Основные вопросы строительства микро гидроэлектростанций. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

Проект строительства микро ГЭС зависит от множества параметров - гидротехнических, природных, от вида и сложности используемого оборудования, от условий потребления электроэнергии и других факторов.

Как правило, если планируется установка микро ГЭС мощностью до 10 кВт и природные условия не требуют строительства сложных гидросооружений, то нет необходимости в привлечении специалистов для проектирования. Завод, изготавливающий такие микро ГЭС, нередко включает в поставку, помимо самого гидроагрегата, гибкий (рукавный) напорный трубопровод, выполненный из различных материалов (рис. 39). В этом случае достаточно сделать небольшой водозабор, подсоединить к нему напорный трубопровод, либо дополнительно построить небольшой деривационный канал и напорный бассейн.

Если же предусматривается строительство микро ГЭС большей мощности, то в этом случае для проектирования и строительства микро ГЭС целесообразнее пригласить специалистов (или специализированную организацию-подрядчика), имеющих соответствующую квалификацию и опыт. Для правильно выбора подрядчика будет полезно ознакомиться с его квалификационными документами (лицензии Госархстроя на строительство гидроэлектростанций или проведение строительных работ), с ранее выполненными работами (спроектированными или построенными микро ГЭС). Если существует такая возможность, можно лично посмотреть эти объекты, поговорить с их владельцами или пользователями, выяснить практические вопросы или трудности при строительстве и эксплуатации.

Рис.39. Микро ГЭС рукавного типа

При строительстве микро ГЭС с установленной мощностью, к примеру, больше чем 10 кВт, кроме вопроса стоимости оборудования, необходимо реально оценить свои технические и трудовые возможности и ресурсы, материалы, которые будут использованы для строительства водозаборного сооружения, деривационного канала, напорного бассейна, опорного фундамента под оборудование. Эти сооружения, кроме требования к материалам, имеют достаточно строгие требования к размерам, способу изготовления и строительства.

Также очень важно продумать вопрос подъездных путей к месту строительства - для подвоза строительных материалов, техники и оборудования. Строительство даже простой технической дороги или очистка местности от камней и деревьев, выравнивание поверхности, может существенно повысить стоимость и усложнить строительство микро ГЭС.

Водозабор

Назначение водозабора - отобрать воду из реки или водоема и доставить ее в напорный трубопровод. Основное требование - водозабор должен функционировать при любых уровнях потока, от самого низкого (маловодье) до уровня паводков, время от времени справляться с большим количеством гравия, камней или другого мусора, приносимого течением - от листьев и мусора до целых деревьев.

Правильный проект для водозабора является решающим фактором для надлежащего функционирования всей ГЭС и важным условием для снижения затрат на ее эксплуатацию и ремонт.

Водозабор должен соответствовать следующим параметрам:

• быть прочным и надежным, чтобы исключить повреждение сооружения паводками, селями или приносимым мусором, и обеспечить долгосрочное функционирование;
• быть оснащенным различными устройствами и механизмами для защиты микро ГЭС от мусора и наносов из реки;
• быть защищенным от шуги и обледенения для эксплуатации в зимнее время;
• быть в состоянии быстро и контролируемо изменять расход воды в деривационном канале.

Для обеспечения подачи необходимого объема воды на гидроагрегат необходим подпор воды (подъем уровня воды за счет полного или частичного перекрытия русла реки (водотока)). Подпор в случае с плотинными микро ГЭС создается за счет дамбы (запруды), когда русло перекрывается плотиной и достигается необходимый уровень и запас воды.

В случае же с деривационными микро ГЭС, такой подпор создается за счет сооружения преграды в русле реки перед входом в деривационный канал. Такой подпор может быть создан:

• регулируемым - за счет установки затворов-регуляторов (шлюзов);
• нерегулируемым - за счет использования подручных материалов (камни, бетонные конструкции и прочее).

