Дата публикации: 02.05.2022
Майрамбаев Мұхамеджан Қаржаубайүлы
2 курс магистранты
С.Сейфуллин атындағы ҚазАТУ
Қазақстан, Нұр-Сұлтан қ.
АННОТАЦИЯ
Қазіргі кезде энергетика деген ұғым – энергия өндіру, өңдеу, оның еңбек үдерісін жаңарту, тиімді түрде сақтау, тасымалдау, тұтынушыларға бөліп тарату және барша энергия көздерін барлық өмір саласында пайдалану заман талабы болып табылады. Нарықтық шарықтау заманында электр энергетика саласында қарқынды түрде дәстүрлі, дәстүрлі емес энергия алу тәсілдері кең түрде қолданылуда. Дүние жүзінің дамыған мемлекеттері (Германия, АҚШ, Қытай және т.б.) энергия алудың жаңа көздерін тауып, оны үнемдеу тәсілдерін қолдануда. Қазақстанда энергияны үнемдеу, дәстүрлі және дәстүрлі емес энергия көздерін қолдану және үнемдеу мәселелеріне көңіл аударылуда.
Энергия табиғи құбылыстың, барлық жалпы негізгі мәдениеттің өркендеу негізіне және адамзаттың тіршілік әрекетінің мәдениетіне айнлады. Сонымен бірге энергияны жасау; әртүрлі пішіндегі материяның санды бағасы ретінде ғылыми ұғым, ол бір түрінен екіншісіне түрленіп айналады ( механикалық энергия электр энергиясына және керісінше, судың жоғарыдан құлауын реттеп электр энергиясын алу).
Аз қуатты гидроэнергетикалық жүйелер.
Екі мың жыл бұрын гректер бидай ұнын ұнтақтау үшін диірмендердің біліктерін айналдыратын массивті дөңгелектерді айналдыру үшін ағынды судың күшін қолдануды үйренді. 18 ғасырда гидроэнергетиканың өркендеуі кезінде бүкіл әлем бойынша мыңдаған қалалар мен қалалар шағын гидроэлектростанциялардың айналасында орналасқан.
Бүгінгі таңда шағын гидроэнергетика жобалары Непал, Үндістан, Қытай және Перу сияқты әлемнің көптеген шалғай елді мекендеріне, сондай-ақ Америка Құрама Штаттары сияқты жоғары дамыған индустриалды дамыған елдерге қоршаған ортаға зиянсыз энергетикалық шешімдерді ұсынады.
Гидроэнергетиканы қолдану
Бүгінгі таңда Америка Құрама Штаттарында гидроэнергетикалық жобалар елдегі жаңартылатын энергия көздерінен өндірілетін электр энергиясының 81 пайызын және елдегі жалпы электр энергиясының шамамен 10 пайызын қамтамасыз етеді. Ұлттық гидроэнергетика қауымдастығының мәліметтері бойынша, бұл 37,8 миллион үйді энергиямен қамтамасыз ету үшін жеткілікті.
Америка Құрама Штаттарында өндірілген гидроэнергетиканың басым көпшілігі 30 мегаваттан (МВт) асатын ауқымды жобалардан келеді — 30 000-ға жуық үй шаруашылығына қуат жеткілікті. Шағын гидроэнергетикалық жүйелер - бұл 0,01-ден 30 МВт-қа дейін электр энергиясын өндіретін жүйелер. 100 киловатт (кВт) электр энергиясын өндіретін гидроэнергетикалық жүйелер көбінесе микрогидрожүйелер деп аталады. Үй және шағын бизнес иелері қолданатын жүйелердің көпшілігін микрогидросистемалар санатына жатқызуға болады. Шын мәнінде, 10 кВт жүйесі әдетте үлкен үйге, шағын курортқа немесе шағын фермаларға жеткілікті қуат бере алады.
Гидроэнергетика қалай жұмыс істейді.
Гидроэнергетикалық жүйелер электр энергиясын немесе механикалық энергияны өндіру үшін ағынды судың энергиясын пайдаланады. Энергияны өндіру үшін қозғалатын суды пайдаланудың бірнеше әдісі бар болғанымен, үлкен сақтау резервуарларын қажет етпейтін өзен жүйелері көбінесе микрогидро үшін, кейде кішігірім гидротехникалық жобалар үшін қолданылады. Өзен гидрожобалары үшін өзен суының бір бөлігі каналға, құбырға немесе қысым құбырына жіберіледі, ол оны су доңғалағына немесе турбинаға жібереді. Қозғалатын су дөңгелекті немесе білікті айналдыратын турбинаны айналдырады. Біліктің қозғалысын суды айдау сияқты механикалық процестер үшін қолдануға болады немесе оны генераторды немесе электр генераторын қуаттандыру үшін пайдалануға болады.
