Kleinwasserkraftwerke – Typen und Projekte

Wasserkraftwerke sind eine Reihe miteinander verbundener Komponenten, die dazu dienen, Energie (kinetische und potentielle) in elektrische Energie oder umgekehrt umzuwandeln.

Nach der bestehenden Klassifizierung sind es die Kleinen Wasserkraftwerke (WKW) Leistung bis zu 10-15 MW, einschließlich:

• kleine Wasserkraftwerke – von 1 bis 10 MW.

• Mini-Wasserkraftwerke – von 0,1 bis 1 MW.

• Kleinstwasserkraftwerk – mit einer Leistung von bis zu 0,1 MW.

Durchfluss und Fallhöhe spielen eine entscheidende Rolle für die Leistung eines Wasserkraftwerks. Durchfluss und Druck werden über einen im oberen Teil des Wassers vorgespeicherten Wasservorrat reguliert. Je mehr Wasser sich im Tank befindet, desto höher ist der Druckwasserstand und damit auch die Förderhöhe.

Die Quelle des in der Wasserkraft genutzten Wasserkraftpotenzials sind große mittlere und kleine Flüsse, Bewässerungs- und Wasserversorgungssysteme, Hangabfluss von Gletschern und permanenter Schnee.Wasserkraftwerke unterscheiden sich hauptsächlich in der Art und Weise der Druckerzeugung, dem Grad der Durchflussregulierung, der Art der installierten Hauptausrüstung, der Komplexität der Nutzung des Wasserstroms (einfach oder multifunktional) usw.

Kleinwasserkraftwerke (Kleinwasserkraftwerke) spielen eine besonders wichtige Rolle bei der Stromversorgung autonomer Verbraucher, die weit von Stromleitungen entfernt sind. Der Artikel bespricht gängige Projekte, die die Energie kleiner Bäche nutzen.

Das Setup für die Verwendung der aktuellen Umgebung ist in Abb. dargestellt. 1 a. Es funktioniert wie folgt. Bei der Beeinflussung der Vertikalschaufeln 1 durch das strömende Medium entsteht eine hydrodynamische Kraft, die die Ballastränder antreibt. Über die kinematische Verbindung 3 überträgt der Träger das Drehmoment auf die Generatorwelle, während der Generator selbst stationär bleibt. Dieses Wasserkraftwerk wird an Tieflandwasserläufen betrieben, deren Größe und Energie seine Kapazität bestimmen.

Reis. 1. Betriebsschemata eines Flachwasserkraftwerks: a) Flachwasserkraftwerk, b) b) Wasserkraftwerk.

Das Wasserkraftwerk (Abb. 1, b) nutzt während der Bewegung die Energie der Flüssigkeit mittels des Laufrads 6. Das Laufrad 1 enthält eine Welle und darauf befindliche Flügel. Die Anlage ist auf einem Rahmen 7 montiert, der auf Pontons 6 befestigt ist. Die senkrecht zur Wasserströmungsrichtung geneigten Schaufeln ändern mit Hilfe des Rades 4 ihre Ausrichtung zur Strömung.

Eine der Schaufeln besteht aus einem Verbund aus ineinandergreifenden Innen- und Außenteilen mit einem quer zur Achse angeordneten Querverbinder und wird durch ein zwischen den Teilen angebrachtes elastisches Polster und eine elastische Verbindung geschwächt.Die elastische Verbindung besteht aus einem Plattenpaket, das der Strömung des Mediums zugewandt ist und eine variable Länge aufweist, an der Schaufel haftet und mit deren Außenteil in Kontakt steht. Das Gerät ist auf eine flache Wasserströmung ausgerichtet. Angewandte Stromerzeugungsmaschinen können vom synchronen und asynchronen Typ sein.

In der in Abb. gezeigten. Gemäß Fig. 2 wird der Flüssigkeitsstrom vom Steuerventil 1 abwechselnd in die Kammern 2 und 3 und umgekehrt umgeleitet.

