Малые гэс. Малая гидроэнергетика в россии Микро и малые гэс

Не секрет, что в последнее время в стране наблюдается новый виток интереса к теме возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в особенности в части малой энергетики. Его проявление нетрудно связать с многочисленными звеньями длинной цепочки причин, заставляющих искать альтернативу традиционным мощностям. Начиная с нефти, взявшей на внешних рынках очередной ценовой рубеж в сто долларов за баррель, как следствие - возросшей стоимости продуктов нефтепереработки на рынке внутреннем и обещаний правительства приблизить цену на газ внутри страны к мировой планке. И заканчивая дефицитом существующих энергетических мощностей, а также пониманием того, что сами по себе запасы органики не бесконечны.

История вопроса

Когда-то СССР по многим видам ВИЭ имел большие научные и технические заделы и богатый опыт использования. Однако в те времена стремление к гигантизму во всех его проявлениях часто ставило крест на многих эффективных сферах энергетики. В эпоху огромных проектов, требовавших больших источников энергии, малые не выдерживали конкуренции с электроэнергетическими гигантами, объединившимися в единую национальную сеть; не могли обеспечить требуемый поток и потому стали отходить на второй план. Их место заняли начавшие строиться в 1950–1960-е годы огромные тепловые и гидроэлектростанции, а впоследствии и атомные станции. Дешевизна первичных энергоресурсов - нефти, газа и угля - надолго похоронила многие сферы ВИЭ. Не стало исключением и одно из наиболее эффективных направлений - малая гидроэнергетика: использование энергии небольших водотоков с помощью микро- (единичной мощностью энергоагрегата до 100 кВт) и малых (единичной мощностью до 10 МВт) ГЭС (далее МГЭС), общей установленной мощностью до 30 МВт.

Еще в начале 60-х годов XX века СССР располагал 11,4% мировых гидроэнергетических ресурсов. Тогда расчеты показывали целесообразность и возможность получать около 1 700 млрд кВт ч электроэнергии, что более чем в пять раз превышало выработку электростанций страны в тот период. Считалось, что основная часть гидропотенциала (74%) располагалась на территории РСФСР. Сейчас этот гидроэнергетический потенциал практически полностью реализуется за счет больших и гигантских ГЭС. Но еще в 1913 году число действовавших в России ГЭС составляло 78 единиц общей мощностью 8,4 МВт. Крупнейшая из них - ГЭС на реке Мургаб мощностью 1,35 МВт. Сейчас их бы отнесли к категории МГЭС. Уже в 1941 году в России работали 660 малых сельских ГЭС общей мощностью 330 МВт. Общее количество МГЭС в СССР после окончания Великой Отечественной войны составляло 6,5 тыс. А во время пика строительства в 1940-е и 1950-е годы ежегодно в эксплуатацию вводились до 1 тыс. объектов.

Но в начале 1950-х в связи с указанным выше началом перехода к строительству гигантских энергетических источников и присоединением небольших потребителей к централизованному электроснабжению данное направление утратило государственную поддержку. Что привело к практически полному разрушению и упадку существовавшей инфраструктуры. Уже в 1962 году в СССР насчитывалось 2 665 МГЭС, в 1980-м - около 100 суммарной мощностью 25 МВт, в 1990 году их осталось всего 55. В настоящее время, по различным оценкам, по всей России действуют от нескольких десятков (60–70) до нескольких сотен (200–300) МГЭС.

В то же время сегодня считается, что по своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны. При этом малые реки преобладают в гидрографической сети по числу и общей длине: из 3 млн рек на территории бывшего СССР 2,9 млн - малые реки, а 94% длины речной сети России - малые водотоки. Характерно, что на водосборах малых рек и в их прибрежных зонах сосредоточена большая часть населения: 90% сельского и до 44% городского. По современным оценкам, опубликованным специалистами НИИ энергетических сооружений (Москва), технически достижимый потенциал МГЭС России позволяет производить 357 млрд кВт ч в год. Предполагается, что в дальнейшем малая гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

Красивые планы

При таких «исходных» перспективность развития МГЭС не вызывает сомнений. Это обратило в их сторону взоры органов власти субъектов федерации и крупных игроков и стало дополнительным фактором активизации процессов развития.

Среди регионов Сибири наиболее далеко в вопросе МГЭС продвинулись в Республике Алтай, где разработана концепция развития и схема размещения объектов малой гидроэнергетики 35 малых ГЭС мощностью 105 МВт на территории региона, две из которых уже действуют. По словам министра регионального развития Республики Алтай Юрия Сорокина , недавно проведен тендер и определен подрядчик по проектированию каскада ГЭС на реке Чуя мощностью 12, 25 и 25 МВт. По этому каскаду, а также по двум станциям на реке Мульта и ГЭС Уймень сделаны предложения ГидроОГК и в скором времени ожидается предварительное решение. Также в плане на этот год проведение конкурса на проектирование ГЭС Аргут мощностью около 100 кВт. Выполнение планов является серьезным подспорьем в закрытии 100 МВт дефицита мощностей в республике. Учитывая планы по подключению каскада ГЭС на Чуе к общей сети, результатом вполне может стать снижение тарифа, который в прошлом году составил 1,66 рубля за 1 кВт ч при стоимости на НОРЭМе в среднем 0,5 рубля.

Серьезные планы в Республике Бурятия. По словам заместителя министра по развитию транспорта энергетики и дорожного хозяйства республики Юрия Добровинского , сейчас на стадии завершения экологической экспертизы и разработки проектно-сметной документации находятся проекты ГЭС на реке Ульзиха в Баргузинском районе и Тахойской ГЭС на реке Джида. По предварительным данным, мощность каждой составит около 2 МВт.

Недавно ГидроОГК взялась за развитие малой гидроэнергетики путем выделения из своего портфеля в самостоятельное бизнес-направление проектов по строительству МГЭС - Фонд «Новая энергия». Тем самым компания занялась освоением гидропотенциала малых рек, не отвлекая при этом основные силы от масштабных проектов. Все первоначальные планы фонда связаны с Северным Кавказом. Так, на VI Международном инвестиционном форуме «Сочи-2007» фонд презентовал семь проектов строительства малых ГЭС в Южном федеральном округе, один из которых (создание трех малых ГЭС в Южном Дагестане) уже завершен (станции запущены в декабре 2007 года). В другой - возведение Зарагижской малой ГЭС в Кабардино-Балкарской Республике - привлечен частный инвестор, который обеспечит 40% стоимости проекта, составляющей более 900 млн рублей. Финансирование остальных проектов, представленных в Сочи, осуществляется за счет средств инвестиционной программы ГидрОГК. Вводы мощностей по ним предусматриваются в 2008-2010 годах и сейчас они находятся на стадии практической реализации.

Перспективы МГЭС в Зауралье еще более глобальны: «Сегодня у нас имеются данные по 120 потенциальным площадкам строительства малых ГЭС на территории СФО и ДФО совокупной установленной мощностью более 500 мегаватт. С различным уровнем проработки информации: от идей до серьезных расчетов и обоснований инвестиций», - говорит генеральный директор Фонда «Новая энергия» Андрей Железнов .

Разность подходов

Столь серьезные планы несколько омрачаются реальным новейшим опытом возведения и эксплуатации МГЭС в Сибири, имеющим несколько не очень радужных эпизодов. Объективное видение перспектив невозможно без осмысления недавних событий. Технологии возведения существовавших когда-то многочисленных ГЭС не подходят к современным условиям. За истекший продолжительный период многие компетенции тех времен по возведению МГЭС были утеряны, а многие подходы к их строительству значительно изменились.

