определения напора включает в себя измерение глубины потока по ширине потока, который вы собираетесь использовать для своей системы, — от точки, в которой вы хотите разместить затвор, до точки, в которой вы хотите поставить турбину. Вам понадобится следующее:

Помощник
Садовый шланг малого диаметра длиной 20–30 футов (6–9 метров) или другая гибкая трубка
Воронка
Критерий или измерительная лента.
Протяните шланг или трубку вниз по каналу потока от точки, которая является наиболее подходящей отметкой для впуска затвора. Попросите вашего помощника держать верхний конец шланга с воронкой под водой как можно ближе к поверхности.
Тем временем поднимите нижний конец, пока из него не перестанет течь вода. Измерьте вертикальное расстояние между вашим концом трубки и поверхностью воды. Это валовой напор для данного участка потока.
Попросите вашего помощника подойти к вам и поместить воронку в ту же точку, где вы проводили измерения. Затем идите вниз по течению и повторите процедуру. Продолжайте проводить измерения, пока не достигнете точки, где вы планируете разместить турбину.

Сумма этих измерений даст вам приблизительное представление о валовом напоре для вашего участка.

Примечание: из-за давления воды на передний конец шланга вода может продолжать течь по шлангу даже после того, как оба конца шланга выровнены. Вы можете вычесть дюйм или два (2–5 сантиметров) из каждого измерения, чтобы учесть это. Лучше быть осторожным в этих предварительных измерениях общего напора.

Если ваши предварительные оценки кажутся благоприятными, вы захотите получить более точные измерения. Как уже говорилось, самый точный способ определить голову — это провести профессиональный осмотр вашего сайта. Но если вы знаете, что на вашем участке есть перепад высот в несколько сотен футов, вы можете использовать авиационный высотомер. Вы можете купить, одолжить или арендовать высотомер в небольшом аэропорту или аэроклубе. Однако предостережение: хотя использование альтиметра может быть дешевле, чем наем профессионального геодезиста, ваши измерения будут менее точными. Кроме того, вам придется учитывать влияние атмосферного давления и при необходимости калибровать высотомер.

Определение «потока» на потенциальном участке микро-ГЭС

Количество воды, падающей с потенциальной площадки микро-ГЭС, называется потоком. Измеряется в галлонах в минуту, кубических футах в секунду или литрах в секунду.

Самый простой способ определить сток вашего ручья — получить данные из следующих местных отделений:

Геологическая служба США
Инженерный корпус армии США
Министерство сельского хозяйства США
Инженер вашего округа
Местное водоснабжение противопаводковых служб.

Если вы не можете получить существующие данные, вам необходимо провести собственные измерения расхода. Вы можете измерить поток, используя метод ведра или взвешенного поплавка.

Метод ведра

Метод ведра включает перекрытие ручья бревнами или досками, чтобы отвести его поток в ведро или контейнер. Скорость, с которой контейнер наполняется, является скоростью потока.

Например, ведро объемом 5 галлонов, которое наполняется за 1 минуту, означает, что скорость потока воды в вашем ручье составляет 5 галлонов в минуту.

Взвешенно-плавающий метод

Другой способ измерения расхода включает измерение глубины потока по ширине потока и выпуск взвешенного поплавка выше по течению от ваших измерений. Из-за соображений безопасности на воде этот метод не рекомендуется, если течение быстрое и/или над вашими икрами. Вам понадобится:

Помощник
Рулетка
Аршин или измерительная линейка
Поплавок с грузом, например пластиковая бутылка, наполовину заполненная водой
Секундомер
Немного миллиметровой бумаги.

С помощью этого оборудования вы можете рассчитать расход для поперечного сечения русла реки при самом низком уровне воды.

