ГЭС. Сооружение водопогружной ГЭС на реке.

  Наиболее перспективным направлением в автономной энергетике, на сегодняшний день, являются станции на воде. Водопогружные ГЭС.

Вопросы по ГЭС.

Содержание:

• Введение
• Сравнение станций
• Устройство водопогружных ГЭС
• Принцип работы ГЭС под водой
• Техническое задание и его состав
• Подбор места для установки ГЭС
• Способы установки ГЭС на воде
• Видео работы ГЭС
• Экологическая безопасность
• Разрешительная документация
• Гарантии производителя

Введение

  На протяжении 20 лет, Мне и нашему коллективу довелось очень подробно изучить способы получения энергии с использованием различных автономных источников.

В настоящее время Мы занимаемся разработками получения энергии в области трех видов автономных станций: солнечных, ветряных и станций на воде.

Из представленного ряда альтернативных источников энергии, на первое место я бы поставил гидростанции.

... Движение воды в реке, канале, идёт непрерывно, соответственно и выработка энергии на ГЖС, идёт постоянно, на протяжении всего времени работы станции.

На сегодняшний день мы плотно работаем с турбинами ортогонального типа, как в напорных, так и водопонружных ГЭС. В данной статье особое внимание уделю водопогружным гидростанциям.

Гидроэнергетика это самое перспективное, экономически целесообразное, экологически чистое направление в области развития гидроэнергетики. Водопогружные гидростанции, разработанные в России ООО "Деалан Энерго", с использованием мирового опыта, могут с успехом эксплуатироваться на реках и каналах, в морях и океанах как приливные, так и волновые станции.

Это новое направление в возобновляемой энергетике. Основной причиной задержки развития направления гидроэнергетики, на которую можно сослаться, является малая изученность и высокая стоимость разработок водопогружных гидростанций.

В 2014 году, изучив мировой опыт, Российское предприятие ООО "Деалан Энерго" г. Ижевск, Россия, активизировало работы в этом направлении. На сегодняшний день разработано, запатентовано и выпускаются небольшими партиями, несколько видов водопогружных ГЭС, о которых поговорим в статье.

Сравнение альтернативных источников энергии.

Основное преимущество ГЭС перед ветро и солнечными станциями очевидно. Солнца и ветра может и не быть, а движение воды есть всегда.

Не буду углубляться в расчёты, выйду из положения простым, понятным сравнением, между водорогружными и напроными станциями.

Основное отличие между станциями, это среда работы. Напорные станции работают на напорном трубопроводе, а водопогружные станции работают на свободном потоке рек и каналов.

Для сооружения напорной ГЭС первичные затраты значительно выше чем для сооружения водо погружной ГЭС.

Напорная ГЭС требует проведение полного цикла работ, связанного с инженерными изысканиями, а это и проведение гидрологических и геодезических обследований. Необходимо изготовить строительный проект на сооружение водохранилища, машинного зала,. Необходим проект на гидротурбину. Нужно проведение технических экспертиз,       и т. д.

Причём, что создавать и строить малую напорную ГЭС, что крупную, в теории всё этапы производства работ необходимо пройти. Одним словом капитальные вложения при сооружении напорной станции очень большие.

Для организации строительства и запуск в работу водопогружной ГЭС необходимо предоставить основные гидрологические характеристики водоема: ширину, глубину и скорость течения потока воды, состояние дна и анализ подъездных путей для подвоза станции.

На второе место нужно поставить сложность монтажа напорной станции, которое сводится к полному циклу СМР, в противовес, водопогружным
станциям, которые монтируются очень не сложно. Простым опусканием станции грузоподъемным механизмом, либо вручную в реку, канал.

Водопогружные ГЭС, в отличие от всех других видов альтернативных источников энергии, это экологически чистые возобновляемые источники эл. энергии, относительно не дорогие и при этом быстро окупаемые. Средний срок окупаемости водопогружных ГЭС, по оборудованию, составляет от 1.7-3.5 года.