Ниже на рисунках показаны два распространенных примера конструкции водозаборов, в которых возможно регулирование подпора воды для обеспечения ее забора в деривационный канал. В первом случае (рис. 40), необходимый подпор обеспечивается и регулируется при помощи шлюзов.

Рис.40. Конструкция водозабора с применением затворов-регуляторов (шлюзов)

Во втором случае (рис. 41) необходимый подпор обеспечивается деревянными брусами, укладываемыми горизонтально на пути потока воды. Брусы удерживаются швеллерными конструкциями. Изменение подпора воды (регулирование) обеспечивается за счет добавления дополнительных брусов, для поднятия уровня воды, или за счет их удаления - для уменьшения уровня подпираемой воды.

Рис.41. Конструкция водозабора с применением деревянных брусов и швеллера

В других случаях возможно создание нерегулируемого подпора воды - за счет укладки камней (барраж) или других материалов (кусков железобетона и т.д.) на дне реки сразу за входом в деривационный канал. Ниже на рисунке 42 приведен в качестве примера, чертеж водозаборного сооружения на реке Талды-Суу (Тюпский район) для микро ГЭС, мощностью 60 кВт.

Рис.42. Чертеж водозаборного сооружения на реке Талды-Суу (Тюпский район) для микро ГЭС, мощностью 60 кВт

Вход в деривационный канал должен быть хорошо укреплен от размыва водой и выполнен из железобетона или бутобетона. Он должен быть оборудован затвором-регулятором (шлюзом) для обеспечения изменения объема забираемой воды в деривационный канал, а также для полного перекрытия воды, подаваемый на гидроагрегат на период ремонта или обслуживания микро ГЭС (рис. 43).

Рис.43 Водозаборный шлюз деривационного канала на реке Талды-Суу (Тюпский район) для микро ГЭС, мощностью 60 кВт

Вход в деривационный канал должен иметь уступ (рис. 44), в качестве ловушки для камней, гравия, песка и прочих наносов. Однако уступ не может обеспечить 100%-ную защиту от наносов, это первый барьер на их пути. Конструкция гидросооружений может предусматривать другие приспособления для защиты от наносов, устанавливаемых дальше водозаборного сооружения. Уступ выполняется в районе входа в деривационный канал, в виде углубления на дне. Он должен периодически проверяться на предмет заполнения и требует регулярной очистки.

Рис.44 Классический вариант водозаборного сооружения (вид сооружения в поперечном разрезе)

Деривационный канал

Деривационный канал служит для доставки воды от водозаборного сооружения в напорный бассейн. Он может быть выполнен в виде земляного или бетонированного канала, или быть построенным из бетонных лотков или еже - в виде пластмассового или металлического трубопровода, как практикуется в скандинавских странах.

Деривационный канал может быть любой длины - от нуля (если напорный трубопровод начинается сразу от водозабора или плотины) до нескольких километров.

Большинство экономически оправданных деривационных каналов - это открытые земляные каналы. Но у них существует ряд проблем, связанных с высокими требованиями по обслуживанию; потерям воды; оползням, вызываемым просачивающейся водой из необшитых стен канала, необходимость иметь стабильный и относительно плоский уклон. Для этого, при строительстве земляного деривационного канала необходимо учитывать расчет его уклона в пределах значений 0,002.0,003, то есть изменение высоты на 2-3 м на каждые 1000 м длины канала. Увеличение уклона может привести к последующему размыву земляных стенок канала, а уменьшение - к его замерзанию в зимний период времени.

Деривационные каналы из железобетона (в том числе из лотков и секций быстротоков), а также металла или пластмассы лишены недостатков, присущих земляным деривационным каналам - они более прочные и долговечные, требуют меньшего обслуживания и ремонта. Такие каналы могут иметь больший уклон, чем земляные и таким образом - менее склонны к замерзанию. Для недопущения замерзания, деривационные каналы из таких материалов могут быть дополнительно утеплены (накрыты плитами, изоляционными материалами, углублены в землю.

