«Конструкции малых ГЭС». Лекция № 5

1.

Лекция № 5
«Конструкции
малых ГЭС»
1

2. Содержание:

Классификация МГЭС
Основные типы МГЭС
Оборудование МГЭС
Экономика МГЭ
Примеры использования МГЭС
2

3. Классификация МГЭС по:

типу электросети
режиму работы
установленной мощности Nуст
напору H
схеме использования потенциала
3

4. по типу электросети:

Классификация МГЭС
по типу
электросети:
на автономного потребителя (АП)
Nмгэс >> Рпотр
на локальную энергосистему (ЛЭС)
Nмгэс Рпотр
на объединенную энергосистему (ОЭС)
Nмгэс<< Рпотр
Выбор мощности МГЭС зависит от типа электросети
4

5. по режиму работы:

Классификация МГЭС
по режиму
работы:
ГЭС, работающая
«по водотоку»
- Кол-во электроэнергии варьируется в
зависимости от объема имеющегося
стока реки: низкая гарантированная
мощность
ГЭС, работающая с
регулированием стока
- С водохранилищем
-Высокая гарантированная мощность
круглый год
5

6. по установленной мощности в разных странах мира :

Классификация МГЭС
по установленной мощности в
разных странах мира :
Норвегия, Швейцария, Венесуэла
1-1,5 МВт
Австрия, Испания, Индия,
ФРГ, Канада
до 5 МВт
Латиноамериканские страны
до 10 МВт
Юго-Восточная Азия,
Франция
до 12 МВт
США, Россия
до 30 МВт
Новая Зеландия, Китай
до 50 МВт
6

7. ГОСТ 51238-98 «Гидроэнергетика малая»

Классификация МГЭС
ГОСТ 51238-98
«Гидроэнергетика малая»
Малая ГЭС (МГЭС) – мощность до 30 МВт,
при единичной мощности гидроагрегата
до 10 МВт
МикроГЭС – МГЭС с мощностью менее 100 кВт
Между МГЭС и микро-ГЭС существуют
технические, конструктивные и
технологические различия, которые до конца
нормативно не определены
7

8. п по напору

п
Классификация МГЭС
по напору
низконапорные
Н < 20 м
средненапорные
20 ≤ Н ≤ 100 м
высоконапорные
Н > 100 м
Граничные значения напоров в разных литературных источниках
разные.
Разные зарубежные и отечественные фирмы
предлагают предельные значения напоров,
опираясь на свои разработки турбинного оборудования.
8

9. по схеме использования потенциала МГЭ:

Классификация МГЭС
по схеме использования
потенциала МГЭ:
Плотинные: русловые и приплотинные
Деривационные
Бесплотинные
Каскады МГЭС
Малые ГЭС на готовом напорном фронте
9

10. Русловая МГЭС

Плотина
Турбина
Течение реки
Структурная схема русловой МГЭС с вертикальным агрегатом
10

11. Русловая МГЭС

Структурная схема русловой МГЭС с капсульным агрегатом
11

12. Русловая МГЭС с осевой турбиной

Упрощения в конструкции:
- открытая турбинная камера
- прямоосная коническая отсасывающая труба
12

13. Приплотинная МГЭС

Классификация МГЭС
Приплотинная МГЭС
Структурная схема приплотинной ГЭС
13

14. Деривационные ГЭС

Классификация МГЭС
Деривационные ГЭС
Деривационная ГЭС: горные реки,
используется естественный уклон реки.
Деривационный канал идет в обход русла
реки, соединяя точки с разными уровнями.
14

15. План Гизельдонской ГЭС

Характеристики: Мощность ГЭС — 22,94 МВт, среднегодовая
выработка — 56,9 млн кВт·ч. Расчётный напор 289 м
3 двухколесных ковшовых гидроагрегата мощностью по 7,6 МВт и
один одноколесный ковшовый гидроагрегат мощностью 0,14 МВт
Водохранилище (бассейн суточного регулирования) на р.
Гизельдон, полезным объёмом 170 тыс.куб.м.
15

16. Особенности строительных работ

Плотина (дамба)
– Низкая дамба простой конструкции для ГЭС,
работающих в естественном режиме реки
– Бетонная, деревянная, каменная
– Стоимость одной дамбы может сделать проект
нерентабельным
Система подвода/отвода воды
– Водозабор с сороудерживающей решёткой и
затвором; отводящий водовод на выходе
– Вырытый канал, подземный туннель и/или
напорный трубопровод
– Клапаны/задвижки на входе/выходе из турбины для
проведения ТО
Здание ГЭС
– Турбина, генератор, механическое и электрическое
оборудование
16

17. Турбины малых ГЭС

Уменьшенные варианты больших гидротурбин
Максимальное КПД - 90%
В естественном режиме реки скорость потока значительно
меняется
Турбина должна работать хорошо при различных скоростях
потока
Реактивные турбины: турбина Френсиса, турбина Каплана
Для малого или среднего напора
Погружная турбина использует давление и кинетическую
энергию воды
Ковшовые турбины: турбина Пельтона и др.
Для высокого напора
Использует кинетическую энергию высокоскоростной водяной
струи

