Расчет мини гэс. Расчет мощности мини-ГЭС: формулы, параметры и практические рекомендации

Как рассчитать мощность мини-ГЭС. Какие факторы влияют на выработку электроэнергии малыми гидроэлектростанциями. Какие формулы используются для оценки потенциала микро-ГЭС. Какие типы турбин подходят для разных напоров и расходов воды.

Основные параметры для расчета мощности мини-ГЭС

При проектировании мини-гидроэлектростанции ключевыми параметрами, определяющими ее мощность, являются:

• Напор воды (H) — разница высот между водозабором и турбиной, измеряется в метрах
• Расход воды (Q) — объем воды, проходящий через турбину в единицу времени, измеряется в м3/с
• КПД гидроагрегата (η) — эффективность преобразования энергии потока в электроэнергию

Чем выше напор и больше расход воды, тем большую мощность можно получить. КПД современных микро-ГЭС обычно составляет 70-90%.

Формула для расчета мощности мини-ГЭС

Теоретическая мощность мини-ГЭС рассчитывается по формуле:

P = ρ * g * Q * H * η

где:

• P — мощность, Вт
• ρ — плотность воды, 1000 кг/м3
• g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2
• Q — расход воды, м3/с
• H — напор, м
• η — КПД гидроагрегата

Данная формула позволяет оценить потенциальную мощность станции при известных параметрах водотока. Для более точных расчетов необходимо учитывать дополнительные факторы.

Типы турбин для разных напоров и расходов

Выбор типа гидротурбины зависит от напора и расхода воды на конкретном участке:

• Для низких напоров (до 10 м) и больших расходов подходят осевые и пропеллерные турбины
• При средних напорах (10-50 м) эффективны радиально-осевые турбины Френсиса
• Высоконапорные схемы (более 50 м) используют ковшовые турбины Пельтона
• Для сверхнизких напоров (менее 3 м) применяются водяные колеса и шнековые турбины

Правильный выбор типа турбины позволяет достичь максимального КПД в конкретных условиях.

Оценка гидроэнергетического потенциала участка

Как оценить возможности строительства мини-ГЭС на выбранном участке водотока? Необходимо выполнить следующие шаги:

1. Измерить перепад высот на участке для определения напора
2. Оценить средний расход воды за год и его сезонные колебания
3. Рассчитать теоретическую мощность по формуле
4. Учесть потери напора в водоводе и КПД оборудования
5. Оценить экономическую целесообразность строительства

Важно провести измерения в течение года для учета сезонных изменений стока. Это позволит более точно спрогнозировать выработку электроэнергии.

Факторы, влияющие на эффективность мини-ГЭС

На реальную выработку электроэнергии мини-ГЭС влияют следующие факторы:

• Колебания расхода воды в течение года
• Потери напора в водозаборных сооружениях и водоводах
• КПД гидротурбины и генератора
• Наличие системы автоматического управления
• Качество обслуживания оборудования

Учет этих факторов на этапе проектирования позволяет повысить эффективность и надежность работы станции.

Преимущества и недостатки мини-ГЭС

Малые гидроэлектростанции имеют ряд преимуществ:

• Экологическая чистота производства энергии
• Возобновляемость гидроресурсов
• Низкая себестоимость электроэнергии
• Длительный срок службы (40-50 лет)
• Возможность автономного энергоснабжения

К недостаткам можно отнести:

• Зависимость от гидрологического режима водотока
• Высокие начальные капиталовложения
• Необходимость создания напорного фронта (плотины)
• Воздействие на речную экосистему

При грамотном проектировании преимущества мини-ГЭС значительно перевешивают недостатки.

Практические рекомендации по строительству мини-ГЭС

При реализации проекта мини-ГЭС рекомендуется:

1. Провести детальные гидрологические исследования участка
2. Выбрать оптимальный тип гидротурбины
3. Использовать современные материалы и технологии
4. Предусмотреть рыбоходы для миграции рыб
5. Обеспечить автоматизацию управления станцией
6. Минимизировать воздействие на окружающую среду

Соблюдение этих рекомендаций позволит создать эффективную и экологичную мини-ГЭС.

