Будівництво мікро гідроелектростанцій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії

 Коментарі до статті

Вибір місця та схеми розміщення мікро ГЕС визначаються природними умовами, можливостями та бажаннями майбутнього користувача. Всі ці питання мають комплексний характер і включають як гідрологічні параметри, так і електротехнічні, будівельні та економічні питання. Необхідно враховувати основні питання будівництва мікро гідроелектростанцій.

Лінії електропередач

Будівництво мікро ГЕС переважно здійснювати ближче до житла, до споживача, так як зі збільшенням відстані та відповідною довжиною ліній електропередач, зростають як витрати на будівництво, монтаж та обслуговування цих ліній, так і втрати електроенергії за рахунок опору в лінії електропередач (ЛЕП).

 Електричний опір - це фізична величина (виражається в Ом), що характеризує протидію провідника електричного струму (проводу ЛЕП). Ця величина змінюється в залежності від матеріалу, перерізу та довжини провідника

На малюнку 34 зображені втрати з прикладу мікро ГЕС потужністю 10 кВт. Показані на малюнку розрахунки порівнюють втрати у ЛЕП завдовжки 3 км та 200 метрів (матеріал проводів – алюміній перерізом 25 мм).

Рис.34. Розрахунок втрат електроенергії в залежності від довжини ЛЕП

Як видно, зниження напруги в ЛЕП завдовжки 3 км становило 68%, тоді як у ЛЕП 200 метрів - лише 5%.

На досить великих ГЕС (або потужних малих ГЕС) ця проблема вирішується за рахунок передачі електроенергії на підстанцію, де її напруга підвищують до сотень кіловольт, що дозволяє передавати велику потужність по ЛЕП з мінімальним перерізом дроту та з мінімальними втратами. Технічно систему трансформаторів (для підвищення з подальшим зниженням напруги) можна поставити і для мікро ГЕС, але це підвищить загальну вартість мікро ГЕС.

Другим фактором зниження показників напруги/потужності, що доходять до споживача, є матеріал та переріз проводів ЛЕП.

Навіщо потрібно розраховувати дроти та кабелі на довго допустимий струм? Насамперед розрахунки виконуються для безпечного та надійного електропостачання. Так само важливим чинником є ​​економічна частина. Було б просто взяти товстий мідний дріт і, нічого не розраховуючи, бути впевненим, що електричний струм пройде таким проводом без втрат. Але вартість такої ЛЕП буде не виправдана економічно.

Мається на увазі, що при однаковому струмі в ЛЕП та при збільшенні напруги можна передавати більше потужності. Це означає, що з постійному перерізі дроти ЛЕП можна передати великі потужності великі відстані.

Отже, для технічно та економічно ефективної мікро ГЕС необхідно вибирати місце для її будівництва максимально близько до споживачів та використовувати відповідні матеріали для ЛЕП.

Оцінка гідрологічних параметрів

Потенційна потужність мікро ГЕС розраховується на основі двох головних показників:

• напір води у метрах;
• витрати води в літрах (або кубічних метрах) на секунду.

Ці показники використовуються у наступній формулі розрахунку продуктивної потужності обраної ділянки:

,

де: Р = Електрична потужність, кВт; Q = витрата, м3/с; H = величина натиску, м; g = прискорення вільного падіння (9.81 м/с2); η = загальний ККД (використовувати 70%).

Як видно, для обчислення необхідно у формулу ввести значення напору та витрати води. Для отримання цих даних існує безліч способів, придатних до розрахунку потужності - простих і складних, точних і приблизних.

Значення напору та витрати води є головними показниками для вибору місця будівництва ГЕС. На практиці зустрічаються місця, привабливі для будівництва мікро ГЕС, де досить легко зробити попередню оцінку напору та витрати. Однак часто зустрічаються місця, де параметри водотоку не так ясно видно. Цьому може заважати малий ухил водотоку або неорганізований потік води (коли річка або струмок складається з декількох русел або багато потоків, що впадають і витікають). Для того, щоб не проводити щоразу детальні виміри напору і витрати води в різних місцях, доцільно зробити попередню оцінку в декількох місцях, де візуально здійснено будівництво мікро ГЕС. Це необхідно для вибору найкращого місця для проведення детальних пошуків.

