1.4 Выбор типа агрегата и расчёт стоимости его установки
Объекты малой гидроэнергетики условно делят на два типа: «мини» - обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и «микро» - работающие в диапазоне от 3 до 100 кВт.
В качестве зарубежного аналога можно привести микро- и мини-ГЭС европейского производства фирмы CINK [5], выполненные на основе немецких технологий. Энергетический спектр мощностей от 5 кВт до 10 МВт представлен четырьмя типами турбин.
Турбина Pelton (ковшовая турбина). Характеристики: напоры от 100 м до 500 м, для небольшого и сильного колебания объёма воды, высокий к.п.д., благодаря специальной конструкции сопла.
Турбина Cross-flow (поперечная турбина) системы Осбергер. Характеристики: напоры от 3 м до 200 м, проточный расход: Q = 0,03÷13м3/с, мощность: N = 5÷3 000 кВт.
Турбина Francis (осевая турбина). Характеристики: напоры от 50 м до 150 м, номинальный поток 120÷430 л/с, высокий к.п.д. при постоянном проточном расходе (50÷100% установленного проточного расхода).
Турбина Kaplan (пропеллерная турбина). Характеристики: напоры от 1 м до 18 м, для максимального проточного расхода на речных ГЭС, как вертикальное, так и горизонтальное расположение.
Также на рынке предложений представлены украинские производители, и в частности, ЗАО «Техника», которое предлагает широкий выбор микроГЭС [6]. Производимая продукция подразделяется на три вида: микроГЭС с пропеллерным рабочим колесом, с диагональным рабочим колесом, с ковшовым рабочим колесом. Вырабатываемая мощность 5÷100кВт; 20 кВт; 100÷180 кВт соответственно. Требуемый напор 2÷18 м; 8÷18 м; 40÷250 м соответственно. Необходимый расход 0,07÷1,20 м3/с; 0,08÷0,17 м3/с; 0,015÷0,100 м3/с соответственно.
Из числа российских производителей - МНТО «ИНСЭТ» (наиболее предпочтительный вариант) не единственный, который производит малые ГЭС. В качестве вариантов можно привести следующие предприятия, выпускающие малые ГЭС.
МНПЦ – Межрегиональный научно-предпринимательский центр [7]. Всесезонные рукавные гидроэлектростанции номинальной электрической мощностью 1, 2, 4 и 10 кВт предназначены для выработки электроэнергии без сооружения плотины за счёт использования энергии самотёчного потока. При использовании каскадного монтажа данные рукавные малые ГЭС могут использоваться как в малых хозяйствах, так и для промышленного производства электроэнергии, особенно в местах, удалённых от ЛЭП. Конструктивно малые ГЭС состоит из энергоблока, блока управления, блока возбуждения, блока нагрузки и рукавного водовода. Энергоблок выполнен в виде рамы, на которой расположены направляющий аппарат, турбина и электрический генератор. Для удобства эксплуатации блок управления, блок возбуждения и блок балластных нагрузок смонтированы вместе с энергоблоком на той же раме. Все узлы на раме закрыты кожухом. Водовод состоит из водозаборного устройства, переходника и напорных рукавов (или труб). Срок службы малой ГЭС - не менее 10 лет.
ООО «Саратовская генераторная компания» (ООО «СГК»)[8]. Компания осуществляет серийный выпуск переносных малых ГЭС мощностью от 80 Вт до 10 кВт. Агрегаты, изготавливаемые ООО "СГК" совместно с ООО «Хорда» (Республика Армения), высококачественные и надёжные. Выпускаются гидротурбины 6 типов: поворотно-лопастная (Каплан); пропеллерная; радиально-осевая (Френсис); двойная проточная (Банки - Митчеля); ковшовая (Пельтон); наклонно струйная (Тюрго).
ООО «Электротехмонтаж» [9] поставляет серийно изготовляемое оборудование, которое отличается высокими технико-эксплуатационными показателями и доступными ценами:
1) с пропеллерным рабочим колесом:
- мощностью до 10 кВт (МГЭС-10Пр) на напор 2,0÷4,5 м и расход 0,07÷0,14 м3/с;
- мощностью до 10 кВт (МГЭС-10Пр) на напор 4,0÷10,0 м и расход 0,10÷0,21 м3/с;
- мощностью до 50 кВт (МГЭС-50Пр) на напор 2,0÷10,0 м и расход 0,36÷0,80 м3/с;
2) с диагональным рабочим колесом
- мощностью 20 кВт (МГЭС-20ПрД) на напор 8÷18 м и расход 0,08÷0,17 м3/с;
3) с ковшовым рабочим колесом
- мощностью до 100 кВт (МГЭС-100К) на напор 40÷250 м и расход 0,015÷0,046 м3/с;
- мощностью до 200 кВт (МГЭС-200К) на напор 40÷250 м и расход 0,015÷0,013 м3/с.