Однако, при проектировании необходимо иметь в виду, что большой уклон деривационного канала (и соответственно - большая скорость течения) имеет определенные недостатки.

Во-первых, более сложная конструкция напорного бассейна - вода должна поступать в него с соблюдением определенного режима, как правило - в спокойном состоянии, чтобы не образовывать буруны внутри напорного бассейна, а также не разрушать его с течением времени. Большой уклон деривационного канала, а соответственно - высокая скорость потока, в целом может привести к быстрому разрушению гидротехнических сооружений микро ГЭС.

Во-вторых, большой уклон уменьшает напор (разницу высот между верхним и нижним бьефами). Соответственно это снизит мощность микро ГЭС. Высота напора является важным фактором мощности, а главное - стоимости микро ГЭС. Оборудование для низких напоров значительно дороже, чем для высоких напоров. Оно также отличается большими размерами и влечет строительство более крупных сооружения для его установки (опорный фундамент, машинный зал и прочее).

Ниже в таблице сведены основные данные по материалам для строительства деривационного канала, с их сильными и слабыми сторонами.

Полезной конструкцией для обеспечения работы микро ГЭС является шугосброс. Шугосбросное устройство препятствует попаданию в напорный бассейн и турбинную камеру шуги, которая образуется в холодное время года. Его размещают в водозаборном устройстве перед деривационным каналом при достаточно коротком деривационном канале и при условии, что шуга образуется только в реке. При длинных деривационных каналах, есть вероятность образования шуги в самом канале. В этом случае, шугосбросные устройства размещают перед напорным бассейном.

Шугосбросное устройство в виде поперечного лотка устанавливают перпендикулярно или под некоторым углом к направлению течения воды в деривационном канале (рис. 45).

Рис.45 Пример шугосброса на деривационном канале

Дно шугосбросного лотка располагают ниже горизонта воды, чтобы шуга не проходила под ним, а от задней стенки сбрасывалась в шугосбросный канал, который бы отводил собранную воду с шугой в реку. Шугосбросное устройство убирается при отсутствии шуги.

Напорный бассейн

Напорный бассейн микро ГЭС - это сооружение для сопряжения деривационного канала с напорным трубопроводом, для создания необходимого напора и объема воды, а также для очистки потока от сора, наносов и сброса избытков воды. Он также обеспечивает соблюдение режима воды, необходимого для правильной работы гидроагрегата.

Классический проект напорного бассейна включает в себя (рис. 46):

• сопряжение с деривационным каналом (вход воды в напорный бассейн);
• переливную стенку - для сброса излишков воды и плавающего мусора;
• затворы (шлюзы) для регулирования расхода воды в напорном трубопроводе и сброса воды и донных наносов;
• водосброс - для отвода воды;
• сороудерживающая решетка - для недопущения попадания мусора и плавника в напорный трубопровод.

Рис.46 Проект напорного бассейна микро ГЭС, мощностью 60 кВт на реке Талды-Суу (Тюпский район)

Напорный бассейн должен быть выполнен из железобетона. Размер напорного бассейна обычно определяется на основании спецификации производителя к оборудованию. Он должен обладать минимальным запасом объема, чтобы совладать с быстро изменяющимся турбинным потоком без чрезмерного снижения уровня воды в напорном бассейне. Как правило, требуемый запас объема напорного бассейна соответствует 30 секундам расчетного потока турбины.

Напорный трубопровод

Напорные трубопроводы подают воду из напорного бассейна в турбинную камеру. Они могут устанавливаться либо на поверхности земли, либо - под землей.

Наземная установка является более предпочтительным вариантом, если путь пролегания трубопровода находится в скалистой местности, где земляные работы по выполнению траншеи будут слишком дорогостоящими. Металлические напорные трубопроводы также предпочтительней размещать над землей, чтобы упростить проведение ремонтных работ и работ по профилактике коррозии.

