Costruzione di microcentrali idroelettriche. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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La scelta della posizione e del layout dei micro HPP sono determinati dalle condizioni naturali, dalle capacità e dai desideri del futuro utente. Tutte queste questioni sono complesse e comprendono sia parametri idrologici che aspetti elettrici, costruttivi ed economici. Dovrebbe essere considerato principali problematiche di realizzazione di micro centrali idroelettriche.

Linee elettriche

È preferibile costruire una microcentrale idroelettrica più vicina all'abitazione, al consumatore, poiché con l'aumentare della distanza e della corrispondente lunghezza delle linee elettriche, aumentano sia i costi di costruzione, installazione e manutenzione di queste linee, sia il costo perdita di energia elettrica per resistenza nelle linee elettriche (PL).

 La resistenza elettrica è una grandezza fisica (espressa in ohm) che caratterizza la resistenza di un conduttore alla corrente elettrica (fili di alimentazione). Questo valore varia a seconda del materiale, della sezione trasversale e della lunghezza del conduttore.

La Figura 34 mostra le perdite sull'esempio di una micro centrale idroelettrica con una capacità di 10 kW. I calcoli mostrati nella figura confrontano le perdite in una linea di trasmissione di potenza con una lunghezza di 3 km e 200 metri (materiale del filo - alluminio con una sezione trasversale di 25 mm).

Fig.34. Calcolo delle perdite elettriche in funzione della lunghezza delle linee elettriche

Come puoi vedere, la caduta di tensione nella linea di trasmissione di potenza con una lunghezza di 3 km era del 68%, mentre nella linea di trasmissione di potenza di 200 metri - solo il 5%.

In centrali idroelettriche sufficientemente grandi (o piccole centrali idroelettriche potenti), questo problema viene risolto trasmettendo elettricità a una sottostazione, dove la sua tensione viene aumentata a centinaia di kilovolt, il che rende possibile trasmettere una grande potenza attraverso le linee elettriche con un minimo sezione del filo e con perdite minime. Tecnicamente, un sistema di trasformatori (per aumentare la tensione seguita da una diminuzione della tensione) può essere fornito anche per i microcentrali, ma questo aumenterà il costo complessivo dei microcentrali.

Il secondo fattore nella riduzione degli indicatori di tensione / potenza che raggiungono il consumatore è il materiale e la sezione trasversale dei fili della linea di trasmissione di potenza.

Perché è necessario calcolare fili e cavi per la corrente ammissibile a lungo termine? Prima di tutto, vengono eseguiti calcoli per un'alimentazione elettrica sicura e affidabile. Un altro fattore importante è la parte economica. Sarebbe facile prendere uno spesso filo di rame e, senza contare nulla, assicurarsi che la corrente elettrica attraversi tale filo senza perdite. Ma il costo di tali linee elettriche non sarà economicamente giustificato.

Resta inteso che a parità di corrente sulla linea elettrica e con un aumento della tensione si può trasmettere più potenza. Ciò significa che con una sezione costante del filo di una linea di trasmissione di potenza è possibile trasmettere grandi potenze su lunghe distanze.

Pertanto, per una microcentrale idroelettrica tecnicamente ed economicamente efficiente, è necessario scegliere un luogo per la sua costruzione il più vicino possibile ai consumatori e utilizzare materiali adeguati per le linee di trasmissione di potenza.

Valutazione dei parametri idrologici

La capacità potenziale di un micro idroelettrico viene calcolata sulla base di due indicatori principali:

• pressione dell'acqua in metri;
• consumo di acqua in litri (o metri cubi) al secondo.

Questi indicatori sono utilizzati nella seguente formula per il calcolo della capacità produttiva dell'area selezionata:

,

dove: P = potenza elettrica, kW; Q = portata, m3/s; H = valore della prevalenza, m; g = accelerazione gravitazionale (9.81 m/s2); η = efficienza complessiva (utilizzo 70%).

