Гидроэнергетика

Научно-технические статьи, патенты,
технологии, изобретения, инновации

Гидроэнергетика

В последнее время появилось много разработок малогабаритных гидроэлектростанций - МГЭС для "индивидуального" использования. Ранее, в 50...60-х гг прошлого века, благодаря изобретателю Б. С. Блинову, были разработаны: 1. - "гирляндые" ГЭС для малых рек; 2. – "рукавные" ГЭС даже для малых ручьёв с дебетом воды не менее 50 литров/сек.

Гирляндные ГЭС строились по двум типам: поперечному течению и продольному Фиг.14,:

В качестве гидроколёс (роторов), Б. С. Блинов использовал несколько "крыльчаток", изготовленных из тонкого металлического листа, диаметром около полуметра, по типу детской игрушки – пропеллера из квадратного листа бумаги. В качестве гибкого вала использовал обычный стальной трос диаметром 10...15 мм. На такой ГЭС, изобретатель получал с одного гидроколеса до 1,5...2,0 квт, при течении реки около 2,5 метра/сек!

Если опоры 2 с подшипниками 1 и генератором 5 установить на дно реки, и подшипники с генератором поднять выше уровня реки, а всё это сооружение разместить по оси течения, то результат, практически будет тот же. Эта схема применяется для очень "узких речек" но с глубиной более 0,5 метра.

В микро-гэс по обеим схема Б. С. Блинов, в качестве генераторов устанавливал обычные трёхфазные асинхронные электродвигатели, с реактивным самовозбуждением от параллельно подключенных к обмоткам конденсаторов, из расчета 7 мкф на 100 ватт мощности одной обмотки. Результат – замечательный, т.к. форма напряжения и тока получалась даже лучше, чем при использовании синхронных генераторов!

В 70 –е годы прошлого века, благодаря изобретению Б. С. Блинова, даже предприятия сельскохозяйственного машиностроения выпускали серийно целый ряд таких рукавных микро-гэс от 1 до 100 квт.

Эксперимент, настоящий эксперимент, в большинстве случаев идет впереди теории, которой остается только объяснить его результаты. Так произошло и в случае, описанном в 1989 году немецким журналом "Пространство и время". Студент-энергетик Людвиг Гербранд в 1930 году был направлен на преддипломную практику на гидроэлектростанцию Рейнфельден, где монтировали новый электрогенератор взамен износившегося. На этой электростанции, построенной еще в конце XIX века, не было высокой плотины, а просто часть потока реки Рейн отводилась дамбой к турбогенераторному залу. Студент обратил внимание на то, что турбогенераторы, пропуская через себя всего 50 куб. м воды в сек., производят электроэнергии столь же много, как на соседней новой гидроэлектростанции в Рыбурге, имеющей высоту напора воды 12 м, вырабатывают огромные турбогенераторы с пропускной способностью 250 куб.м/сек. Заинтересовавшись этим парадоксальным фактом, Гербранд понял, что причина - в динамическом напоре потока воды, подводимой к турбине.

Перегораживая реку высокой плотиной, проектировщики стремятся создать как можно больший гидростатический напор воды.

При перепаде уровней воды H гидростатическая (гравитационная) энергия, запасенная водой за плотиной, составляет

На эту энергию и рассчитывают проектировщики, возводя плотину и подводя воду сверху вниз по изогнутому под углом в 90 градусов водоводу к турбине, где потенциальная энергия столба воды превращается в кинетическую энергию движения воды E
/2 подаваемой на лопатки турбины. При этом скорость потока воды не может превысить величинуV = √ 2gH. (Здесь g = 9,8 м/с

- ускорение свободного падения у Земли).