Подземный напорный трубопровод может обладать рядом преимуществ по следующим причинам:

• нет необходимости в температурных швах;
• не требуются промежуточные опоры на которые укладывают трубопровод;
• материалы подушки (подсыпка из песка), окружающие трубопровод, могут поглощать нагрузку от ударов.

Недостатками подземных трубопроводов являются дополнительные затраты, и то, что на крутых участках материалы подушки могут вымываться, поэтому необходимо сделать ограждения, чтобы удерживать материал.

Ниже в таблице дана основная информация по материалам для напорного трубопровода.

Здание станции

Здание станции микро ГЭС является местом установки гидроагрегата и системы управления микро ГЭС. Оно также обеспечивает защиту оборудования от дождя, снега и низких температур.

Существует много способов для выполнения надземной части здания, которую необходимо выполнять в зависимости от местных норм и правил, наличия материалов и климатических условий. Для условий горного климата обычно подходят стены, выполненные из кирпичной или каменной кладки, или из железобетонных блоков.

Трансформаторы должны размещаться либо вне здания станции, либо в отдельном помещении.

Наилучший вариант строительства фундамента под здание и опорного фундамента для гидроагрегата - это железобетон. При небольших размерах оборудования допускается строительство фундамента из бутобетона.

Наилучший вариант - использовать чертеж-деталировку опорного фундамента для правильного его строительства и соблюдения необходимых спецификаций по креплению оборудования. Это обычно предоставляется производителем оборудования или организацией-подрядчиком. Ниже на рисунке 47 показано здание микро ГЭС мощностью 60 кВт на реке Талды-Суу (село Талды-Суу, Тюпский район).

Рис.47 Схема здания микро ГЭС, мощностью 60 кВт на реке Талды-Суу (Тюпский район)

Этот чертеж показывает основные элементы здания ГЭС и опорного фундамента гидроагрегата. На этой микро ГЭС установлена радиально-осевая турбина с вертикальным расположением вала турбины.

Необходимо предусмотреть следующие пункты при проектировании любого здания станции:

• адекватную вентиляцию для удаления теплопотерь генератора;
• блок для подъема турбины, генератора и затворов при периодическом ремонте и обслуживании;
• достаточное рабочее пространство внутри здания для ремонта оборудования;
• входные двери достаточного размера для вноса самых крупных частей оборудования;
• траншею или желоб для напорного трубопровода с дренажом, чтобы утечки воды не затопляли здание станции;
• заземление в фундаменте здания, либо заземляющие стержни, углубленные в землю в нескольких точках вокруг здания.

Особое внимание должно быть уделено строительству отводящего тракта для правильного отвода воды из турбины в реку. Отводящий тракт должен быть укреплен, чтобы выходящая вода не размывала, как сам тракт, так и места впадения воды в реку. Он может быть выполнен из железобетона. Допускается его изготовление из бутобетона при условии относительной невысокой мощности микро ГЭС.

Авторы: Картанбаев Б.А., Жумадилов К.А., Зазульский А.А.

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Питомцы как стимулятор разума 06.10.2025

Помимо эмоциональной поддержки, домашние питомцы могут оказывать заметное воздействие на когнитивные процессы, особенно у пожилых людей. Новое масштабное исследование показало, что общение с кошками и собаками не просто улучшает настроение - оно действительно способствует замедлению возрастного снижения умственных способностей. Работа проводилась в рамках проекта Survey of Health, Ageing and Retirement in Europe (SHARE), охватывающего период с 2004 по 2022 год. В исследовании приняли участие тысячи европейцев старше 50 лет. Анализ показал, что владельцы домашних животных демонстрируют более устойчивые когнитивные функции по сравнению с теми, кто не держит питомцев. Особенно выражен эффект оказался у владельцев кошек и собак. Согласно данным ученых, владельцы собак дольше сохраняют хорошую память, в то время как хозяева кошек медленнее теряют способность к быстрому речевому взаимодействию. Исследователи связывают это с тем, что ежедневное взаимодействие с животными требует внимани ...>>