По словам генерального директора компании «ИНСЭТ» (Санкт-Петербург) Якова Бляшко , в советские времена к строительству малых ГЭС подходили совсем иначе. «Поскольку на первом месте были интересы промышленности, то стремились использовать гидропотенциал реки полностью, и поэтому малая ГЭС имела плотину. Но малая гидроэнергетика должна выполнять социальную роль и решать социальные задачи. Даже если строительство малой ГЭС экономически целесообразно, но она этой роли не выполняет, то нет смысла в ее возведении», - убежден эксперт. Свою позицию он проиллюстрировал условным примером старого подхода: нормальным считалось строительство малой ГЭС мощностью 15 МВт с удаленностью от социального потребителя на расстояние в 30 км, в то время как при численности населения в 800 человек потребность с перспективой развития составляет максимум 1–1,5 МВт при удалении в 5 км. В первом случае в протянутой от ГЭС до села ЛЭП теряется значительное количество энергии, а поскольку вопросы ее обслуживания не всегда решаются (порывы из-за обледенения, падающих деревьев), то в энергоснабжении нередки сбои.

В связи с этим в современных проектах преобладает подход возведения ГЭС по деривационной схеме, когда от реки на МГЭС делается отводящий рукав-водоток. Такая технология позволяет практически полностью отказаться от водохранилищ и избежать строительства плотин, характерных для крупных ГЭС, а также заметно сокращает период строительства и значительно снижает затраты. Яков Бляшко заметил, что «ИНСЭТ» почти все проекты делает без использования водохранилища: «По деривационной схеме без затопления мы создали два проекта в Кабардино-Балкарии, три проекта в Карачаево-Черкесии и 17 станций общей мощностью более 200 мегаватт в Северной Осетии». Ему вторит Андрей Железнов, отметивший, что «основной задачей фонда является налаживание системы массового, поточного строительства МГЭС, где, в отличие от крупных ГЭС, не признающих типовых инженерных решений, это позволяют делать технологии, применяемые при строительстве гидроузлов малой мощности». Унификации проектов МГЭС так же будет способствовать наличие разработанного и промышленно освоенного оборудования, и опыта его эксплуатации в различных регионах.

Но, как считает директор «Красноярскгидропроекта» Николай Нейланд , дело не столько в генерирующем источнике, сколько в аккумулирующей энергию части ГЭС, то есть водохранилище. Мировая география распространения малых станций затрагивает в основном теплые части света, где ни один водоток зимой не перемерзает. Это в значительной степени относится и к Северному Кавказу. При продолжительности зимы в Сибири в семь–девять месяцев малые водотоки, которые могут давать отдачу, перемерзают, из-за чего работа станций становится очень проблематичной. «В Сибири малая станция не будет нормально эксплуатироваться без резерва воды, хотя бы сезонного регулирования. Для этого нужно создать водохранилище, которое является потенциальным источником энергии. Если это невозможно сделать, то говорить о малой станции просто бессмысленно», - резюмировал он.

Многие проекты малых ГЭС, над которыми работал красноярский институт, предусматривают возведение плотины, однако большие капитальные вложения в напорный фонд (возведение плотины, подготовка ложа водохранилища) а также увеличение времени строительства могут стать непреодолимым препятствием на пути развития малых ГЭС. Относительно деривационного подхода Николай Нейланд заметил, что множество безнапорных станций существовало, например, в Тыве и раньше. Но в основном они предназначались для снабжения сезонных отгонных пастбищ и работали в теплое время года.

Новейший опыт Сибири

Доводы руководителя «Красноярскгидропроекта» косвенно подтверждаются реальной новейшей практикой возведения ГЭС в Сибири. ГЭС Кызыл-Хая на реке Моген-Бурен, запроектированная «Красноярскгидропроектом», с устаноленной мощностью 400 кВт и запущенная в 2001 году с мощностью 150 кВт. Это было сделано в рамках Национальной программы энергообеспечения Республики Тыва за счет использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии, предусматривавшей возведение каскада из трех станций. На эти цели от Минэнерго РФ были получены деньги. Впоследствии Министерство энергетики прекратило свое существование, и программа приказала долго жить. Из неофициальных источников стало известно, что все средства израсходованы на одну станцию вместо трех. По всей видимости, это и стало истинной причиной того, что желающих выделять дополнительные средства не нашлось. Текущую фактическую ситуацию с данной ГЭС выяснить не удалось, однако известно, что с момента ее запуска с эксплуатацией регулярно возникают проблемы. Яков Бляшко, компания которого поставила на ГЭС свое оборудование, контролировала строительство и сейчас постоянно оказывает помощь в эксплуатации, охарактеризовал ситуацию на ГЭС следующим образом: «Это не неудачный опыт эксплуатации малых ГЭС, а неудачный опыт подбора соответствующих кадров».

Со вторым по очереди объектом в Республике Алтай - МГЭС Кайру мощностью 400 кВт также были определенные сложности технического плана. По словам Юрия Сорокина, ГЭС начинал строить совхоз, и заложенные проектом противофильтрационные мероприятия не были доведены до конца. В частности, вовремя не защищена пленка, пришедшая впоследствии в негодность. С самой плотиной вопросов нет. Но из-за отсутствия специалистов в округе возник ряд трудностей с ее эксплуатацией, из-за чего во время паводка лишняя вода шла через верх. Сейчас все недостатки устранены, и ГЭС работает в нормальном режиме.

Третья и последняя в Сибири малая ГЭС - Джазатор (Республика Алтай) мощностью 630 кВт введена в строй в ноябре прошлого года. И если Кайру построена по классической схеме, то эта ГЭС уже деривационного типа, с небольшой плотиной и водохранилищем. По всей видимости, проблема перемерзания водотока ей не грозит, учитывая, что минимальная расчетная температура ее эксплуатации составляет -56°С.

Живой фактор

Все три сибирские МГЭС находятся на значительном удалении от цивилизации. Например, село Кызыл-Хая (Тыва) находится в 650 км от Кызыла, а 120 км пути от райцентра села Улаган до села Балыкча (потребителя ГЭС Кайру) преодолеваются за четыре часа. При этом до появления ГЭС местные жители не платили за электричество (солярка для дизельгенераторов - основного в этих районах источника энергии до появления ГЭС - оплачивалась из средств программы северного завоза), а новость о необходимости ежемесячной оплаты энергии в одночасье сделала их врагами возобновляемых источников.

Кроме того, общий уровень жизни и образования населения при такой удаленности от большой цивилизации можно себе представить. А потому большой проблемой является наличие квалифицированного обслуживающего персонала. В Республике Алтай, как считают, нашли выход из этой ситуации. По словам Юрия Сорокина, на Джазаторе создана независимая управляющая акционерная компания, учредителем которой выступил муниципалитет. Квалификация работников поднималась путем обучения на Кайру, а также участия в строительстве Джазатора. Принятые на работу в УК работники из числа местных жителей должны стимулировать продажу энергии, заниматься сбором денег и непосредственно эксплуатацией. Этот опыт планируется перенести на МГЭС Кайру, где до этого у муниципалитета действовал договор с компанией, осуществлявшей только техническое обслуживание и получавшей вознаграждение за технические услуги. При этом обслуживающий персонал не имел специализированных знаний по гидроэнергетике.

Андрею Железнову решение кадровой проблемы видится в следующем: «Поскольку на данном этапе наши проекты реализуются в регионах присутствия ГидроОГК, эксплуатировать построенные малые ГЭС мы собираемся с привлечением специалистов региональных филиалов компании. При работе в регионах, где нет филиалов ГидроОГК, нам выгодно набрать большое количество проектов с такой экономикой, которая бы обосновывала создание и содержание команды специалистов-эксплуатационников», - убежден он.