Reis. 2. Turbine im Strömungsweg des Siphons

Die Rotationsbewegung der Flüssigkeit in den Kammern verursacht Luftschwingungen und deren Überströmen durch die Rohrleitungen 4 und 6 unter Aktivierung der Turbine 5 und des daran angeschlossenen Generators. Um die Effizienz des gesamten Gerätes zu verbessern, wird es in den Strömungsweg des Siphons eingebaut. Voraussetzung für einen störungsfreien Betrieb sind fließende Flüssigkeiten, sauber ohne große Anteile. Für diese Installation ist ein Müllregal erforderlich.

Eine schwimmende Wasserturbine mit einer Leistung von 16 kW (Abb. 3) soll die kinetische Energie der Strömung in mechanische und dann in elektrische Energie umwandeln. Die Turbine ist ein längliches kreisförmiges Element aus leichtem (leichter als Wasser) Material mit spiralförmigen Rippen auf der Oberfläche. Das Element ist beidseitig an Stangen aufgehängt, die das Drehmoment auf den Generator übertragen.

Feige. 3. Schwimmende Wasserturbine

Das Wasserkraftwerk (Abb. 4) dient zur Stromerzeugung durch einen Minigenerator, der von einem endlosen Antriebsriemen 1 mit darauf befindlichen Wassereimern 2 rotierend angetrieben wird. Ein Riemen 1 mit Eimern 2 ist auf einem Rahmen montiert 3 auf Wellen tragbar. Der Rahmen 3 ist an einem Träger 4 befestigt, auf dem sich der Generator 5 befindet.

Die Eimer befinden sich an der Außenseite des Bandes, wobei die offenen Seiten in die horizontale Richtung des Wasserflusses zeigen.Die Anzahl der Schaufeln wird durch die Bedingung bestimmt, die die Drehung des Generators gewährleistet. Eine Variante der Verwendung eines Geräts vom Typ „Leiter“ mit angebrachten Klingen ist möglich.

Reis. 4. Montage von Band und Eimer

Die Vorrichtung zur Nutzung der kinetischen Energie der Strömungen besteht aus vertikalen Zylindern, die sich an gegenüberliegenden Ufern im Wasser befinden und auf denen eine Walze platziert ist (Abb. 5).

Reis. 5. Installation eines Mikrodamms

Die Messer sind zwischen der oberen und unteren Achse der Walze montiert. Aufgrund des Anstellwinkels zwischen den Flügeln und dem Geschwindigkeitsvektor treibt das fließende Wasser die Zylinder in Rotation und über die Walze einen Generator, der Strom erzeugt.

Die Vorrichtung zur Nutzung der Energie der Strömungen besteht aus einem senkrecht im Wasserstrom stehenden Laufrad 1 mit angelenkten Flügeln 2 am oberen Rand 1 und am unteren Rand 3 (Abb. 6). Die Oberkante 1 ist mit dem Generator 4 verbunden. Die Position der Flügel 2 wird durch die Strömung selbst reguliert: senkrecht zur Frontströmung und parallel zur Aufwärtsbewegung.

Reis. 6. Ein Gerät, das die Energie des Wasserflusses umwandelt

Das Hülsen-Mikrowasserkraftwerk 1 kW (MHES-1) besteht aus einer Turbine in Form eines Eichhörnchenrads 1, einer Leitschaufel 2, einer flexiblen Rohrleitung 3 mit einem Durchmesser von 150 mm, einer Wassersaugvorrichtung 4, a Generator 5, eine Steuereinheit 6 und Rahmen 7 (Abb. 7).

Reis. 7. Buchsen-Mikrowasserkraft 1 kW

Der Betrieb dieses Mikro-Wasserkraftwerks erfolgt wie folgt: Die Wasseransaugvorrichtung 4 konzentriert das Hydraulikmedium und sorgt über die Rohrleitung 3 für einen Höhenunterschied zwischen dem oberen Wasserspiegel und der Arbeitsturbine 1, wodurch ein bestimmter Druck der Hydraulikflüssigkeit entsteht Mit der Turbine wird diese in Rotation versetzt.Das Drehmoment der Turbine 1 wird auf den elektrischen Generator übertragen.