18. Ковшовая турбина Радиально-осевая турбина

18

19. Основное оборудование МГЭС

• Генератор
Асинхронный генератор
Должен быть привязан к другим генераторам
Используется для подачи электроэнергии в большую
сеть
Синхронный генератор
Может функционировать отдельно от других
генераторов
Для автономных и изолированных от сети установок
• Прочее оборудование
Мультипликатор
Трансформатор
Клапаны, электронное управляющее устройство,
защитное устройство

20. Основные типы микроГЭС:

микроГЭС
Основные типы
микроГЭС:
использующие потенциальную энергию водотока
- микроГЭС плотинного типа
- деривационного типа - одна из
разновидностей – рукавные микроГЭС
использующие кинетическую энергию водотока:
наплавные и погружные свободнопоточные
каскады из свободнопоточных – гирляндные
на готовом напорном фронте,
например сифонные.
20

21.

микроГЭС
Схемы
рукавной ГЭС
вдоль
русла реки
на спрямлении
русла реки
21

22.

микроГЭС
Микро-ГЭС рукавного типа эффективны для
использования энергии воды на предгорных и горных
участках рек со значительными уклонами дна реки и
большими скоростями потока.
Напор на таких ГЭС создается за счет прокладки напорного
рукава.
Достоинства:
Рукавные микроГЭС просты в установке и не требуют
сооружения плотины и здания ГЭС.
Их можно транспортировать с одного места на другое,
монтировать за несколько часов и с малыми трудозатратами
22

23.

Таблица - Основные технические характеристики
рукавных микро ГЭС
Параметры
Мощность, кВт
Род тока
Напряжение, В
Частота, Гц
Масса энергоблока, кг
Габаритные размеры, мм
Расход воды, л/сек
Напор, м
Цена, руб.
микро ГЭС
Луч-1
1,0
Однофазный
220
50
60
700х385х485
40
5
46 800
Луч-2
2,0
Однофазный
220
50
92
850х500х490
50
6,5
67 600
23

24. Конструкции сифонных микро-ГЭС

микроГЭС
Конструкции сифонных
микро-ГЭС
А) - сифонный подвод воды
1 – глухая плотина
2 – водозабор
3 – трубопровод
4 – микро-турбина
Б) - сифонный отвод воды
5 – генератор
6 – водовыпуск
7 - клапан срыва вакуума
24

25. Схема плавучей МГЭС на понтонах на готовом напорном фронте

микроГЭС
Схема плавучей МГЭС на понтонах
на готовом напорном фронте
1 - существующая плотина
2 - понтон с водозаборным сооружением в ВБ
3 - сифонный трубопровод
4 - понтон в НБ с установленным гидроагрегатом
25

26. Конструкции свободнопоточных микроГЭС

микроГЭС
Конструкции
свободнопоточных микроГЭС
Осевая гидротурбина
Турбина карусельного типа
1 - турбина карусельного типа
2 - плот для крепления электромеханического узла
3 – мультипликатор
4 – генератор
5 - электрокабель
26

27. Преимущество и недостатки строительства МГЭС на ВВХН

Преимущество:
Сокращаются затраты на МГЭС в целом на 40-60 %
Не надо строить гидротехнические и водосбросные сооружения.
Недостатки:
Режим работы МГЭС подчинен требованиям основных
водопользователей.
В России существует
около 2000 ВВХН
с объемом около 1 000 000 м3.
В среднем стоимость строительства МГЭС составляет от 36 до 60
тыс. руб. за кВт установленной мощности.
Срок строительства большинства МГЭС: 12-14 месяцев
27

28. Распределение затрат на малые ГЭС (мировые данные) в %

Затраты
Строительная часть
Турбина и генератор
Вспомогательное
оборудование (электр.)
Прочее оборудование
Проектноизыскательские работы
Увеличение затрат за
период строительства
Итого
Новый
створ
45
18
4
3
20
10
100
28

29.

Реализованные проекты:
три МГЭС в Южном Дагестане
Республика Дагестан
Аракульская МГЭС
Напор
71 м
Расчетный расход
2,3 м3/с
Установленная мощность
1,4 МВт
Среднегодовая выработка
6 млн. кВтч
Машинный зал Аракульской МГЭС
Амсарская МГЭС
Напор
78 м
Расчетный расход
1,6 м3/с
Установленная мощность
1,0 МВт
Среднегодовая выработка
4 млн. кВтч
Шиназская МГЭС
Станционный узел Шиназской МГЭС
Напор
67 м
Расчетный расход
2,4 м3/с
Установленная мощность
1,4 МВт
Среднегодовая выработка
7 млн. кВтч
В целом
по
проекту
• Совокупная мощность станций – 3,8 МВт
• Выработка электроэнергии – 17 млн. кВтч/ год
Водозабор Амсарской МГЭС

30.