Экономика - двигатель прогресса

Несмотря на множественные технические и организационные вопросы МГЭС и возрастание интереса к ним, число реализуемых проектов в Сибири по-прежнему чрезвычайно мало. Скорее всего, основным двигателем должна стать экономическая составляющая. В частности, во многих отдаленных поселениях, снабжающихся сейчас электроэнергией от дизельгенераторов, ее себестоимость очень высока. На Алтае она достигает 22 рублей за 1 кВт ч. Например, после запуска ГЭС Джазатор стоимость энергии для местного населения при себестоимости 53 копейки за 1 кВт ч составила 4,2 рубля. Дальнейшее снижение тарифа планируется за счет подключения новых потребителей, перевода социальной сферы на электроотопление и увеличение потребления энергии населением.

Кроме того, одним из основных аргументов активистов строительства МГЭС являются существующие перекосы в централизованном энергоснабжении, когда потери в сетях достигают или превосходят объемы потребляемого отдаленными районами электричества. Так, по словам Юрия Добровинского, Республика Бурятия полностью электрифицирована, поэтому основная задача новых МГЭС - повышение экономической эффективности энергоснабжения.

По мнению многих специалистов, массовому приходу инвесторов в этот сектор мешает прежде всего отсутствие информации о самой возможности участия частного капитала в проектах строительства малых ГЭС. Последней отмашкой для инвесторов стал запуск системы мер государственной поддержки ВИЭ, принятой в ноябре 2007 года, в виде поправок в Федеральный закон «Об электроэнергетике». Они гарантируют субсидирование затрат на подключение генерирующих объектов к сетям за счет средств федерального бюджета, а также обеспечивают надбавки к цене за каждый произведенной сверх нормы оптового рынка малыми ГЭС кВт ч электроэнергии. Также энергосистемам вменено в обязанность закупать в определенных объемах энергию ВИЭ. Принятия всех подзаконных актов, регламентирующих порядок реализации нововведений, нужно ждать не раньше середины 2008 года. После этого, учитывая инициативность местных администраций, зачастую берущих на себя затраты по проектированию, и опыт эксплуатации уже построенных объектов, наступит серьезный прорыв в этом сегменте.

При подготовке статьи использованы материалы периодического научно-технического журнала «Малая энергетика». - М., 2004. - № 1.

• Гидроэнергетический потенциал России колоссален, но сегодня используется слабо. Неосвоенными остаются 80% гидроэнергоресурсов.
• Использование энергии малых рек представляется одним из наиболее актуальных направлений в деле освоения гидроэнергоресурсов Российской Федерации.
• Развитие малой гидрогенерации - экологически приемлемый и экономически целесообразный метод решения целого комплекса проблем, связанных с энергобезопасностью и дефицитом электроэнергии на отдельных территориях нашей страны.

При помощи гидротурбин разной мощности, устанавливаемых на постоянных водотоках (чаще всего — в руслах рек). Как правило, создание гидроэлектростанции требует возведения плотины, в которой устанавливаются гидротурбины, но возможно также создание бесплотинных ГЭС.

Мы рассмотрим возможности производства энергии при помощи малых ГЭС и микро-ГЭС (МГЭС). В российской практике под микро-ГЭС подразумевают станции мощностью до 100 кВт, а под малыми - общей установленной мощностью до 30 МВт с мощностью единичного гидроагрегата до 10 МВт и диаметром рабочего колеса гидротурбины до 3 м.

Как считают эксперты, подобная классификация затрудняет расчет валового энергетического потенциала малой гидроэнергетики, поскольку не позволяет определить технические параметры гидроэлектростанции. При этом под валовым потенциалом ВИЗ понимается его средний годовой объем, содержащийся в данном ресурсе, при полном его превращении в полезную энергию. На эту проблему следует обратить внимание, поскольку все расчеты потенциала возобновляемых энергоресурсов базируются на моделях и методиках, определяющих точность конечного результата, а значит и эффективность применения конкретного энергоресурса в конкретных условиях.

В наиболее полной работе по оценке гидроэнергетических ресурсов СССР, опубликованной в 1967 г., к категории МГЭС относились все гидроэлектростанции, создаваемые на равнинных реках, имеющие валовой потенциал до 2.0 МВт и горных - до 1.7 МВт. Эти классификационные признаки считаются оптимальными, поскольку не относятся к техническим параметрам будущих ГЭС.

В большинстве случаев предполагается, что МГЭС устанавливаются на малых реках и водотоках. Хотя малые реки являются одним из наиболее распространенных типов водных объектов, единого подхода к их определению в настоящее время нет. Применяются различные критерии при определении понятия малая река (малый водоток).

Прежде всего используют количественные критерии. В соответствии с ГОСТ 17.1.1.02-77,; у малой реки площадь водосбора не превышает 2000 км2, а средний многолетний сток в период низкой межени (минимальный уровень I воды) не превышает 5 м3/с. В то же время, согласно другой систематике, площадь водосбоpa малой реки не должна превышать 200 км2, а ее длина должна быть не более 100 км. Также есть примеры того, как при классификации учитывается возможность хозяйственного использования малых рек. Но единого, общепринятого подхода к определению понятия «малая река» в России нет.

Достоинства и недостатки малой гидроэнергетики

Как и любой другой способ производства энергии, применение малых и мини-ГЭС имеет как преимущества, так и недостатки.

Среди экономических, экологических и социальных преимуществ объектов малой гидроэнергетики можно назвать следующие. Их создание повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Кроме того, есть возможности для снижения себестоимости возведения за счет унификации и сертификации оборудования.

В процессе выработки электроэнергии ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола. Подобные объекты не являются причиной наведенной сейсмичности и сравнительно безопасны при естественном возникновении землетрясений. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия.

Возможные проблемы, связанные с созданием и использованием объектов малой гидроэнергетики, менее выражены, но о них также следует сказать.

Как любой локализованный источник энергии, в случае изолированного применения, объект малой гидроэнергетики уязвим с точки зрения выхода из строя, в результате чего потребители остаются без энергоснабжения (решением проблемы является создание совместных или резервных генерирующих мощностей - ветроагрегата, когенерирующей мини-котельной на биотопливе, фотоэлектрической установки и т.д.).

Наиболее распространенный вид аварий на объектах малой гидроэнергетики - разрушение плотины и гидроагрегатов в результате перелива через гребень плотины при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств. В некоторых случаях МГЭС способствуют заиливанию водохранилищ и оказывают влияние на руслоформирующие процессы.

Существует определенная сезонность в выработке электроэнергии (заметные спады в зимний и летний период), приводящая к тому, что в некоторых регионах малая гидроэнергетика рассматривается как резервная (дублирующая) генерирующая мощность.

Среди факторов, тормозящих развитие малой гидроэнергетики в России, большинство экспертов называют неполную информированность потенциальных пользователей о преимуществах применения небольших гидроэнергетических объектов; недостаточную изученность гидрологического режима и объемов стока малых водотоков; низкое качество действующих методик, рекомендаций и СНиПов, что является причиной серьезных ошибок в расчетах; неразработанность методик оценки и прогнозирования возможного воздействия на окружающую среду и хозяйственную деятельность; слабую производственную и ремонтную базу предприятий, производящих гидроэнергетическое оборудование для МГЭС, а массовое строительство объектов малой гидроэнергетики возможно лишь в случае серийного производства оборудования, отказа от индивидуального проектирования и качественно нового подхода к надежности и стоимости оборудования - по сравнению со старыми объектами, выведенными из эксплуатации.

Гидропотенциал России, его использование

Согласно сделанным в начале 60-х годов XX века оценкам, СССР располагал 11.4% мировых гидроэнергетических ресурсов. Средняя годовая мощность гидроресурсов бывшего СССР оценивалась в 434 млн. кВт (3.800 млрд. кВт. ч отдачи энергии в год). Расчеты показывали, что технически возможно и экономически целесообразно получать около 1.700 млрд. кВ ч электроэнергии, что более чем в 5 раз превышало выработку всех электростанций страны в тот период.