Примеры расчета мощности мини-ГЭС

Рассмотрим несколько примеров расчета мощности малых ГЭС:

Пример 1: Низконапорная ГЭС

Исходные данные: Напор H = 5 м Расход Q = 2 м3/с КПД η = 0,8

Расчет мощности: P = 1000 * 9,81 * 2 * 5 * 0,8 = 78,48 кВт

Пример 2: Высоконапорная микро-ГЭС

Исходные данные: Напор H = 100 м Расход Q = 0,1 м3/с КПД η = 0,85

Расчет мощности: P = 1000 * 9,81 * 0,1 * 100 * 0,85 = 83,39 кВт

Как видно, при значительно меньшем расходе высоконапорная схема позволяет получить сопоставимую мощность за счет большего напора.

Расчеты параметров ГЭС | Малая и микрогидроэнергетика

1

Для справки.
Теоретическая мощность «идеальной» ГЭС можно посчитать по формуле:

N= p * Q,
где N — мощность, в ваттах
p — давление перед турбиной, в паскалях
Q — расход воды, в м3 в секунду.

Давление 10 метрового столба воды составляет 1 атмосферу или 100 000 паскалей.
1 литр составляет 1/1000 м3

Например,
ГЭС, потребляющая 45 литров в секунду (0,045 м3/сек) и работающая на
перепаде 2 метра (20 000 паскалей), по вышеуказанной формуле может
выдать 900 Ватт.

Реальные турбинные колёса небольших мощностей выдают 30-50% от теоретического значения.

От данной отправной точки можно строить свои предположения. хватит ли Вам
вашего ручейка только на светодиодные лампочки или всё же на
электроинструмент и бетономешалку…

 

«Бесплотинные ГЭС

— их мощность можно примерно оценить как

N = 120* V(куб)*D (квадрат)

где N — мощность, ватт, V- скорость течения, в метрах в секунду, а D — диаметр колеса, в метрах.
Это
— для хорошо сделанного винта. Для колес по типу старых водяных мельниц
мощность считается по площади сечения лопаток, которая омывается водой.

Как
мне кажется, безплотинные ГЭС можно использовать при скоростях где-то
от 0,7-1 м/с, а такие скорости в центральной России встречаются довольно
редко (почти нигде). А если и встречаются, то там может оказаться
мелко. То есть, должно крупно повезти, чтобы была возможность
пользоваться такой установкой. Но я, например, знаю людей, которым
повезло.»

http://ecovillage.narod.ru/energy/energy.htm

За правильность формулы не ручаюсь (она, в отличии от плотинной ГЭС скорее эмпирическая), но сайт вполне адекватный.

Путём
модельного расчёта при скорости течения в 1 м/c (бОльшие скорости —
скорее экзотика для большинства рек) получаем на 1 кВт мощности станции
диаметр колеса ГЭС в 2,9 метра.

А вот если Вам повезло и скорость
течения у Вас в ручье уже хотя бы 2 м/с, то диаметр колеса киловаттной
станции ужмётся до 1 метра.  Можно и плотину не ставить — а просто отобрать достаточный для Вашей ГЭС поток воды в обычную трубу.

Называется всё это чудо «Деривационная ГЭС».

Вот схемка: http://bse.sci-lib.com/particle007175.html

Используются
такие ГЭС в основном в горных районах, где, кроме функции получения
электроэнергии, служат ещё и для регуляции паводкового и ливневого
стока.

Например, на Западной Украине сейчас, по моим сведениям,
стоит брошенными около 70 малых ГЭС, построенных во время Сталина. При
желании могу найти человека с явками и паролями для интересующихся
возродить там любую из таких ГЭС.

На формулу расчёта мощности
способ подвода воды к гидроагрегату влияния не оказывает. Скорее, подвод
в трубе немного уменьшит напорный уровень ГЭС за счёт трения воды в
трубе.

Охрана подающих труб, безусловно, находится в ведении владельца ГЭС.

Так, например, при уклоне в 5% длина подводящего канала деривационной ГЭС с перепадом в 2 метра составит 40 метров.  Проблема в том, реки обычно не текут «по уклонам», а уже заранее выбрали весьма извилистые пути с минимальными уклонами.

Например,
в районе Днепропетровска река Днепр имеет отметку +51 метр при
расстоянии от устья в 480 км. А теперь посчитайте уклон в процентах…

И такую ситуацию Вы получите в 95% малых рек и ручьёв в европейской части России и Украины — за исключением Карпат и Кавказа.

