Hidroenergie mică. Hidroenergie mică în lume Hidroenergie mică

Pe tema hidroenergiei mici și micro, menținem un site web de informații separat www.microhydro.ru

Energia neconvențională a primit recent o atenție deosebită în întreaga lume. Interesul pentru utilizarea surselor de energie regenerabilă - vânt, soare, maree și apă de râu - este ușor de explicat: nu este nevoie să achiziționați combustibil scump, este posibil să folosiți stații mici pentru a furniza energie electrică în zonele greu accesibile. Această ultimă împrejurare este deosebit de importantă pentru țările în care există zone slab populate sau lanțuri muntoase, unde instalarea rețelelor electrice nu este fezabilă din punct de vedere economic.

Două treimi din teritoriul Rusiei nu sunt conectate la rețeaua electrică

În Rusia, zonele de alimentare descentralizată cu energie reprezintă peste 70% din teritoriul țării. Mai poți găsi aici așezări care nu au avut niciodată curent electric. Mai mult, acestea nu sunt întotdeauna așezări ale Nordului Îndepărtat sau Siberiei. Electrificarea nu a afectat, de exemplu, unele sate din Urali - o regiune care cu greu poate fi numită defavorizată din punct de vedere energetic. Între timp, electrificarea așezărilor populate îndepărtate și greu accesibile nu este o chestiune atât de dificilă. Deci, în orice colț al Rusiei există un râu sau un pârâu unde poate fi instalată o centrală microhidroelectrică.

Centralele mici și microhidroelectrice sunt instalații hidroenergetice mici. Această parte a producției de energie se ocupă cu utilizarea energiei din resursele de apă și a sistemelor hidraulice care utilizează centrale hidroelectrice de mică putere (de la 1 la 3000 kW). Energia la scară mică s-a dezvoltat în lume în ultimele decenii, în principal datorită dorinței de a evita daunele mediului cauzate de rezervoarele marilor hidrocentrale, datorită capacității de a furniza energie în zone greu accesibile și izolate, precum și datorită costurilor reduse de capital în construcția stațiilor și a rentabilității rapide a investiției (în termen de 5 ani).

Unde poate fi instalată o centrală hidroelectrică mică?

Unitatea hidraulică a unei centrale hidroelectrice mici (SHPP) constă dintr-o turbină, un generator și un sistem de control automat. Pe baza naturii resurselor hidro utilizate, centralele hidroelectrice pot fi împărțite în următoarele categorii: stații noi de curgere sau baraj cu rezervoare mici; stații care utilizează energia de mare viteză a curgerii libere a râurilor; stații care utilizează diferențele existente în nivelurile apei într-o mare varietate de instalații de gestionare a apei - de la instalații de transport maritim la stații de tratare a apei (și acum există deja experiență în utilizarea conductelor de apă potabilă, precum și a apelor uzate industriale și de canalizare). Utilizarea energiei cursurilor de apă mici cu ajutorul centralelor hidroelectrice mici este unul dintre cele mai eficiente domenii de dezvoltare a surselor regenerabile de energie din țara noastră. Principalele resurse de hidroenergie mică din Rusia sunt concentrate în Caucazul de Nord, Orientul Îndepărtat, Nord-Vest (Arkhangelsk, Murmansk, Kaliningrad, Karelia), Altai, Tuva, Yakutia și regiunea Tyumen.

Microcentrale hidroelectrice (cu o capacitate de până la 100 kW) pot fi instalate aproape oriunde. Unitatea hidraulică constă dintr-o unitate de putere, un dispozitiv de admisie a apei și un dispozitiv de control automat. Microhidrocentralele sunt folosite ca surse de energie electrică pentru satele de vacanță, ferme, cătune, precum și pentru industriile mici din zone greu accesibile - unde este neprofitabilă realizarea rețelelor.

Energia la scară mică este solicitată cu doar 1%

Potențialul tehnic și economic al hidroenergiei mici din Rusia depășește potențialul unor surse de energie regenerabilă precum eolianul, solarul și biomasa combinate. În prezent, acesta este stabilit la 60 de miliarde de kWh pe an. Dar acest potențial este folosit extrem de prost: doar 1%. Nu cu mult timp în urmă, în anii 1950-60, aveam în funcțiune câteva mii de hidrocentrale mici. Acum - doar câteva sute - au afectat rezultatele distorsiunilor în politica de prețuri și atenția insuficientă pentru îmbunătățirea designului echipamentelor și utilizarea materialelor și tehnologiilor mai avansate.

Pe problema ecologiei

Unul dintre principalele avantaje ale instalațiilor hidroenergetice mici este siguranța mediului. În timpul construcției lor și al funcționării ulterioare nu există efecte nocive asupra proprietăților și calității apei. Lacurile de acumulare pot fi folosite pentru activități de pescuit și ca surse de alimentare cu apă a populației. Cu toate acestea, pe lângă aceasta, microcentralele și centralele hidroelectrice mici au multe avantaje. Stațiile moderne sunt simple în design și complet automatizate, de exemplu. nu necesită prezență umană în timpul funcționării. Curentul electric pe care îl generează îndeplinește cerințele GOST pentru frecvență și tensiune, iar stațiile pot funcționa în mod autonom, adică. în afara rețelei electrice a sistemului energetic al regiunii sau regiunii și ca parte a acestei rețele electrice. Iar durata de viață completă a stației este de cel puțin 40 de ani (cel puțin 5 ani înainte de reparațiile majore). Ei bine, și cel mai important, instalațiile energetice la scară mică nu necesită organizarea de rezervoare mari cu inundarea corespunzătoare a teritoriului și pagube materiale colosale.