Come puoi vedere, per il calcolo è necessario inserire nella formula i valori della pressione e del flusso d'acqua. Per ottenere questi dati, ci sono molti modi adatti per calcolare la potenza: semplici e complessi, accurati e approssimativi.

I valori di pressione e portata d'acqua sono i principali indicatori per la scelta di un sito per la costruzione di una centrale idroelettrica. In pratica esistono luoghi attrattivi per la realizzazione di microcentrali idroelettriche, dove è abbastanza agevole effettuare una valutazione preliminare del salto e della portata. Tuttavia, ci sono spesso anche luoghi in cui i parametri del corso d'acqua non sono così chiaramente visibili. Ciò può essere ostacolato da una piccola pendenza del corso d'acqua o da un flusso d'acqua non organizzato (quando un fiume o un ruscello è costituito da più canali o da molti afflussi e deflussi). Per non effettuare ogni volta misurazioni dettagliate della pressione e della portata dell'acqua in luoghi diversi, è consigliabile effettuare una valutazione preliminare in più luoghi in cui la costruzione di una microcentrale idroelettrica è visivamente fattibile. Ciò è necessario per selezionare la posizione migliore per sondaggi già dettagliati.

Per questo vengono utilizzati metodi diversi. Ad esempio, puoi utilizzare:

Dati cartografici, che indicano le quote sul terreno. Tali mappe sono disponibili presso geologi, Gosregisters locali, LSG o autorità responsabili dell'irrigazione. Tali mappe indicano tutti i cambiamenti significativi di elevazione sul terreno e sui bordi dell'acqua (rive dei fiumi). Con il loro aiuto, puoi stimare preliminarmente la differenza di altezza e, di conseguenza, la potenziale pressione. È anche possibile stimare approssimativamente la lunghezza richiesta del canale di deviazione (nel caso del tipo di deviazione di micro HPP).

• Livellamento a terra.
• Stima delle altezze del terreno e delle linee d'acqua utilizzando un dispositivo GPS, sia speciale che disponibile in alcuni modelli di telefoni cellulari.
• Stima degli scarichi idrici medi di lungo periodo sulla base dei dati delle stazioni di misura.
• Dati sul consumo di acqua delle autorità responsabili dell'irrigazione.

Questa valutazione ti consentirà di eliminare i luoghi meno attraenti e avviare sondaggi più dettagliati in uno o due luoghi.

Manometro dell'acqua

Per la costruzione di una microcentrale idroelettrica sufficientemente potente (ad esempio, più di 10 kW), è preferibile condurre sondaggi con l'aiuto di specialisti e delle loro attrezzature. Se ciò non è possibile, o se si prevede di costruire una piccola microcentrale idroelettrica, è possibile condurre le proprie ricerche utilizzando mezzi relativamente semplici.

Fig.35. Determinazione della pressione utilizzando un tubo con acqua

Questo metodo (Fig. 35) utilizza un tubo trasparente (ad esempio un tubo di irrigazione) riempito d'acqua e il principio dei vasi comunicanti. Il livello dell'acqua a un'estremità del tubo dovrebbe essere al segno superiore; in questo caso è necessario misurare la distanza tra il livello dell'acqua all'altra estremità del tubo e il terreno (tacca inferiore). Alla misurazione successiva, il livello della tacca superiore dovrebbe trovarsi dove si trovava la tacca inferiore alla misurazione precedente. La somma di queste altezze darà l'altezza totale tra monte e valle (cioè salto).

Lo stesso principio viene utilizzato quando si misura la pressione utilizzando un livello dell'edificio e una barra di misurazione (Fig. 36).

Fig.36. Determinazione della pressione utilizzando il livello dell'edificio

È necessario che la scheda sia posizionata rigorosamente in orizzontale (questo è garantito utilizzando il livello dell'edificio) e la pressione viene misurata secondo lo stesso principio indicato nell'esempio con un tubo.