І тому використовуються різні методи. Наприклад, можна використовувати:

Картографічні дані, де вказані позначки висот біля. Такі карти є у геологів, місцевих Держреєстрів, МСУ чи органів, відповідальних за іригацію. На таких картах вказані всі суттєві зміни висот на місцевості та урізи води (береги річок). З їхньою допомогою можна попередньо оцінити різницю висот і відповідно - потенційний натиск. Також можна приблизно оцінити необхідну довжину дериваційного каналу (у випадку з дериваційним типом мікро ГЕС).

• Нівелювання біля.
• Оцінка висот на місцевості та урізів води за допомогою приладу GPS як спеціального, так і наявного в деяких моделях мобільних телефонів.
• Оцінка середньобагаторічних витрат води за даними гідропостів.
• Дані щодо витрат води від органів, відповідальних за іригацію.

Ця оцінка дозволить відсіяти менш привабливі місця та почати детальніші дослідження в одному або двох місцях.

Вимір напору води

Для будівництва досить потужної мікро ГЕС (наприклад, більше 10 кВт) переважно проведення досліджень за допомогою фахівців та їх обладнання. Якщо ж такої можливості немає або планується будівництво невеликої мікро ГЕС, то можна провести і власні дослідження за допомогою відносно простих засобів.

Рис.35. Визначення напору за допомогою шлангу з водою

Цей спосіб (рис. 35) використовує прозору трубку (наприклад, поливний шланг), наповнений водою і принцип судин, що сполучаються. Рівень води в одному кінці трубки повинен бути на рівні верхньої позначки; при цьому необхідно виміряти відстань від рівня води в іншому кінці трубки до землі (нижньої позначки). При наступному вимірі рівень верхньої позначки повинен бути там, де при попередньому вимірі була нижня відмітка. Сума цих висот дасть загальну висоту між верхнім та нижнім б'єфами (тобто натиск).

Такий самий принцип використовується при вимірі напору за допомогою будівельного рівня та вимірювальної планки (рис. 36).

Рис.36. Визначення напору за допомогою будівельного рівня

Необхідно, щоб дошка була розташована горизонтально (це забезпечується за допомогою будівельного рівня) і напір вимірюється за таким же принципом, як зазначено в прикладі з трубкою.

Замір витрати води

Витрата води в гірських річках та струмках Киргизстану спостерігається:

• найбільший – у червні… серпні;
• найменший – у січні… березні місяці.

Максимальна витрата зазвичай у 3 - 5 разів більша за мінімальну витрату. Тому, проводячи оцінку, необхідно брати за основу період мінімальної витрати води. Як правило, витрата води мінімальна в зимову пору року, коли потрібно найбільше електроенергії. Діаграма нижче (рис. 37) ілюструє це співвідношення з прикладу річки Талди-Суу та села Талди-Суу (Тюпський район).

Рис.37. Співвідношення витрати води у річці Талди-Суу та споживання електроенергії у селі Талди-Суу

Також як і у випадку з оцінкою напору води, при оцінці витрати можна використовувати два підходи - за допомогою фахівців та їх обладнання або - самостійно, за допомогою підручних засобів (рис. 38).

Спосіб а) більше призначений для малих водотоків (струм, арик) і використовує домашні ємності (відро, бочка). Необхідно засікти час наповнення ємності (точний обсяг якої відомий) та визначити витрату води.

Рис.38. Вимірювання витрати води за допомогою: а) відра; б) поплавця.

Для більших обсягів доцільно використати спосіб б). Для вимірювання витрати води цим способом, необхідно вибрати місце на руслі річки, довжиною 5-10 м, найбільш рівне по глибині та ширині, і зі спокійною течією. Необхідно заміряти глибину та ширину потоку на ділянці у кількох місцях та визначити середнє значення. Другим кроком потрібно визначити швидкість потоку. Для цього, на початок обраної ділянки кидають поплавець (будь-який легкий плавучий предмет, наприклад - папір, пінопласт і т.п.) і вимірюють час, за який він пропливе цю ділянку річки.

