конструкция с автобалластной системой стабилизации напряжения. Именно по этому принципу выполнено большинство автономных систем электроснабжения, которые успешно эксплуатируются во многих странах мира: США, Японии, Китае, Дании, Швеции и т. д. Также следует отметить, что микроГЭС автобалластного типа могут выполняться в различных модификациях.

В настоящее время основные усилия разработчиков микро-ГЭС направлены на совершенствование систем стабилизации выходного напряжения энергоустановки, что позволяет использовать максимально простое и дешевое гидротехническое оборудование. В результате стоимость микроГЭС снижается при одновременном повышении ее надежности.

4.3. Оборудование и конструктивные особенности микро-ГЭС

Производство оборудования для комплектации микро-ГЭС чрезвычайно широко развито, и спрос находят гидроагрегаты практически всех существующих видов и схем на любые необходимые параметры расхода и напора.

Более 130 фирм из 28 стран производят и поставляют коплектно оборудование для малых и микро-ГЭС мощностью от нескольких киловатт до сотен киловатт.

Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» [20] основано в 1988 году и специализируется на разработке, серийном изготовлении, комплектной поставке и монтаже гидроагрегатов для малых ГЭС единичной мощностью до 5000 кВт и микро-ГЭС мощностью от 3 до 100 кВт. «МНТО ИНСЭТ» также производит обследование рек для выявления мест возможного строительства малых деривационных ГЭС, основанных на различных типах турбин, выполняет расчеты по обоснованию инвестиций, разрабатывает бизнес-планы, технико-экономическое обоснование (ТЭО) и проектно-сметную документацию.

С начала деятельности объединения с использованием оборудования «МНТО ИНСЭТ» на территории Российской Федерации и стран СНГ (Армении, Белоруссии, Грузии, Казахстана, Таджикистана и Узбекистана) на 01.01.2009 г. введено в эксплуатацию свыше 100 малых и микро-ГЭС общей мощностью более 25 МВт.

В страны дальнего зарубежья, в том числе Швецию, Финляндию, Японию, Южную Корею, Панаму, Францию, Бразилию, Афганистан и др. поставлено более 50 гидроагрегатов для малых и микро-ГЭС.

К настоящему времени создан типоразмерный ряд в количестве 34 гидроагрегатов на напоры от 3 до 450 м единичной мощностью от 5 кВт до 5 МВт. Основные технические характеристики микрогидроэлектростанций представлены в табл. 4.3 и 4.4.

111

Таблица 4.3 Микрогидроэлектростанции с пропеллерными турбинами

Таблица 4.6

На рис. 4.8 и 4.9 представлены некоторые из поставляемых ИНСЭТ микро-ГЭС.

Рис. 4.8 МикроГЭС ИНСЭТ 10Пр мощностью 10 кВт

113

Рис. 4.9 Микро-ГЭС ИНСЭТ (энергоблок) мощностью 100 кВт

Японская компания Toshiba [21], специализирующаяся на производстве как различных бытовых приборов и компьютерной техники, так и промышленных приборов преобразования частоты и осветительной техники, разработала серию пропеллерных микрогидроэлектростанций под названием Hydro-eKIDS, номинальной мощностью от 5 кВт до 200 кВт, в зависимости от параметров потока и установки. На рис. 4.10 и 4.11 представлены различные конфигурации данной электростанции под названиями

Type S, и Type M .

Далее в табл. 4.7 указаны основные характеристики электростанций представленные производителем. Цена предоставляется производителем по запросу.

114

Схематичное устройство электростанции представлено на рис. 4.12, где под номером 1 обозначен генератор; выбор генератора осуществляется в зависимости от сети подключения или требуемых параметров независимой сети, в генераторе используются шариковые подшипники с твердой смазкой. Под номером 2 указана турбина электростанции; лопасти турбины изготавливаются из нержавеющей стали.

Рис. 4.12 Устройство энергоблока: 1 – генератор; 2 – гидротурбина; 3 – подшипники; 4 – ременная передача

Тип турбины подбирается исходя из условий использования, высоты водяного подпора и кавитации. Вал турбины изготавливается так же из нержавеющей стали и рассчитывается с помощью средств САЕ моделирования.

На валу турбины находятся подшипники (позиция 3), тип подшипников передней опоры – конические роликовые подшипники, установленные в растяг. В задней опоре вала используется цилиндрический роликовый подшипник. Используемая смазка для подшипников – VG-46 или эквивалент. Уплотнение вала – механического типа, самосмазывающееся с жидким парафином, изготавливается из керамики и углерода.