Рассмотрим недостатки представленных аналогов планируемого к применению оборудования.
Фирма CINK. В данном случае решающим недостатком будет являться стоимость оборудования и возможные проблемы, связанные с его доставкой и заказом запасных частей (оборудование европейского производства). Основные конструктивные и эксплуатационные характеристики близки к характеристикам российского оборудования, при этом значительная стоимость импортного оборудования и запасных частей приведёт к увеличению срока окупаемости оборудования.
ЗАО «Техника». Специалисты ЗАО «Техника» - бывшие сотрудники Национального технического университета Украины, достаточно активно занимаются проблемой малых ГЭС, но сроки эксплуатации оборудования ниже, чем у аналогов российского производства.
МНПЦ. Если задаться выходным эффектом (вырабатываемой мощностью), то выпускаемая продукция МНПЦ требует больший напор (высоту плотины), больший расход (пропускаемый объем воды за единицу времени) по сравнению с оборудованием, предлагаемым другими производителями, что делает использование данного оборудования нерациональным, при условии ограниченной высоты дамбы (плотины) или недостатка расхода, пропускаемого через водосбросные устройства.
ООО «Саратовская генераторная компания». Предоставляемая для общего доступа информация недостаточна, чтобы оценить целесообразность применения данного оборудования. Отсутствие информации вызывает сомнения в высокой эффективности предлагаемого оборудования, а также наличия (в перечне выпускаемого оборудования) полного комплекта оборудования микро ГЭС для поставки.
ООО «Электротехмонтаж». Основным видом деятельности компании является поставка и монтаж оборудования. Выпуск собственных микро ГЭС минимален. При поставке оборудования ООО «Электротехмонтаж» работает только с межотраслевым научно-техническим объединением «ИНСЭТ», что автоматически делает наиболее предпочтительным выбор оборудования производства НТО «ИНСЭТ».
В качестве примера рассмотрено оборудование, производимое межотраслевым научно-техническим объединением “ИНСЭТ” (Санкт-Петербург) [7]. Серийно изготавливаемое оборудование отличается высокими технико-эксплуатационными показателями и доступными ценами.
Производимые гидроагрегаты для малых и микро-ГЭС предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов, с высокими энергетическими характеристиками.
Гидроагрегаты выпускаются с пропеллерными, радиально-осевыми и ковшовыми турбинами. В комплект поставки входят: турбина, генератор и система автоматического управления гидроагрегатом. При работе гидроагрегата в автоматическом режиме присутствие на объекте обслуживающего персонала не требуется.
Выбор типа генерирующего устройства осуществляется с учётом основных технических характеристик малых гидроэлектростанций и гидроагрегатов для малых ГЭС (таблицы 1.1 ÷ 1.5) в зависимости от расхода и напора на турбину.
Таблица 1.1 – Малые гидроэлектростанции с пропеллерными турбинами
Параметры
|
Тип Микро-ГЭС
|
Микро-ГЭС 10Пр
|
Микро-ГЭС 15Пр
|
Микро-ГЭС 50Пр
|
Микро-ГЭС 100Пр
|
Мощность, кВт
|
0,6-4,0
|
2,2-10,0
|
3,5-15,0
|
10,0-30,0
|
10,0-50,0
|
40,0-100,0
|
Напор, м
|
2,0-4,5
|
4,5-10,0
|
4,5-12,0
|
2,0-6,0
|
4,0-10,0
|
6,0-18,0
|
Расход, м3/с
|
0,07-0,14
|
0,10-0,21
|
0,10-0,30
|
0,3-0,8
|
0,4-0,9
|
0,5-1,2
|
Частота вращения, мин-1
|
1000
|
1500
|
1500
|
600
|
750
|
1000
|
Номинальное напряжение, В
|
230
|
400
|
230, 400
|
230, 400
|
Номинальная частота тока, Гц
|
50
|
50
|
50
|
50
|
Таблица 1.2 – Малой гидроэлектростанции с диагональной и ковшовой турбинами
Параметры
|
Тип Микро-ГЭС
|
Микро-ГЭС 20ПрД
|
Микро-ГЭС 100К
|
Микро-ГЭС 200К
|
Мощность, кВт
|
10 - 20
|