Во-первых, выберите участок ручья с самым прямым руслом и максимально равномерными глубиной и шириной.
В самом узком месте измерьте ширину ручья.
Затем, держа линейку вертикально, пройдите через ручей и измерьте глубину воды с шагом в один фут. Чтобы облегчить процесс, натяните веревку или веревку, на которой отмечены приращения, по ширине ручья.
Отметьте глубину на миллиметровой бумаге, чтобы получить профиль поперечного сечения ручья.
Определите площадь каждой секции, рассчитав площади прямоугольников (площадь = длина × ширина) и прямоугольных треугольников (площадь = ½ основания × высота) в каждой секции.
Затем от той же точки, где вы измерили ширину ручья, отметьте точку не менее чем в 20 футах выше по течению.
Отпустите утяжеленный поплавок посреди потока и запишите время, которое потребуется поплавку, чтобы добраться до исходной точки вниз по течению. Не позволяйте поплавку волочиться по дну русла; если это так, используйте меньший поплавок.
Разделите расстояние между двумя точками на время плавания в секундах, чтобы получить скорость потока в футах в секунду. Чем больше раз вы повторите эту процедуру, тем точнее будет ваше измерение скорости потока.
Умножьте среднюю скорость на площадь поперечного сечения потока.
Затем умножьте полученный результат на коэффициент, учитывающий неровность русла ручья (0,8 для песчаного русла, 0,7 для русла с мелкими и средними камнями и 0,6 для русла с большим количеством крупных камней). Результат даст вам скорость потока в кубических футах или метрах в секунду.

Расход воды может сильно меняться в течение года, поэтому важен сезон, в течение которого вы проводите измерения расхода. Если вы не планируете строить резервуар для хранения, вы можете использовать самый низкий средний расход за год в качестве основы для проектирования вашей системы. Однако, если вы ограничены по закону в отношении количества воды, которое вы можете отвести от вашего ручья в определенное время года, используйте средний расход в период наибольшего ожидаемого спроса на электроэнергию.

экономика

Если вы определите на основе расчетной выходной мощности, что микрогидроэнергетическая система будет осуществима, то вы сможете определить, имеет ли она экономический смысл.

Поскольку экономия энергии стоит меньше, чем ее производство, убедитесь, что ваш дом максимально энергоэффективен, сократите потребление электроэнергии, чтобы не покупать систему, которая больше (и дороже), чем вам нужно.

Сложите все предполагаемые затраты на разработку и обслуживание сайта в течение ожидаемого срока службы вашего оборудования и разделите сумму на мощность системы в ваттах. Это скажет вам, сколько будет стоить система в долларах за ватт. Затем вы можете сравнить это со стоимостью электроэнергии, предоставляемой коммунальными службами или другими альтернативными источниками энергии.

Какими бы ни были первоначальные затраты, гидроэлектростанция обычно служит долго, и во многих случаях обслуживание не требует больших затрат. Кроме того, иногда на уровне штатов, коммунальных предприятий и на федеральном уровне существуют различные финансовые стимулы для инвестиций в системы возобновляемых источников энергии. К ним относятся, среди прочего, льготы по подоходному налогу, освобождение от налога на имущество, освобождение штата от налога с продаж, кредитные программы и специальные программы грантов.

Разрешения и права на воду

При принятии решения об установке микрогидроэлектростанции на вашем участке вам также необходимо знать местные требования к разрешению и права на воду.

Независимо от того, будет ли ваша система подключена к сети или будет работать автономно, это повлияет на требования, которым вы должны следовать. Если ваша микро-ГЭС будет оказывать минимальное воздействие на окружающую среду, и вы не планируете продавать электроэнергию коммунальному предприятию, процесс получения разрешения, скорее всего, потребует минимальных усилий.

На местном уровне вашим первым контактным лицом должен быть окружной инженер. Ваше государственное энергетическое управление также может предоставить вам совет и помощь. Кроме того, вам необходимо связаться с Федеральной комиссией по регулированию энергетики и Инженерным корпусом армии США.

Вам также необходимо определить, сколько воды вы можете отвести из русла вашего ручья. Каждый штат контролирует права на воду; вам может понадобиться отдельное право на воду для производства электроэнергии, даже если у вас уже есть право на воду для другого использования.