Французская компания Cismac Electronique [22] специализируется на производстве слаботочных и маломощных гидроэлектростанций, предназначенных для использования в системах сточных вод и простых системах подачи воды. Компания производит серию устройств под названием

115

HYDRO-POWER полной мощностью от 75 до 125 ВА. На рис. 4.13 представлен общий вид устройства.

Рис. 4.13 Мини-ГЭС фирмы Cismac

Данная электростанция устанавливается в разрез подводящей трубы. Рабочий диапазон расхода воды в системе для металлических труб очень широк и составляет от 6 до 120 м3/час, что делает данные устройства подходящими для широкого спектра применения.

Движимая потоком воды турбина вырабатывает постоянный ток и нагружает аккумуляторную батарею, использование батареи позволяет стабилизировать ток при изменчивых параметрах гидросистемы. Электростанция так же может быть установлена на небольших реках, на рис. 4.14 представлен пример установки станции на небольшой реке.

Рис. 4.14 Установка станции на небольшой реке

116

На рисунке выше представлен пример установки с расчетной вырабатываемой мощностью от 50 до 300 Вт на реке, поток которой составляет несколько десятков литров в секунду. Необходимое давление для функционирования электростанции лежит в интервале от 0,1 до 1,5 бар. Эти условия могут быть получены за счет небольшой плотины на речке, либо с помощью мини-трубопровода отбора воды на входе в установку. Данная установка малой, вырабатываемой круглосуточно мощности, может использоваться на станциях удаленного автоматического мониторинга и сбора информации, для питания различных приборов и датчиков.

Немецкая компания Smart Hydro Power [23], основана доктором Карлом Райнхардом Колмзее, основателем и разработчиком проекта по разработке свободнопоточной микрогидроэлектростанции номинальной мощностью 5 кВт. На рисунке 4.15 представлена модель микрогидроэлектростан-

ции разработки Smart Hydro Power.

Микрогидроэлектростанция состоит из турбины, которая устанавливается в потоке. Минимально необходимая глубина потока для работы – 1,8 м при ширине потока 2 м. Скорость течения должна лежать в рамках от 1,8 м/с до 3,5 м/с. При этом река не запруживается, речное русло и чувствительная экосистема водоема остаются нетронутыми. Станция имеет горизонтально-осевой генератор мощностью 5 кВт. Номинальной мощности турбина достигает при скорости потока 2,75 м/с. Диаметр ротора составляет 1 м. Благодаря инновационной разработке вакуумно-анкерной системы, турбина устанавливается на плаву возле поверхности потока.

Рис. 4.15. Свободнопоточная микро-ГЭС фирмы Smart Hydro Power

Концепция разработки микрогидроэлектростанции позволяет использовать вырабатываемый ток без дополнительных устройств. Встроен-

117

ная система управления EMS (Energie-Management-System) максимизирует эффективность выработки электрического тока и разделяет полученную электроэнергию для первичных и вторичных потребителей. Встроенная аккумуляторная батарея улучшает выходные характеристики. Так же возможно избыток электроэнергии отдавать в централизованную сеть. В табл. 4.8 представлены краткие характеристики микро-ГЭС, предоставленные разработчиком.

Таблица 4.8 Характеристики микроГЭС фирмы Smart Hydro Power

Компания Fuchun Industry Development Co. Ltd [24], основанная в

1978 году в городе Шенцен провинции Гоангдонг Китая, специализируещаяся на разработке и изготовлении и обслуживании оборудования для больших и малых гидроэлектростанций, недавно выпустила несколько серий микрогидроэлектростанций различной конфигурации и мощности. Выпускаемые изделия компании экспортируется во многие страны мира, такие как: США, Канада, Германия, Пакистан, Куба, Россия, Турция, Грузия Северная Корея, Непал, Франция, Болгария, Венгрия и т. д.

Микрогидростанция Tabular Turbine, представленная на рис. 4.16, имеет вертикальный способ установки и состоит из: корпуса, с отверстиями для подачи и выпуска воды, турбины, генератора однофазного переменного тока и блока управления. Мощность данной турбины варьируется от 1,5 до 10 кВт. В табл. 4.9 представлены краткие характеристики установок разной мощности, предоставленные производителем.

Рис. 4.16. Микрогидростанция Tabular Turbin

118

Таблица 4.9 Характеристики микрогидроэлектростанций Tabular Turbine

Отношение доли электроэнергии, выработанной на малых и микроГЭС, к общей выработке на ГЭС, во всем мире постепенно возрастает и достигает в некоторых странах значительных величин: в Японии 23,4 % , в

Чехии 12,6 %, в КНР 18,3 %.

119