Despre producatorii de echipamente

În anii 1990, din cauza unei reduceri a volumului de construcție hidroenergetică mare în Rusia, întreprinderi precum JSC LMZ și JSC NPO CKTI (Sankt Petersburg), JSC Tyazhmash ( Syzran), etc. În același timp, întreprinderile mici și comune -au aparut societati pe actiuni producatoare de utilaje pentru centralele hidroelectrice mici, inclusiv in cadrul conversiei. Printre acestea, cele mai cunoscute sunt JSC MNTO Inset și NPC Rand din Sankt Petersburg și JSC Napor, JSC NIIES, JSC Energomash din Moscova. Dintre furnizorii de echipamente, trebuie menționat și că organizațiile regionale care au făcut parte odată din Institutul All-Union „Gidroproekt”. În prezent, pe piața rusă există unități hidraulice complete cu sisteme automate de control și reglare pentru SHPP-uri în rețea și autonome cu presiuni de la 1 la 250 de metri, precum și echipamente hidromecanice și de ridicare nestandardizate, conducte de presiune, supape pre-turbină, stații de transformare. , aparate de comutare și alte componente , necesare pentru construcția de instalații energetice la scară mică. Pentru centralele hidroelectrice mici care utilizează presiune statică, se folosesc unități hidraulice cu turbine hidraulice frontale radial-axiale, elice, cupe, înclinate și cu jet transversal, cu un design simplificat. Pentru centralele hidroelectrice mici care utilizează presiune de mare viteză, se folosesc turbine hidraulice de tip Darrieus, Wells, Savonius și alte tipuri.Generatoarele pentru centrale hidroelectrice mici sunt produse de Elektrosila JSC (Sankt Petersburg), Ural-Electrotyazhmash JSC, Privod JSC " (Lysva), SA "SEGPO" (Sarapul), SA "SEZ" (Safonovo), etc.

Natura ne oferă cel mai nepretențios mod de a produce energie. Din păcate, nu îl folosim aproape niciodată. Nu putem decât să sperăm că în viitor, odată cu dezvoltarea producției la scară mică, va apărea în continuare nevoia de a folosi energia nenumăratelor rezervoare naturale ale Rusiei.

Mică centrală hidroelectrică „Chala”

În toamna anului trecut, St. Petersburg JSC MNTO Inset a finalizat lucrările de punere în funcțiune a centralei hidroelectrice din Georgia Chala cu o capacitate de 1500 kW (trei unități hidroelectrice de 500 kW fiecare). Construcția acestei stații a început cu mult timp în urmă, în 1994, iar primele unități hidraulice au fost expediate în anii 1995-1996. Cu toate acestea, finalizarea construcției la timp a fost împiedicată de lipsa fondurilor de la client - o fabrică de distilerie (fosta fabrică „Lacrimile Viței de vie”, binecunoscută pe piața rusă). Stația a fost însă nevoie nu doar de centrală: în satul situat lângă mica hidrocentrală nu era curent electric până de curând.

Particularitatea stației este că are unități hidraulice cu turbine cu cupe. Astfel de unități hidraulice nu au fost produse în Rusia de aproximativ 30 de ani. Sunt proiectate pentru presiuni mari ale unei cantități relativ mici de apă; este recomandabil să le instalați în regiunile muntoase înalte: republicile Transcaucazia, Kabardino-Balkaria, Daghestan, Cecenia, Karachay-Cerkesia. La centrala hidroelectrică mică „Chala” (presiune de două sute de metri), 300 de litri de apă sunt suficienți pentru a furniza o putere de 500 kW.

Tehnologia de turnare de precizie a fost utilizată în producția de găleți pentru turbine ale stației. Ele au fost fabricate la fabrica care poartă numele. Klimova (Sankt Petersburg). Unitățile de turbine au fost fabricate în complexul de turbine al CJSC Kirov-Energomash al uzinei Kirov.

M.V. Dobrer, unul dintre cei mai buni specialiști ai Uzinei metalice din Leningrad, a supravegheat lucrările la stație - instalarea și punerea în funcțiune a unităților hidraulice.

În viitorul apropiat, compania Inset plănuiește să instaleze încă trei stații similare în Kabardino-Balkaria. Unul dintre ele a fost deja furnizat echipamente – „Adyl-su”, cu o capacitate de 1200 kW.

Pavel Presnyakov

Să vorbim astăzi despre hidrocentrale mici. Despre cei care aproape că nu mai sunt în folosință, despre cei ale căror schelete și baraje dărăpănate se găsesc în diverse zone ale țării noastre.

Cum au apărut, de ce au fost ridicate și de ce s-au scufundat apoi în masă în uitare, lăsând în urmă doar ruine pitorești și câteva fotografii alb-negru?

Pentru a înțelege, va trebui să ne întoarcem la istoria dezvoltării industriei de energie electrică în Rusia și vom începe chiar de la început, când au fost aprinse primele becuri ale Rusiei țariste.

La sfârșitul anilor 70 - începutul anilor 80 ai secolului al XIX-lea, odată cu inventarea generatoarelor de curent continuu și a lămpilor electrice, au apărut proiecte timpurii de electrificare punctuală (sau mai degrabă iluminare și iluminare).