См. «Планирование небольшой системы возобновляемой энергии» для получения дополнительной информации о кодексах штата и сообществе и требованиях к небольшим системам возобновляемой энергии.

Учить больше
Ссылки

Планирование микрогидроэнергетической системы

Системы микрогидроэнергетики Узнать больше

Снижение потребления электроэнергии и затрат Узнать больше

Планирование домашних систем возобновляемой энергии Узнать больше

Оборудование баланса системы, необходимое для систем возобновляемой энергии Узнать больше

Системы возобновляемой энергии, подключенные к сети Узнать больше

Автономные или автономные системы возобновляемой энергии Узнать больше

Основы микрогидроэнергетики
Национальная гидроэнергетическая ассоциация

«Вода-провод» Генерация микрогидроэлектроэнергии может стать разумным решением для достижения более тесной связи между энергией и водой

Свати Хегде, доктор философии.

21 августа 2019 г.

Концепция кинетической энергии была открыта много веков назад. Водные пути мира наполнены кинетической энергией, поскольку сила тяжести переносит воду через водоразделы, через водопады и реки, впадающие в море. Люди веками исследовали способы использования энергии воды, начав с извлечения энергии из воды для вращения водяных колес и приведения в действие сельскохозяйственной техники. В 19В ^-м-м веке была исследована присущая воде способность генерировать электричество. Сегодня производство гидроэлектроэнергии создает образы массивных дамб, разрушающих ландшафт, таких как плотина Гувера на реке Колорадо. Гидроэлектроэнергия производится, когда вода падает с высоты на турбину, вращающуюся под водой. Турбина движется, чтобы преобразовать кинетическую энергию воды в электричество. Хотя плотины гидроэлектростанций производят огромное количество электроэнергии, были сообщения о том, что эти проекты поглощают естественную и человеческую среду обитания во время их реализации.

Кабель внутритрубный турбинный для преобразования собственной энергии потока воды в подводящих трубопроводах в электроэнергию. Вырабатываемая электроэнергия может использоваться коммунальными службами для перекачки воды и сточных вод; Источник: Lucid Energy

В то время как достоинства крупных гидроэнергетических проектов преобладают над их недостатками, новая школа мысли вместо этого выступает за выработку электроэнергии «в потоке». Очевидно, что акцент сместился с больших плотин на турбины, расположенные в русле (или в трубопроводе), которые функционируют подобно традиционному водяному колесу. Эти турбины размещаются в потоке с минимальной структурной поддержкой и без каких-либо барьеров, отводов или хранилища. Несмотря на то, что режимы течения воды могут меняться в зависимости от сезона и времени, считается, что микротурбины обеспечивают непрерывный «поток» энергии. Эти системы в настоящее время используются для выработки электроэнергии мощностью 5-100 киловатт (кВт). Прямая микрогидросистема состоит из 5 компонентов ¹ : (i) водный канал, река, ручей, вода под давлением или другие виды водного транспорта, доставляющего воду; ii) такое оборудование, как турбина или водяное колесо, преобразующее кинетическую энергию воды в энергию вращения; iii) генератор переменного тока или генератор, преобразующий энергию вращения в электричество; (iv) Система управления для регулирования работы генератора; (v) Электропроводка, по которой подается электричество.

Несмотря на то, что гидроэлектростанции в русле реки можно построить по цене от 1000 до 20 000 долларов США ², прежде чем внедрять эти системы, необходимо рассмотреть все за и против микрогидроэнергетики. Эти системы очень эффективны, их можно использовать даже при скорости потока всего два галлона в минуту или при падении с высоты 2 фута. Микрогидросистемы предлагают надежный источник энергии по сравнению с другими маломасштабными технологиями, такими как солнечная энергия. Развивающиеся страны могут реализовать эти проекты в деревнях и сельских районах, где электричество недоступно. Однако эти системы имеют и свои недостатки. Поток воды может быть очень низким в летние месяцы, что может создать препятствие для выработки электроэнергии. Речная вода отводится от части ручья, и необходимо соблюдать надлежащую осторожность, чтобы не нанести ущерб местной экологии, местам обитания или гражданской инфраструктуре.