Гидроэнергетика сізге сәйкес келе ме?
Әрине, шағын су электр станциясын салу үшін сізге ағынды суға қол жеткізу керек. Құлаған судың жеткілікті мөлшері болуы керек, бұл әдетте, бірақ әрдайым емес, таулы немесе таулы жерлер жақсы жұмыс істейді.
Әрі қарай, сіз өзіңіздің аймағыңыздағы ағымдағы Судан алатын энергия мөлшерін анықтауыңыз керек. Кез-келген уақытта қол жетімді қуат-бұл ағынның көлемі деп аталатын және қысым деп аталатын өнім.
Бағытты анықтау
Ағын күші – бұл су түсетін тік қашықтық. Ол әдетте фут, метр немесе қысым бірліктерімен өлшенеді. Қысым сонымен қатар ол ағып жатқан арнаның немесе құбырдың сипаттамаларына байланысты.
Шағын гидроэлектростанциялардың көпшілігі төмен немесе жоғары ағын күші санатына жатады. Ағын күші неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жақсы болады, өйткені белгілі бір қуат алу үшін сізге аз су қажет болады және сіз аз және арзан жабдықты қолдана аласыз. Төмен ағын биіктіктің 10 футтан (3 метр) аз өзгеруін білдіреді. 2 футтан ((0,6 метр) төмен биіктіктегі айырмашылық шағын гидроэлектростанцияны мүмкін емес етеді. Алайда, электр қуатын өндірудің өте аз көлемімен, қалыңдығы 13 дюйм болатын су ағыны мұнай барлау үшін кемелерге тартылған ғылыми құрылғыларды қуаттандыру үшін қолданылған су астындағы турбинаны қолдай алады.
Нақты не екенін анықтау кезінде сіз жалпы және таза пайданы ескеруіңіз керек. Жалпы ағын күші – бұл суды қысыммен жеткізетін шыбықтың жоғарғы бөлігі мен турбинадан су шығатын нүкте арасындағы тік қашықтық. Таза ағын күші құбырдағы үйкеліс пен турбуленттілікке байланысты шығындардың минус жалпы қысымына тең.
Ағынды анықтау.
Ағынды шелекке немесе контейнерге бағыттау үшін ағынды бөренелермен немесе тақталармен қабаттастыруды қамтитын Шелек әдісін қолдана отырып өлшеуге болады. Контейнер толтырылатын жылдамдық-бұл ағынның жылдамдығы. Мысалы, 1 минут ішінде толтырылған 5 галлондық шелек сіздің ағыныңыздағы су минутына 5 галлон жылдамдықпен ағып жатқанын білдіреді.
Ағынды өлшеудің тағы бір әдісі ағынның енін өлшеу және өлшеулерден жоғары қарай өлшенген қалқыманы шығаруды қамтиды. Сізге көмекші қажет; лента өлшегіші; сызғыш немесе өлшеуіш шыбық; жартылай су толтырылған пластикалық бөтелке сияқты салмақты қалқымалы; секундомер; және графикалық қағаз. Осы жабдықтың көмегімен сіз судың ең төменгі деңгейінде арнаның көлденең қимасы үшін ағынды есептей аласыз.
Алдымен ағынның ең тік арнасы және тереңдігі мен ені мүмкіндігінше біркелкі бөлігін таңдаңыз. Тар жерде ағынның енін өлшеңіз. Содан кейін өлшеуішті тігінен ұстап, ағын арқылы өтіп, судың тереңдігін бір футтық қадаммен өлшеңіз. Бұл процеске көмектесу үшін жіптің ені бойымен белгіленген арқанды немесе арқанды тартыңыз. Ағынның көлденең профилін алу үшін тереңдікті графикалық қағазға жағыңыз. Содан кейін әр бөлімдегі тіктөртбұрыштардың ауданын (аудан = Ұзындығы х ені) және тікбұрышты үшбұрыштардың ауданын (ауданы = 1/2 негіз х биіктігі) есептеп, әр бөлімнің ауданын анықтаңыз.