Ca orice proiect inovator, electricitatea a costat o mulțime de bani și a apărut în primul rând acolo unde oamenii erau dispuși să plătească banii. Nu este surprinzător că primele lămpi au iluminat Nevsky Prospekt, Podul Liteyny, Kremlinul, Palatul de Iarnă și Ermitul, iar odată cu ele au apărut în apropiere minicentrale, constând din mai multe cazane, al căror abur rotea turbinele dinamurilor.

A. P. Bogolyubov. Iluminarea Kremlinului [cu ocazia încoronării lui Alexandru al III-lea]. 1883

Până la sfârșitul anilor 80, generatoarele de putere redusă au apărut în fabrici, în magazine prospere și în casele locuitorilor bogați. În același timp, au fost deschise primele centrale electrice regionale (Georgievskaya, Gorodskaya, Universitetskaya, Dvortsovaya), care deservesc anumite instalații sau consumatori pe o rază de kilometri. Electricitatea este încă folosită doar pentru iluminat, curentul continuu curge prin fire și nu se vorbește despre un singur sistem de alimentare.

Stânga. Centrala Georgievskaya de pe Bolshaya Dmitrovka. Acum Noul Manege. 1903 Foto http://pastvu.com/
Pe dreapta. Centrala electrică a fabricii de bere Zhigulevsky din Samara. 1898 Foto http://historical-samara.rf/

Un nou impuls pentru răspândirea energiei electrice a fost dat de primele generatoare de curent alternativ în masă care au apărut în anii 90 ai secolului al XIX-lea. Utilizarea lor a făcut posibilă reducerea pierderilor de transmisie și, în consecință, creșterea lungimii maxime a liniei și, în același timp, creșterea puterii stațiilor.

Sfera de utilizare a energiei electrice s-a extins, de asemenea, echipamentele industriale au început să treacă la tracțiune electrică în masă, iar liniile de tramvai s-au deschis în mai multe orașe. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, la Moscova și Sankt Petersburg au fost lansate mai multe centrale electrice cu curent alternativ, a căror putere era deja măsurată în megawați.

Stânga. Pozarea cablurilor pe terasamentul Sofiyskaya. Foto http://so-l.ru/
De mai sus. Tramvai pe strada Moscovei. Foto http://so-l.ru/
De desubt. Camera turbinelor centralei electrice de pe terasamentul Raushskaya. 1911 Foto http://pastvu.com/

Totodată, au apărut primele hidrocentrale. Mina Zyryanovsky din Altai lansează o stație de 150 kW pentru propriile nevoi, iar Uzina de pulbere Okhtinsky de lângă Sankt Petersburg construiește o centrală hidroelectrică de 300 kW. Hidrocentrala White Coal, între Kislovodsk și Essentuki, aduce lumină electrică pe străzile stațiunilor adiacente, conduce tramvaie și alimentează pompele care ridică ape minerale.

Stânga. Centrală hidroelectrică pe râul Podkumok. Carte poștală de la începutul secolului al XX-lea.
Pe dreapta. Centrala hidroelectrică a fabricii de praf de pușcă Okhtinsky. 1912 Foto http://pastvu.com/

În primul deceniu al secolului al XX-lea, procesul de construire a centralelor electrice urbane a acoperit regiunile Imperiului Rus, cu centrale electrice apărute în Kursk, Yaroslavl, Chita, Vladivostok și multe alte orașe mari. Capacitățile cresc, se modernizează centralele existente, se îmbunătățesc mecanismele de transport a energiei electrice, electricitatea găsește din ce în ce mai multe noi domenii de aplicare.

Până în 1917, capacitatea tuturor celor 78 de hidrocentrale ale Imperiului Rus era de aproximativ 17 MW, dintre care două (Alaverdin și Hindu Kush) aveau o capacitate de peste 1 MW. În plus, în țară existau până la două mii de turbine hidraulice mici care funcționează pe acționări mecanice și aproximativ 40 de mii de mori cu roți de apă cu o putere medie de 10 CP.

Stânga. Generatoarele hidrocentralei Hindu Kush - cea mai puternică centrală hidroelectrică din Imperiul Rus. În prezent este situat pe teritoriul Turkmenistanului. 1911 Fotografie de S. M. Prokudin-Gorsky.
Pe dreapta. Roata de apă a unei mici mori din Abhazia

Dar dacă erai locuitor al satului, atunci o lumânare și o torță mai ardeau în coliba ta, conducerea manuală domina ferma, iar singurul mijloc de mecanizare era calul.

A treia etapă de dezvoltare a industriei energiei electrice a început sub dominația sovietică. Imediat după revoluție, a fost elaborat și adoptat planul GOELRO (Electrificarea Statului Rusiei), conform căruia cererile tot mai mari de energie electrică din partea industriei sovietice în creștere urmau să fie asigurate într-un ritm mai rapid prin capacități de generare.

Poster de A. Lemeschenko „Planul GOELRO” (din triptic). 1967. Foto arhiva RIA Novosti, imagine #763450 / RIA Novosti / CC-BY-SA 3.0, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17824956

Este important de remarcat aici că acest proces a fost complet natural și nu că sub țar țara a fost cu un plug, apoi a venit Lenin, a răspândit situația și a început să construiască stații în dreapta și în stânga. Autorii planului au fost în mare parte aceiași specialiști care au ocupat funcțiile corespunzătoare sub țar.

Într-un fel sau altul, planul GOELRO prevedea construirea pe o perioadă de 10-15 ani a 30 de centrale mari (20 de termocentrale și 10 hidrocentrale) în diferite regiuni ale țării de la Urali până la Caucaz, menite să creeze un cadru energetic pentru furnizarea de energie electrică întreprinderilor în construcție.