Потенциальные места для реализации малой гидроэнергетики в системе водного транспорта (обозначены красными кружками) ³

Другим вариантом микрогидросистемы является «внутренняя» генерация электроэнергии, которая имеет более высокий генерирующий потенциал, чем «внутренняя». потоковые системы. Для производства магистральных гидроэлектростанций существующие туннели, каналы, трубопроводы питьевой воды, коллекторы, акведуки, водостоки и другие искусственные сооружения, несущие воду, оборудуются электрогенерирующим оборудованием. Эти проекты часто квалифицируются как малые гидроэлектростанции и способны извлекать энергию из воды без необходимости строительства большой плотины или водохранилища. Водопроводные гидроэнергетические системы также имеют право на льготы по использованию возобновляемых источников энергии в некоторых штатах США. Водоводы обладают большим неиспользованным потенциалом повторного использования энергии для выработки малых гидроэлектростанций, что может существенно снизить потребление электроэнергии в сети и/или обеспечить водные агентства возобновляемой энергией. Внутритрубные системы могут генерировать 100-10 МВт электроэнергии. В городе Сан-Диего реализован проект по выработке 4,5 МВт чистой и надежной электроэнергии.

Внедрение малых гидроэнергетических систем в водоснабжение и водоотведение остается ограниченным из-за проникновения на рынок и незащищенности, несмотря на сложную связь между водой и энергией, особенно в инженерных системах. Поскольку перекачка воды в этих трубопроводах является энергоемким процессом, использование кинетической энергии воды для работы этих насосов предлагает энергоэффективное решение. Несколько недавних исследований показали, что стоимость малых гидросистем сопоставима со стоимостью крупномасштабного производства электроэнергии 9.0201 4 .

При правильном планировании и внедрении эти системы действуют как «микросети» и помогают в значительной степени экономить электроэнергию национальной сети. Эти микросети могут функционировать как автономные объекты или интегрироваться с более крупными сетями, что обеспечивает большую гибкость. Кроме того, коммунальные предприятия могут значительно сократить затраты на электроэнергию за счет внедрения этих систем и перейти к более устойчивой и децентрализованной экономике. Эти небольшие электрогенераторы также могут быть интегрированы с другими формами возобновляемой энергии, такими как солнечная энергия, ветер и энергия из отходов, что приводит к значительному снижению выбросов парниковых газов, связанных с энергетикой. Системы микрогидроэнергетики также открывают возможности для интеграции энергетических и водных предприятий и, следовательно, в большей степени улучшают связь между энергией и водой.

https://www.alternative-energy-news.info/micro-hydro-power-pros-and-cons/ ↩
https://www.energy.gov/energysaver/buying-and-making-electricity/microhydropower-systems ↩
Мошенничество, М. и др. Последние инновации и тенденции в технологиях внутренней гидроэнергетики и их применения в системах распределения воды. Дж. Окружающая среда. Управлять. 228 , 416–428 (2018). ↩
Мошенничество, М. и др. Последние инновации и тенденции в технологиях внутренней гидроэнергетики и их применения в системах распределения воды. Дж. Окружающая среда. Управлять. 228 , 416–428 (2018). ↩

Микро-ГЭС: долгосрочное решение проблемы бедности в сельской местности

ЧЕЛОВЕЧЕСТВО, ПОЛИТИКА И ВЫ

You are at:Home»Технологии и решения»Микро-ГЭС: долгосрочное решение проблемы бедности в сельской местности и газовые баллоны. Одним из способов уменьшения бедности с помощью микрогидроэнергетики является устранение таких расходов.