Ein Siphon-Wasserkraftwerk (Abb. 8) wird dort eingesetzt, wo in einer Höhe von 1,75 m über dem Damm ein Hydraulikflüssigkeitstropfen auftritt oder wenn dies auf natürliche Bedingungen zurückzuführen ist.

Reis. 8. Siphon-Hydraulikeinheit

Der Betrieb dieser Anlagen ist wie folgt: Der Durchgang von Hydraulikflüssigkeit durch die Turbine 1 steigt durch die Dammkrone, Abb. Gemäß 9 wird das Drehmoment über die Welle 2 und das Riemengetriebe 3 auf den elektrischen Generator 4 übertragen. Das verbrauchte flüssige Medium gelangt durch die expandierende Wasserleitung in das Rückstauwasser.

Eine Niederdruck-Mikrowasserkraftanlage (Abb. 9) arbeitet mit einer Nennhöhe der Flüssigkeitssäule von mindestens H = 1,5 m. Mit abnehmender Statik nimmt die Ausgangsleistung ab. Die empfohlene Fallhöhe beträgt 1,4–1,6 m.

Reis. 9. Niederdruck-Wasserkraftwerk

Das Funktionsprinzip basiert auf der Wechselwirkung von Hydraulikflüssigkeit mit potentieller Energie, die in Rotations- und dann in elektrische Form umgewandelt wird. In der Saugvorrichtung 1 gelangt die Flüssigkeit in die Turbine 2, die Flüssigkeit wird vorgewirbelt und dringt durch die fallende Flüssigkeit weiter in das Abzweigrohr ein, interagiert mit den Schaufeln der Turbine 2 und wandelt die kinetische Energie der Flüssigkeit in a um Drehmoment auf die Welle 3, dann auf den elektrischen Generator.

Das Gewicht der Niederdruckstation beträgt 16 kg bei einer Leistung von P = 200 W. Der Propeller-Halbdirekt-Wasserkraftkonverter besteht aus einer Druckleitung 1, einem Leitgitter 2, einer Propellerturbine 3, einem abgerundeten Auslasskanal 4 und einem Drehmoment Getriebewelle 5 und elektrischer Generator 6 (Abb. 10).

Reis. 10. Halbdirekter Durchflusskonverter

Die elektrische Leistung dieser Konstruktion liegt im Bereich 1-10 kW bei einem Höhenunterschied Nm = 2,2-5,7 m. Wasserverbrauch QH = 0,05-0,21 m 3m/s. Der Höhenunterschied Nm = 2,2-5,7 m. Die Drehzahl der Turbine beträgt wn = 1000 U/min.

Der Kapsel-Hydraulikwandler auf Basis des Elektromotors 2PEDV-22-219 (Abb. 11) funktioniert ähnlich wie das bisherige Wasserkraftwerk mit einer Förderhöhe H = 2,5-6,3 m und einem Wasserdurchfluss Q = 0,005-0,14 m 3/s Elektrische Leistung 1-5 kW. Der Durchmesser der Wasserturbinen beträgt 0,2 bis 0,254 m. Der Durchmesser des hydraulischen Rades beträgt Dk = 0,35-0,4 m.

Reis. 11. Kapsel-Mikrowasserkraftwerk

Der Direktstrom-Hydraulikwandler (Abb. 12) besteht aus einer Propellerturbine 1, einem Leitgitter 2, einer Drehmomentübertragungswelle 3, einem elektrischen Generator 4, einer Abgasleitung 5. Er arbeitet mit einer Druckleitung.

Reis. 12. Direktfluss-Hydraulikwandler

Der Hydrokonverter (Abb. 13) dient dazu, die Energie eines sich schnell bewegenden flüssigen Mediums in elektrische Energie umzuwandeln.

Reis. 13. Hydraulischer Energiewandler für schnellen Wasserfluss

Es besteht aus einer Propellerturbine 1, die sich in einer Kapsel 2 befindet und auf Wasserströmungen, sogenannten „Schnellströmungen“, installiert ist. Die Kapsel befindet sich in der Leitschaufel 4, die im Inneren des flüssigen Mediums montiert ist. Das Drehmoment der Turbine wird auf die Welle 5 und dann auf den elektrischen Generator 6 übertragen.