Основная часть этого гидропотенциала (74%) располагалась на территории Российской Федерации. Средняя годовая потенциальная мощность гидроресурсов России оценивалась в 320 млн. кВт (производство - 2.800 млрд. кВт ч в год), из которых выработка более 1.340 млрд. кВт ч в то время была технически возможна.

По своему потенциалу гидроресурсы России сопоставимы с существующими объемами выработки электроэнергии всеми электростанциями страны, однако этот потенциал используется всего на 15%. В связи с ростом затрат на добычу органического топлива и соответствующим увеличением его стоимости, представляется необходимым обеспечить максимально возможное развитие гидроэнергетики, являющейся экологически чистым возобновляемым источником электроэнергии.

При оптимистическом и благоприятном вариантах развития выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях может возрасти до 180 млрд. кВт ч в 2010 г. и до 215 млрд. кВт ч в 2020 г. с дальнейшим увеличением до 350 млрд. кВт ч за счет сооружения новых гидроэлектростанций. Предполагается, что гидроэнергетика преимущественно будет развиваться в Сибири и на Дальнем Востоке. В европейских районах строительство МГЭС получит развитие на Северном Кавказе.

Исторический экскурс

В настоящее время гидроэнергетический потенциал практически полностью реализуется за счет больших и гигантских ГЭС. Вместе с тем, согласно имеющимся данным, в 1913 г. число действовавших в России ГЭС составляло 78 единиц, общей мощностью 8.4МВт. Крупнейшей из них была ГЭС на р. Мургаб, мощностью 1.35 МВт. Таким образом, согласно современной классификации, все действовавшие в то время ГЭС являлись малыми.

Менее чем через 30 лет - в 1941 г. в России работали 660 малых сельских ГЭС, общей мощностью 330 МВт. На 40-е и 50-е годы XX века пришелся пик строительства МГЭС, когда ежегодно в эксплуатацию вводились до 1000 объектов. По разным оценкам, к 1955 г. на территории Европейской части России насчитывалось от 4000 до 5000 МГЭС. А общее количество МГЭС в СССР после окончания Великой Отечественной войны составляло 6500 единиц.

Правда, уже в начале 50-х годов, в связи с переходом к строительству гигантских энергетических объектов и присоединением сельских потребителей к централизованному электроснабжению, это направление энергетики утратило государственную поддержку, что привело практически к полному разрушению и упадку созданной прежде инфраструктуры. Прекратилось проектирование, строительство, изготовление оборудования и запасных частей для малой гидроэнергетики.

В 1962 г. в СССР насчитывалось 2665 малых и микро-ГЭС. В 1980 г. их было около 100 с суммарной мощностью 25 МВт. А к моменту распада СССР в 1990 г. действовавших МГЭС оставалось всего 55. Согласно данным разных источников, в настоящее время по всей России действуют от нескольких десятков (60-70) до нескольких сотен (200-300) единиц.

Программой развития гидроэнергетики СССР до 2000 г. предусматривалось увеличение мощности действующих ГЭС почти в два раза. Предполагалось построить 93 новых гидроэлектростанции, затопить 2 млн. га плодородных земель и переселить с затопляемых территорий более 200 тыс. человек. (Малым ГЭС в этих планах места не нашлось.) Распад СССР и экономический кризис не позволили реализовать эти грандиозные планы.

В течение последних 10 лет доля вырабатываемой на гидростанциях электроэнергии в общем энергетическом балансе России снижается. В 1995 г. она составляла 21%, в 1996 г. - 18%, в 1997 г. - 16%. Это связано как с устареванием и износом оборудования на гидроэнергетических гигантах прошлого, так и с увеличением в энергобалансе страны доли более удобного энергоресурса - природного газа.

По мнению экспертов, в ближайшем будущем выработка электроэнергии на гидростанциях будет увеличиваться. Это будет происходить преимущественно в регионах с децентрализованным электроснабжением за счет ввода в действие новых малых ГЭС, которые будут замещать устаревающие и неэкономичные дизельные электростанции.

Место малой гидроэнергетики среди других ВИЗ

В производстве электроэнергии малая гидроэнергетика России делит первенство с тепловыми электростанциями на биотопливе. Согласно имеющимся данным за 2002 и 2003 гг., на МГЭС и био-ТЭС было произведено примерно равное количество электроэнергии - по 2.4 млрд. кВт ч (2002 г.) и по 2.5- 2.6 млрд. кВт ч (2003 г.). То есть вклад каждого из этих ресурсов в выработку электроэнергии в России составлял менее 0.3%.

Общая установленная мощность 59 МГЭС, сведениями о которых мы располагаем, составляла 610 МВт в 2001 г. Согласно экспертным оценкам, в настоящее время этот показатель выше. При этом средние значения КИУМ для действующих МГЭС составляли 38-53%, а столь важный для расчета эффективности энергоустановки показатель, как расход электроэнергии на собственные нужды, не превышал 1.5%.

Принятая в 1997 г. Федеральная целевая программа «Топливо и энергетика» предусматривала ускорение создания МГЭС, но слабое бюджетное финансирование не позволило выполнить ее в полном объеме.

Несмотря на финансовые проблемы, производится строительство новых и восстановление действовавших прежде, но остановленных и частично разрушенных МГЭС. В большинстве случаев их строительство и ввод в эксплуатацию производится без участия средств федерального бюджета. Для этого привлекаются средства из местных бюджетов, средства спонсоров и инвесторов.

В новом строительстве преобладают микро-ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 10 до 50 кВт, объединенные в системы по 2-5 единиц. Строятся малые ГЭС с единичной мощностью агрегатов от 200 до 550 кВт, объединенных в системы по 2-7 единиц.

Как правило, МГЭС создаются в удаленных районах, где существует проблема с завозом органического топлива (в большинстве случаев - дизельного топлива, реже - угля). В Адыгее построены 2 МГЭС мощностью 50 и 200 кВт, используемые для подачи питьевой воды. В Кабардино-Балкарии построена МГЭС мощностью 1100 кВт. В 2003 г. в Краснодарском крае установлены 7 гидроагрегатов по 350 кВт. В республике Тыва и на Алтае построены 3 МГЭС с агрегатами 10, 50 и 200 кВт, объединенные по 2-3 единицы. В Карелии и Ленинградской обл. - 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. В Башкирии также 4 мини-ГЭС с агрегатами от 10 до 50 кВт. Кроме этого были построены заново или восстановлены другие МГЭС.

Ожидаемые сдвиги в энергобалансе

По мнению экспертов, основное назначение МГЭС в ближайшие годы будет заключаться в замещении завозимого в удаленные регионы России органического топлива (в первую очередь - дизельного) с целью снижения расходов федерального бюджета и повышения эффективности и энергетической безопасности энергодефицитных регионов. Строительство МГЭС производится на охраняемых природных территориях и в местах с достаточно стабильным режимом водности малых водотоков.

Планируется создание 5 МГЭС на реках Корякского АО. Это позволит заместить в энергобалансе до 18 тыс. т дизельного топлива, что составляет 30% от общего объема, ежегодно завозимого в регион.

В Дальневосточном регионе в настоящее время действуют более 3000 дизельных электростанций (ДЭС) мощностью до 500 кВт. Электроснабжение региона полностью зависит от стабильности поставок дизельного топлива и качества оборудования для его сжигания. Стоимость как самого дизельного топлива, так и его доставки в настоящее время столь высока, что возникла срочная необходимость в его замещении другими энергоресурсами. Кроме того, износ оборудования большинства ДЭС так велик, что необходимо срочно решать вопрос стабильности электроснабжения региона.

В этих условиях организации, проектирующие МГЭС и производящие соответствующие обследования малых водотоков выявили более 200 мест для строительства МГЭС, что позволит, по приблизительным оценкам, производить до 1.5 млрд. кВт ч электроэнергии в год. В соответствии с более поздними исследованиями, электроснабжение ряда населенных пунктов Дальнего Востока и Приморья может быть оптимизировано за счет строительства 7-8 МГЭС, расположенных вблизи потребителей и объединенных в местную энергосистему.