Хотя в странах Африки к югу от Сахары проживает 13 процентов населения мира, в них также проживает 48 процентов всех людей, не имеющих доступа к электричеству. Что еще хуже, так это высокий прирост населения на континенте, что также приводит к росту спроса на энергию. В 2014 году континент добился дополнительной выработки электроэнергии на 1000 МВт. Африке необходимо производить дополнительно 7000 МВт энергии каждый год, чтобы удовлетворить свои прогнозируемые потребности в энергии.

Преимущества и недостатки гидроэнергетики

Гидроэнергетика — многообещающее решение этой дилеммы. В отличие от нефти или угля, гидроэлектроэнергия не подвержена колебаниям рынка. Он также не разделяет их проблемы с хранением или прерывистостью. Гидроэнергетике также есть куда расти. В странах Африки к югу от Сахары освоено менее 10 процентов гидроэнергетического потенциала, а это означает, что существует потенциал для четырехкратного увеличения объема доступной в настоящее время электроэнергии за счет выработки дополнительных 400 гигаватт.

Еще одним преимуществом гидроэнергетики является повышенная безопасность воды. Многоцелевые плотины могут использоваться для выработки энергии, для борьбы с наводнениями, для хранения воды и поддержки ирригационной системы. Около 15 лет назад Всемирный банк пришел к выводу, что использование неосвоенного гидроэнергетического потенциала Африки и Азии необходимо для сокращения бедности при одновременном снижении выбросов углерода.

Однако строительство крупных гидроэлектростанций создает экологические и управленческие риски, такие как утрата биоразнообразия и ресурсов, а также изменения течения реки, влияющие на местную экосистему. Людей часто приходится переселять, а рыбные запасы сокращаются из-за бескислородных мертвых зон, образующихся, когда органические материалы накапливаются за плотинами и потребляют кислород при разложении. Было даже проведено исследование, которое показывает, что водохранилища гидроэлектростанций могут быть крупным источником метана из-за увеличения количества естественных пузырьков метана, которые образуются из разлагающихся материалов, когда вода проходит через турбины.

На юго-западе Албании большая часть оливковой рощи, долина и даже целая деревня вскоре могут оказаться под водой из-за планов строительства плотины на реке Вьоса в Куте. В ближайшие годы на реке и ее притоках планируется построить 31 плотину. Помимо таких опасений, проекты плотин имеют неопределенные долгосрочные выгоды из-за местной коррупции и экономических факторов в развивающихся странах.

Лучшее решение: микро-ГЭС

С другой стороны, микро-ГЭС сокращают бедность, вызывая минимальные экологические изменения и риски. Это не значит, что все микро-ГЭС лучше, поскольку размещение любой станции в неположенном месте может нанести вред окружающей среде. Многие микро-ГЭС могут по-прежнему приводить к таким же или худшим последствиям по сравнению с крупной ГЭС, если они наносят ущерб окружающей среде. Меньшие гидротехнические сооружения или «русловые» проекты часто оказывают меньшее влияние на поток воды, поскольку для них не требуется создание водохранилища. Они могут быть более безопасными, но также могут иметь социальные и экологические последствия.

Одним из примеров успеха, демонстрирующим, как микрогидроэлектростанции сокращают бедность, является малая гидроэлектростанция, построенная в 2009 году в деревне Банда Мираламджи в провинции Нангархар на востоке Афганистана. Он был построен путем рытья узкого канала из близлежащего оросительного канала для отвода воды с использованием местных материалов и установки генератора и турбины. Электростанция, финансируемая Национальной программой солидарности (NSP), вырабатывает достаточно электроэнергии для 150 семей.

По словам Мира Замана, инженера и менеджера NSP Nangarhar, приоритет отдается проектам, обеспечивающим электроэнергией общину, из-за множества целей, для которых используется электричество. Кроме того, гидроэлектростанции способствуют экономическому росту и созданию рабочих мест. Одним из примеров этого является микро-ГЭС, построенная в деревне Чхара в 1992. Потребители и местные жители внесли свой вклад в его строительство и получали ежедневную оплату. Станция обеспечивала электроэнергией 538 домохозяйств, а также недавно созданный завод по переработке сельскохозяйственной продукции.