 

расчеты

Мини гэс для ручья/ малых рек/ удобно для дома/ на отдыхе

21-апр, 15:27 8 415 1

5кв- 14000¥ 10кв — 19000¥ 15кв — 23000¥ 20кв — 27000¥ 25кв — 32000¥ 30кв- 34000¥ 35кв — 37000¥

5кв —  2 208,2 $ 10кв — 2 996,85 $ 15кв — 3 627,76 $ 20кв — 4 258,68 $ 25кв — 5 047,32 $ 30кв — 5 362,78 $ 35кв — 5 835,96 $

5кв  — 184 195,98 руб 10кв — 249 980,26 руб 15кв — 302 607,69 руб 20кв — 355 235,11 руб 25кв — 421 019,39 руб 30кв — 447 333,11 руб 35кв — 486 803,67 руб

Несколько упрощая, можно задать основные диапазоны напоров и расходов воды, и этим диапазонам будут соответствовать различные типы гидротурбин:
1. Напор менее 10 м, расход гидротурбины 5—20 м³/с: тип гидротурбины — вертикальная пропеллерная гидротурбина, конструкция здания малой МГЭС — здание с прямоугольной турбинной камерой.
2. ‎Напор 10—20 м, расход гидротурбины 5—20 м³/с: тип гидротурбины — горизонтальная осевая гидротурбина с вертикальным генератором.
3. ‎Напор менее 20 м, расход гидротурбины 20—40 м³/с: тип гидротурбины — горизонтальная трубная гидротурбина.
4. ‎Напор свыше 20 м, расход гидротурбины 20—40 м³/с: тип гидротурбины — вертикальная радиально-осевая гидротурбина (турбина Френсиса).

Фото: images.squarespace-cdn.com

 

Работа крупных ГЭС зачастую очень сложна — она требует профессиональных навыков и точных расчетов. Однако для мини и малых станций все устроено намного проще. Здесь не нужно больших объемов воды и крупных плотин. За счет своей простоты в использовании и компактности мини ГЭС могут выполнять сразу несколько функций. Такие ГЭС не только обеспечивают дома и дачные участки. Их можно перевозить с места на место, например в походы или путешествия. Часто микро турбины используются в производственных и коммерческих целях. Но во многих странах, таких как Япония такие генераторы служат в качестве резервных источников питания в случае катастроф или природных катаклизмов.

 

Современные разработки позволяют устанавливать ГЭС не только на полноводных реках, но и на небольших ручьях. При этом течение не обязательно должно быть быстрым. 

 

                                         

Фото: pobetony.ru

 

Устройство такой ГЭС не сложнее чем полив огорода. Мини турбины подключаются к шлангам, трубам, рукавам и могут производить электричество мощностью от 20 Вт*ч. Для обеспечения дополнительного напора воды трубы устанавливаются на склонах или перепадах. Причем такой склон можно создать и искусственным образом. 

 

Так как ручьи в своих объемах намного меньше рек, для них характерны микро гэс установки. Вырабатывают они от 5 до 100 кВт. 

 

Гидроагрегаты на микро гэс состоит из:

 

• лопастей;
• направляющего аппарата;
• ротора;
• статора;
• вала. 

 

Турбины бывают: диагональные, поворотно-лопастные, осевые, радиально-осевые, ковшовые. Выбор зависит от расчетов и типа местности. За счет малых габаритов скорость ротора увеличивается в два раза, в сравнении со скоростью течения.

 

Турбины Changsha Lichuan Hydroelectric Power Control Equipment Co., LTD и ASUMB просты в использовании. Они быстро запускаются и останавливаются для проведения техобслуживания. Детали агрегатов заменяемы и сделаны из прочной нержавеющей стали. 

Схема агрегата: yandex.ru 

 

Установить агрегат можно как в самом русле реки, так и деривационным методом. Причем второй может использоваться как для поливов, так и для увеличения мощности напора. Для этого возводятся небольшие деривационные каналы со спиралевидным склоном, где устанавливается сама турбина. Использованная вода тут же возвращается в ручей.

 

Каналы деривации можно защитить от попадания рыбы и ила специальными фильтрами. Это не только положительно повлияет на биоразнообразие ручья, но и увеличит срок эксплуатации турбины.  

 

В целом расходы на установку микро ГЭС составляют от 1000 до 4000 долларов на 1 квт. Но этот показатель зависит от предполагаемой мощности станции. Для производства электричества в малых масштабах существуют более бюджетные варианты. Эксплуатационный срок  таких ГЭС от 15 лет. Окупаемость от 3 лет. КПД более 80%.

 

 

---

Вернуться назад

Сколько гидроэнергии я могу получить

Если вы имеете в виду энергию (это то, что вы продаете), прочтите Сколько энергии я могу получить от гидротурбины?.
Если вы имеете в виду мощность , читайте дальше.