Шығыс қуатын бағалау
Жүйенің шығыс қуатын 53 пайыздық тиімділікпен бағалау үшін қолдануға болатын қарапайым теңдеу бар, бұл көптеген шағын гидроэлектростанцияларға тән. Таза қысымды (құбырдағы үйкеліс шығынын алып тастағаннан кейін қол жетімді тік қашықтық) 10-ға бөлінген ағынға көбейтіңіз (минутына АҚШ галлондарын қолданыңыз). Бұл сізге ватт (Вт) жүйесінің шығу қуатын береді. Теңдеу келесідей: таза бас [(фут) x ағын (gpm)]/10 = W.
Шағын жүйенің экономикасы
Егер сіздің учаскеңіз шағын гидроэлектростанцияға жарамды екенін анықтасаңыз, келесі айқын қадам-бұл жүйені салудың экономикалық мәні бар-жоғын анықтау.
Жабдықтың күтілетін қызмет ету мерзімі ішінде сайтты әзірлеу мен қызмет көрсетудің барлық болжамды шығындарын қосыңыз және алынған соманы ваттпен жүйенің қуатына бөліңіз. Бұл сізге бір ватт үшін доллар жүйесі қанша тұратынын айтады. Содан кейін сіз мұны коммуналдық қызметтер немесе басқа балама қуат көздері ұсынатын электр энергиясының құнымен салыстыра аласыз. Бастапқы шығындар қандай болмасын, гидроэлектростанция ұзақ уақытқа созылады және көптеген жағдайларда техникалық қызмет көрсету арзан болады.
Жүйе компоненттері
Шағын өзен гидроэнергетикалық жүйелері келесі негізгі компоненттерден тұрады:
-
Су тасымалдау-су жеткізетін арна, құбыр немесе қысым құбыры
-
Турбина немесе су дөңгелегі-ағымдағы судың энергиясын айналу энергиясына түрлендіреді
-
Айнымалы ток генераторы немесе генератор-айналу энергиясын электр энергиясына түрлендіреді
-
Реттеуші-генераторды басқарады
-
Электр сымдары-электр қуатын береді.
Көптеген жүйелер сонымен қатар жүйе шығаратын төмен вольтты тұрақты токты 220 немесе 380 вольтты айнымалы токқа түрлендіру үшін Инверторды пайдаланады (балама ретінде сіз тұрақты токпен жұмыс істейтін тұрмыстық техниканы сатып ала аласыз). Кейбір жүйелер сонымен қатар жүйе шығаратын электр энергиясын сақтау үшін батареяларды пайдаланады, дегенмен гидроресурстар жел немесе күн ресурстарына қарағанда маусымдық сипатқа ие болғандықтан, батареялар гидроэнергетикалық жүйелер үшін әрдайым практикалық бола бермейді. Егер сіз әлі де батареяларды қолдансаңыз, олар турбинаға мүмкіндігінше жақын орналасуы керек, өйткені төмен вольтты қуатты ұзақ қашықтыққа беру қиын.
Турбиналар мен су доңғалақтары
Су дөңгелегі-гидроэнергетикалық жүйенің ең көне компоненті. Су доңғалақтары әлі де қол жетімді, бірақ олардың жылдамдығы мен көлемді құрылымына байланысты электр қуатын өндіру өте практикалық емес.
Турбиналар бүгінде шағын гидроэлектростанцияларды қуаттандыру үшін жиі қолданылады. Қозғалмалы су турбинаның пышақтарына, білікке айналатын су дөңгелегі сияқты тиеді. Бірақ турбиналар су доңғалақтарына қарағанда энергияны өндіруге қарағанда ықшам. Сондай-ақ, олардың редукторлары аз және оларды жасау үшін аз материал қажет. Турбиналардың екі негізгі класы бар: импульстік және реактивті.
Импульс
Ең аз күрделі құрылымы бар импульстік турбиналар көбінесе жоғары қысымды микрогидрожүйелер үшін қолданылады. Олар турбина дөңгелегін жылжыту үшін судың жылдамдығына сүйенеді, оны доңғалақ деп атайды. Импульстік турбиналардың ең көп таралған түрлеріне Пельтон дөңгелегі және Турго дөңгелегі жатады.