Реализация этих проектов поможет сократить объем завозимого в регион дизельного топлива на 28 тыс. т в год, что высвободит автотранспорт и сократит загрузку местных портов. Все это существенно увеличит энергетическую независимость Дальнего Востока и Приморья.

Возможности восстановления разрушенных МГЭС

В разных регионах России до настоящего времени встречаются руины МГЭС, которые еще в середине XX века снабжали населенные пункты и сельскохозяйственные предприятия электроэнергией. Проведенные в последние годы инженерные обследования разрушенных МГЭС показали, что на многих объектах сохранились бетонные сооружения, восстановление которых может быть экономически оправданно.

Среди преимуществ реконструкции и восстановления разрушенных МГЭС эксперты называют следующие: автономность снабжения местных потребителей электроэнергией, независимость от сетей РАО «ЕЭС России»; уменьшение расходов на создание местных линий электропередач; уменьшение нагрузки на локальные электрические сети РАО ЕЭС России; уменьшение расходов на дорогостоящее органическое топливо; экологическая чистота гидроэнергетики.

Начиная с 1995 г. в НИИ энергетического строительсва производят работы по созданию базы данных гидротехнических сооружений и МГЭС на малых реках Европейской части России. В настоящее время база данных содержит сведения о 200 подобных объектах на реках бассейна верхней и средней Волги, а также северо-запада России. По 100 объектам выполнено инженерное обследование сооружений. Ряд объектов имеет проектную документацию. Практически все гидротехнические объекты, включенные в базу данных, имели в составе гидроэлектрические установки. На реках строились каскады из 2- 6 МГЭС, которые формировали хозяйственную прибрежную инфраструктуру. Кроме того, каскады обеспечивали защиту от наводнений.

Специалисты НИИЭС провели обследования некоторых частично разрушенных МГЭС и выполнили технико-экономические обоснования их восстановления. Среди обследованных объектов Веселовская МГЭС (Ростовская обл.), Копылковская МГЭС (р. Великая, Псковская обл.), Петровская и Мирславльская МГЭС (р. Нерль, Ивановская обл.).

Для поиска оптимальных инженерно-технических решений по восстановлению МГЭС в 2003 г. была построена Хоробровская МГЭС (р. Нерль-Волжская, Ярославская обл.) мощностью 160 кВт, вырабатывающая 840 тыс. кВт ч электроэнергии. Она была восстановлена как постоянно действующая опытно-экспериментальная база ОАО НИИЭС РАО «ЕЭС России» для испытания в натурных условиях новых технологий и оборудования для технического перевооружения гидроэнергетики - в т.ч. малой. Эта МГЭС работает в полностью автоматическом режиме как в отношении выработки электроэнергии, так и при пропуске паводков. На водосливной плотине МГЭС установлены экспериментальные автоматические затворы и Гидроплюс, выполненные при участии французских специалистов.

В 2004 г. на оз. Сенеж (Московская обл.) введена в эксплуатацию восстановленная малая гидроэнергетическая установка XIX века барона Кноппа, построенная на основе гидроэнергетических сооружений середины XVIII века. Гидроэнергетическое оборудование восстановленной МГЭС представляет собой ортогональную гидротурбину, позволяющую эффективно использовать низконапорные плотины, изготовленную на предприятии «Прометей» в подмосковном Чехове. В дополнение к МГЭС, на ее плотине установлены ортогональные энергетические ветроустановки с новой конструкцией аэродинамического торможения. Сочетание работы МГЭС и ветровых машин позволит оптимизировать производство электрической мощности, поставляемой в местную электросеть.

Суммарная мощность гидро-ветрокомплекса составляет 70 кВт. Он состоит из двух ветроагрегатов по 10 кВт и двух гидроагрегатов мощностью 45 и 5 кВт. В ходе испытаний предполагается проверить способность комплексной системы работать на сеть и на локальную нагрузку, что позволит использовать подобные энергокомплексы для электроснабжения потребителей в удаленных регионах.

В целом можно сказать, что малая гидроэнергетика в своем развитии испытывает те же проблемы, что и энерготехнологии на остальных возобновляемых источниках энергии. Если бы всего несколько процентов от тех субсидий, которые направляются из федерального бюджета на поддержку тепловой или атомной энергетики, или так называемого «северного топливного завоза», направлялись государственными структурами на развитие возобновляемой энергетики, - наша страна могла бы смотреть в будущее с гораздо большим оптимизмом.

Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция

Предлагается бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция (БВГЭС), которая предназначена для выработки электроэнергии без сооружения плотины за счет использования энергии самотечного потока.

За счет изготовления различных типоразмеров под разные скорости течения, а также каскадного монтажа установки БВГЭС могут использоваться как в малых хозяйствах так и для промышленного производства электроэнергии, особенно в местах, удаленных от ЛЭП.

Конструктивно ротор ГЭС устанавливается вертикально, высота ротора от 0,25до2,5м…Фиксация конструкции на реках с ледоставом производится на дне русла, а в открытом (незамерзающем русле) __ на закрепленном катамаране.

Мощность установки пропорциональна площади лопасти и скорости течения в кубе. Зависимость мощности, получаемой на валу БВГЭС от ее размеров и скорости течения, а также оценочная стоимость гидроагрегата представлена в следующей таблице:

Мощность БВГЭС, кВт в зависимости от скорости потока и размеров установки

Срок окупаемости установки не превышает 1 года. Опытный образец БВГЭС прошел испытания на натурном водном полигоне.

В настоящее время имеется техническая документация для производства промышленных образцов по техническим условиям заказчика.

Напорные микро-и малые ГЭС

Гидроагрегаты для малых ГЭС предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками.

МикроГЭС — надежные, экологически чистые, компактные, быстроокупаемые источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в отдаленных горных и труднодоступных районах, где нет поблизости линий электропередач, а строить такие линии сейчас и дольше и дороже, чем приобрести и установить микроГЭС.

В комплект поставки входят: энергоблок, водозаборное устройство и устройство автоматического регулирования.

Имеется успешный опыт эксплуатации оборудования на перепадах уже существующих плотин, каналов, систем водоснабжения, и водоотведения промышленных предприятий и объектов городского хозяйства, очистных сооружений, оросительных систем и питьевых водоводов. Более 150 комплектов оборудования поставлено заказчикам в различные регионы России, страны СНГ, а также в Японию, Бразилию, Гватемалу, Швецию и Латвию.

Основные технические решения, использованные при создании оборудования, выполнены на уровне изобретений и защищены патентами.

1. МИКРОГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

с пропеллерным рабочим колесом
— мощностью до 10 кВт (МГЭС-10ПР) на напор 2,0-4,5 м и расход 0,07 — 0,14 м3/с;
— мощностью до 10 кВт (МГЭС-10ПР) на напор 4,5-8,0 м и расход 0,10 — 0,21 м3/с;
— мощностью до 15 кВт (МГЭС-15ПР) на напор 1,75-3,5 м и расход 0,10 — 0,20 м3/с;
— мощностью до 15 кВт (МГЭС-15ПР) на напор 3,5-7,0 м и расход 0,15 — 0,130м3/с;
— мощностью до 50 кВт (МГЭС-50ПР) на напор 4,0-10,0 м и расход 0,36 — 0,80 м3/с;

с диагональным рабочим колесом
— мощностью10- 50 кВт (МГЭС-50Д) на напор 10,0-25,0 м и расход 0,05 — 0,28 м3/с;
— мощностью до100кВт (МГЭС-100Д) на напор 25,0-55,0 м и расход 0,19 — 0,25 м3/с;

2. ГИДРОАГРЕГАТЫ ДЛЯ МАЛЫХ ГЭС

Гидроагрегаты с осевыми турбинами мощностью до 1000 кВт;
-гидроагрегаты с радиально-осевыми турбинами мощностью до 5000 кВт;
-гидроагрегаты с ковшовыми турбинами мощностью до 5000 кВт;

СРОКИ ПОСТАВКИ

МикроГЭС10кВт; 15кВт поставляется в срок до 3 месяцев после подписания контракта.
МикроГЭС 50кВт; поставляется в срок до 6 месяцев после подписания контракта.
МикроГЭС 100кВт; поставляется в срок до 8 месяцев после подписания контракта.
Гидроагрегаты поставляется в срок от 6 до 12 месяцев после подписания контракта.