Hidrocentrala Volhov este una dintre primele hidrocentrale construite conform planului GOELRO. Fotografie de Wilson44691 - Propria munca, Domeniu Public, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=7055784

Dar trebuia să rezolve problemele țăranului cu o lumânare și o torță și să realizeze electrificarea agriculturii „pe baza utilizării pe scară largă a resurselor energetice locale, în special a hidroenergiei râurilor mici”. Asta ar fi spus Channel One dacă ar fi existat în acele zile.

Dar la nivel de zi cu zi, totul a fost mult mai simplu - până în 1954, au existat restricții serioase privind conectarea zonelor agricole la sistemele de energie de stat și, în cele mai multe cazuri, singura sursă de energie electrică în zonele rurale au fost aceleași mici centrale hidroelectrice.

De regulă, stațiile au fost construite după proiecte destul de slabe, adesea fără a ține cont de condițiile hidrologice reale. Materialele erau preponderent locale; literalmente, tot ce venea la îndemână era folosit, adesea în detrimentul calității. Echipamentul nu era standardizat și era fabricat de fabrici locale, iar turbina, de exemplu, putea avea palete din lemn.

Centrală hidroelectrică pe râul Protva în sat. Borisovo, districtul Mozhaisk. Construit în anii 30 ca parte a planului GOELRO. Foto http://pastvu.com/

Nu este de mirare că după ridicarea interdicției în 1954, majoritatea hidrocentralelor mici au fost dezafectate și demontate, dar au fost construite destul de multe. În perioada de dinainte de 1941 au fost lansate circa 950 de hidrocentrale mici cu o putere medie de 35 kW, iar în perioada postbelică numărul acestora a crescut la maximum 6614 în 1952. În același timp, puterea medie a crescut ușor, până la nivelul de 40 kW.

Fotografie maxzhukov

Un exemplu tipic de stație cu valuri de dinainte de război este prima centrală hidroelectrică mică din regiunea Lipetsk, construită în 1923 lângă satul Kurapovo. Stația a funcționat o singură turbină de apă a sistemului Francis, cu palete din stejar de mlaștină, cuplată cu un generator de 76 kW. Stația a funcționat până în 1953, când în apropiere a fost deschisă centrala hidroelectrică Troekurovskaya cu o capacitate de 500 kW. Rămășițele barajului și ale casetei „camerului turbinelor” pot fi încă văzute pe Sabia Frumoasă.

La începutul anilor 50 ai secolului al XX-lea, a fost stabilit un curs pentru construirea de stații mai mari și, prin urmare, mai economice și mai fiabile. Cele mai mari au fost numite centrale hidroelectrice rurale (putere în medie 440 kW), cele mai mici au fost numite centrale hidroelectrice intercolective (circa 300 kW). Abia în 1951-1953. în diferite părți ale țării, puțin peste o sută din ambele au fost construite. Una dintre ele a fost hidrocentrala Troyekurovskaya menționată mai sus.

Soluțiile temporare au fost înlocuite cu o abordare științifică. Au fost calculate resursele hidroenergetice de importanță locală și posibilitatea dezvoltării acestora, a fost creată o structură separată „Giproselelectro” pentru proiectarea stațiilor mici, iar Institutul de Mașini Hidraulice All-Union a dezvoltat o gamă de turbine pentru centrale hidroelectrice mici, a cărui producție a fost întreprinsă de uzina Shchelkovo și „Uralgidromash” (Sysert).

Dar aprovizionarea centralizată cu energie nu a stat pe loc; în anii 70 au fost puse în funcțiune zeci de hidrocentrale mari și termocentrale, deficitul de resurse energetice era de domeniul trecutului, iar construcția de mici hidrocentrale în țară. practic oprit. Majoritatea centralelor hidroelectrice mici în exploatare au fost abandonate din cauza costului relativ ridicat al energiei electrice generate și a dificultăților de funcționare. Scheletele lor sunt cele pe care le vedem în interiorul de-a lungul malurilor râurilor mici.

Fotografie victorborisov

Există perspective pentru hidrocentrale mici?

Bineînțeles că există, și mai ales în zone greu accesibile, bogate în resurse energetice. De exemplu, în ultimii 20 de ani, RusHydro a pus în funcțiune și reconstruit câteva zeci de SHPP-uri, în primul rând aceste cascade ale SHPP-urilor Dagestan și Kabardino-Balkarian.

Dacă vorbim de regiunea Centrală, atunci totul este ceva mai complicat.

Puterea minimă de la care are sens să funcționeze SHPP-uri, ținând cont de disponibilitatea pe scară largă a unui sistem energetic unificat, este la nivelul de 1 MW. Pentru a asigura astfel de indicatori, este necesară presiunea, care poate fi creată numai pe râul mediu din regiunea Centrală prin ridicarea unui baraj și crearea unui rezervor, ceea ce nu este întotdeauna posibil.

Stațiile de capacitate mai mică, fără rezervor mare, necesită fie includerea în UES, fie construirea unei stații termice în cartier. Acest lucru se datorează faptului că în anumite perioade puterea generată de SHPP-uri poate scădea la zero. De exemplu, la mijlocul verii, debitul de apă poate fi redus critic, iar în timpul unei viituri de primăvară, presiunea poate scădea la zero din cauza creșterii nivelului apei în aval.

Există, totuși, o altă cale care a fost luată la CHE Yaropoletskaya. Gara a fost restaurată ca monument de arhitectură și patrimoniu cultural, deși nu este funcțională, ci pur și simplu plăcută ochiului.

