Гидроэлектростанция с низким напором

с низким напором Гидроэнергетика относится к развитию гидроэнергетики, где напор обычно составляет менее 20 метров, хотя точные определения различаются. ^[1] Напор — это вертикальная высота, измеренная между уровнем воды на водозаборе и уровнем воды в точке сброса. Использование только небольшого перепада высоты реки или приливных потоков для производства электроэнергии может обеспечить возобновляемый источник энергии, который окажет минимальное воздействие на окружающую среду. Поскольку вырабатываемая мощность (рассчитывается так же, как и для общей гидроэнергетики ) является функцией напора, эти системы обычно классифицируются как малые гидроэлектростанции, установленная мощность которых составляет менее 5 МВт.

Сравнение с обычной гидросистемой

В большинстве современных гидроэнергетических проектов используется большой гидравлический напор для привода турбин в действие для выработки электроэнергии. Гидравлический напор либо возникает естественным образом, например, в виде водопада, либо создается путем строительства плотины в речной долине, создавая водохранилище . Использование контролируемого выпуска воды из резервуара приводит в движение турбины. Затраты и воздействие строительства плотины на окружающую среду могут сделать традиционные гидроэнергетические проекты непопулярными в некоторых странах. С 2010 года появились новые инновационные экологически чистые технологии, которые стали экономически жизнеспособными.

В малонапорной гидроэнергетике существует несколько стандартных ситуаций:

Русло реки : малые гидроэлектростанции с низким напором могут производиться из рек, что часто называют русловыми или русловыми проектами. Подходящие места включают плотины, ручьи, шлюзы, реки и выпуски сточных вод. Плотины распространены на реках по всей Европе, а также на реках, которые канализированы или имеют волноломы. Производство значительной электроэнергии из мест с низким напором с использованием традиционных технологий обычно требует больших объемов воды. Из-за низких скоростей вращения для эффективного привода генераторов требуются коробки передач, что может привести к созданию большого и дорогого оборудования и гражданской инфраструктуры.

Сила прилива : в сочетании с лагуной или плотиной можно использовать приливы для создания разницы в высоте. Самый большой диапазон приливов находится в заливе Фанди , между канадскими провинциями Нью-Брансуик и Новая Шотландия, Канада, и может достигать 13,6 м. Первая установка приливного диапазона была открыта в 1966 году в Ле-Рансе, Франция.

Хранение морской воды с низким напором: очень низкий в настоящее время уровень TRL , но в ближайшее десятилетие эти технологии могут стать частью энергетической системы.

Динамическая приливная энергия . Еще одним потенциально многообещающим типом гидроэнергетики с низким напором является динамическая приливная энергия, новый и неприменимый метод извлечения энергии из приливных движений. Хотя требуется конструкция, напоминающая плотину, никакая территория не огорожена, и поэтому большинство преимуществ «бесплотинной гидроэлектростанции» сохраняются, обеспечивая при этом огромное количество выработки электроэнергии.

Гидросистему с низким напором не следует путать с технологиями «свободного потока» или «потока», которые работают исключительно с кинетической энергией и скоростью воды.

Типы малонапорных турбин

Турбины, подходящие для использования в системах с очень низким напором, отличаются от турбин Фрэнсиса, пропеллерного типа, Каплана или Пелтона, используемых в более традиционных больших гидроэлектростанциях. Различные типы турбин с низким напором:

Турбина с усовершенствованной технологией Вентури : этот тип турбины использует принципы Вентури для достижения усиления давления в турбине, так что меньшие, более быстрые турбины без коробки передач могут быть развернуты в гидросистемах с низким напором, без необходимости в большой инфраструктуре или больших водотоках. Вода, проходя через трубку Вентури (сужение), создает область низкого давления. Турбина, нагнетаемая в эту область низкого давления, испытывает тогда более высокий перепад давления, т.е. более высокий напор. ^[2] Только ок. 20% потока проходит через пропеллерную турбину и, следовательно, требует экранирования, но рыба и водные обитатели могут безопасно проходить через трубку Вентури (80% потока), что устраняет необходимость в больших экранах. Турбины Вентури могут использоваться при низком напоре (1,5–5 метров) и среднем и высоком расходе (1 м). ³/с–20 м ³/с). Несколько турбин могут быть установлены параллельно.
Винт Архимеда : вода подается в верхнюю часть винта, заставляя его вращаться. Вращающийся вал затем можно использовать для привода электрического генератора. Требуется коробка передач, так как скорость вращения очень низкая. Шнек используется при низких напорах (1,5–5 метров) и средних и высоких расходах (от 1 до 20 м). ³/с). Для более высоких потоков используются несколько винтов. Из-за конструкции и медленного движения лопастей турбина имеет тенденцию быть очень большой, но считается безопасной для водных животных.
Турбина Каплана : Эта турбина представляет собой турбину пропеллерного типа с регулируемыми лопатками для достижения эффективности в широком диапазоне напоров и расходов. Kaplan можно использовать при низком и среднем напоре (1,5–20 метров), а также при среднем и высоком расходе (3 м). ³/с–30 м ³/с). Для более высоких потоков можно использовать несколько турбин. Они представляют опасность для водной флоры и фауны и в большинстве ситуаций требуют полной проверки.
Турбина с перекрестным потоком : также известные как турбины Банки-Митчелла или Оссбергера, эти устройства используются для широкого диапазона гидравлических напоров (от 2 до 100 метров) и скоростей потока (от 0,03 до 20 м). ³/с), но более эффективны при малом напоре и малой выходной мощности. Их считают «импульсными» турбинами, поскольку они получают энергию от воды за счет уменьшения ее скорости (вся гидравлическая энергия преобразуется в кинетическую энергию). Они представляют высокий риск для водной флоры и фауны и требуют полной проверки.
Водяное колесо : Водяные колеса можно использовать при низком напоре (1–5 метров) и среднем расходе (0,3–1,5 м). ³/s) и считаются безопасными для водных организмов.
Гравитационно-водяная вихревая электростанция : Этот тип гидроэлектростанции использует силу гравитационного водного вихря, который существует только при низком напоре.

