Теоретичні відомості
У реальних умовах витрата води дуже сильно змінюється за сезонами, через дощі та і.н.
Для розробки і реалізації проекту мікроелектростанції конструктору-фахівцю буде потрібно попередньо проаналізувати особливості об’єкта, який повинен забезпечуватися електроенергією (окрема будівля, садиба, туристична база, кілька будинків і т.п.), а також дебіт води і можливість отримання перепаду її рівня за допомогою гідротехнічного устаткування.
Якщо з’ясовується, що мікроГЕС повинна працювати на постійне навантаження, з незмінною (протягом доби) потужністю споживання, витрату води регулюється обмежувачем дебіту.
Якщо взяти до уваги той факт, що ввечері і вночі електроенергія йде в основному на висвітлення (не споживається тільки протягом 3–4 годин), а вдень використовується для електроживлення споживчів, тобто, мабуть, має сенс накопичувати її в акумуляторах, зєднаних для зарядки і роботи в мережі. Але потрібно, щоб акумулятори перебували якнайближче до розподільного щита. Адже втрати тут ростуть пропорційно протяжності лінії й перетину електрокабеля.
Електрична потужність гідроенергетичної установки розраховується по формулі:
де
– коефіцієнт втрат напору в гідро
каналі;
– КПД гідротурбіни
(змінюється в межах 0,7–0,88);
–
КПД гідрогенератора
(у межах 0,9 – 0,96);
ρ = 1000 кг/м3 – щільність води;
g = 9,8 м/с2 – прискорення сили ваги;
Н – напір (різниця рівнів води верхнього й нижнього б’єфів), м;
Q – витрата води, м3/с.
Таблиця 2.1
Вихідні дані
Варіант |
Q, м3/с |
Н, м |
ηТ, % |
ηЭ, % |
1 |
10 |
17 |
76 |
94 |
2 |
12 |
15 |
78 |
95 |
3 |
14 |
13 |
79 |
96 |
4 |
16 |
11 |
80 |
93 |
5 |
18 |
9 |
81 |
94 |
6 |
20 |
8 |
82 |
95 |
7 |
22 |
7 |
83 |
95 |
8 |
24 |
6 |
84 |
96 |
9 |
26 |
7 |
85 |
95 |
10 |
28 |
8 |
84 |
96 |
11 |
25 |
9 |
84 |
44 |
12 |
19 |
10 |
81 |
94 |
13 |
20 |
9 |
83 |
95 |
13 |
22 |
8 |
86 |
93 |
15 |
24 |
6 |
84 |
96 |
РОБОТА 3
Тема роботи: Проектування мікроГЕС «Водяне колесо»
Потрібно: Визначити потужність мікроГЕС Дані для виконання роботи наведені в табл. 3.1.
Теоретичні відомості
Дебіт води і висота, з якої потік спрямовується до турбіни, є головними факторами потужності мікроГЕС,
Вимірювання дебіту води проводиться за допомогою секундоміра і поплавка, на фіксованому ділянці річки (каналу і т.д.). Контрольна довжина цієї ділянки повинна бути не менш 10 м. Поплавкова деталь вимірювання (легкий м’яч, шматочок пінопласту і т.п.) повинна бути встановлена на стромовині, повинна переміщатися без перешкод. А захронометрірованна величина, протягом якої поплавок пройде ці 10 м, дозволить легко обчислити швидкість самого потоку. За усередненими даними знаходять поперечний переріз русла водойми (річка, струмок тощо).
Знаючи до того ж і швидкість, розраховують сам дебіт. Створення потрібного перепаду рівнів води (транспортного каналу) вимагає певних гідротехнічних робіт; досить об’ємних, але цілком необхідних відповідних конструкцій (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема розташування та склад мікроГЕС:
1 – річка з дебітом основного потоку (варіант) 1,2 т/с; 2 – обмежувач дебіту (подробиці див. в тексті); 3 – канал транспортний з дебітом 0,4 т/с; 4 – лоток-напрямна на палях (з підручних матеріалів); 5 – технічне приміщення (з бруса і та пластика); 6 – стояк електропередачі (з укріпленими на ньому фарфоровими ізоляторами); 7 – лінія електро-передачі (двопроводная повітряна); 8 – гідроелектроагрегат в роботі (а – спадаючий потік води, б – турбіна в зборі, в – передача клинопасова двоступенева, г – вузол проміжного валу, д – електрогенератор, е – плита-основа сталева, ж – палі металеві або з деревини); 9 – стік відпрацьованої води.