Într-un fel sau altul, sunt pentru ca centralele hidroelectrice mici să supraviețuiască. La naiba cu electricitatea, pentru că hidrocentralele sunt pur și simplu frumoase :-)

Fotografie muph

Creșterile regulate ale prețurilor la energie electrică îi fac pe mulți oameni să se gândească la problema surselor alternative de energie electrică. Una dintre cele mai bune soluții în acest caz este o centrală hidroelectrică. Căutarea unei soluții la această problemă nu privește doar dimensiunea țării. Din ce în ce mai des poți vedea minihidrocentrale pentru casă (dacha). Costurile în acest caz vor fi doar pentru construcție și întreținere. Dezavantajul unei astfel de structuri este că construcția sa este posibilă numai în anumite condiții. Este necesar un debit de apă. În plus, construcția acestei structuri în curtea dumneavoastră necesită permisiunea autorităților locale.

Schema minicentralei hidroelectrice

Canal, caracteristic câmpiei. Sunt instalate pe râuri cu debite reduse.
Cele staționare folosesc energia râurilor de apă cu curgere rapidă a apei.
Centrale hidroelectrice instalate în locurile în care debitul de apă scade. Ele se găsesc cel mai adesea în organizațiile industriale.
Mobile, care sunt construite folosind furtunuri ranforsate.

Pentru construirea unei centrale hidroelectrice este suficient chiar și un mic pârâu care curge prin amplasament. Proprietarii de case cu alimentare centrală cu apă nu ar trebui să dispere.

Una dintre companiile americane a dezvoltat o stație care poate fi încorporată în sistemul de alimentare cu apă al unei locuințe. În sistemul de alimentare cu apă este construită o mică turbină, care este condusă de fluxul de apă care se deplasează prin gravitație. Acest lucru reduce debitul de apă, dar reduce costul energiei electrice. În plus, această instalare este complet sigură.

Chiar și minihidrocentralele sunt instalate în conductele de canalizare. Dar construcția lor necesită crearea unor condiții. Apa prin conductă ar trebui să curgă natural din cauza pantei. A doua cerință este ca diametrul conductei să fie adecvat pentru instalarea echipamentului. Și acest lucru nu se poate face într-o casă separată.

Clasificarea minihidrocentralelor

Minicentralele hidroelectrice (casele în care sunt utilizate sunt în mare parte din sectorul privat) aparțin cel mai adesea unuia dintre următoarele tipuri, care diferă prin principiul de funcționare:

Roata de apă este de tip tradițional, care este cel mai ușor de implementat.
Elice. Sunt folosite în cazurile în care râul are o albie mai mare de zece metri lățime.
Ghirlanda este instalată pe râuri cu curgere blândă. Pentru a crește viteza de curgere a apei, se folosesc structuri suplimentare.
Rotorul Darrieus este de obicei instalat în întreprinderile industriale.

Prevalența acestor opțiuni se datorează faptului că nu necesită construirea unui baraj.

Roata de apa

Acesta este un tip clasic de centrală hidroelectrică, care este cel mai popular pentru sectorul privat. Minihidrocentralele de acest tip sunt o roată mare care se poate roti. Lamele sale coboară în apă. Restul structurii este situat deasupra albiei râului, determinând mișcarea întregului mecanism. Puterea este transmisă printr-o acţionare hidraulică la un generator care produce curent.

Stația de elice

Pe cadru în poziție verticală se află un rotor și o moară de vânt subacvatică, coborâtă sub apă. O moară de vânt are pale care se rotesc sub influența curgerii apei. Cea mai bună rezistență o asigură lamele de doi centimetri lățime (cu un flux rapid, a căror viteză, însă, nu depășește doi metri pe secundă).

În acest caz, lamele sunt antrenate de presiunea apei rezultată mai degrabă decât de aceasta. Mai mult, direcția de mișcare a palelor este perpendiculară pe direcția curgerii. Acest proces este similar cu centralele eoliene, doar că funcționează sub apă.

Centrala hidroelectrică Garlyandnaya

Acest tip de minihidrocentrală este alcătuită dintr-un cablu întins peste albia râului și asigurat într-un lagăr suport. Turbinele de dimensiuni și greutate mici (rotoare hidraulice) sunt atârnate și fixate rigid pe ea sub formă de ghirlande. Ele constau din doi semicilindri. Datorită alinierii axelor atunci când sunt coborâte în apă, se creează un cuplu în ele. Acest lucru face ca cablul să se îndoaie, să se întindă și să înceapă să se rotească. În această situație, cablul poate fi comparat cu un arbore care servește la transmiterea puterii. Unul dintre capetele cablului este conectat la cutia de viteze. Puterea de la rotația cablului și a elicelor hidraulice îi este transmisă.

Prezența mai multor „ghirlande” va ajuta la creșterea puterii stației. Ele pot fi conectate între ele. Nici măcar acest lucru nu crește foarte mult eficiența acestei hidrocentrale. Acesta este unul dintre dezavantajele unei astfel de structuri.

Un alt dezavantaj al acestei specii este pericolul pe care îl creează pentru alții. Acest tip de stație poate fi folosit doar în locuri pustii. Sunt necesare semne de avertizare.