Воздействие малонапорной гидроэнергетики на окружающую среду

Был высказан ряд опасений по поводу воздействия речного течения и приливных устройств на окружающую среду. Среди наиболее важных из них:

Водная жизнь. Высказывались опасения по поводу опасности вращающихся лопастей для водных обитателей, таких как тюлени и рыбы. Установки внутри водотоков могут быть экранированы, чтобы гарантировать, что морская жизнь не вступит в контакт с какими-либо движущимися частями. После обширных испытаний и проверок со стороны органов природоохранного регулирования технология может получить сертификат, подтверждающий, что она безопасна для смолтов, взрослой рыбы, угрей и морских экосистем. ^[3]
Батиметрия. Изменяя структуру волн и приливные течения, устройства, несомненно, окажут влияние, например, на отложение отложений. Исследования, проведенные на сегодняшний день, похоже, указывают на то, что последствия не будут значительными и могут даже быть положительными, например, за счет замедления береговой эрозии. (Это особенно актуально в свете свидетельств того, что в недавнем прошлом волны постоянно увеличивались в размерах.) Море с подветренной стороны устройств почти наверняка будет спокойнее, чем обычно, но, как предполагается, это поможет создать больше зоны для таких видов деятельности, как водные виды спорта или яхтинг.
Пейзаж . В реках или аналогичных водотоках чувствительные параметры окружающей среды могут затруднить получение разрешений на строительство гидроэлектростанций. Крупная инфраструктура, а также видимая над водой инфраструктура, такая как системы Архимеда Винта и турбинные залы, могут вызвать возражения. Кроме того, вибрация и уровень шума от коробок передач могут вызвать экологические проблемы из-за опасений воздействия на местную дикую природу, такую как выдры или птицы (например, в поместье Балморал, Шотландия). ^[4]). Основное воздействие, вероятно, будет оказано протяжёнными линиями электропередачи, необходимыми для передачи энергии от береговой линии конечным потребителям. Эту проблему необходимо будет решить, возможно, за счет использования подземных линий электропередачи.

Плотины и волнины исторически использовались для управления водными ресурсами и для обеспечения речной транспортировки вверх по течению. Плотины и буны могут оказывать негативное воздействие на батиметрию реки и препятствовать миграции рыбы вверх по течению, что окажет влияние на местную экологию и уровень воды. Установив малонапорные гидроэнергетические турбины на исторических сооружениях, можно увеличить перенос наносов вместе с созданием новых путей миграции рыбы либо через саму турбину, либо путем установки рыбных лестниц.

Там, где большие территории не очищаются, «растительность, подавленная поднимающейся водой, разлагается, образуя метан – гораздо более опасный парниковый газ, чем углекислый газ», особенно в тропиках. Низконапорные плотины и плотины не выделяют вредного метана. Волны, а также плотины предотвращают перенос ила (отложений) вниз по течению для удобрения полей. ^[5] и перемещать осадки в сторону океанов.

Гидроэлектростанции с низким напором обычно устанавливаются рядом с районами, где необходима энергия, что исключает необходимость в крупных линиях электропередачи.

Реализация и правила

Государственное регулирование

Большая часть государственного регулирования связана с использованием водных путей. Большинство систем водяных турбин с низким напором представляют собой меньшие инженерные проекты, чем традиционные водяные турбины. Тем не менее, перед внедрением этих систем необходимо получить разрешение от государственных и федеральных государственных учреждений [1] . Некоторые из ограничений, с которыми сталкиваются эти системы на крупных водных путях, заключаются в обеспечении возможности использования водных путей для лодок и обеспечении того, чтобы маршруты миграции рыбы не были нарушены.

Государственные субсидии

Субсидии правительства США на реализацию малых гидроэлектростанций легче всего получить за счет федеральных грантов, а именно грантов на зеленую энергетику [2] . Конкретным примером является налоговый кредит на производство возобновляемой электроэнергии. Это федеральная налоговая льгота, направленная на продвижение возобновляемых источников энергии. Чтобы соответствовать требованиям, гидроисточник должен иметь минимальную мощность 150 кВт. Эта субсидия предоставляется на первые десять лет производства. Организации получают $0,011/кВтч. [3] . Для гидроэнергетических проектов срок действия этой субсидии истек 31 декабря 2017 года [4] .