Устройство водопогружных станций

Для наглядности смотрите фото ниже...

На сегодняшний день разработано несколько видов водопоргружных ГЭС. Конфигурация станции определяется проектом. При всём этом станции имеют общую структуру построения.

Рама ГЭС

Рама станции - несущий элемент, на который крепится, всё навесное оборудование.

Вал

Вал турбины - элемент станции, на котором крепятся траверсы и лопасти. Служит для преобразования поступательного движения воды во вращательное движение вала и передачи вращения ротору генератора.

Траверсы

Траверсы - промежуточный несущий элемент станции, служат для крепления лопастей к валу.

Лопасти

Лопасти - основной тяговый элемент, создающий подъёмную силу за счёт конфигурации, профиля лопасти в водной среде. Преобразуют поступательное, направленное движение воды в тяговую силу, за счёт чего возникает движение лопасти навстречу движущемуся, встречному потоку воды.

Генератор

Водопогружной тихоходный генератор ГЭС - электрическая синхронная без редукторная машина, преобразующая вращательное движение вала турбины в электрическую энергию. В качестве электрической машины применяется водопогружной синхронный тихоходный генератор разработки и производства ООО "Деплан Энерго".

Ящик металлический

Шкаф ГЭС - совокупность электрических и электронных компонентов, предназначенных для управления процессами работы турбины

Решетка

Защитная решетка ГЭС - элемент защиты турбины станции от попадания механических частиц в рабочую зону вращения турбины. На фото показан пример работы мелкой сетки, которая полностью останавливает проход листвы, водорослей, тины и забивает её, закрывая проход воды. В последующем, турбина может полностью остановиться. Защитная, сетка с мелкой ячейкой не практична. На малых скоростях потока воды её забивает листвой, водорослями, тиной. Сетки оградительные определяются рабочим проеком станции...

Щитовая

Контейнер ГЭС - служит для размещения аппаратуры управления гидростанцией. Одновременно ограничивает свободный доступ посторонних лиц в зону расположения аппаратуры, работающей на опасном для жизни и здоровье людей напряжении.

Водопогружные ГЭС могут быть защищены внешним кожухом (см. фото). Могут поставляться с концентратором потоков, на основании рабочего проекта станции.

С целью прогнозируемой работы, все водопогружные ГЭС, в обязательном порядке, рассчитываются и привязываются к характеристикам водоема.

Подбор места для монтажа ГЭС

Местом для установки микро ГЭС может быть река, канал, океан или море (последнее для волн, и приливных течений). Каждое место установки станции тщательно анализируется, согласно отработанных методик.

В настоящее время отрабатываются все новые и новые места, где можно установить ГЭС. Одно из таких мест, установка ГЭС в шлюзовые камеры колодцев на водосбросе водохранилищ.

Для эффективной работы станции её установить в поток со скоростью 1-3 м/сек.

Перечень данных для подбора

• Наличие подъездных путей
• Скорость течения реки
• Ширина реки
• Глубина реки
• Профиль дна реки

Имея на руках выше перечисленные требования, можем сделать предварительную оценку водоема по гидравлической мощности для дальнейшего проектирования ГЭС.

Принцип работы водопогружных ГЭС

Впервые Академик Шаурбергер, наблюдая за движением рыбы Форель в бурной реке, заметил, как быстро она перемещается во всех направлениях, что поперёк , что против воды. Это натолкнуло его на мысль, о применении пассивной энергии движения, в "движителях". От части, эффект виртуозного перемещения в быстрой воде взят на вооружение в разработках ортогональных турбин, где было применено крыло с специфическим аэродинамическим профилем, которое движется в воде встречно потоку, как это делает Форель.

Работа водопоружных ГЭС основана на тянущей силе крыла с аэродинамическим профилем.

Крыло, выставленное под эффективным углом атаки, набегает на встречно направленный поток воды. На лопасти создается тянущая сила, которая движет крыло против потока воды. Линейная скорость движения лопасти в 2.5- 6 раз превышает скорость набегающего потока воды.