до 100
|
до 180
|
Напор, м
|
8-18
|
40-250
|
Расход,м3/с
|
0,08-0,17
|
0,015-0,060
|
0,015-0,100
|
Частота вращения, мин-1
|
1500
|
600; 750; 1000; 1500
|
Номинальное напряжение, В
|
230,400
|
230, 400
|
Номинальная частота тока, Гц
|
50
|
50
|
Таблица 1.3 - Гидроагрегаты для микро-ГЭС с пропеллерными турбинами
Параметры
|
Тип гидроагрегата
|
ГА1
|
ГА8
|
ГА14
|
Пр15
|
Пр30
|
Мощность, кВт
|
100-330
|
150-1800
|
20-300
|
до 130,0
|
до 200,0
|
Напор, м
|
3,5-9,0
|
6,0-22,0
|
2,0-7,2
|
2,0-12,0
|
4,0-18,0
|
Расход,м3/с
|
2,3-6,2
|
2,5-11,0
|
2,5-5,75
|
0,44-1,5
|
0,38-1,3
|
Частота вращения ротора турбины, мин-1
|
200-360
|
300-600
|
250-375
|
600; 750; 1000
|
750; 1000; 1500
|
Номинальное напряжение, В
|
400
|
400; 6000; 10000
|
400
|
230/400
|
230/400
|
Номинальная частота тока, Гц
|
50
|
50
|
50
|
50
|
50
|
Таблица 1.4 - Комплектность поставки и массо-габаритные характеристики микро-ГЭС с пропеллерными турбинами.
п/п
|
Наименование
|
Габариты в упаковке, мм
|
Масса в упаковке, кг
|
1.
|
МикроГЭС 10Пр
|
|
|
1.1.
|
Энергоблок в составе турбины и генератора
|
2000 х700 х650
|
250
|
1.2.
|
Устройство автоматического регулирования УАР-10
|
640 х370 х1050
|
70
|
1.3.
|
Балластное устройство
|
300 х1060 х1120
|
80
|
1.4.
|
Водозаборное устройство(при необходимости)
|
1000x750x600
|
50
|
2.
|
Микро-ГЭС 50Пр
|
|
|
2.1.
|
Энергоблок в составе турбины и генератора
|
3970х1000х740
|
1600
|
2.2.
|
Устройство автоматического регулирования (УАР-50М)
|
645х630х1470
|
200
|
2.3.
|
Блок балластной нагрузки (2шт):
|
300х1060х1260
|
170
|
Таблица 1.5 - Комплектность поставки и массовые характеристики гидроагрегатов для малых ГЭС
№ п/п
|
Наименование
|
Масса, кг
|
ГА-1
|
ГА-8
|
ГА-14
|
1
|
Гидротурбина с пропеллерным рабочим колесом
|
3980
|
7000
|
4720
|
2
|
Гидротурбина с радиально-осевым рабочим колесом
|
|
|
|
3
|
Гидротурбина с ковшовым рабочим колесом
|
|
|
|
4
|
Мультипликатор
|
1430
|
|
150-800
|
5
|
Противоразгонное устройство
|
1920
|
1920
|
|
6
|
Генератор в зависимости от мощности
|
1320-2600
|
2600-3400
|
290-1230
|
7
|
Система автоматического управления (САУ)
|
200
|
200
|
200
|
8
|
Затвор
|
|
2800
|
2800
|
При выборе типа турбины можно руководствоваться графиком выбора типа гидротурбины, приведённом на рисунке 1.2.
Точка, определяемая значениями расхода и напора, будет, как правило, находиться в области, ограниченной несколькими огибающими. Все эти турбины пригодны для использования, однако, прежде чем принять решение, необходимо определить экономический эффект от использования данного гидроагрегата, вырабатывающего электроэнергию, и сравнить эти показатели с величиной потенциальных затрат на строительство и эксплуатацию ГЭС.
На выбор типа турбины также оказывают влияние сезонные колебания напора и расхода воды. Если расход сильно колеблется, тогда в диапазоне средних напоров следует отдать предпочтение многосопловой турбине Пельтона перед турбиной Френсиса.
Рисунок 1.2 – Область применения различных типов турбин
Ввиду того, что турбина может работать только в диапазоне расходов между максимальным и минимальным значениями, целесообразно установить несколько небольших турбин вместо одной большой. Турбины можно пускать последовательно, с таким расчётом, чтобы все турбины, за исключением одной, работали на своих номинальных расходах, а потому обладали высоким КПД. Использование двух или трёх турбин меньшей единичной мощности обеспечивает уменьшение их удельной массы и удельного объёма. Кроме того, в результате деления расхода воды между двумя или более гидроагрегатами турбины работают с более высокой скоростью, что может исключить необходимость в мультипликаторах.
|
