Конструкции малых ГЭС. Лекция № 5 презентация

Содержание:
Классификация МГЭС
Основные типы МГЭС
Оборудование МГЭС
Экономика МГЭ
Примеры использования МГЭС

Классификация МГЭС по:
типу электросети
режиму работы
установленной мощности Nуст
напору H
схеме использования потенциала

по типу электросети:
на автономного потребителя (АП)
Nмгэс >> Рпотр
на локальную энергосистему (ЛЭС) Nмгэс ≅ Рпотр
на объединенную энергосистему (ОЭС)
Nмгэс<< Рпотр
Выбор мощности МГЭС зависит от типа электросети
Классификация МГЭС

по режиму
работы:
ГЭС, работающая
«по водотоку»
- Кол-во электроэнергии варьируется в зависимости от объема имеющегося стока реки: низкая гарантированная мощность
ГЭС, работающая с регулированием стока
- С водохранилищем
Высокая гарантированная мощность круглый год
Классификация МГЭС

по установленной мощности в разных странах мира :
Норвегия, Швейцария, Венесуэла 1-1,5 МВт
Австрия, Испания, Индия,
ФРГ, Канада до 5 МВт
Латиноамериканские страны до 10 МВт
Юго-Восточная Азия,
Франция до 12 МВт
США, Россия до 30 МВт
Новая Зеландия, Китай до 50 МВт
Классификация МГЭС

ГОСТ 51238-98
«Гидроэнергетика малая»
Малая ГЭС (МГЭС) – мощность до 30 МВт,
при единичной мощности гидроагрегата до 10 МВт
МикроГЭС – МГЭС с мощностью менее 100 кВт
Классификация МГЭС
Между МГЭС и микро-ГЭС существуют
технические, конструктивные и
технологические различия, которые до конца нормативно не определены

п по напору
низконапорные Н < 20 м
средненапорные 20 ≤ Н ≤ 100 м
высоконапорные Н > 100 м
Граничные значения напоров в разных литературных источниках разные.
Классификация МГЭС
Разные зарубежные и отечественные фирмы
предлагают предельные значения напоров,
опираясь на свои разработки турбинного оборудования.

по схеме использования потенциала МГЭ:
Плотинные: русловые и приплотинные
Деривационные
Бесплотинные
Каскады МГЭС
Малые ГЭС на готовом напорном фронте
Классификация МГЭС

Русловая МГЭС
Течение реки
Плотина
Турбина
Структурная схема русловой МГЭС с вертикальным агрегатом

Русловая МГЭС
Структурная схема русловой МГЭС с капсульным агрегатом

Русловая МГЭС с осевой турбиной
Упрощения в конструкции:
открытая турбинная камера
прямоосная коническая отсасывающая труба

Приплотинная МГЭС
Структурная схема приплотинной ГЭС
Классификация МГЭС

Деривационные ГЭС
Классификация МГЭС
Деривационная ГЭС: горные реки, используется естественный уклон реки.
Деривационный канал идет в обход русла реки, соединяя точки с разными уровнями.

План Гизельдонской ГЭС
Характеристики: Мощность ГЭС — 22,94 МВт, среднегодовая выработка — 56,9 млн кВт·ч. Расчётный напор 289 м
3 двухколесных ковшовых гидроагрегата мощностью по 7,6 МВт и один одноколесный ковшовый гидроагрегат мощностью 0,14 МВт Водохранилище (бассейн суточного регулирования) на р. Гизельдон, полезным объёмом 170 тыс.куб.м.

Особенности строительных работ
Плотина (дамба)
Низкая дамба простой конструкции для ГЭС, работающих в естественном режиме реки
Бетонная, деревянная, каменная
Стоимость одной дамбы может сделать проект нерентабельным
Система подвода/отвода воды
Водозабор с сороудерживающей решёткой и затвором; отводящий водовод на выходе
Вырытый канал, подземный туннель и/или
напорный трубопровод
Клапаны/задвижки на входе/выходе из турбины для проведения ТО
Здание ГЭС
Турбина, генератор, механическое и электрическое оборудование

Уменьшенные варианты больших гидротурбин
Максимальное КПД - 90%
В естественном режиме реки скорость потока значительно меняется
Турбина должна работать хорошо при различных скоростях потока
Реактивные турбины: турбина Френсиса, турбина Каплана
Для малого или среднего напора
Погружная турбина использует давление и кинетическую энергию воды
Ковшовые турбины: турбина Пельтона и др.
Для высокого напора
Использует кинетическую энергию высокоскоростной водяной струи
Турбины малых ГЭС

Ковшовая турбина Радиально-осевая турбина

Основное оборудование МГЭС
Генератор
Асинхронный генератор
Должен быть привязан к другим генераторам
Используется для подачи электроэнергии в большую сеть
Синхронный генератор
Может функционировать отдельно от других генераторов
Для автономных и изолированных от сети установок
Прочее оборудование
Мультипликатор
Трансформатор
Клапаны, электронное управляющее устройство, защитное устройство