Повышение мощности турбин считалось возможным только за счет увеличения их пропускной способности. Но последняя ограничена не только конструкцией турбины, и величиной стока реки. А вот на старой электростанции не было высокой плотины, зато дамба захватывала самую быструю часть течения реки и по сужающемуся каналу подводила его прямо к турбинам. При этом в сужающемся канале скорость потока, подаваемого на лопатки турбины, еще возрастала и оказывалась гораздо большей, чем на новой электростанции с её высокой плотиной. А кинетическая энергия потока, является квадратичной функцией от его скорости! Если скорость потока в 2 раза больше, то энергии вырабатывается в 4 раза больше при одном и том же расходе воды. Но в действительности турбогенераторы старой электростанции вырабатывали электроэнергии еще больше, чем показали студенту эти простые расчеты. Откуда она берется?

Обеспокоенный студент пишет письмо своему научному руководителю профессору Финзи. Тот ответил следующее: "Не волнуйтесь. Генератор работает без проблем... Мы инженеры электрики. Поэтому остальные вопросы не наши, чтобы их решать. Оставьте их гидравликам..." Это предисловие является яркой иллюстрацией эффективности "свободнопоточных" ГЭС в сравнении с "гравитационными" - плотинными – водопадающими!

Компания Marine Current Technologies построила первую в мире коммерческую приливную электростанцию SeaGen у побережья Северной Ирландии. Эта станция спроектирована как свободнопоточная ГЭС. Принцип работы приливной электростанции сходен с работой ветрогенератора, только вместо ветра движителем турбин является подводное течение. Особенность таких установок – высокая предсказуемость режима работы, ведь в отличие от капризного ветра приливы и отливы постоянны. Это очень важно для интеграции в местные сети, испытывающие значительные суточные перепады уровня энергопотребления.

Фиг.16. Свободнопоточная приливная ГЭС.

2 ротора турбин SeaGen имеют по две лопасти, 16 метров в диаметре и оптимальную скорость вращения 14 оборотов в минуту. И расчитаны на мощность 1,2 мегаватта! По словам технического директора Marine Current Technologies Питера Френкеля (Peter Fraenkel), двухроторный дизайн установки диктуется небольшой глубиной моря.

Лопасти роторов оснащены системой управления и могут поворачиваться, меняя угол атаки. Роторы, при необходимости, можно замедлять или вовсе останавливать для обслуживания. Роторы могут устанавливаться как в местах приливных течений, так и в местах постоянных течений!

Роторы закреплены на горизонтальной балке, установленной на четырехточечную опору. Опора может менять высоту над морским дном, поднимая установку для ремонта и обслуживания.

Компания Marine Current Technologies не собирается останавливаться на достигнутом и планирует постройку 10,5-мегаваттной приливной электростанции на побережье Северного Уэльса в кооперации с одной из немецких компаний. По словам Френкеля, разработка системы уже началась, и в течение трех лет проект будет осуществлен.

Английские инженеры рассчитали ( а до этого я тоже лет 50 тому назад), что для свободнопоточных роторов гидростанций эффективнее всего схема 2...3 лопастного пропеллера. И это совершенно очевидно из простейших расчётов. Ниже представлены мощности, вырабатываемые 2-х лопастным ротором, с ометаемой площадью 1,0 м

, при кпд =0,5 и при течении воды со скоростью:

Как видно из представленной таблички, перспективы использования свободно - поточных, пропеллерных роторов, в качестве гидротурбин весьма заманчивы!

Если необходимо уменьшить диаметр пропеллера, то мощность уменьшится в квадратичной зависимости от отношения диаметров. Или изменится в квадратичной зависимости от отношения скоростей течения! Очень простые расчеты, значительно проще чем для винтов корабля! Ошибка составит не более 12%. Несколько лет назад в "науке и жизнь", в Журнале "Изобретатель и рационализатор", и на нескольких сайтах появились публикации об изобретении мини-ГЭС Н. Ленева.

Сущность которой изображена на Фиг. 17.:

Поделиться статьёй с друзьями:

Другие статьи раздела "Электроэнергетика":

  1. 09.12.13 Гидроэнергетика
  2. 09.12.13 Магнито-электрический генератор на основе кольцевого постоянного магнита
  3. 09.12.13 Тесла–генератор тока
  4. 28.10.13 Двигатель внутреннего сгорания работающий на воде и способ его работы
Страницы: 01 02 03 04 05