Rotor Daria

O minihidrocentrală pentru o casă privată de acest tip poartă numele dezvoltatorului ei, Georges Darrieus. Acest design a fost brevetat în 1931. Este un rotor pe care sunt amplasate paletele. Parametrii necesari sunt selectați individual pentru fiecare lamă. Rotorul este coborât sub apă în poziție verticală. Lamele se rotesc din cauza diferenței de presiune rezultată din curgerea apei pe suprafața lor. Acest proces este similar cu liftul care face ca avioanele să decoleze.

Acest tip de centrală hidroelectrică are un indicator bun de eficiență. Avantaj triplu - direcția curgerii nu contează.

Dezavantajele acestui lucru includ un design complex și o instalare dificilă.

Avantajele minicentralelor hidroelectrice

Indiferent de tipul de proiectare, minicentralele hidroelectrice au o serie de avantaje:

Sunt prietenoase cu mediul și nu produc substanțe dăunătoare atmosferei.
Procesul de generare a energiei electrice are loc fără a crea zgomot.
Apa rămâne curată.
Electricitatea este generată în mod constant, indiferent de ora din zi sau de condițiile meteo.
Chiar și un mic flux este suficient pentru a înființa o stație.
Excesul de energie electrică poate fi vândut vecinilor.
Nu aveți nevoie de multe documente de autorizare.

Minicentrală hidroelectrică bricolajă

Îl puteți construi singur pentru a genera electricitate. Pentru o casă privată, douăzeci de kilowați pe zi sunt de ajuns. Chiar și o minicentrală hidroelectrică asamblată cu propriile mâini poate face față acestei valori. Dar trebuie amintit că acest proces este caracterizat de o serie de caracteristici:

Este destul de dificil să faci calcule precise.
Dimensiunile și grosimea elementelor sunt selectate „cu ochi”, doar experimental.
Structurile de casă nu au elemente de protecție, ceea ce duce la defecțiuni frecvente și costuri asociate.

Prin urmare, dacă nu aveți experiență și anumite cunoștințe în acest domeniu, este mai bine să renunțați la acest gen de idee. Poate fi mai ieftin să cumpărați o stație gata făcută.

Dacă tot decideți să faceți totul singur, atunci trebuie să începeți prin a măsura viteza debitului apei în râu. La urma urmei, puterea care poate fi obținută depinde de aceasta. Dacă viteza este mai mică de un metru pe secundă, atunci nu se va justifica construcția unei minihidrocentrale în această locație.

O altă etapă care nu poate fi omisă sunt calculele. Este necesar să se calculeze cu atenție suma costurilor care vor intra în construcția stației. Ca rezultat, se poate dovedi că energia hidroelectrică nu este cea mai bună opțiune. Atunci ar trebui să acordați atenție altor tipuri de electricitate alternativă.

O minihidrocentrală poate fi soluția optimă pentru economisirea costurilor cu energia. Pentru construcția sa, în apropierea casei trebuie să existe un râu. În funcție de caracteristicile dorite, puteți selecta o opțiune de centrală hidroelectrică potrivită. Cu abordarea corectă, puteți chiar să realizați o astfel de construcție cu propriile mâini.

Hidroenergie mică

Hidroenergia este cea mai dezvoltată zonă de energie regenerabilă astăzi, folosind energia apei în cădere, a valurilor și a mareelor.

Principalele direcții de dezvoltare hidroenergetică: refacerea vechilor centrale hidroelectrice mici prin reparații majore și înlocuire parțială a echipamentelor; construirea de noi centrale hidroelectrice mici pe rezervoare cu scop neenergetic (integrat), pe deversoruri industriale; construcția de hidrocentrale fără baraj, care utilizează energia cinetică a unei mase de apă în mișcare (curent). Asemenea stații, cu o putere de până la 10...25 kW, nu necesită cheltuieli mari de capital pentru construcție, sunt ecologice și convenabil de utilizat atunci când furnizează energie consumatorilor cu putere redusă, aflați pe malul râurilor, în prezența a diferențelor de cotă pe pâraiele mici (centrale hidroelectrice cu furtun), etc. În prezența debitelor de apă, este de asemenea promițătoare utilizarea berbecilor de apă în scopuri de alimentare cu apă, precum și utilizarea roților de apă și a turbinelor de putere redusă pentru a conduce compresoare cu pompa de caldura.

Descrierea funcționării hidrocentralelor

Sursa de hidroenergie este energia convertită a Soarelui sub formă de energie potențială stocată a apei, care este apoi transformată în lucru mecanic și electricitate.

Într-adevăr, sub influența radiației solare, apa se evaporă de pe suprafața lacurilor, râurilor, mărilor și oceanelor. Aburul se ridică în atmosfera superioară, formând nori; apoi se condensează și cade sub formă de ploaie, completând rezervele de apă din rezervoare.

Conversia energiei potenţiale a apei în energie electrică are loc la o centrală hidroelectrică. Menținerea unei presiuni constante se realizează folosind platină, care formează un rezervor care servește ca un acumulator hidroenergetic. În acest sens, în timpul construcției unei hidrocentrale se impun anumite cerințe asupra terenului, care ar trebui să permită organizarea unui rezervor și crearea presiunii necesare datorită barajului. Toate acestea sunt asociate cu costuri semnificative, iar costul lucrărilor de construcție poate depăși costul echipamentelor centralei hidroelectrice. În același timp, costul specific al energiei electrice generate de hidrocentrale este cel mai mic în comparație cu costul energiei produse din alte surse. De regulă, perioada de rambursare pentru centralele hidroelectrice mici nu depășește 10 ani.

Fig.1. Statie motor cu turbina hidraulica

Turbinele hidraulice sunt folosite pentru a transforma energia apei în lucru mecanic (Fig. 1).

