Малые и большие ГЭС

В настоящее время инновации в малой гидроэнергетике  являются одним из приоритетных направлений развития народного хозяйства Республики, что подкреплено Постановлением Кабинета Министров Республики Узбекистан №476 от 28.12.1995 г. «О развитии малой гидроэнергетики в РУз.», а также  Указом Президента Республики Узбекистан №УП-4512 от 01.03.2013, «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии»

Узбекистан имеет значительный потенциал гидроресурсов. Однако этот потенциал еще недостаточно использован, поскольку в Узбекистане достаточно широко распространены реки и каналы (в частности ирригационные) с низкой скоростью течения (от 0.5 до 2 м/с.). Установка традиционных микроГЭС на таких водотоках недостаточно эффективна, они обладают невысокой энергоотдачей и вследствие этого малорентабельны.

Так называемая «большая » традиционная гидроэнергетика для использования энергии воды использует  энергию падающей воды, то есть потенциальную энергию. Эта энергия возникает благодаря созданию перепада уровней воды, так называемого, напора. Напор может создаваться перегораживанием русла реки посредством строительства плотины поперёк реки, что приводит к затоплению участка водотока выше плотины и созданию водохранилища. Другим способом напор может создаваться так называемой «деривацией»,  реализация которой возможна при использовании рельефа местности, позволяющего создать водозабор в одном месте участка реки и благодаря длинным трубопроводам получать перепад уровней  на другом, нижерасположенном участке водотока, где и располагаются турбины ГЭС.

В обоих случаях необходим рельеф местности, позволяющий создавать такие перепады.

Следует отметить, что эффективность, то есть коэффициент полезного действия подобных ГЭС будет тем выше, чем больший напор удастся создать.

Для  примера – флагман Узбекской гидроэнергетики – Чарвакская ГЭС, построенная на реке Чирчик, имеет напор чуть менее 150 метров и мощность 600 Мегаватт.

Так работает традиционная гидроэнергетика.  Но, к сожалению, не везде есть возможность создать перепад воды и использовать его для выработки электроэнергии. Это связано с тем,  что, как было сказано выше, для этого необходимы специальные условия рельефа местности. А, кроме того, расположенные выше плотины участки местности, включая некоторые населённые пункты и, зачастую, плодородные участки земель, попадают в зону затопления, что не всегда целесообразно и с экономической и экологической и с социальной точек зрения, особенно на равнинных реках. Это, наряду с высокой стоимостью самой плотины (которая составляет зачастую 80-90% стоимости всей ГЭС), является одним из основным отрицательных факторов при строительстве таких электростанций.

Некоторой альтернативой традиционным напорным гидроэлектростанциям, могут являться  бесплотинные гидротурбины,  которые  в отличие от напорных ГЭС, использующих потенциальную энергию падающей воды,  напротив, используют кинетическую энергию текущей воды. Однако,  в связи со спецификой получения энергии таким способом, свободнопоточные ГЭС ни по мощности, ни по вырабатываемой электроэнергии  не могут сравниться с напорными ГЭС. Поэтому свободнопоточные гидростанции в этом ряду относятся к мили-  или даже к микроГЭС .  И в настоящее время они крайне мало распространены. Основным условием, влияющим на их эффективность, является скорость текущей воды – чем она выше, тем большую мощность можно получить с потока воды. Причём эта мощность имеет кубическую зависимость от скорости потока. 

БФК, как и любой другой ирригационный канал создавался из условия  соблюдения, так называемой, «неразмывающей» скорости течения воды в канале. То есть уклон русла канала не должен быть настолько велик, чтобы скорость течения способствовала размыванию берегов канала,  поскольку в этом случае необходимо применение дорогостоящих мероприятий по укреплению берегов канала посредством их бетонирования на длинных участках.  Но также скорость потока воды в канале не должна быть настолько малой,  чтобы приводило к заиливанию канала. Учитывая эти факторы, скорость воды в ирригационных каналах обычно составляет около 1- 2 м/с.

Учитывая эти факторы, можно заметить, что создание традиционных напорных ГЭС на ирригационных каналах невозможно.  Только на отдельных участках, вследствие локального рельефа местности, возникают небольшие – до 2-5 метров перепады, которые возможно использовать для получения энергии напорными ГЭС. Однако, поскольку при строительстве БФК такая задача не стояла, то эти участки просто укреплялись дополнительным бетонированием. На таких участках канала энергия падающей воды просто гасится и бесполезно рассеивается гасителями энергии.

Такие участки канала могут быть использованы для строительства микроГЭС в первоочередном порядке.  Несмотря на то, что участков с локальными перепадами на БФК не так много (см.  рис.)

Однако, как было сказано выше, эффективность таких станции не может быть достаточно высока вследствие малого напора – не более 4-5 метров.  Плюсом таких станций может быть то, что в этом случае используется естественный перепад уровней и здесь не предполагается строительство каких либо плотин с затоплением вышерасположенных участков а, следовательно, они не будут негативно влиять на экологию водотока.

Однако большая часть канала представляет собой русло с низкой скоростью течения (не более 2 м/с) и без каких либо перепадов, энергия которых могла бы быть использована для  выработки электроэнергии.  В частности, БФК имеет протяжённость  более 300 км.

 Как говорилось выше,  мощность свободнопоточных  гидротурбин в значительной степени зависит от скорости потока, в который они установлены и обычно их применяют при скорости течения 3-4 м/с  и выше. Но даже в этом случае они являются громоздкими и малоэффективными.

Одним из возможных вариантов традиционных свободнопоточных гидростанций является так называемый «гидрольен» (см. рис.)

Он представляет собой водяное колесо нижнебойного типа.  В  этих  установках  используются  принципы преобразования  кинетической  энергии  движущегося  водяного  потока,  аналогичные  принципам, применяемым в ветроэлектрических агрегатах,  действующих  на  основе  дифференциального лобового сопротивления. Поэтому они получили название гидрольен (от французского hydrolienne) по аналогии с ветроустановками – эольен (от французского eolienne).

К положительным качествам этих установок можно  отнести  предельную  простоту  конструкции,  возможность  их  перемещения  вверх  или вниз по течению реки, что очень важно при изменении  водотока,  и  относительно  высокий КПД,  поскольку  обратное  движение  лопастей осуществляется в воздушной среде, а не в воде.

Однако, с учётом того, что скорость на большей части  русла БФК составляет не более 2 м/с, традиционные свободнопоточные ГЭС в этом случае, для получения приемлимой  мощности, должны быть ещё более громоздкими и неудобными в эксплуатации.

Нашими специалистами была разработана инновационная технология  высокоэффективных  свободнопоточных гидравлических турбин, на базе которых возможно создание мини- и микроГЭС.

В настоящее время нами разработана базовая конструкция гидротурбин, адаптированных к работе именно на низкоскоростных потоках скоростью до 2 м/с. Учитывая специфику этой технологии, она может применяться на реках и каналах с малой скоростью течения и наиболее эффективна в потоках со скоростью от 1 до 2 м/с.

Подготовлена теоретическая база по этой технологии,  представленная в каталоге инновационных разработок Национального Университета Узбекистана им. Мирзо Улугбека. Также имеется ряд публикаций в нескольких научно-технических изданиях Республики Узбекистан (перечень публикаций прилагается). Теоретически обосновано, что подобные турбины на 30-50% эффективнее традиционных аналогов.

 

В настоящее время мы предлагаем реализацию экспериментального пилотного  проекта подобной турбины, в котором будут разработаны детальные технические решения по конструкции турбины и оптимизированы все конструктивные узлы МикроГЭС, построенной на этом принципе.

После реализации пилотного проекта возможно тиражирование подобных турбин на различных участках каналов и рек. Учитывая значительную протяжённость пологих участков каналов, в которых скорость течения не превышает 1-2 м/с, возможна установка множества автономных энергетических модулей  (МикроГЭС) мощностью до 2 кВт и выше, что позволит существенно экономить электроэнергию,  а также электрифицировать удаленные населенные пункты, которые не имеют централизованного энергоснабжения.


Добро пожаловать на канал SREDA.UZ в Telegram


Еще статьи из Вода

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Партнеры