Принцип работы такой турбины ГЭС, значительно отличается от турбин работающих гидростанций на эффекте паруса. Станции ортогонального типа работают с значительно меньшим лобовым сопротивлением (Сх), Эффективность и коэффициент мощности таких турбин может достигать от Ср= 0,27-0,9. Коэффициент мощности, а равно эффективность турбины, сильно зависит от правильности расчета турбины, правильности подбора генератора. Для турбин подобного класса, специально разработаны и производятся синхронные без редукторные водопогружные генераторы ООО "Деалан Энерго" г. Ижевск, Россия.

Техническое задание и его состав.

Для начала производства работ по проектированию станции, заказчик обязан заключить договор и составить техническое задание (ТЗ) на проектирование. ТЗ оформляется в свободной форме. В ТЗ необходимо указать....

• Данные организации
• Наименование объекта
• Географические координаты объекта
• Фото (видео) водоема
• Параметры водоема (ширина, глубина, скорость течения)
• Чертеж профиля дна с указанием размеров
• Желательно приложить отчет по гидрологическому годовому циклу водоема
• Требуемая мощность
• Наличие по близости стационарных электрических сетей

На основании данных, указанных в ТЗ изготавливается рабочий проект станции.

Способы установки ГЭС на воде.

В зависимости от параметров водоема, и пожеланий заказчика, ГЭС устанавливается на дно водоема, либо на понтон. Установка станций на дно реки, канала, производится грузоподъемными механизмами.

При погружении станции в водоем со скоростью потока ниже 1,5м/сек, конструкцию удерживают, ориентируют ее расположение по отношению к потоку воды, канатами вручную.

При погружении станции в водоем на скорости потока более 1,5м/сек, удержание станции производят согласно рекомендаций изложенных в проектной документации.

После погружения станции на воду, ГЭС крепят тросами к береговой линии. Прокладку кабеля к шкафу управления осуществляют по стальному тросу.

Все работы по размещению ГЭС на воде, выполняют с включенным электромагнитным тормозом.

Работа на воде производится квалифицированным, специально обученным персоналом. Для подключения электрической части допускается аттестованный электротехнический персонал, имеющий требуемую для выполнения работ группу допуска к электроустановкам с обязательным проведением инструктажа на рабочем месте. Допуск к работам ведет специалист из числа электротехнического персонала с группой допуска не ниже 5.

Установка станций на понтонах осуществляется с помощью плавательных средств. Допускается установка станции страховочными канатами с береговых линий. С последующим закреплением канатов на берегу способом, оговоренным в рабочем проекте.

Электрические подключения проводят по аналогии с погружными ГЭС.

Видео работы водопогружной ГЭС

Видео с испытаний станции, при работе в зимнее время в средней полосе России. Температура -25С. Для удобства проведения работ по погружению и поднятию станции из воды, изготовили металлический каркас с захватами. На практике станция находится полностью под водой, без выступов конструкций. Отмечена буями.

Экологическая безопасность.

Экологическая безопасность широко в мире изучалась институтами США и Канады. Водопогружные станции вредного влияния от вращения турбины ГЭС и вырабатываемой энергией , для рыбы и других обитателей водоема, не оказывает. Вращение турбины в воде, на небольшой скорости (скорость вращения турбины находится в пределах 90-180 об/мин), производит аэрацию водоема, т.е. насыщение воды воздухом, что благотворно влияет на развитие фауны и флоры водоемов.

Разрешительная документация на эксплуатацию станций.

С целью соблюдения законодательной базы в области размещения водопогружных генерирующих установок, регламентированных "Водным кодексом", Необходимо заключить договор на водопользование с собственником водоема. Ни каких других требований, ограничений законодательством России не предусмотрено.

Гарантии производителя.

Разработчик, производитель и патентообладатель станций ООО "Деалан Энерго" г. Ижевск, Россия. Предприятие дает гарантию на станции - 12 месяцев с момента установки станции на воду и сдачи ее по акт.