Специалисты фирмы готовы помочь Вам определить оптимальный вариант установки микро-и малых ГЭС, выбрать оборудование для них, оказать помощь в монтаже и пуске гидроагрегатов, а также обеспечить сервисное обслуживание оборудования в
процессе его эксплуатации.

СТОИМОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Микро-ГЭС российского производства

Внешний вид

Микро-ГЭС 10 кВТ

Микро-ГЭС 50 кВт

ИнжИнвестСтрой

Мини ГЭС. Микрогидроэлектростанции

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС) – гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии и состоящая из гидроэнергетических установок с установленной мощностью от 1 до 3000 кВт.

Микро-гидроэлектростанция предназначена для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в электрическую для дальнейшей передачи сгенерированной электроэнергии в энергосистему.

Под термином микро подразумевается, что данная гидроэлектростанция устанавливается на малых водных объектах – небольших речках или даже ручьях, технологических протоках или перепадах высот систем водоподготовки, а мощность гидроагрегата не превышает 10 кВт.

МГЭС разделяют на два класса: это микро-гидроэлектростанции (до 200 кВт) и мини-гидроэлектростанции (до 3000 кВт). Первые применяются в основном в домохозяйствах, и на небольших предприятиях, вторые – на более крупных объектах.

Для владельца загородного дома или небольшого бизнеса, очевидно больший интерес представляют первые.

Исходя из принципа действия, микро-гидроэлектростанции разделяют на следующие типы:

Водяное колесо . Это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды и наполовину в неё погруженное. В процессе работы вода давит на лопасти и заставляет вращаться колесо.

С точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, эта конструкция хорошо работает.

Поэтому часто применяется и на практике.

Гирляндная мини-ГЭС . Представляет собой перекинутый с одного берега реки на другой трос с жестко закрепленными на нем роторами. Поток воды вращает роторы, а от них вращение передаётся на трос, один конец которого соединен с подшипником, а второй – с валом генератора.

Недостатки гирляндной ГЭС: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД.

Ротор Дарье .

Это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета. Фактически, МГЭС данной конструкции идентичны одноименным ветрогенераторам, но располагаются в жидкостной среде.

Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить.

Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока. Как и у его воздушного собрата, КПД ротора Дарье уступает КПД МГЭС пропеллерного типа.

Пропеллер .

Это имеющий вертикальный ротор подводный «ветряк», который в отличие от воздушного, имеет лопасти минимальной ширины всего в 2 см. Такая ширина обеспечивает минимальное сопротивление и максимальную скорость вращения и выбиралась для наиболее часто встречающейся скорости потока – 0.8-2 метра в секунду.

Пропеллерные МГЭС , также как и колесные, просты в изготовлении и обладают сравнительно высоким КПД, их частое применение этим и обусловлено.

Классификация Мини ГЭС

Классификация по вырабатываемой мощности (области применения) .

Вырабатываемая микро ГЭС мощность определяется сочетанием двух факторов, первый это напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие вырабатывающий электроэнергию генератор, и второй фактор – расходом, т.е.

объемом воды, проходящем, через турбину за 1 секунду. Расход является определяющим фактором при отнесении ГЭС к определенному типу.

По вырабатываемой мощности МГЭС подразделяются на:

• Бытовые мощностью до 15 кВт: используются для обеспечения электроэнергией частных домовладений и ферм.
• Коммерческие мощностью до 180 кВт: питают электроэнергией небольшие предприятия.
• Промышленные мощностью свыше 180 кВт: генерируют электроэнергию на продажу, либо энергия передается на производство.

Классификация по конструкции

Классификация по месту установки

• Высоконапорные — более 60 м;
• Средненапорные — от 25 м;
• Низконапорные — от 3 до 25 м.

Данная классификация подразумевает, что электростанция работает на разных частотах вращения, и для ее механической стабилизации принимается ряд мер, т.к.

скорость потока зависит от напора.

Составные части Мини ГЭС

Электрогенерирующая установка малой ГЭС состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. Часть элементов системы аналогичны для систем солнечной генерации или ветряной генерации. Основные элементы системы:

• Гидротурбина с лопатками, соединённая валом с генератором
• Генератор .

  Мини гидроэлектростанция (ГЭС) для дома

  Предназначен для выработки переменного тока. Присоединяется к валу турбины. Параметры генерируемого тока быть относительно нестабильны, однако ничего похожего на скачки мощности при ветряной генерации не происходит;

• Блок управления гидротурбиной обеспечивает пуск и останов гидроагрегата, автоматическую синхронизацию генератора при подключении к энергосистеме, контроль режимов работы гидроагрегата, аварийную остановку.
• Блок балластной нагрузки , предназначенный для рассеивания неиспользуемой потребителем на данный момент мощность, позволяет избежать выхода из строя электрогенератора и системы контроля и управления.
• Контроллер заряда/ стабилизатор : предназначен для управления зарядом аккумуляторных батарей, контроля поворота лопастей и преобразования напряжения.
• Банк АКБ : накопительная ёмкость, от размера которой зависит продолжительность функционирования в автономном режиме питаемого ею объекта.
• Инвертор , во многих гидрогенерирующих системах применяются инверторные системы. При наличии банка АКБ и контроллера заряда, гидросистемы мало чем отличаются от других систем, применяющих ВИЭ.

Мини ГЭС для частного дома

Рост тарифов на электроэнергию и отсутствие достаточных мощностей, делают актуальными вопросы о применение бесплатной энергии возобновляемых источники в домашних хозяйствах.

По сравнению с другими источниками ВИЭ, мини ГЭС представляют интерес, так как при равной мощности с ветряком и солнечной батареей они способны выдать за равный промежуток времени гораздо больше энергии.

Естественное ограничение на их применение является отсутствие реки

Если возле вашего дома протекает небольшая река, ручей или имеют место перепады высот на озерных водосбросах, то значит у вас имеются все условия для установки мини ГЭС. Потраченные на её приобретение деньги быстро окупятся – вы будете в любое время года обеспечены дешёвой электроэнергией, независимо от погодных условий и иных внешних факторов.

Основным показателем, который указывает на эффективность использования МГЭС является скорость потока водоема.

Если скорость меньше 1 м/с, то необходимо принять дополнительные меры по его разгону, например, сделать обводной канал переменного сечения или организовать искусственный перепад высот.

Преимущества и недостатки микрогидроэнергетики

К преимуществам мини гэс для дома можно отнести:

• Экологическая безопасность (с оговорками для рыб-мальков) оборудования и отсутствие необходимости затопления больших площадей с колоссальным материальным ущербом;
• Экологическая чистота получаемой энергии.

  Отсутствует влияние на свойства и качество воды. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения;

• Низкую стоимость получаемой электроэнергии, которая в разы дешевле вырабатываемой на ТЭС;
• Простоту и надёжность применяемого оборудования, и возможность его работы в автономном режиме (как в составе, так и вне сети электроснабжения).

  Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению;

• Полный ресурс работы станции — не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта);
• неисчерпаемость используемых для выработки энергии ресурсов.

Основной недостаток микро-гэс это относительная опасность для обитателей водной фауны, т.к. вращающиеся лопатки турбин, особенно в скоростных потоках, могут представлять угрозу для рыб или мальков.

