Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время резко повысился интерес к освоению возобновляемых энергоресурсов, таких как солнечная, ветровая, геотермальная н гидравлическая энергии, что обусловлено возрастающими затратами на добычу органического топлива из-за сокращения его запасов, обострившейся экологической обстановкой я связанными с атим ограничениями на ввод и эксплуатацию тепловых я атомных электростанции.
Специфика сельскохозяйственных потребителей электроэнергия требует применения транспортируемых енергоисточнкков. В то же время, многие сельскохозяйственные потребители.расположены вблизи водотоков, и поэтому представляет интерес создание мобильных микроГЭС мощностью до нескольких десятков кВт, использующих анергию малых рек, потенциал которых в стране составляет более 56 млн.кВт и почти не используется.
Относительно большая масса и трудность создания необходимого напора воды обуславливает ограниченное применение напорных, в частности рукавных, микроГЭС. Нетрадиционным решением поставленной задачи является создание установок, использующих не потенциальную, а кинетическую энергию текущей воды. В атом случае не требуется устройств, организующих поток воды (плотина или напорный водовод, отсасывающая труба), что приводит к значительному снижению капитальных вложений и упрощению конструкции микроГЭС. Другим преимуществом бесплотинных станций является экологическая-чистота, обусловленная тем, что при их работе используется только часть створа реки а вода проходит через гидротурбины под малым напором (0,05 - 0,5 и). Областью применения таких микроГЭС является электроснабжение маломощных (до нескольких кВт) потребителей, удаленных от сети централизованного электроснабжения, таких как чабанские бригады, полевые станы, садовоогородные И приусадебные участки, метеопосты, пункты связи, геологические экспедиции и т.п.
Работа выполнена в соответствии с государственной научно-технической программой "Экологически чистая энергетика", направление "Нетрадиционная энергетика"
Пельс данной работы является создание свободнопоточных переносных шшрогидроэлектростанций (СПМГЭС), обеспечивающих эффективное использоианне низкопотенцналыюго 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 кинетической энергии малых рек РФ в некоторых районах предполагаемого использования СПМГЭС;
обосновать класс и типоразмер свободнопоточных гидротурбин, используемых в СПМГЭС;
оптимизировать конструктивные и. энергетические параметры СПМГЭС и разработать методику для определения оптимальных параметров и режимов работы узлов микроГЭС;
разработать надежный эффективный бесконтактный электрогенератор , работающий в условиях повышенной влажности;
разработать математическую модель (ИМ) свободиопоточмон микроГЭС и методику математического моделирования СПМГЭС;
исследовать режимы работы свободнопоточной микроГЭС при различных входных параметрах (величины и стабильности скорости течения, а также характера нагрузки);
провести анализ устойчивости работы мшсроГЭС и определить пути повышения надежности работы условиях колебаний скорости течения и нагрузки;
разработать требования к СПМГЭС, изготовить экспериментальные образцы и провести испытания;
определить технико-экономическую эффективность применения СПМГЭС в зависимости от мощности нагрузки и места установки минроГЭС.
Методика исследований включает теоретическое решвннэ поставленных задач с использованием математического моделирования .,а чви, экспериментальное исследование и подтверждение полученных результатов.
Паучная новизна работы состоит в обосновании класса s гкпораэиера свободнопоточных гидротурбин и их конструктивных параметров, разработке методики оптимизации параметров свободно-поточной микроГЭС в зависимости от величины скорости потока, номинальной мощности установки в характеристик потребителя,
разработке рекомендации по применению различных типов тгкроГЭС в зависимости от условий работы и назначения установки.
Разработана математическая модель и схема замещения СШГЭС. Исследованы динамические процессы а микроГЭС с применением метода прямой аналогии механических и электромагнитных систем.
Определен диапазон номинальной мощности мнкроГЭС и скоростей потока воды, при которых использование свободнопоточньос микроГЭС экономически наиболее выгодно.
Практическая ценность заключается в создания переносно* микроГЭС, использующей ниэкопотенциалъную анергию течения воды и обосновании эффективности ее применения для электроснабжения удаленных маломощных энергопотребителей в сравнении с другими типами источников электроэнергии. Для практического выбора типа источника возобновляемой энергии разработана методика, позволяющая по номограмме выбирать наиболее эффективный тип энерго-нсточника по минимуму приведенных затрат на единицу вырабатываемой электроэнергии на основе данных по энергоресурсам в район» эксплуатации и потребляемой мощности.
Даны рекомендации по выбору структуры свободнопоточной микроГЭС для различных режимов работы СПМГЭС.
Реализация результатов исследований. Результаты выполненных . в диссертации исследований использованы в ВИЗСХ, лабораторія микроГЭС и ветроэнергетики, при выполнении работ по конкурсному проекту П(ПТ СССР "Портативные переносные комплектные электрические станции п сборио-раэборныэ водоподъемные установки яа основе использования нетрадиционных источников энергии для автономных сельскохозяйственных потребителей", при разработке переносной свободнопоточной микроГЭС по заданию ГКЯТ РФ и Министерства науки и технологической политики РФ "Разработать и освоить серийное производство свободнопоточньос бесплотинных беа-руканиых микроГЭС" (изготовлены н испытаны опытные образцы микроГЭС номинальной мощностью 120 Вт), при разработке концепция Государственной научно-технической программы "Экологически чистая энергетика".
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсухдены на научных конференциях ВНЭСХа, региональных в республиканских конференциях в Москве, Севастополе, Кацивелн (Крым).
Публикация результатов исследований. По результатам исследовании опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы (124 наименования, в т.ч. 30 иностранных источников), 9-ти прилоиенни и содержит УВЇ стр. машинописного текста, 66 рисунков, 16 таблиц.
