Piccoli impianti idroelettrici - tipologie e progetti

Gli impianti idroelettrici sono un insieme di componenti interconnessi che servono a convertire l'energia (cinetica e potenziale) in energia elettrica o viceversa.

Secondo la classificazione esistente, i piccoli lo sono centrali idroelettriche (HPP) potenza fino a 10-15 MW, di cui:

• piccole centrali idroelettriche — da 1 a 10 MW.

• impianti mini-idroelettrici — da 0,1 a 1 MW.

• impianto micro-idroelettrico — con una capacità fino a 0,1 MW.

Portata e salto giocano un ruolo decisivo nella capacità di un impianto idroelettrico. La portata e la pressione sono regolate mediante una riserva d'acqua preaccumulata nella parte superiore dell'acqua. Maggiore è la quantità di acqua nel serbatoio, maggiore è il livello dell'acqua in pressione e, di conseguenza, la prevalenza.

La fonte del potenziale idroelettrico utilizzato nell'energia idroelettrica sono i grandi fiumi medi e piccoli, i sistemi di irrigazione e di approvvigionamento idrico, il deflusso dei ghiacciai e la neve permanente.Gli HPP differiscono principalmente l'uno dall'altro per il modo in cui creano pressione, il grado di regolazione del flusso, il tipo di apparecchiatura principale installata, la complessità dell'utilizzo del flusso d'acqua (singolo o multifunzionale), ecc.

Le piccole centrali idroelettriche (piccole centrali idroelettriche) svolgono un ruolo particolarmente importante nella fornitura di elettricità a consumatori autonomi sparsi lontano dalle linee elettriche. L'articolo discute progetti comuni che utilizzano l'energia di piccoli flussi.

La configurazione per l'utilizzo dell'ambiente corrente è mostrata in Fig. 1 un. Funziona come segue. Quando le alette verticali 1 sono influenzate dal fluido che scorre, si verifica una forza idrodinamica che aziona i bordi di zavorra. Attraverso il cinematismo 3, il supporto trasmette la coppia all'albero del generatore, mentre il generatore stesso rimane fermo. Questo impianto idroelettrico opera su corsi d'acqua di pianura le cui dimensioni ed energia ne determinano la portata.

Riso. 1. Schemi di funzionamento di una centrale idroelettrica piana: a) centrale idroelettrica piana, b) b) centrale idroelettrica.

L'impianto idroelettrico (Fig. 1, b), durante il movimento, utilizza l'energia del liquido per mezzo della girante 6. La girante 1 contiene un albero e delle palette poste su di essa. L'installazione è montata su un telaio 7 fissato su pontili 6. Le pale, inclinate perpendicolarmente alla direzione del flusso d'acqua, cambiano il loro orientamento al flusso con l'aiuto della ruota 4.

Una delle lame è costituita da un composto di parti interne ed esterne ad incastro, avente un connettore trasversale situato ad angolo rispetto all'asse, ed è indebolita da un cuscinetto elastico posto tra le parti e una connessione elastica.Il collegamento elastico è realizzato sotto forma di un pacco di lamelle rivolte verso il flusso del fluido, di lunghezza variabile, aderenti alla lama ea contatto con la sua parte esterna. Il dispositivo è orientato verso un flusso d'acqua piatto. Le macchine per la generazione di energia applicata possono essere di tipo sincrono e asincrono.

Nella mostrata in fig. 2, il flusso di fluido dalla valvola di controllo 1 viene alternativamente deviato nelle camere 2 e 3 e viceversa.

Riso. 2. Turbina nel percorso di flusso del sifone

Il movimento rotatorio del liquido nelle camere provoca oscillazioni dell'aria e il loro trabocco attraverso le tubazioni 4 e 6 con l'attivazione della turbina 5 e del generatore ad essa collegato. Per migliorare l'efficienza dell'intero dispositivo, è installato nel percorso del flusso del sifone. I prerequisiti per un funzionamento senza problemi sono fluidi fluidi, puliti senza grandi frazioni. Per questa installazione è necessario un portarifiuti.

Una turbina idraulica galleggiante con una potenza di 16 kW (Fig. 3) è progettata per convertire l'energia cinetica del flusso in energia meccanica e quindi in energia elettrica. La turbina è un elemento circolare allungato in materiale leggero (più leggero dell'acqua) con alette elicoidali sulla superficie. L'elemento è sospeso su entrambi i lati da aste che trasmettono la coppia al generatore.

Fico. 3. Turbina idraulica galleggiante

La centrale idraulica (Fig. 4) è progettata per generare elettricità attraverso un mini-generatore, che è azionato in rotazione da una cinghia di trasmissione senza fine 1 con secchi d'acqua 2 posizionati su di esso.Una cinghia 1 con secchi 2 è montata su un telaio 3 in grado di essere trasportato dalle onde. Il telaio 3 è fissato ad un supporto 4 su cui è posizionato il generatore 5.

I secchi si trovano all'esterno del nastro con i lati aperti rivolti verso la direzione orizzontale del flusso d'acqua.Il numero di secchi è determinato dalla condizione per garantire la rotazione del generatore. È possibile una variante dell'utilizzo di un dispositivo di tipo "scala" con lame attaccate.

Riso. 4. Montaggio del nastro e della benna

Il dispositivo per l'utilizzo dell'energia cinetica dei flussi è costituito da cilindri verticali posti nell'acqua su sponde opposte, sui quali è posto un rullo (Fig. 5).