общая информация

Микрогидроэлектростанция (Micro HPP) предназначена для обеспечения электроснабжения потребителя, изолированного от энергосистемы.

Полнота поставки микро-ГЭС приведена в таблице 1

Условия эксплуатации:

— температура воздуха, 0 ° C

— в точке питания от -10 до +40;

— в месте расположения электрических шкафов от 0 до +40;

— высота над уровнем моря, м до 1000; (При установке микро-ГЭС на высоте более 1000 м максимальная мощность должна быть ограничена)

— относительная влажность воздуха в месте расположения электрических шкафов не превышает 98% при t = + 250 ° C.

Гарантийный срок для микроГЭС 1 год с даты его запуска, но не более 1,5 лет с даты отправки, возведение контроля и ввод в эксплуатацию работы с участием компании и соблюдение правил транспорта, хранения и эксплуатации экспертов.

Полная поставка микро-ГЭС

Таблица 1

технические данные

Спецификации MicroHP приведены в таблице 2

Таблица 2

Требования к сети и нагрузке потребителя (нагрузка определяется как процент от фактического поступления на микро-ГЭС):

— характеристика местного, четырехфазного, трехфазного;

— мощность каждого двигателя,% не более 10;

Общая мощность двигателя, если установлены дополнительные компенсационные конденсаторы,% не более 30.

ДИЗАЙН

Блок питания предназначен для выработки электроэнергии и состоит из гидравлической турбины и асинхронного двигателя, который используется в качестве генератора.

Он предназначен для поглощения избыточной активной мощности микро-ГЭС. BNN — это шкаф, внутри которого расположены термоэлектрические нагреватели.

Устройство автоматического управления предназначено для управления и защиты привода. Он обеспечивает возбуждение асинхронного генератора и автоматическое управление производимым напряжением и частотой.

UAR обеспечивает защиту от перегрузки, перенапряжения и коротких замыканий

Устройство подачи воды выполнено в виде сетевого ящика, внутри которого имеется шланг подачи воды с закрывающим корпусом.

Устройство подачи воды сконструировано таким образом, что плавающие остатки не входят в привод.

Полные, монтажные и присоединительные размеры показаны на рисунке 1.

требования к установке

Для работы микроэлектростанции наличие давления (разница в уровнях воды) является предварительным условием (см. Рисунок 2).

Полноэкранная гидроэлектрическая плотина

Голова может быть получена из-за разницы в водяных знаках между:

— две реки;

— озеро и река;

— на той же реке, из-за выравнивания кривой.

Давление также возможно при строительстве плотины.

На рисунке 2 показана установка микро HP в соответствии со схемой конструкции барьера. Для создания давления на турбину вдоль реки, которая имеет множество склонов и порогов, установлен выходной трубопровод.

Небольшая каменная плотина рассеивается, чтобы увеличить давление.

Трубопровод должен обеспечивать воду для установки с минимальной потерей головки.

Длина трубопровода определяется местными условиями.

Перед блоком питания входной и основной клапаны, необходимые для запуска и остановки микро HPW, должны быть установлены на трубопроводе.

Рис. 1
В общем, размеры монтажа и подключения Micro HPP 10Pr.
1 — привод,
2 — блочная балластная нагрузка BBN,
3 — Автоматическое устройство управления UAR

Когенерационные установки малой мощности (обзор)

Когенерационные установки для индивидуальных домов — микро-ТЭЦ, «Микро-CHP (microCHP )» – аббревиатура от “heat and power combined ” (комбинирование тепла и электричества) – это установка, предназначенная для отопления индивидуального жилья) — одно из наиболее интересных направлений развития отопительной техники.

Микро-ТЭЦ (microCHP ) уже нашли тысячи пользователей и войдут в каталоги производителей в ближайшие годы.

В выпускаемых и проектируемых конструкциях реализуются различные технические решения — от традиционного двигателя внутреннего сгорания (двигатель Отто), до паровых турбин и поршневых двигателей, а также двигателя внешнего сгорания Стирлинга. Продвигая данное оборудование, производители приводят аргументы как экономического, так и экологического характера: высокий (более 90 %) совокупный КПДмикро-ТЭЦ обеспечивает снижение затрат на энергоснабжение и объем вредных выбросов, в частности углекислого газа, в атмосферу.

Компания Senertec GmbH, входящая в Вахi Group, реализовавшая к настоящему времени порядка полутора десятка тысяч установок Dachs (Барсук) с двигателем внутреннего сгорания.

Электрическая мощность — от 5 кВт, тепловая — от 12,5 до 20,5. Senertec предлагает энергоцентр для индивидуального дома, а при использовании нескольких модулей и крупного коммерческого объекта. Кроме компактного когенерационного модуля он включает в стандартном исполнении буферный накопитель емкостью до 1000 л со смонтированным на нем тепловым пунктом, объединяющим все элементы обвязки, необходимые для отопления и ГВС.

Дополнительно имеется также внешний конденсационный теплообменник. Различные модели установок Dachs работают на природном, сжиженном газе, дизельном топливе.

Имеется модель Dachs RS, созданная для работы на биодизельном топливе из рапсового масла. Ориентировочная стоимость газовой модели — 25 тыс. евро.

МикроТЭЦ (Mini-BHKW) ecopover немецкой компании PoverPlus Technologies (входит в Vaillant Group) уже продается на европейском рынке.

Её электрическая мощность модулируется в диапазоне от 1,3 до 4,7, тепловая — в диапазоне от 4,0 до 12,5 кВт. Суммарный КПД установки превышает 90 %, топливом для нее служит природный или сжиженный газ.

Ориентировочная стоимость модели — 20 тыс. евро.

В конце прошлого года компанией Otag Vertribes выпущена пилотная партия напольной газовой микроТЭЦ lion ®- Powerblock электрической мощностью 0.2-2,2, тепловой — 2,5-16,0 кВт.

В ней применен паровой двухцилиндровый двигатель со сдвоенным свободно движущимся поршнем: пар поочередно поступает то в левый, то в правый цилиндр, приводя в движение рабочий поршень.

Парогенератор аппарата состоит из наддувной горелки и стального змеевика; температура пара — 350 °С, давление — 25-30 бар. Его конденсация осуществляется непосредственно в аппарате.

Как ожидается, lion ® на пеллетах будет доступна апреля 2010 года.

Компания Microgen (Великобритания), один из лидеров в производстве мини-ТЭЦ , впервые разработала двигатель Стирлинга настолько маленького размера, что его можно встроить в котёл автономной системы отопления.

Компанией Вахi Heating UK было объявлено о намерении вывести в 2008 г. на рынок Великобритании компактную (в настенном исполнении) микроТЭЦ электрической мощностью 1, тепловой — до 36 кВт. Установка разрабатывалась совместно с компанией Microgen Energy и представляет собой сочетание созданного ею компактного однопоршневого двигателя Стирлинга с конденсационным котлом Вахi.

Модель оснащена двумя горелками: первая — наддувная модуляционная -обеспечивает работу электрогенератора и получение 15 кВт тепловой мощности, вторая -удовлетворяет дополнительную потребность объекта в тепле. Прототип установки был представлен на выставке ISН-2007.

Microgen, в сотрудничестве с голландской компанией-поставщиком природного газа Gausine и De Dietrich Remeha Group , производящим котлы Remeha , разрабатывает комплексное решение для отопления и производства электричества.

Группа De Dietrich-Remeha планирует производить и продавать настенный конденсационный котел со встроенным двигателем Стирлинга . Он уже экспонировался на выставках ISН-2007, 2009. Котел будет выпускаться в одно- и двух-контурном исполнениях. Некоторые технические характеристики котла: Его тепловая мощность составит 23 кВт , во втором случае — 28 кВт ; электрическая мощность — 1 кВт ; тепловая мощность Stirling – 4.8 кВт , КПД при 40/30°C – более 107%, низкие выбросы CO2 и NOx, уровень шума – менее 43 дб(A) на 1 м.