Для вимірювання витрати води поплавковим методом вибирають таке місце, де русло довжиною близько 10 м найбільш рівне по глибині і ширині, і вода в ньому тече спокійно. Глибину і ширину потоку визначають як середнє значення з декількох вимірювань. Для визначення швидкості потоку, в початок вибраної ділянки поплавок і вимірюю t час, за який вони пропливуть 10 м.
Витрата води (літрів в секунду) залежить від поперечного перерізу водотоку і швидкості води, в місці вимірювання поперечного перерізу водотоку, і визначається за формулою
Q = f ∙ l ∙ b ∙ v, л / с, (3.1)
де Q – витрата води, л / с; f – коефіцієнт потоку; l – ширина потоку, деци-метрів; b – глибина потоку, дециметрів; v – швидкість потоку, дециметрів в секунду.
Коефіцієнт потоку f = 0,5– 0,8. Менше значення f характеризує потік з шорсткими берегами, кам’янистим дном, малою глибиною і великою шириною русла.
Потужність мікроГЕС визначається за формулою
P = Q ∙(H в - Н н)∙ ŋ∙ g, (3.2)
де Р – потужність, кВт; Q – витрата води через турбіну, м3/c;
Hв – геометрична висота від верхнього до нижнього бар’єру, м;
Нн – гідравлічні втрати в напірних трубопроводах, м;
ŋ – коефіцієнт корисної дії (0,5 – 0,7);
g – прискорення вільного падіння (9,8 м/с).
Приклад виконання:
1. Витрата води Q відповідно до формули (3.2) буде дорівнювати
Q = 0,6 ∙ 4 ∙ 10 ∙ 5 = 120 л/с. = 0,12 м3/c.
2. Потужність мікроГЕС відповідно до формули (3.2) буде дорівнювати
P = 0,12∙(1,7–0,2)∙ 0,7∙ 9,81 = 1,23 кВт.
Таблиця 3.1
Дані для виконання роботи 3
№ Вар. |
l, м |
h, м |
b,м |
v, м/с |
Нн, м |
Hв,м |
ŋ |
1 |
0,6 |
0,45 |
0,5 |
0,4 |
0,15 |
1,5 |
0,7 |
2 |
0,61 |
0,45 |
0,6 |
0,5 |
0,14 |
1,4 |
0,75 |
3 |
0,62 |
0,45 |
0,7 |
0,6 |
0,13 |
1,3 |
0,76 |
4 |
0,63 |
0,45 |
0,8 |
0,7 |
0,16 |
1,6 |
0,74 |
5 |
0,64 |
0,45 |
0,9 |
0,8 |
0,17 |
1,7 |
0,78 |
6 |
0,65 |
0,45 |
1,0 |
0,9 |
0,18 |
1,8 |
0,80 |
7 |
0,66 |
0,45 |
1,1 |
1,0 |
0,19 |
1,9 |
0,81 |
8 |
0,7 |
0,45 |
1,2 |
1,1 |
0,2 |
2,0 |
0,79 |
9 |
0,61 |
0,45 |
0,5 |
1,2 |
0,15 |
1,5 |
0,77 |
10 |
0,62 |
0,5 |
0,6 |
1,3 |
0,14 |
1,4 |
0,83 |
11 |
0,63 |
0,55 |
0,7 |
1,4 |
0,13 |
1,3 |
0,81 |
12 |
0,74 |
0,5 |
0,8 |
1,5 |
0,16 |
1,6 |
0,80 |
13 |
0,65 |
0,45 |
0,9 |
0,4 |
0,17 |
1,7 |
0,83 |
14 |
0,66 |
0,45 |
1,0 |
0,5 |
0,18 |
1,8 |
0,77 |
15 |
0,75 |
0,45 |
1,1 |
0,6 |
0,19 |
1,9 |
0,7 |
РОБОТА 4
Тема роботи: Розрахунок частоти обертання вітроколеса вітрогене-ратора
Потрібно: Провести розрахунок частоти обертання вітроколеса вітрогенератора W (при номінальному навантаженні)
Дані для виконання роботи наведені в табл. 4.1.