Misurazione del flusso d'acqua

Si osserva il consumo di acqua nei fiumi e torrenti di montagna del Kirghizistan:

• il più grande - a giugno ... agosto;
• il più piccolo - a gennaio ... marzo.

Il flusso massimo è solitamente da 3 a 5 volte il flusso minimo. Pertanto, quando si effettua una valutazione, è necessario prendere come base il periodo di flusso minimo dell'acqua. Di norma, il consumo di acqua è minimo nella stagione invernale, quando è richiesta la maggior quantità di elettricità. Il diagramma sottostante (Fig. 37) illustra questa relazione sull'esempio del fiume Taldy-Suu e del villaggio Taldy-Suu (distretto di Tyup).

Fig.37. Rapporto tra il consumo di acqua nel fiume Taldy-Suu e il consumo di elettricità nel villaggio di Taldy-Suu

Come nel caso della valutazione della pressione dell'acqua, è possibile utilizzare due approcci per valutare il flusso: con l'aiuto di specialisti e le loro attrezzature, o indipendentemente, utilizzando mezzi improvvisati (Fig. 38).

Il metodo a) è più destinato a piccoli corsi d'acqua (ruscello, fossati) e utilizza contenitori domestici (secchio, botte). È necessario rilevare il tempo di riempimento del contenitore (il cui volume esatto è noto) e determinare il flusso d'acqua.

Fig.38. Misurazione della portata d'acqua mediante: a) secchi; b) galleggiante.

Per grandi volumi si consiglia di utilizzare il metodo b). Per misurare in questo modo il flusso dell'acqua, è necessario scegliere un luogo sul letto del fiume, lungo 5-10 m, il più uniforme in profondità e larghezza, e con una corrente calma. È necessario misurare la profondità e l'ampiezza del flusso nell'area in più punti e determinare il valore medio. Il secondo passo è determinare la portata. Per fare ciò, viene lanciato un galleggiante all'inizio della sezione selezionata (qualsiasi oggetto galleggiante leggero, ad esempio carta, schiuma, ecc.) E viene misurato il tempo necessario per nuotare attraverso questa sezione del fiume.

L'indicatore del consumo di acqua è determinato dalla formula:

,

dove: Q - consumo di acqua, m3/s; h - profondità del flusso, metri; b - larghezza del flusso, metri; v - velocità del flusso, metri al secondo; f è il fattore di flusso.

Per questa formula è necessario applicare l'indicatore del coefficiente di flusso (f = 0,5 ... 0,8). Quanto più è aspra la costa, tanto più roccioso il fondale, quanto minore è la profondità e quanto maggiore è l'ampiezza del canale, tanto minore deve essere il valore di f da utilizzare nella formula.

Esempio:

• la profondità del flusso h è 0,4 m;
• larghezza del flusso b - 1,0 m;
• velocità del flusso v - 0,5 m/s;
• il fattore di flusso f è preso come 0,6

Il consumo di acqua (Q) sarà pari a: Q \u0,4d 1 x0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / s.

Valutazione del fabbisogno elettrico

Una corretta valutazione del fabbisogno di elettricità è molto importante per determinare se la tua micro centrale idroelettrica sarà sufficiente a soddisfare il tuo fabbisogno di elettricità.

Innanzitutto, per determinare il volume del consumo di elettricità, è necessario tenere conto del sistema in cui verrà utilizzato: nelle reti elettriche pubbliche o nella propria rete di consumo.

L'eventuale potenza prodotta dal microcentrale, una volta trasferita al sistema centrale, andrà alla rete pubblica e, in questo caso, non è necessario calcolare il rapporto tra consumo e produzione di energia elettrica.