Мини-ПК ExpertCenter PN54-S1 06.10.2025

Компания ASUSTeK Computer презентовала новый мини-компьютер ASUS ExpertCenter PN54-S1. Устройство ориентировано на пользователей, которым важно сочетание производительности, энергоэффективности и универсальности - от офисных задач до мультимедийных проектов. В основе ExpertCenter PN54-S1 лежит современная аппаратная платформа AMD Hawk Point, использующая архитектуру Zen 4. Это поколение чипов отличается улучшенным управлением энергопотреблением и повышенной вычислительной мощностью. Новинка доступна в конфигурациях с процессорами Ryzen 7260, Ryzen 5220 и Ryzen 5210, представленных AMD в начале 2025 года. Таким образом, устройство охватывает широкий диапазон задач - от базовых офисных до ресурсоемких вычислений. Корпус мини-ПК выполнен из прочного алюминия и имеет размеры 130&#215;130&#215;34 мм, что делает его практически незаметным на рабочем столе или за монитором. Несмотря на компактность, внутренняя компоновка позволяет установить два модуля оперативной памяти SO-DIMM ...>>

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Случайная новость из Архива Оценка эмоционального напряжения в кинозале 29.10.2018 Исследователи из Химического института Общества Макса Планка предложили химически объективный способ присуждения фильмам возрастного рейтинга. Они измерили состав воздуха во время 135 кинопоказов одиннадцати разных фильмов; общее число зрителей составило свыше 13 тыс. человек. Специальный прибор для химического анализа установили в вентиляционной системе кинозала, чтобы отбирать пробы воздуха каждые 30 секунд. Особое внимание авторы работы уделяли летучим органическим веществам, сопоставляя их уровень с жанром фильма и возрастом аудитории. Оказалось, что эмоциональное напряжение, испытываемое зрителями во время просмотра фильма, соответствует уровню изопрена. Более всего он известен как мономер натурального каучука и один из продуктов нефтепереработки. Однако изопрен также образуется в нашем организме в ходе обмена веществ, накапливаясь в мышцах и выходя наружу через кожу и легкие, когда наши мышцы работают. Если мы смотрим что-то, что заставляет нас нервничать, мы начинаем менять позу, ерзаем, вцепляемся в подлокотники и т. д. - и из-за таких мускульных усилий изопрен вылетает в атмосферу кинозала. Соответственно, эмоциональное воздействие на детей и подростков достаточно легко оценить по уровню изопрена. Такой метод можно применять в спорных случаях, когда не очень понятно, как именно дети отреагируют на фильм. Исследователи подчеркивают, что речь идет именно о психологическом напряжении. Они также хотели бы выяснить, какие еще эмоциональные состояния можно поймать подобным химическим способом - в конце концов, анализ воздуха проводили по шестидесяти соединениям, и вполне возможно, что среди них есть какие-нибудь химические признаки спокойной грусти или, скажем, веселья. Но здесь уже нужно не просто ловить воздух в кинозале, а устроить тщательно контролируемый лабораторный эксперимент.

Другие интересные новости:

▪ Умный антибактериальный водонагреватель Xiaomi Mijia Smart Kitchen Treasure 7L S1

▪ Горючее из спитого чая

▪ Шумозащитная маска для конфиденциальных разговоров

▪ Рюкзак на резинках

▪ Новый рекорд в области высокотемпературной сверхпроводимости

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Синтезаторы частоты. Подборка статей

▪ статья Вертер и Шарлотта. Крылатое выражение

▪ статья Почему приливы не везде одинаковы? Подробный ответ

▪ статья Рябина черноплодная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Опыт эксплуатации ручной малогабаритной антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Питающее устройство, 127-220/9 вольт 25-30 миллиампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025