Мощность — скорость производства энергии. Мощность измеряется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт). Энергия используется для выполнения работы и измеряется в киловатт-часах (кВтч) или мегаватт-часах (МВтч).

Проще говоря, максимальная выходная мощность гидроэлектростанции полностью зависит от того, какой напор и расход доступны на участке, поэтому крошечная микрогидросистема может производить всего 2 кВт, тогда как крупная гидросистема коммунального масштаба может легко производить сотни мегаватт (МВт). Для сравнения, гидроэнергетическая система мощностью 2 кВт может удовлетворить годовые потребности в электроэнергии двух средних домов в Великобритании, тогда как система коммунального масштаба мощностью 200 МВт может обеспечить 200 000 средних домов в Великобритании.

Если вы не возражаете против уравнений, самый простой способ объяснить, сколько энергии вы могли бы произвести, — это взглянуть на уравнение для расчета гидроэнергии:

P = m x g x H _нетто x η

Где:

Р

мощность, измеренная в ваттах (Вт).

м

массовый расход в кг/с (численно совпадает с расходом в литрах/с, поскольку 1 литр воды весит 1 кг)

г

гравитационная постоянная, равная 90,81 м/с ²

H _сетка

чистая головка. Это общий напор, физически измеренный на объекте, за вычетом потерь напора. Для простоты можно предположить, что потери напора составляют 10%, поэтому H _нетто = H _брутто x 0,9

η

произведение эффективности всех компонентов, которыми обычно являются турбина, система привода и генератор

Для типичной малой гидросистемы КПД турбины будет 85%, КПД привода 95 % и КПД генератора 93 %, поэтому общий КПД системы будет равен:

 
0,85 x 0,95 x 0,93 = 0,751, т.е. , и турбины, которая могла бы принять максимальный расход 3 м ³ /с, максимальная выходная мощность системы будет:

Сначала преобразуйте напор брутто в напор нетто, умножив его на 0,9, поэтому:

H _нетто = H _брутто x 0,9 = 2,5 x 0,9 = 2,25 м

 
Затем переведите расход в м ³ /с в литры/секунду, умножив его на 1000, таким образом:

3 м ³ /с = 3000 литров в секунду

 
Помните, что 1 литр воды весит 1 кг, поэтому м численно соответствует скорости потока в литрах/секунду, в данном случае 3000 кг/с.

Теперь вы готовы рассчитать мощность гидроэлектростанции:

Мощность (Вт) = m x g x H _net x η = 3000 x 9,81 x 2,25 x 0,751 = 49 729 Вт = 49,7 кВт

 

Теперь проделайте то же самое для высоконапорной ГЭС, где общий напор составляет 50 м, а максимальный расход через турбину составляет 150 литров в секунду.

В этом случае H _нетто = 50 x 0,9 = 45 м и скорость потока в литрах/сек равна 150, следовательно:

Мощность (Вт) = m x g x H _нетто x η = 15 0 х 9,81 х 45 х 0,751 = 49 729 Вт = 49,7 кВт

 

Что здесь интересно, так это то, что два совершенно разных объекта, один с чистым напором 2,25 м, а другой 45 м, могут генерировать точно такое же количество энергии, потому что на участке с низким напором расход намного больше (3000 литров). / сек) по сравнению с сайтом с высоким напором всего 150 литров в секунду.

Это ясно показывает, что двумя основными переменными при расчете выходной мощности гидроэнергетической системы являются напор и расход, а выходная мощность пропорциональна напору, умноженному на расход.

Конечно, две системы в приведенном выше примере физически сильно отличаются друг от друга. На участке с низким напором потребуется физически большой архимедов винт или турбина Каплана внутри машинного зала размером с большой гараж, потому что он должен быть физически большим, чтобы выпускать такой большой объем воды с относительно низким давлением (напором). . На участке с высоким напором потребуется только небольшая турбина Пельтона или Турго размером с холодильник, потому что она должна выпускать только 5% расхода системы с низким напором и под гораздо более высоким давлением.

Интересно, что в реальном мире напоры и потоки в приведенном выше примере не слишком далеки от реальности, потому что участки с высоким напором, как правило, находятся в верховьях рек в горных районах, поэтому уклоны земли крутые, что позволяет напоры должны быть созданы, но водосбор водотока относительно невелик, поэтому скорость потока невелика. Тот же самый горный ручей в 20 км ниже по течению слился бы с бесчисленным множеством мелких притоков и образовал бы гораздо более крупную реку с более высоким расходом, но окружающая территория теперь представляла собой низменные сельскохозяйственные угодья с небольшим уклоном.