Există turbine active și reactive.

Într-o turbină activă, energia cinetică a fluxului este convertită în energie mecanică. Dispozitivele suplimentare care asigură funcționarea turbinei sunt o conductă și o duză. Din duză iese un jet cu energie cinetică, care este direcționat către paletele turbinei în aer. Forța care acționează asupra paletelor din jet determină rotirea roții turbinei, cu arborele căreia generatorul electric este conectat direct sau printr-un antrenament. Eficiența turbinelor reale variază de la 50 la 90%. Turbinele hidraulice de putere redusă au o eficiență mai mică.

Valoarea maximă a eficienței este de 100%. Se poate realiza dacă jetul, după ce a interacționat cu paletele, se deplasează vertical în jos doar sub influența gravitației.

Eficiența unei turbine hidraulice active poate fi crescută printr-o creștere limitată a numărului de duze, deoarece cu un număr mare dintre acestea influența reciprocă a jeturilor va fi afectată.

Într-o turbină cu reacție, rotorul este complet scufundat în flux, care acționează constant asupra palelor turbinei. În cea mai comună turbină Francis, roata se rotește din cauza diferenței de presiune a debitului la intrare și la ieșire, apa intră radial în rotor. Distanța dintre rotor și cameră este variabilă. După ce fluxul interacționează cu roata, acesta se rotește cu 90°. Jocul variabil și rotația debitului îmbunătățesc eficiența turbinei.

Există și alte soluții de proiectare pentru turbinele hidraulice cu reacție, de exemplu turbina cu elice Kaplan. Cu toate acestea, acest tip de turbină este mai rar din cauza căderii de presiune.

Centralele hidroelectrice vin într-o mare varietate de capacități - de la 3 kW la 12 GW. Micile hidrocentrale (numite și microhidrocentrale și hidrocentrale rurale) sunt centrale hidroelectrice cu o capacitate instalată mai mică de 500 kW. Construcția lor este de obicei realizată ca parte integrantă a unui complex, care prevede, de asemenea, dezvoltarea producției agricole, alimentarea cu apă și reglarea debitului.

Centrale hidroelectrice și mediul de viață

Vorbind despre centralele hidroelectrice, trebuie remarcat faptul că nicio altă structură inginerească individuală nu are un impact atât de puternic asupra naturii precum rezervoarele mari.

Rezervorul furnizează apă nu numai oamenilor, ci și întregii lumi vegetale și animale, care răspunde activ la noile condiții favorabile. Acest lucru contribuie la apariția unor noi comunități biologice, a căror dezvoltare a fost anterior împiedicată de lipsa apei (ceea ce este evidentă în special în iazurile mici construite pentru dezvoltarea pescuitului).

Cu toate acestea, atunci când se evaluează în mod obiectiv modificările condițiilor de mediu, este imposibil să nu se ia în considerare unii factori biochimici și limnologici negativi.

După cum se știe, în apele stagnante ale rezervoarelor, schimbul de oxigen are loc mult mai lent decât în cursurile de apă (râuri și pâraie). Intrând într-o astfel de apă, impuritățile chimice pot crea o stratigrafie atât de nefavorabilă în ea (adică să formeze straturi stabile de compoziție diferită), încât viața biologică va deveni imposibilă, peștii și multe alte organisme acvatice vor muri. Și atunci când o astfel de apă otrăvită este eliberată în râu, poate avea loc moartea peștilor în întregul curs de apă.

Algele, care modifică compoziția chimică a apei, sunt și ele periculoase pentru rezervor. Procesele de putrezire în corpurile de apă ale zonelor industriale sunt deosebit de dăunătoare și nefavorabile pentru mediu.

În general, se poate considera că rezervoarele au un efect benefic pentru mediu asupra mediului, iar factorii negativi se datorează în primul rând deversării deșeurilor industriale și (în mai mică măsură) comportamentului iresponsabil al unui număr foarte mare de turiști și vacanți. În ceea ce privește procesul tehnologic direct de generare a energiei electrice la hidrocentrale, din punct de vedere al mediului este complet sigur. Lucrările la construcția de instalații hidroenergetice ar trebui proiectate cu daune minime aduse naturii.

La elaborarea planurilor de construcție este necesar să se aleagă rațional carierele, locațiile drumurilor etc. Până la finalizarea construcției, trebuie efectuate lucrările necesare pentru refacerea deranjamentelor terenului și amenajarea peisajului din zonă.

Pentru un rezervor, cea mai eficientă măsură de protecție a mediului este protecția inginerească. De exemplu, construcția barajelor de terasament reduce suprafața de inundație și păstrează terenurile și zăcămintele minerale pentru uz economic, reduce suprafața apelor de mică adâncime și îmbunătățește condițiile sanitare ale lacului de acumulare și conservă complexele naturale.

Dacă construcția de baraje nu este justificată din punct de vedere economic, atunci apele de mică adâncime pot fi folosite pentru reproducerea păsărilor și pentru alte nevoi economice. Dacă nivelurile de apă necesare sunt menținute, apele de mică adâncime pot fi folosite pentru pescuit, ca spații de depunere a icrelor și ca aprovizionare cu hrană.

Pentru a preveni sau a reduce procesarea băncilor, se realizează protecția băncilor. Întreprinderile, căile ferate, clădirile rezidențiale și de utilități și monumentele antice sunt îndepărtate din zona inundabilă.

