Технология создания ГЭС

Гидроэлектростанции производства ИНСЭТ устанавливаются на реках и ручьях, перепадах каналов, оросительных систем и питьевых водоводов,  очистных сооружениях, системах водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий, плотинах ранее существовавших ГЭС. 

ИНСЭТ изготавливает оборудование для малой гидроэнергетики, которое условно делится на три типа:

  • Микро-ГЭС – мощность от 3 кВт до 100 кВт
  • Мини ГЭС* – мощность от 100 кВт до 1 МВт
  • Малые ГЭС* – мощность от 1 МВт до 30 МВт
 
*Малые ГЭС и Мини ГЭС обычно обозначаются как МГЭС.

Этапы создания малой ГЭС

Для создания малой гидроэлектростанции мы проводим комплекс работ, в состав которого входят следующие этапы:

  • Обследование водного объекта с целью оценки его энергетического потенциала;
  • Обоснование выбора технологического оборудования, размещения и компоновки гидротехнических сооружений;
  • Подготовка технического предложения на строительство;
  • Проведение инженерных изысканий (геодезия, геология, экология, метеорология);
  • Разработка проектной и рабочей документации;
  • Получение необходимых разрешений, прохождение проектом экспертизы;
  • Строительство;
  • Изготовление, доставка, монтаж и запуск гидроэнергетического оборудования;
  • Техническое и сервисное обслуживание.

 

Выбор технологии и методов создания МГЭС зависят от природных условий в месте строительства и характеристик водного потока. 

Как правило, МГЭС создаются по деривационной схеме: вода из реки забирается с помощью водозабора и поступает в водовод, который прокладывается по рельефу местности таким образом, чтобы получить перепад по высоте между местом водозабора и другой оконечностью водовода, к которой присоединяется гидроагрегат.

Деривационная схема
Деривационная схема создания напора

Основные компоненты ГЭС

В процессе создания МГЭС мы проектируем гидротехнические сооружения:

  • Водоподпорные сооружения (если есть необходимость) – плотины, дамбы. Перегораживают водоток полностью либо частично для повышения уровня и создания напора воды;
  • Водозаборные сооружения. Служат для забора воды из реки, а также для сепарации плавающего мусора;
  • Водоподводящие сооружения – деривационные каналы, трубопроводы. Служат для подвода воды к агрегатам;
  • Водосбросные сооружения. Служат для сброса избытков воды, в т.ч. паводковой, в участок водотока ниже водоподпорного сооружения (нижний бьеф);
  • Здание МГЭС;
  • Гидроагрегаты, в состав которых входят гидротурбины, генераторы электрической энергии и системы автоматического управления.

Определение мощности гидроэлектростанции

Перепад высот местности между началом и оконечностью водовода  за вычетом потерь, которые возникают в водоводе при движении воды, называется напор

Вторым основным параметром для определения мощности гидроэлектростанции является расход – это объем воды в единицу времени, поступающей по водоводу на гидроагрегат.

Для расчета величин напора и расхода необходимо провести обследование водотока для определения этих параметров. Также, с целью расчета среднегодового расхода воды, учитываются сезонные факторы, влияющие на характеристики водотока (паводки, сухой сезон, сезон дождей и т.п.).

На основе этих параметров мы рассчитываем мощность МГЭС.

Выбор турбины в зависимости от характеристик потока

Величины напора и расхода являются ключевыми параметрами при выборе типа гидротурбины:

  • Турбина Пелтона (ковшовая турбина). Принцип действия турбины заключается в том, что струя воды под высоким давлением ударяет в ковши, закрепленные на рабочем колесе, вращая его. После того, как импульсная энергия воды передается на рабочее колесо, вода стекает в отводящую трубу при атмосферном давлении.

Применять турбину Пелтона возможно только при очень больших напорах, для получения которых нужен большой перепад высот. При этом данная турбина работает с самым низким расходом воды среди всех типов турбин.

  • Турбина Каплана (пропеллерная турбина). Принцип действия данной турбины заключается в том, что поток воды воздействует на лопасти рабочего колеса (пропеллера). Рабочее колесо приходит во вращение, которое передается валу гидротурбины, который с помощью муфты присоединен к электрическому генератору.

Применяется турбина Каплана при больших объемах потока (высокий расход) и низких напорах. Как правило, это равнинные реки или каналы с небольшими перепадами высот. 

  • Турбина Френсиса (радиально-осевая турбина). Занимает промежуточное положение по используемым напорам между пропеллерными и ковшовыми турбинами, и применяется, как правило при напорах 30-180 м при средних значениях расхода воды.

Турбина Френсиса имеет самый широкий диапазон рабочих условий применения, а также самый высокий КПД среди всех типов турбин.

Для каждого определенного сочетания расхода воды и напора оптимален свой тип турбин. Однако, рабочие диапазоны разных типов турбин пересекаются, поэтому на одной ГЭС могут быть установлены различающиеся по типу турбины.

ИНСЭТ - оптимальное проектирование турбины

Гидротурбины ИНСЭТ проектируются таким образом, чтобы режим оптимального КПД был рассредоточен в максимально широком диапазоне напоров (синяя линия). Такой подход обеспечивает лучший результат в малой гидроэнергетике, поскольку сезонные изменения расхода и напора воды в небольших реках очень велики.

Для сравнения, красной линией показаны параметры проектирования турбины для крупных и средних ГЭС. Как можно понять из графика, данные турбины проектируются и разрабатываются под конкретные и стабильные характеристики потока на крупном водном объекте, и максимальный КПД можно получить только при определенном напоре Нi.

Мы имеем огромный 30 летний опыт проектирования, производства и эксплуатации турбин.

Проточные части всех турбин разработаны с использованием методов математического моделирования.

Система автоматического управления

Мы разработали оригинальные технические решения систем автоматического управления МГЭС и микро-ГЭС. 

Системы автоматического управления гидроагрегатами, производимые ИНСЭТ, не требуют постоянного присутствия на объекте обслуживающего персонала, при этом гидроагрегаты надежно работают в автоматическом режиме.

Система управления выполняется на базе программируемого контроллера, который позволяет контролировать параметры работы гидроагрегата на экране компьютера.

Готовые решения ИНСЭТ

На основе нашего опыта, а также более 400 проведенных обследований малых рек, в ИНСЭТ разработаны линейки гидроагрегатов различных типов и мощностей, которые покрывают 96% запросов наших клиентов. Турбины, мультипликаторы, генераторы и прочие элементы гидроагрегатов изготавливаются серийно на профильных заводах в Санкт-Петербурге. Вся продукция сертифицирована.

Таким образом, у заказчика нет необходимости заказывать индивидуальное проектирование гидроагрегата, что позволяет значительно снизить итоговую стоимость малой гидроэлектростанции.

Распределение затрат при строительстве малой ГЭС

Затраты строительство ГЭС