Было бы возможно иметь только низкий напор через плотину, чтобы избежать риска затопления окружающей земли, но скорость потока в реке в низинах будет намного больше, чтобы компенсировать это.

В Великобритании имеется целый ряд гидроэлектростанций всех типов с высоким, средним и низким напором. В Англии больше мест с низкой головой, в Шотландии больше с высокой головой, а в Уэльсе все смешано, но все же со значительными возможностями для средней и высокой головы.

Мощность и выработка энергии могут быть увеличены за счет очистки впускного экрана от мусора, что поддерживает максимальный напор системы. Этого можно добиться автоматически, используя наш инновационный экран GoFlo Traveling, изготовленный в Великобритании нашей родственной компанией. Узнайте о преимуществах установки подвижного грохота GoFlo на вашей гидроэнергетической системе в этом примере: максимальное использование преимуществ гидроэнергетической технологии с помощью инновационной технологии подвижного грохота GoFlo.

Обратно в Учебный центр гидроэнергетики

Возобновляемые источники энергии Во-первых, иметь значительный опыт работы в качестве консультанта по гидроэнергетике и обладать полными проектными возможностями, от первоначального технико-экономического обоснования до проектирования и установки системы.

Первым шагом при разработке любого объекта гидроэнергетики является проведение полного технико-экономического обоснования.

Свяжитесь с нами по поводу технико-экономического обоснования сегодня!

После завершения вы поймете потенциал сайта и получите инструкции по следующим шагам по развитию вашего проекта. Вы можете узнать больше о гидроэнергетике в нашем Учебном центре гидроэнергетики.

Сведите к минимуму ручную очистку водозаборного экрана, максимально окупите финансовую отдачу от гидроэнергетической системы и защитите рыбу и угрей с помощью передвижных экранов GoFlo. Узнайте больше здесь.

Онлайн-калькулятор гидроэнергетики

Этот сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам лучший просмотр. Узнать больше.

Как рассчитать гидроэлектроэнергию

У нас есть несколько калькуляторов, которые позволят вам рассчитать гидроэлектроэнергию, которая может быть выработана.
От микро-гидротурбин и традиционных размеров до речных и приливных электростанций, у нас есть калькулятор, который позволит вам увидеть их приблизительные возможности по выработке электроэнергии.

Создание процветающей водной экосистемы: руководство по изготовлению жидких удобрений для аквариумных растений своими руками

Давайте разберем, что означает каждая буква в расчете гидроэлектроэнергии (если вы просто хотите использовать наш калькулятор, прокрутите вниз). Помните, что этот расчет представляет собой только теоретическую мощность, которая должна быть получена от падающей воды.

Формула расчета гидроэнергии

P = Q * ρ * g * H * η

P = произведенная электроэнергия в кВА
Q = расход в трубе (м3/с)
ρ = плотность (кг) /м3), вода = 1000
г = 9,81 = ускорение свободного падения (м/с²)
H = высота водопада (м)
η = глобальный коэффициент эффективности (обычно от 0,7 до 0,9)
Эффективность системы 53%, поэтому вам нужно использовать 0,53 для η,

Калькулятор гидроэнергетики

P = Q * ρ * g * H * η

Мощность (кВт)

Помните, что если вы используете это для микрогидроэнергетики, используйте более низкий КПД около 50%

На участке с низким напором ниже 10 метров. В этом случае вам нужно иметь хороший объем потока воды, если вы хотите производить много электроэнергии. Высоконапорная площадка имеет напор более 20 метров. В этом случае вы можете обойтись без большого потока воды, потому что гравитация будет давать то, что у вас есть энергетический заряд.

Как определить ваш (Q) расход

Q = A * v

A = где A — площадь поперечного сечения в м² (метры в квадрате)
v = скорость потока в м/ S (метры в секунду)

Рассчитайте свою (Q) скорость потока

Q = A * V

Как определить пробег генерации реки

P = 0,5 * η * ρ * Q * V²

Когда вы используете систему ROR, формула для расчета ожидаемого производства энергии немного отличается. Эти станции будут использовать кинетическую энергию потока и гравитацию, а голова уже не привыкнет.

Русловые (ROR) установки и приливные электростанции

P = 0,5 * η * ρ * Q * v²

Мощность (кВт)

Как определить напор/высоту

Напор относится к вертикали высота, с которой будет падать вода.