Показник витрати води визначається за такою формулою:

,

де: Q – витрата води, м3/с; h – глибина потоку, метрів; b – ширина потоку, метрів; v - швидкість потоку, метрів за секунду; f – коефіцієнт потоку.

Для цієї формули слід застосовувати показник коефіцієнта потоку (f = 0,5...0,8). Чим шорсткіший берег, кам'янисті дно, невелика глибина і більша ширина русла, тим менше значення f необхідно застосовувати у формулі.

Приклад:

• глибина потоку h дорівнює 0,4 м;
• ширина потоку b – 1,0 м;
• швидкість потоку v – 0,5 м/с;
• коефіцієнт потоку f приймається як 0,6

Витрата води (Q) дорівнюватиме: Q = 0,4 х1 х 0,5 х 0,6 = 0,12 м3/с.

Оцінка потреб у електроенергії

Правильна оцінка потреб в електроенергії дуже важлива для того, щоб визначити - чи достатня потужність вашої мікро ГЕС для забезпечення потреб в електриці.

Насамперед, визначення обсягу споживання електрики необхідно врахувати у якій системі воно використовуватиметься - в електричних мережах загального користування чи у власній мережі споживання.

При передачі до центральної системи, будь-яка потужність, вироблена мікро ГЕС, йтиме у мережі загального користування й у разі, немає потреби вести розрахунки зі співвідношення споживання й виробництва електрики.

У разі роботи мікро ГЕС у власній мережі, необхідно провести розрахунки щодо споживання та виробництва електроенергії. Це потрібно для виключення як недовиробництва електроенергії, так і для його надвиробництва. Якщо недовиробництво можна компенсувати паралельним споживанням електрики із мереж загального споживання (РЕМ), то будівництво потужності більшої, ніж потрібно, призведе до невиправданого подорожчання будівництва мікро ГЕС. Крім того, як описано в розділі "Система управління мікро ГЕС", зайва електроенергія повинна споживатися баластним навантаженням (наприклад - ТЕНи для підігріву води), щоб забезпечити нормальну експлуатацію гідроагрегату. Це також веде до подорожчання будівництва, оскільки встановлення баластного навантаження потребує додаткових робіт та матеріалів.

Потенційна потужність мікро ГЕС (виробництво електроенергії) обчислюється з урахуванням уже відомої формули розрахунку потужності

Що стосується споживання електроенергії, то кожен прилад має свій показник споживання електричної потужності.

Наприклад, можна використовувати для розрахунків дані наведеної нижче таблиці. Цю таблицю можна доповнювати даними споживання інших електроприладів.

Разом з тим, якщо передбачається, що електроенергія буде використана великою кількістю споживачів, дуже складно визначити яка потужність і в який час споживатиметься. І тут необхідно узгодити зі споживачами механізм споживання. Приклад у години найбільшого навантаження (вранці та ввечері) споживачі повинні відключати (або не включати) деякі електроприлади, такі як: праски, пилососи, обігрівачі, електроплити та ін.

Особливу увагу варто звернути на електродвигуни та побутові електричні механізми на основі електродвигунів (циркулярна пилка, швейні машинки, насоси, компресори тощо). При запуску електродвигуна пусковий струм може збільшитись у 3-5 разів у порівнянні з номінальною потужністю, яка вказана на електродвигуні. Одночасне включення кількох електродвигунів може призвести до того, що на короткий період часу навантаження на МГЕС збільшиться наддопустимим, що негативно може позначитися на її роботі.

Інформація про двигун вказується у його паспорті (у документації та на металевій табличці, прикріпленій до корпусу). Тут наводяться номінальні величини, тобто. такі, на які двигун розрахований за своєї нормальної роботи при найбільшому допустимому навантаженні.