Riso. 5. Installazione di una micro diga

Le lame sono montate tra l'asse superiore e inferiore del rullo. Per effetto dell'angolo di attacco tra le alette e il vettore velocità, l'acqua che scorre aziona in rotazione i cilindri e, attraverso il rullo, un generatore che genera elettricità.

Il dispositivo per l'utilizzo dell'energia dei flussi è costituito da una girante 1 posta verticalmente nel flusso d'acqua, con palette incernierate 2 sui bordi superiore 1 e inferiore 3 (Fig. 6). Il bordo superiore 1 è collegato al generatore 4. La posizione delle palette 2 è regolata dal flusso stesso: perpendicolare al flusso frontale e parallela al movimento a monte.

Riso. 6. Un dispositivo che converte l'energia del flusso d'acqua

La centrale microidroelettrica a manicotto 1 kW (MHES-1) è costituita da una turbina a forma di ruota di scoiattolo 1, una paletta guida 2, una tubazione flessibile 3 con un diametro di 150 mm, un dispositivo di aspirazione dell'acqua 4 , un generatore 5, un'unità di controllo 6 e telaio 7 (Fig. 7).

Riso. 7. Boccola micro idroelettrica 1 kW

Il funzionamento di questo MicroHPP viene eseguito come segue: il dispositivo di aspirazione dell'acqua 4 concentra il mezzo idraulico e attraverso la tubazione 3 fornisce una differenza di altezza tra il livello dell'acqua superiore e la turbina di lavoro 1, l'interazione di una certa pressione del fluido idraulico con la turbina aziona quest'ultima in rotazione.La coppia della turbina 1 viene trasmessa al generatore elettrico.

Un impianto idroelettrico a sifone (Fig. 8) viene utilizzato in presenza di una caduta di fluido idraulico ad un'altezza di 1,75 m dalla diga o in conseguenza di condizioni naturali.

Riso. 8. Gruppo idraulico sifone

Il funzionamento di questi impianti è il seguente: il passaggio del fluido idraulico attraverso la turbina 1 sale attraverso il crinale della diga, fig. 9, la coppia viene trasmessa attraverso l'albero 2 e l'ingranaggio della cinghia 3 al generatore elettrico 4. Il mezzo liquido esausto entra nell'acqua di ritorno attraverso la linea dell'acqua in espansione.

Un impianto microidroelettrico a bassa pressione (Fig. 9) opera con un salto nominale della colonna di liquido di almeno H = 1,5 m. Al diminuire dell'abbassamento, la potenza in uscita diminuisce. L'altezza di caduta consigliata è di 1,4-1,6 m.

Riso. 9. Centrale idroelettrica a bassa pressione

Il principio di funzionamento si basa sull'interazione del fluido idraulico con l'energia potenziale, convertita in forma rotatoria e poi in forma elettrica. Nel dispositivo di aspirazione 1, il liquido entra nella turbina 2, il liquido viene pre-vorticato e, penetrando ulteriormente nel tubo di derivazione a causa del liquido in caduta, interagisce con le pale della turbina 2, converte l'energia cinetica del liquido in un coppia sull'albero 3, quindi al generatore elettrico.

Il peso della stazione a bassa pressione è di 16 kg con potenza P = 200 W. Il convertitore idroelettrico semi-diretto dell'elica è costituito da una tubazione di pressione 1, una griglia di guida 2, una turbina dell'elica 3, un canale di uscita arrotondato 4, una coppia albero di trasmissione 5 e generatore elettrico 6 (fig. 10).

Riso. 10. Convertitore di flusso semi-diretto

La potenza elettrica di questo progetto è compresa tra 1 e 10 kW con un dislivello Nm = 2,2-5,7 m Consumo di acqua QH = 0,05-0,21 m 3 m / s. La differenza di altezza Nm = 2,2-5,7 m La velocità di rotazione della turbina sarà wn = 1000 rpm.

Il convertitore idraulico della capsula basato sul motore elettrico 2PEDV-22-219 (Fig. 11) funziona in modo simile alla precedente centrale idroelettrica con un salto H = 2,5-6,3 m e una portata d'acqua Q = 0,005-0,14 m 3 / s Potenza elettrica 1-5 kW. Il diametro delle turbine idrauliche va da 0,2 a 0,254 M. Il diametro della ruota idraulica è Dk = 0,35-0,4 m.

Riso. 11. Impianto microidroelettrico a capsule

Il convertitore idraulico a flusso diretto (Fig. 12) è costituito da una turbina ad elica 1, una griglia di guida 2, un albero di trasmissione della coppia 3, un generatore elettrico 4, una tubazione di scarico 5. Funziona utilizzando una tubazione di pressione.

Riso. 12. Convertitore idraulico a flusso diretto

L'idroconvertitore (Fig. 13) è progettato per convertire l'energia di un mezzo liquido in rapido movimento in energia elettrica.

Riso. 13. Convertitore di energia idraulico per un rapido flusso d'acqua

Consiste in una turbina ad elica 1, situata in una capsula 2, ed è installata su correnti d'acqua chiamate «correnti veloci». La capsula si trova nell'aletta di guida 4, che è montata all'interno del mezzo fluido. La coppia dalla turbina viene trasmessa all'albero 5, quindi al generatore elettrico 6.