Пелтон дөңгелегі энергияны құру үшін реактивті күш ұғымын қолданады. Су құбырға қысыммен бір ұшында тар саптамамен беріледі. Су ағынмен саптамадан шығып, дөңгелекке бекітілген Қос тостаған шелектерге тиеді. Бүріккіш ағынның қисық шелектерге әсері 70-тен 90 пайызға дейін тиімділігі жоғары доңғалақты айналдыратын күш жасайды. Пелтон доңғалақты турбиналары әртүрлі мөлшерде қол жетімді және төмен тұтыну және жоғары қысым жағдайында жақсы жұмыс істейді.
1 – сурет. Пелтон дөңгелегі
Турго импульс дөңгелегі-бұл Пелтон дөңгелегінің жаңартылған нұсқасы. Ол дәл осындай реактивті бүрку тұжырымдамасын қолданады, бірақ Пелтонның жартысына тең турбожет қозғалтқышы реактивті бірден үш шелекке түсетін бұрышта орналасқан. Нәтижесінде Турго дөңгелегі екі есе жылдам қозғалады. Сондай-ақ, ол аз көлемді, аз мөлшерде берілісті қажет етеді немесе мүлдем қажет етпейді және қиындықсыз жұмыс істеу үшін жақсы беделге ие. Турбогенератор төмен ағынды ортада жұмыс істей алады, бірақ орташа немесе жоғары қысымды қажет етеді.
Турбинаның тағы бір нұсқасы JackRabbit деп аталады (кейде aquair UW суасты гидрогенераторы деп аталады). JackRabbit-бұл бұрын drop-in-the-creek турбинасы деп айтылған, ол су деңгейі бар-жоғы 13 дюйм болатын ағыннан энергия шығара алады. JackRabbit қуаты ең көбі 100 Вт құрайды, сондықтан сіздің учаскеңізге байланысты күнделікті өнімділік орташа есеппен 1,5-тен 2,4 киловатт-сағатқа дейін
2 – сурет. JackRabbit турбинасы
Реакция
Энергия өндірісі үшін тиімділігі жоғары реактивті турбиналар жылдамдыққа емес, қысымға байланысты. Реактивті турбинаның барлық жүздері сумен үнемі байланыста болады. Бұл турбиналар көбінесе ірі гидроэлектр станцияларында қолданылады. Күрделілігі мен қымбаттығына байланысты олар әдетте микрогидрожобалар үшін пайдаланылмайды. Ерекшелік-бұл ескек турбинасы, ол әр түрлі дизайнға ие және қайықтың есу бұрандасы сияқты жұмыс істейді. Ескек турбиналарында әдетте үш-алты тұрақты қалақша бар, олар әр түрлі бұрыштарда орнатылады және бағыттағыш бойымен тураланады. Колба, құбыр және Каплан құбыры-бұл пропеллер турбинасының өзгеруі. Оңай кез келген жерге сіңіп кететін Каплн турбиналары микрогидроқондырғыларда пайдаланылуға болады.
Сорғылар турбинаға балама ретінде
Қарапайым сорғыларды гидравликалық турбиналарды ауыстыру ретінде пайдалануға болады. Сорғының әрекеті қалпына келтірілгенде, ол турбина сияқты жұмыс істейді. Сорғылар жаппай өндірілгендіктен, сіз оларды турбиналарға қарағанда қол жетімді және арзан таба аласыз. Алайда, сорғының жеткілікті жұмыс істеуі үшін сіздің микрогидроген түйініңіз жеткілікті тұрақты қысым мен ағынға ие болуы керек. Сорғылар да тиімді емес және бұзылуға бейім.
Таза энергияның болашағы
Шағын гидроэлектростанцияға инвестиция салу арқылы сіз болашақта жанармай тапшылығы мен бағаның өсу қаупін азайтып, ауаның ластануын азайтуға көмектесе аласыз. Жүйені сатып алу кезінде ескеру қажет көптеген факторлар бар, бірақ дұрыс орын мен жабдықты таңдау, мұқият жоспарлау және нормативтік және рұқсат беру талаптарына назар аудару арқылы шағын гидроэлектростанциялар сізді көптеген жылдар бойы таза және сенімді қуат көзімен қамтамасыз ете алады.
Қолданылған әдебиеттер:
-
Қадырбаев Ә.Қ. Гидроэлектростанция және оның гидротехникалық құрылыстары
-
Праховник А.В. Малая энергетика. Распределенная генерация в системах энергоснабжения