Наприклад, на табличці вказано: Р = 1,1 кВт; U = 220 В; I = 4,3 A; f = 50 Гц; = 2810 об/хв; ККД = 77,5%; cos f = 0,87. Це означає:

• Р = 1,1 кВт номінальна корисна потужність на валу двигуна становить 1,1 кВт або 1100 Вт
• U = 220 В лінійна напруга мережі дорівнює 220 В
• I = 4,3 A лінійний струм дорівнює 4,3 А
• f = 50 Гц частота мережі повинна дорівнювати 50 Гц
• n = 2810 об/хв. номінальна швидкість обертання, тобто. швидкість двигуна при номінальному навантаженні складає 2810 об/хв
• ККД = 77,5% номінальний ККД (ставлення корисної потужності на валу до витраченої потужності електроенергії, що одержується з мережі, що оплачується за лічильником) дорівнює 77,5%
• cos f = 0,87 коефіцієнт потужності (називається також "косинус фі") становить 0,87. p align="justify"> Коефіцієнт потужності - це відношення активної потужності електроенергії, тобто. тієї, яка може бути перетворена на інший вид, в даному випадку - на механічну, до повної потужності електроенергії.

Таким чином, з урахуванням зазначених коефіцієнтів споживання електричної потужності електродвигуном у процесі роботи буде близько 1,5 кВт.

Автори: Картанбаєв Б.А., Жумаділов К.А., Зазульський А.А.

Дивіться інші статті розділу Альтернативні джерела енергії.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Поїзди замість літаків 30.01.2020 Жителі Європи все частіше віддають перевагу залізничному транспорту замість авіаперельотів, бо соромляться шкоди, яку літаки завдають екології. У Європі стрімко набирає популярності рух на захист екології, символом якого стала шведська школярка Грета Тунберг. Екологічні активісти, зокрема, просувають явище, яке отримало назву Flight Shaming - його прихильники закликають засоромитися тих, хто літає літаками і тим самим нібито завдає шкоди планеті. Зважаючи на все, європейцям справді стає соромно літати: у Швеції та Німеччині вперше за десять років упала кількість авіаперельотів. Шведські аеропорти у 2019 році прийняли на 4% менше пасажирів, ніж у 2018 році, а авіакомпанії перевезли на 2% менше людей (на внутрішніх рейсах – на 9% менше). Німецькі авіакомпанії доставили на 0,4% менше пасажирів, при цьому спад перевезень у країні склав 2%. Прихильники флайтшеймінгу закликають користуватися поїздами замість літаків і, мабуть, це працює: у Європі спостерігається зростання пасажиропотоку на залізничних магістралях. Німецька Deutsche Bahn у 2019 році перевезла рекордну кількість пасажирів у потягах далекого прямування – близько 150 мільйонів людей за рік. Через збільшення трафіку залізничні мережі Європи можуть зіткнутися із проблемами, пов'язаними із застарілою інфраструктурою. Наприклад, 33 тисячі кілометрів залізниць Німеччини перевантажені, через що кожен четвертий поїзд прибував у 2019 році із запізненням. У Великій Британії ситуація ще гірша - запізнюється кожен третій поїзд і вагони часто переповнені.

Інші цікаві новини:

▪ Екологічний спосіб переробки літій-іонних батарей

▪ Оптимальне поєднання сільськогосподарських культур та сонячних панелей

▪ Новинки від Dell

▪ Компактні джерела живлення TRACO TXM для монтажу на шасі

▪ Роботизовані меблі від IKEA

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Нормативна документація з охорони праці. Добірка статей

▪ стаття Народ та партія єдині. Крилатий вислів

▪ стаття З якою метою італійський кардинал Джузеппе Меццофанті вивчив за одну ніч нову мову? Детальна відповідь

▪ стаття Застосування локальних нормативних актів, що містять норми трудового права

▪ стаття Відновлення вицвілого чорнила на пергаменті. Прості рецепти та поради

▪ стаття Карта подорожує у колоду та назад. Секрет фокусу

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024