Общественное восприятие

Поскольку они являются устойчивым источником энергии, не наносят вреда источникам воды, которые они используют, и визуально не раздражают глаз, они пользуются большим уважением в общественной сфере [5]. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}. Однако общественность и промышленность мало знают об этих системах, поскольку они все еще проходят испытания, чтобы «ответить на реальные вопросы». ^[6] Таким образом, сторонники и производители этих систем попытались сделать их достоянием общественности [6].

См. также

Ссылки

^ «Определение малонапорной гидроэлектростанции — Экспертный словарь» . Проверено 14 декабря 2022 г.
^ «ВердЭрг Возобновляемая Энергия» . ВердЭрг Возобновляемая энергия .
^ «Испытание живучести рыбы с помощью «Усовершенствованной турбинной технологии Вентури» » (PDF) . ВердЭрг Возобновляемая энергия .
^ «План гидроэлектростанции Балморал сталкивается с препятствиями при планировании» . Новости Би-би-си . 27 февраля 2018 г. Проверено 2 июля 2020 г.
^ Иванов, И.И.; Иванова, Г.А.; Кондратьев В.Н.; Полинковский И.А. (01.01.1991). «Повышение эффективности малых ГЭС». Гидротехническое строительство . 25 (1): 1–4. дои : 10.1007/BF01428128 . ISSN 1570-1468 . S2CID 108957913 .
^ Софге, Эрик (1 октября 2009 г.). «Подводные ветряные турбины Tap River Energy» . Популярная механика .

(2009). Новости альтернативной энергетики. Проверено 3 марта 2009 г., веб-сайт: http://www.alternative-energy-news.info/technology/high/ .
(2008, январь). АЭ Гидроэнергетика. Проверено 2 марта 2009 г., веб-сайт: http://www.alternative-energy-news.info/renewable-energy-from-slow-water-currents/ .

Лам, Тина

(2009, 25 января). Ученые будут использовать речные течения для создания чистой энергии. Получено 2 марта 2009 г. с веб-сайта Physorg.com: http://www.physorg.com/news152115803.html.
(2008, 11 апреля). Превращение речных течений в чистую электроэнергию. Получено 2 марта 2009 г. с веб-сайта группы CNW: http://www.newswire.ca/en/releases/archive/April2008/11/c4718.html .

Фэрли, Питер

(2007, 23 апреля). Приливные турбины помогают осветить Манхэттен. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта TEchnology Review: http://www.technologyreview.com/Energy/18567/?a=f .
(2008, 28 января) Олден помогает использовать энергию свободного потока в разработке гидрокинетических турбин. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта Alden News: http://www.aldenlab.com/index.cfm/News?NID=141.
(2001, 30 апреля). Наука и технологии - Седьмой отчет. Получено 3 марта 2009 г. с веб-сайта публикаций и отчетов Палаты общин: https://web.archive.org/web/20080509094036/http://www.parliament.the-stationery-office.co.uk/pa/ cm200001/cmselect/cmsctech/291/29102.htm
Харви А. и Браун А. (1992). Руководство по проектированию микрогидроэлектростанций. Стокгольм: Издательство ITDG.
Кертис, Дэн (1999). Плыть по течению: малая гидроэнергетика. КОТ.

Внешние ссылки

[1] «Определение малонапорной гидроэлектростанции — Экспертный словарь» . Проверено 14 декабря 2022 г.

[2] «ВердЭрг Возобновляемая Энергия» . ВердЭрг Возобновляемая энергия .

[3] «Испытание живучести рыбы с помощью «Усовершенствованной турбинной технологии Вентури» » (PDF) . ВердЭрг Возобновляемая энергия .

[4] «План гидроэлектростанции Балморал сталкивается с препятствиями при планировании» . Новости Би-би-си . 27 февраля 2018 г. Проверено 2 июля 2020 г.

[5] Иванов, И.И.; Иванова, Г.А.; Кондратьев В.Н.; Полинковский И.А. (01.01.1991). «Повышение эффективности малых ГЭС». Гидротехническое строительство . 25 (1): 1–4. дои : 10.1007/BF01428128 . ISSN 1570-1468 . S2CID 108957913 .

[6] Софге, Эрик (1 октября 2009 г.). «Подводные ветряные турбины Tap River Energy» . Популярная механика .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

v т и Гидроэнергетика
гидроэлектроэнергии Производство	Плотина Список обычных гидроэлектростанций Гидроаккумулирующая гидроэлектроэнергия Малая гидроэлектростанция Микро ГЭС Пико гидро Русловая гидроэлектростанция
Гидроэнергетическое оборудование	Турбина Фрэнсиса турбина Каплана Тайсон турбина Винтовая турбина Горлова Колесо Пелтона Турго турбины Поперечная турбина Водяное колесо