Основные типы
микроГЭС:
использующие потенциальную энергию водотока
- микроГЭС плотинного типа
- деривационного типа - одна из
разновидностей – рукавные микроГЭС
использующие кинетическую энергию водотока:
наплавные и погружные свободнопоточные
каскады из свободнопоточных – гирляндные
на готовом напорном фронте,
например сифонные.
микроГЭС

Схемы
рукавной ГЭС
на спрямлении
русла реки
вдоль
русла реки
микроГЭС

Достоинства:
Рукавные микроГЭС просты в установке и не требуют сооружения плотины и здания ГЭС.
Их можно транспортировать с одного места на другое, монтировать за несколько часов и с малыми трудозатратами
Микро-ГЭС рукавного типа эффективны для использования энергии воды на предгорных и горных участках рек со значительными уклонами дна реки и большими скоростями потока.
Напор на таких ГЭС создается за счет прокладки напорного рукава.
микроГЭС

Таблица - Основные технические характеристики рукавных микро ГЭС

Конструкции сифонных микро-ГЭС
1 – глухая плотина
2 – водозабор
3 – трубопровод
4 – микро-турбина
А) - сифонный подвод воды
Б) - сифонный отвод воды
5 – генератор
6 – водовыпуск
7 - клапан срыва вакуума
микроГЭС

Схема плавучей МГЭС на понтонах
на готовом напорном фронте
1 - существующая плотина
2 - понтон с водозаборным сооружением в ВБ
3 - сифонный трубопровод
4 - понтон в НБ с установленным гидроагрегатом
микроГЭС

Конструкции свободнопоточных микроГЭС
Осевая гидротурбина
микроГЭС
1 - турбина карусельного типа
2 - плот для крепления электромеханического узла
3 – мультипликатор
4 – генератор
5 - электрокабель
Турбина карусельного типа

Преимущество и недостатки строительства МГЭС на ВВХН
Преимущество:
Сокращаются затраты на МГЭС в целом на 40-60 %
Не надо строить гидротехнические и водосбросные сооружения.
Недостатки:
Режим работы МГЭС подчинен требованиям основных водопользователей.
В России существует
около 2000 ВВХН
с объемом около 1 000 000 м3.
В среднем стоимость строительства МГЭС составляет от 36 до 60 тыс. руб. за кВт установленной мощности.
Срок строительства большинства МГЭС: 12-14 месяцев

Распределение затрат на малые ГЭС
(мировые данные) в %

Республика Дагестан
Аракульская МГЭС
Амсарская МГЭС
Шиназская МГЭС
Машинный зал Аракульской МГЭС
Водозабор Амсарской МГЭС
Станционный узел Шиназской МГЭС
Реализованные проекты:
три МГЭС в Южном Дагестане

Примеры реализуемых проектов:
Барсучковская МГЭС
Ставропольский край
Водозаборное сооружение
водоприемник с сороудерживающей решеткой
Трехниточный напорный деривационный трубопровод
длина каждой нитки – 55 м
диаметр – 1,6 м
Станционный узел
Здание ГЭС
три гидроагрегата
максимальная мощность каждого ГА – 1,6 МВт
Сооружения для выдачи мощности
площадка ОРУ 10 кВ
Ситуационный план Барсучковской МГЭС
9
Технические параметры проекта
Основные сооружения гидроузла

Головной водозаборный узел на р. Кара-Су
Безнапорная лотковая деривация
Напорный деривационный трубопровод
Кабардино – Балкарская Республика
Однотипные водозаборные узлы на рр. Жагдан-Су и Хосан-Саут
Бассейн суточного регулирования
Водоприемник МГЭС башенного типа с холостым водосбросом
Станционный узел, включающий здание МГЭС, пристанционную площадку и отводящий канал
Станционный узел МГЭС Кара-Су
Технические параметры проекта
Основные сооружения гидроузла
Примеры реализуемых проектов:
Кара-Су МГЭС
Проект включен в ФЦП «Юг России»
Строительство линий выдачи мощности будет профинансировано из федерального и регионального бюджетов
10

Водозаборное сооружение
плотина из грунтовых материалов высотой 3 м
Напорный деривационный трубопровод
длина – 3 км
диаметр – 1,2 м
Станционный узел
Здание ГЭС
два гидроагрегата с турбинами ковшового типа
максимальная мощность каждого ГА – 2,5 МВт
Сооружения для выдачи мощности
площадка ОРУ 10 кВ.
Республика Северная Осетия - Алания
Генеральный план Фиагдонской МГЭС
Основные сооружения гидроузла
Технические параметры проекта
Примеры реализуемых проектов: Фиагдонская МГЭС
11

Карачаево - Черкесская
Республика
12
Продольный профиль по оси деривации
Карачаево -Черкесская
Республика
Примеры реализуемых проектов:
три малых ГЭС на водозаборе Зеленчукской ГЭС
Технические параметры гидроузлов
МГЭС Большой Зеленчук
Аксаутская МГЭС
Марухская МГЭС
Программа развития малой гидроэнергетики