альтернативные источники. Ветроэнергетика

• Название: Ветроэнергетика
• Дата: 03.04.2019
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: альтернативные источники.doc
• Тип: Документы; #72543
• страница: 4 из 4

Активные и реактивные турбины.
Гидравлической турбиной называется двигатель, преобразующий энергию движущейся воды в механическую энергию вращения его рабочего колеса. Из основного закона механики жидкости — закона Бернулли следует, что удельная энергия, т. е. энергия единицы массы, Н на входе в рабочее колесо составляет

, (1)

на выходе из рабочего колеса

, (2)

В зависимости от того, какие из трех членов уравнения Бернулли главным образом использованы в конструкции машины, различаются типы турбин.

Отданная водой рабочему колесу энергия равна разности энергий в потоке до и после рабочего колеса

. (3)

Таким образом, вся энергия потока состоит из энергии положения z₁-z₂, энергии давления (образующих вместе потенциальную энергию), а также кинетической энергии .

Турбины, хотя бы частично использующие потенциальную энергию, называются реактивными.

 (4)

В таких турбинах и, следовательно, процесс преобразования энергии на рабочем колесе происходит с избытком давления. Кроме того, в рабочем колесе частично используется и кинетическая энергия потока.

Если в гидротурбинах используется только кинетическая энергия потока, то они называются активными.

В таких турбинах z₁=z₂, p₁=p₂, т. е. вода поступает на рабочее колесо без избыточного давления. Для достижения высокого КПД в них почти весь напор преобразуется в скорость.

Мощность турбины может быть выражена

N_T=9,81Q_TH_Tη_T (5)

В практике принято гидротурбины подразделять на классы, системы, типы и серии. Существует два класса гидротурбин: активные и реактивные.

Класс реактивных турбин объединяет следующие системы: осевые-пропеллерные и поворотно-лопастные, диагональные, поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины.

В класс активных турбин входят системы ковшовых, наклонно-струйных турбин и турбин двойного действия. Последние две системы не имеют столь широкого распространения, как ковшовые.

Каждая система турбин содержит несколько типов, имеющих геометрически подобные части и одинаковую быстроходность, но различающихся по размерам. Геометрически подобные турбины различных размеров образуют серию.

Кроме того, все турбины условно делятся на низко-, средне- и высоконапорные. Низконапорными принято считать турбины, работающие при Н<25 м, средненапорными при 25<=Н<=80 м и высоконапорными при Н>80 м.

Турбины подразделяются на малые, средние и крупные.

К малым турбинам относятся те, у которых диаметр рабочего колеса D₁<=1,2 м при низких напорах и D₁<=0,5 м при высоких, а мощность составляет не более 1000 кВт. К средним — те турбины, у которых 1,2<=D₁<=2,5 м при низких напорах и 0,5<=D₁<=1,6 м при высоких, а мощность 1000
К крупным турбинам относятся те, которые имеют D₁ и N₁ больше, чем у средних. Подчеркнем, однако, условность и историчность такого деления гидротурбин.

ⁱ

Схема малой гидроэлектростанции и ее основные элементы.
Здания малых ГЭС.  К малым обычно относятся ГЭС мощностью до 10–30 МВт. Наряду с использованием гидроэнергетических ресурсов больших рек на средних и крупных ГЭС, которые в большинстве случаев требуют создания больших водохранилищ и работают в объединенных энергосистемах, широкое развитие в мире получили малые ГЭС. Такие ГЭС используют гидроэнергетический потенциал малых рек, притоков, сбросных каналов и оказывают крайне ограниченное влияние на окружающую среду. Они могут выдавать электроэнергию в энергосистему или работать на конкретного потребителя, что особенно важно для отдаленных районов, где нет развитой сети электропередач.

Малые ГЭС, как и крупные, разделяются на ГЭС с русловыми и приплотинными зданиями и деривационные.

На малых ГЭС для упрощения конструкций в зданиях с установкой вертикальных гидроагрегатов могут применяться прямоосные конические отсасывающие трубы, широкое использование находят горизонтальные агрегаты, включая капсульные, а также с наклонным расположением оси агрегата (см. рис. 4.12, схемы IV, V, VII).

На рис. 4.22 показана деривационная ГЭС –Егорлыкская мощностью 30 МВт с напором 32 м.



Рис. 4.12. Схемы агрегатной части зданий ГЭС (I –VII): 1 – отсасывающая труба; 2 – раздельный бычок между агрегатными блоками; 3 – гидрогенератор; 4 – машинный зал; 5 – пути крана; 6 – напорные водосбросы; 7 – отводящая камера; 8 – капсульный гидроагрегат

Пример расчета установленной мощности и режима работы ГЭС на малой реке.