Pentru a asigura o calitate ridicată a apei, este necesară curățarea sanitară a patului rezervorului înainte ca acesta să fie inundat cu apă. În acest scop, se iau măsuri agrotehnice de reducere a scurgerilor de suprafață poluate și se construiesc stații de epurare a apelor uzate.

Construirea de baraje mari cu centrale electrice, de regulă, contribuie la conservarea și îmbogățirea naturii. Lacurile artificiale permit utilizarea cuprinzătoare a resurselor de apă. Apa nu numai că alimentează turbinele, dar iriga și vastele terenuri din jur și, prin urmare, sprijină dezvoltarea agriculturii. Rezervoarele atenuează contrastele puternice de vreme și climă, ajută la combaterea secetei și mii de oameni se odihnesc pe malurile lor.

Energia netradițională este ceea ce întreaga lume se concentrează în prezent. Și este destul de ușor de explicat. Marea mare, maree joasă, surf maritim, curenți de râuri mici și mari, câmpul magnetic al Pământului și, în sfârșit, vântul - există surse inepuizabile de energie, energie ieftină și regenerabilă și ar fi o mare greșeală să nu profităm de un astfel de dar de la Mama Natură. Un alt avantaj al unei astfel de energii este capacitatea de a furniza energie electrică ieftină în zonele greu accesibile, să zicem zonele de munte înalte sau satele îndepărtate de taiga, cu alte cuvinte, acele așezări în care este imposibil să se instaleze o linie electrică.

Știți că 2/3 din teritoriul Rusiei nu este conectat la sistemul energetic? Există chiar și așezări în care nu a existat niciodată electricitate, iar acestea nu sunt neapărat sate din nordul îndepărtat sau din Siberia nesfârșită. Electricitatea, de exemplu, nu este furnizată unor așezări din Urali, dar aceste zone nu pot fi în niciun fel numite dezavantajate din punct de vedere energetic. Între timp, electrificarea așezărilor greu accesibile nu este o problemă atât de dificilă, deoarece este dificil să găsești o așezare unde nu există râu sau măcar un pârâu mic - iată o cale de ieșire din situație. Pe un astfel de pârâu, ca să nu mai vorbim de un râu, se poate instala o minihidrocentrală.

Deci, ce sunt mini și mici centrale hidroelectrice? Acestea sunt stații mici care produc energie electrică folosind fluxul de resurse de apă disponibile local. Centralele hidroelectrice cu o capacitate mai mică de 3 mii de kilowați sunt considerate mici. Și aparțin energiei mici. O astfel de energie a început să se dezvolte rapid în ultimul deceniu. Care, la rândul său, este asociat cu dorința de a provoca naturii cât mai puține daune mediului, care nu pot fi evitate în timpul construcției de hidrocentrale mari. La urma urmei, rezervoarele mari schimbă peisajul, distrug zonele naturale de reproducere, blochează rutele de migrație pentru pești și, cel mai important, după ceva timp se vor transforma cu siguranță într-o mlaștină. Dezvoltarea energiei la scară mică este, de asemenea, asociată cu furnizarea de energie în locuri greu accesibile și izolate, precum și cu rentabilitatea rapidă a investiției (în termen de cinci ani).

De obicei, o centrală hidroelectrică mică (SHPP) constă dintr-un generator, o turbină și un sistem de control. SHPP-urile sunt, de asemenea, împărțite în funcție de tipul de utilizare; acestea sunt în primul rând stații de baraj cu rezervoare care ocupă o suprafață mică. Sunt stații care funcționează fără construcția unui baraj, ci pur și simplu datorită curgerii libere a râului. Există stații pentru funcționarea cărora se folosesc picături de apă deja existente, fie naturale, fie artificiale. Picăturile naturale se găsesc adesea în zonele muntoase; picăturile artificiale sunt facilități comune de gestionare a apei, de la structuri adaptate pentru navigație până la complexe de purificare a apei, inclusiv conducte de apă potabilă și chiar canale de canalizare.

Mica hidroenergie, prin capacitățile sale tehnice și economice, depășește sursele mici de energie precum stațiile care utilizează energia eoliană, energia solară și stațiile de bioenergie combinate. În prezent, pot produce aproximativ 60 de miliarde de kWh pe an, dar, din păcate, acest potențial este folosit extrem de prost, cu doar 1%. Până la sfârșitul anilor '60, mii de SHPP erau în funcțiune, astăzi există câteva sute. Toate acestea sunt consecințe ale distorsiunilor statului sovietic legate de politica de prețuri și nu numai.

Dar să revenim la problema consecințelor asupra mediului în timpul construcției SHPP-urilor. Principalul avantaj al centralelor hidroelectrice mici este siguranța deplină din punct de vedere al mediului. Proprietățile apei, atât chimice, cât și fizice, nu se modifică în timpul construcției și exploatării acestor instalații. Rezervoarele pot fi folosite ca rezervoare pentru apă potabilă și pentru piscicultură. Dar principalul avantaj este că pentru SHPP nu este deloc necesară construirea de rezervoare mari care provoacă pagube materiale enorme și inundarea unor suprafețe mari.
În plus, astfel de stații au o serie de alte avantaje: sunt simple în proiectare și au posibilitatea de mecanizare completă; în timpul funcționării lor, prezența umană nu este deloc necesară. Energia electrică generată respectă standardele general acceptate, atât ca tensiune, cât și ca frecvență. Autonomia unei astfel de stații poate fi considerată și ea un mare plus. SHPP-urile au, de asemenea, o durată de viață lungă - 40 de ani sau mai mult.

Ar putea fi util să citiți: