Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время резко повысялоя интерес и освоение возобновляемых энергоресурсов, таких как солнечная, ветровая, геотермальная а гидравлическая ввергни, что обусловлено возрастаюовош затратами на добычу органического топлива нэ-за сокращения его запасов, обострившейся экологической обстановкой и связанными с этим ограничениями на ввод в эксплуатацию тепловых в атомных электростанций.
Специфика сельскохозяйственных потребителей влектроонергин требует применения транспортируемых энергоисточников. В то же время, многое сельскохозяйственные потребители.расположены йЙЛИЗЯ водотоков, и поэтому представляет интерес создание мобильных иикроГЭС мощностью до нескольких десятков кВт, использующих анергию малых рек, потенциал которых в стране составляет более 56 млн.кВт и почтя не используется.
Относительно большая масса и трудность создания необходимого напора воды обуславливает ограниченное применение напорных, в частности рукавных, иикроГЭС. Нетрадиционным решением поставленной задачи является создание установок, использующих не потенциальную, а кинетическую энергию текущей воды. В этом случае не требуется устройств, организующих поток воды (плотина ила напорный водовод, отсасывающая труба), что приводит к значительному снижению капитальных вложений в упрощению конструкции иикроГЭС. Другим преимуществом бесплотівдньос станций является экологическая' чистота, обусловленная тем, что при их работе используется только часть створа река а вода проходит через гидротурбины под малым напором (0,05 - 0,5 м). Областью применения таких микроГЭС является, электроснабжение маломощных (до нескольких квт) потребителей, удаленных от сети централизованного электроснабжения, таких как чабанские бригады, полевые станы, еадовоогородные в приусадебные участки, ыетеопосты, пункты связи, геологические экспедиции и т.п.
Работа выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой "экологически чистая энерготика", направление "Нетрадиционная энергетика"
Делью данной работы является создание свободнопоточных
переносных иикрогидроалектростанциа (СПМГЭС), обеспечивающих эффективное использоиание низкопотенцнального диапазона энергии
малых рек и водотоков для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.
в соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования:
выработать рекомендации по выбору расчетной скорости течения при проектировании свободнопоточных гидроэнергетических установок на основе оценки ресурсов кинетическое энергии мальве рек РФ в некоторых районах предполагаемого использования СПМГЗС;
обсяовать класс и типоразмер свободнопоточных гидротурбин, используемых в СПМГЗС;
оптимизировать конструктивные и, энергетические параметры СШГЭС и разработать методику для определения оптимальных параметров и режимов работы узлов михр^ГЭС;
-' разработать надежный аффективный бесконтактный электрогенератор, работающий в условиях повышенной влажности;
разработать математическую модель (ШІ) свободиопоточноА микроГЭС и методику математического моделирования СГШГЭС;
исследовать режимы работы свободнопоточнои микроГЭС прв различных входных параметрах (величины и стабильности скорости течения, а также характера нагрузки);
провести анализ устойчивости работы микроГЭС и определят! пути повышения надежности работы условиях колебании скорости течения н нагрузки;
разработать требования к СГШГЭС, изготовить окспернмев-таяънью образцы и провести испытания;
определить технико-экономическую эффективность приманеная СПМГЗС в зависимости от мощности нагрузки и места установі» микроГЭС.
Методика исследований віілючает теоретическое решеюк
поставленных задач с использованием математического моделировали*
..а "ЧЕЙ, эксперименталъйое исследование и подтворядеиие получвиныв
результатов. ' .
Научная новизна работы состоит в обосновании класса і типоразмера свободнопоточных гидротурбин и их конструктивиьв параметров, разработке нетодшш оптимизация параметров свободнопоточиои микроГЭС в зависимости от величины скорости потока номинальной мощности установки в характеристик потребителя
разработке рекомендаций по применению различных типов микроГЭС в зависимости от условий работы я назначения установки.
Разработана математическая модель к схема замещения СШГЭС. Исследованы дішамические процессы а мнкроГЭС с применением метода прямой аналогии механических я электромагнитных систем.
Определен диапазон номинальной мощности мнкроГЭС и скоростей потока воды, при которых использование свободнолоточных мнкроГЭС экономически наиболее выгодно.
Практическая ценность заключается в создании переносной микроГЭС, использующей ниэкопотенциальну» энергию течения воды и обосновании эффективности ее применения для электроснабжения удаленных маломощных энергопотребителея в сравнении с другими типами источников электроэнергия. Для практического выбора типа источника возобновляемой энергии разработана методика, позволяющая по номограмме выбирать наиболее эффективный тип эиарго-источника по минимуму приведенных затрат на единицу вырабатываемой электроэнергии на основе данных по енергоресурсам в район» эксплуатации и потребляемой мощности.
Даны рекомендации по выбору структуры свободнопоточнон микроГЭС для различных режимов работы СПМГЗС.
Реализация результатов исследовании, Результаты выполненных в диссертации исследований использованы в ВИЭСХ, лаборатория мнкроГЭС и ветроэнергетики, при выполнении работ по конкурсному проекту Г1ШТ. СССР "Портативные переносныо комплектные электрические станции и сборно-раэборные водоподъемные установки иа основе использования нетрадиционных источников энергии для автономных сельскохозяйственных потребителей", при разработке переносной свободнопоточиой мнкроГЭС по заданию ПШТ РФ и Министерства науки я технологической политики РФ "Разработать я освоить серийное производство свободнолоточных бесплотинных 6Є9-руканкых микроГЭС" (изготовлены н испытаны опытные образцы микроГЭС номинальной мощностью 120 Вт), при разработке концепции Государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика".
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на научных конференциях ВИЭСХа, региональных в республиканских конференциях в Москве, Севастополе, Кацивели (Крым).
Публикация результатов исследований, По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоят из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы (124 наименования, в т.ч. 30 иностранных источников), 9-ти приложении и содержит /<9/стр. машинописного текста, 66 рисунков, 16 таблиц.