1. Расчёт Сегежской ГЭС в пиковом режиме

Планируемая мощность ГЭС - 24МВт, в здании ГЭС должны быть размещены два гидроагрегата мощностью по 12МВт, работающих при расчётном напоре 18м. ГЭС пристраивается к существующей плотине Сегозерского гидроузла, что существенно снижает затраты на проект и обеспечивает его быструю окупаемость. В начале 1990-х годов было проведено робочее проектирование, однако строительство ГЭС начато не было. Строительство Сегозерской ГЭС включено в инвестиционную программу ОАО “ТГК-1” с вводом гидроагрегатов в 2013-2015 годах.

Сегозеро - крупное озеро в Карелии, относящееся к бассейну Белого моря. В 1957 году превращено в водохранилище (площадь 815 кмІ, глубина до 97м). площадьдо создания водохранилища - 753 кмІ. Береговая линия озера изрезана. На озере более 70 островов. Ледостав наступает обычно в декабре, вскрытие - в мае.

Из озера вытекает река Сегежа, впадающая в Выгозеро. Преобладают возвышенные, каменистые, почти сплошь покрытые лесом берега, практически необжитые и труднодоступные.

2. Расчет

Весь расчет сезонного регулирования стока можно разделить на пункты:

1. расчет мощности ГЭС на основе среднемесячного расхода

2. норма стока

3. расчет объёма водохранилища

Итак, первый пункт:

расчет мощности ГЭС на основе среднемесячного расхода.

Данный расчет осуществляется по формуле

N = 9,81*H*Q,

где Н - падение в метрах, а Q - повышенный среднемесячный расход воды в м^3/с. Э = 8760*N, - энергия (кВт*ч).

H=18м;

Далее берём наибольшие значения расхода воды в месяц, находим среднее значение:

Q=492.9/5=98.58 м^3/c;

N = 9,81*18 *98,58=17407,26 кВт.

Э = 8760 * 17407,26 = 152487 * 10^3 кВт*ч;

Второй пункт

норма стока - это средние значения годового стока за многолетний период, включающий несколько полных циклов колебаний водности реки при неизменных географических условиях и одинаковом уровне хозяйственной деятельности в бассейне реки. Она может быть выражена в виде среднегодовых значений расхода воды Q (м^3/с), объема стока W (м^3) за год, модуль стока q(м^3/c*км^2).

Q=73,08 м^3/c

W=31,56*10^6*Q=31,56*10^6*73,08=2306,4*10^6(м^3)

31,56*10^6 - секунд в году

q=Q/F=73,08/815=5,22

F - площадь водосбора (л/с*км^2)

Третий пункт

расчет объема водохранилища

В водохранилищах различают 3 нормативных уровня: УМО - уровень мертвого объема, НПУ - нормальный подпорный уровень и ФПУ - форсированный подпорный уровень.

Уровень поверхности воды, ограничивающий постоянную часть полного объема водохранилища, которая в нормальных условиях эксплуатации не срабатывается и в регулировании стока не участвует, называют уровнем мертвого объема (УМО). Это - минимальный уровень водохранилища, до которого возможна его обработка в условиях нормальной эксплуатации. УМО представляет один из важных параметров регулирования, и правильный выбор его отметки имеет большое значение. Нормальный подпорный уровень (НПУ) - наивысший проектный уровень наполнения водохранилища, который может поддерживаться в нормальных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений. Выбор отметки НПУ - наиболее ответственная задача проектирования. От правильного назначения отметки НПУ рассчитывают пропускную способность, размеры и прочность гидротехнических сооружений, обеспечивающих работу водохранилища и инженерную защиту объектов, расположенных на его берегах; устанавливают ущерб, наносимый народному хозяйству затоплением, подтоплением и пере работкой берегов; оценивают экономические показатели регулирования стока. Подпорный уровень выше нормального, временно допускаемый в верхнем бьефе в чрезвычайных условиях эксплуатации гидротехнических сооружений, называют форсированным подпорным уровнем (ФПУ). Отметка ФПУ зависит от максимальных расходов воды расчетной обеспеченности, гидрографа половодья (паводка), размеров и типа сбросных сооружений. Полезный объем водохранилища (Vплз) - основной объем водохранилища, предназначенный и используемый для регулирования стока. Предельными уровнями водохранилища, ограничивающими полезный объем, являются НПУ и УМО. Главная задача водохозяйственного расчета водохранилища - определение полезного объема (Vплз) и выбор отметки НПУ. Полезный объем водохранилища зависит от назначения водохранилища, вида регулирования стока (суточное, сезонное, многолетнее) и находится путем сопоставления расчетного стока и суммарного водопотребления. Полезный объем имеет определяющее значение при установлении отметки НПУ. Мертвый объем (Vмо) - это постоянная часть полного объема водохранилища, которая в нормальных условиях эксплуатации не срабатывается и в регулировании стока не участвует. Мертвый объем (Vмо) и соответствующий ему УМО определяют расчетами с учетом ряда условий и соображений (величины заиления, санитарно-технических требований, назначения водохранилища). Окончательно отметка УМО водохранилища назначается с учетом требований всех водопользователей и водопотребителей. Полный объем водохранилища соответствует отметке НПУ и равен сумме полезного и мертвого объемов:

Vплн = VНПУ = VМО + Vплз.

i