Nel caso di funzionamento di una micro centrale idroelettrica nella propria rete, è necessario effettuare calcoli per il consumo e la produzione di energia elettrica. Ciò è necessario per eliminare sia la sottoproduzione di elettricità che la sua sovrapproduzione. Se la sottoproduzione può essere compensata dal consumo parallelo di elettricità dalle reti di consumo pubblico (RES), allora la costruzione di una capacità superiore a quella necessaria comporterà un aumento ingiustificato del costo di costruzione di una microcentrale idroelettrica. Inoltre, come descritto nella sezione "Sistema di controllo microcentrale", l'energia elettrica in eccesso deve essere consumata dal carico di zavorra (ad esempio resistenze per il riscaldamento dell'acqua) per garantire il normale funzionamento del gruppo idroelettrico. Ciò comporta anche un aumento del costo di costruzione, poiché l'installazione di un carico di zavorra richiede lavoro e materiali aggiuntivi.

La capacità potenziale delle microcentrali idroelettriche (produzione di elettricità) viene calcolata tenendo conto della già nota formula di calcolo della potenza

Per quanto riguarda il consumo di energia elettrica, ogni dispositivo ha il proprio indicatore del consumo di energia elettrica.

Ad esempio, è possibile utilizzare i dati nella tabella seguente per i calcoli. Questa tabella può essere integrata con dati sul consumo di altri apparecchi elettrici.

Allo stesso tempo, se si prevede che l'elettricità sarà utilizzata da un gran numero di consumatori, è molto difficile determinare quanta energia ea che ora verrà consumata. In questo caso, è necessario coordinare il meccanismo del consumo con i consumatori. Ad esempio nelle ore di punta (mattina e sera), i consumatori dovrebbero spegnere (o non accendere) alcuni apparecchi elettrici, come: ferri da stiro, aspirapolvere, caloriferi, stufe elettriche, ecc.

Particolare attenzione dovrebbe essere prestata ai motori elettrici e ai meccanismi elettrici domestici basati su motori elettrici (sega circolare, macchine da cucire, pompe, compressori, ecc.). All'avvio del motore elettrico, la corrente di avviamento può aumentare di 3-5 volte rispetto alla potenza nominale, indicata sul motore elettrico. L'accensione simultanea di più motori elettrici può portare al fatto che per un breve periodo di tempo il carico sull'SHPP aumenterà, oltre quello consentito, il che potrebbe influire negativamente sul suo funzionamento.

Le informazioni sul motore sono indicate nel suo passaporto (nella documentazione e su una targhetta metallica attaccata alla carrozzeria). I valori nominali sono indicati qui, ad es. quelli per i quali il motore è progettato nel suo normale funzionamento al carico massimo consentito.

Ad esempio, la targa dice: P = 1,1 kW; U = 220 V; Io = 4,3 A; f = 50 Hz; = 2810 giri al minuto; Efficienza = 77,5%; cos f = 0,87. Significa:

• P = 1,1 kW la potenza utile nominale sull'albero motore è 1,1 kW, ovvero 1100 W
• U = 220 V la tensione di rete è 220 V
• I = 4,3 A la corrente di linea è 4,3 A
• f = 50 Hz la frequenza di rete deve essere 50 Hz
• n = 2810 giri/min velocità di rotazione nominale, cioè la velocità del motore al carico nominale è di 2810 giri/min
• Rendimento = 77,5% il rendimento nominale (rapporto tra la potenza utile al pozzo e la potenza consumata di energia elettrica ricevuta dalla rete, pagata al contatore) è 77,5%
• cos f = 0,87 Il fattore di potenza (detto anche "cos phi") è 0,87. Il fattore di potenza è il rapporto tra la potenza attiva dell'elettricità, ad es. uno che può essere convertito in un'altra forma, in questo caso - in uno meccanico, alla piena potenza dell'elettricità.

Pertanto, tenendo conto dei coefficienti indicati, il consumo di energia elettrica da parte del motore elettrico durante il funzionamento sarà di circa 1,5 kW.

Autori: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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