Примеры реализуемых проектов:
Барсучковская МГЭС
Место расположения
Кочубеевский р-н
аварийный водосброс концевого участка Барсучковского сбросного
канала филиала ОАО «ГидроОГК» – «Каскад Кубанских ГЭС»
Водоток
Стадия реализации проекта
Ставропольский край
Разработка ТЭО
Срок строительства
6 месяцев
Год ввода в эксплуатацию
2009
Технические параметры проекта
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
15 м
42 м3/с
4,8 МВт
28 млн. кВтч
Основные сооружения гидроузла
Водозаборное сооружение
• водоприемник с сороудерживающей решеткой
Трехниточный напорный деривационный трубопровод
• длина каждой нитки – 55 м
• диаметр – 1,6 м
Станционный узел
Здание ГЭС
• три гидроагрегата
• максимальная мощность каждого ГА – 1,6 МВт
Сооружения для выдачи мощности
• площадка ОРУ 10 кВ
Ситуационный план
Барсучковской МГЭС
9

31.

Примеры реализуемых проектов:
Кара-Су МГЭС
Место расположения
Черекский р-н
объединенный сток реки Кара-Су и ее
притоков –Жагдан-Су и Хосан-Саут
Водоток
Стадия реализации проекта
Кабардино – Балкарская
Республика
Разработка ТЭО
Срок строительства
12 месяцев
Год ввода в эксплуатацию
2009
Проект включен в ФЦП «Юг России»
Строительство линий выдачи мощности будет профинансировано
из федерального и регионального бюджетов
Технические параметры проекта
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
410 м
1,5 м3/с
4,5 МВт
28,6 млн. кВтч
Станционный узел
МГЭС Кара-Су
Основные сооружения гидроузла
Головной водозаборный узел на р. Кара-Су
Однотипные водозаборные узлы на рр. Жагдан-Су и Хосан-Саут
Безнапорная лотковая деривация
Бассейн суточного регулирования
Водоприемник МГЭС башенного типа с холостым водосбросом
Напорный деривационный трубопровод
Станционный узел, включающий здание МГЭС,
пристанционную площадку и отводящий канал
10

32.

Примеры реализуемых проектов:
Фиагдонская МГЭС
Место расположения
Алагирский р-н
Река
Фиагдон
Стадия реализации проекта
Республика Северная
Осетия - Алания
Разработка РП
Срок строительства
8 месяцев
Год ввода в эксплуатацию
2008
Технические параметры проекта
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
198 м
3 м3/с
5 МВт
23,7 млн. кВтч
Основные сооружения гидроузла
Водозаборное сооружение
• плотина из грунтовых материалов высотой 3 м
Напорный деривационный трубопровод
• длина – 3 км
• диаметр – 1,2 м
Генеральный план
Фиагдонской МГЭС
Станционный узел
Здание ГЭС
• два гидроагрегата с турбинами
ковшового типа
• максимальная мощность каждого ГА – 2,5 МВт
Сооружения для выдачи мощности
• площадка ОРУ 10 кВ.
11

33.

Примеры реализуемых проектов:
три малых ГЭС на водозаборе
Зеленчукской ГЭС
Место расположения
Зеленчукский р-н
водозабор Зеленчукской ГЭС –
реки Большой Зеленчук, Аксаут, Маруха
Водоток
Срок строительства каждой МГЭС
Карачаево -Черкесская
- Черкесская
Республика
8 месяцев
Технические параметры гидроузлов
МГЭС Большой Зеленчук
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
10 м
15 м3/с
1,2 МВт
7 млн. кВтч
Стадия реализации проекта
Разработка ТЭО
Год ввода в эксплуатацию
2008
Аксаутская МГЭС
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
10 м
10 м3/с
0,8 МВт
5,7 млн. кВтч
Стадия реализации проекта
Продольный профиль по оси деривации
Разработка РП
Год ввода в эксплуатацию
2009
Марухская МГЭС
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
10 м
5 м3/с
0,4 МВт
2,8 млн. кВтч
Стадия реализации проекта
Год ввода в эксплуатацию
Программа развития малой гидроэнергетики
Разработка РП
2009
12

34.

Примеры реализуемых проектов:
Учкуланская МГЭС
Место расположения
Карачаевский р-н
Река
р. Учкулан
Стадия реализации проекта
Разработка ТЭО
Срок строительства
Карачаево -Черкесская
Республика
8 месяцев
Год ввода в эксплуатацию
2008
Технические параметры проекта
Напор
Расчетный
расход
Установленная
мощность
Среднегодовая
выработка
94 м
4,7 м3/с
3,4 МВт
22,4 млн. кВтч
Основные сооружения гидроузла
Водозаборное сооружение
• бетонная водосливная плотина, совмещенная с донным
водозабором высотой 7 м
Подводящая деривация
Схема расположения сооружений
Учкуланской МГЭС
• безнапорный деривационный канал длиной 2,4 км
• напорный бассейн с холостым водосбросом
Станционный узел
Здание ГЭС
• два гидроагрегата с радиально-осевыми турбинами
• максимальная мощность каждого – 1,7 МВт
• три турбинных водовода длиной 300 м каждый
Сооружения для выдачи мощности
• площадка ОРУ 10 кВ
Программа развития малой гидроэнергетики
13