Габариты: 900x420x450 мм.

Самое главное преимущество котла HRE состоит в том, что часть его высокой производительности до 107% (благодаря технологии конденсации) используется для выработки электричества. Стоимость электричества, а также выбросы вредных веществ снижены на 65% по сравнению с тепловыми электростанциями на традиционном топливе.

Для среднего жилища котел “Remeha-HRE” производит 2500 – 3000 кВт в год, что составляет 75% от среднего потребления, тем самым экономится примерно 400 евро в год. При отоплении и производстве электроэнергии на 20 % сокращаются выбросы вредных веществ. В Голландии тестируются 8 котлов. В настоящий момент для более масштабного тестирования запускаются еще 120 котлов. Коммерческое производство предусмотрено начать в 2010 году.

В Японии более 30.000 домовладельцев установили микро-ТЭЦ Honda с тихими, эффективными двигателями внутреннего сгорания, размещенными в гладком металлическом корпусе.

Автоматизированные газогенераторные установки KOHLER® производства США мощностью 13 кВА, предназначенные для использования в жилых домах.

Они обладают оптимальной компактностью и отменной шумоизоляцией.

Газовые генераторы предназначены для наружной установки и не требуют особого помещения. Для их работы пригоден как природный магистральный газ, так и сжиженный газ в баллонах или газгольдерах.

Система противоаварийной автоматики делает их использование безопасным и комфортным.

Данное оборудование позволяет наиболее эффективно решать следующие, увы, нередкие проблемы с электроснабжением, встающие перед собственниками загородных домов:

• Сеть хорошая, мощности хватает, но иногда случаются перебои электроснабжения
• Сеть слабая, перегруженная, сильные «просадки» напряжения, частые отключения
• Недостаточно выделенной электроснабжающей организацией мощности
• Сети нет вообще

У Вас никогда не будет недостатка в энергии!

Вашему дому нужна энергия.

Генераторные установки KOHLER® сделаны с профессиональным качеством, но спроектированы для домашнего использования, чтобы Вы могли продолжать свои занятия и наслаждаться комфортом даже во время отключения электроэнергии. Генераторные установки KOHLER® компактны, обладают шумовой изоляцией и включаются автоматически, если произошло отключение электричества, обеспечивая продолжение нормальной жизни в доме и абсолютное душевное спокойствие.

Будьте уверены в Вашей генераторной установке KOHLER®.

Она начнет работу, если произойдет отключение электричества, неважно, дома Вы или нет, и обеспечит Ваш дом электроэнергией, например, для того, чтобы:

• Продолжили работать холодильники и морозильные камеры.
• Функционировали кондиционеры, системы отопления и сигнализации.
• Функционировали дренажные насосы, морозозащитные системы и т.д.
• Обеспечить энергией Вашу компьютерную систему.
• Обыденная жизнь продолжалась без потерь.

Генераторные установки KOHLER® устанавливаются стационарно вне стен дома и включаются автоматически для выработки энергии, если энергоснабжение от сети прекращается.

• Надежное электроснабжение.

  Сбои в электроснабжении могут привести к поломке электрического оборудования (плазменные дисплеи, холодильники с электронным управлением температурой, компьютеры и т.д.).

  Гидроэлектростанции в России

  Генераторные установки KOHLER® обеспечивают резервной электроэнергией, которая соответствует европейским стандартам для жилых помещений. Генераторная установка KOHLER® не испортит дорогостоящее электронное оборудование!

• Лучшая звуковая изоляция. Генераторные установки KOHLER® работают практически бесшумно, сохраняя комфортные условия для Вас и Ваших соседей. Уровень шума при работе не выше 65 децибел на расстоянии 7 м, что соответствует шуму обычного бытового кондиционера.

• Быстрый запуск.

  Генераторные установки KOHLER® за несколько секунд восстанавливают электроснабжение. Они обладают автоматической системой еженедельного тестирования для поддержания установки в рабочем состоянии при редком использовании.

• Топливо. Генераторные установки KOHLER® пригодны для работы на жидком газе пропан или природном газе, а также на дизельном топливе.

  Газовые генераторные установки имеют низкий уровень эмиссии, что делает их более безопасными с экологической точки зрения, работают бесшумно и требует менее частого технического обслуживания.

  Выбор за Вами.

• Качество KOHLER®. KOHLER® является признанной международной группой компаний с почти 90-летним опытом производства генераторных установок для обеспечения резервной энергией. Первая установка была собрана в 1920 году.

Характеристики газогенератора SDMO RES 13

Электростанции и генераторы

На главную

Малые гидроэлектростанции обычно делятся на два типа: «мини» — обеспечивают единицу мощности до 5000 кВт, а «микро» — в диапазоне от 3 до 100 кВт. Использование гидроэлектростанций таких мощностей для России не ново, но хорошо забытое старое: в 50-е и 60-е годы действовали тысячи малых гидроэлектростанций.

В настоящее время их количество почти не достигает сотен штук. Между тем, постоянный рост цен на органическое топливо приводит к значительному увеличению стоимости электроэнергии, доля которой в производственных издержках составляет 20% и более. В связи с этим небольшая гидроэлектростанция получила новую жизнь.

Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергии является наиболее эффективным и экологически безопасным способом производства электроэнергии.

Малая гидроэлектростанция продолжается в этом направлении. Малые электростанции позволяют сохранять природный ландшафт, окружающую среду не только во время фазы эксплуатации, но и в процессе строительства.

Мини-гидроэлектростанция 10-15-30-50 кВт

В будущем отрицательное влияние на качество воды не оказывает: полностью сохраняет первоначальные природные свойства.

В реках рыбных консервов вода может использоваться для водных видов растений. В отличие от других экологически чистых возобновляемых источников энергии, таких как солнце, ветер, небольшие гидроэлектростанции практически не зависят от погодных условий и могут обеспечить стабильное снабжение экономичных потребителей электроэнергией. Еще одним преимуществом небольшой энергии является экономия.

В то время, когда природные источники энергии — нефть, уголь и газ — истощаются, постоянный прирост дороже, использование дешевых, доступных возобновляемых источников энергии, особенно малых, позволяет производить дешевую электроэнергию. Кроме того, строительство объектов малых ГЭС дешево и быстро окупается.Так, строительство небольшой ГЭС с установленной мощностью около 500 кВт, стоимость строительных работ составляет около 14,5-15,0 млн рублей.

В комбинированном столе вводятся в эксплуатацию проектная документация, строительство оборудования, строительство и монтаж малых ГЭС на 15-18 месяцев. Высокая частота электроэнергии от ГЭС составляет не более 0,45-0,5 рубля за 1 кВтч, в 1, Это в пять раз ниже, чем затраты на электроэнергию, фактически проданные энергосистемой.

Кстати, в следующем году или двух годах электроэнергетические системы намерены увеличить в 2-2,2 раза, поэтому затраты на строительство будут погашены через 3,5-5 лет. Реализация такого проекта с точки зрения окружающей среды не повредит окружающей среде.

Кроме того, следует отметить, что реконструкция, ранее вычитаемая из эксплуатации небольшой гидроэлектростанции, обойдется в 1,5-2 раза дешевле.

Многие российские научные и производственные организации и компании занимаются проектированием и разработкой оборудования для таких ГЭС.

Одним из крупнейших является межотраслевое научно-техническое объединение «ИНСЕТ» (Санкт-Петербург). Специалисты INSET разработали и запатентовали оригинальные технические решения для автоматизированных систем управления для малых и микро-ГЭС. Использование таких систем не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала на объекте — гидравлический блок надежно работает в автоматическом режиме. Система управления может быть реализована на основе программируемого контроллера, который позволяет визуально контролировать параметры гидравлического блока на экране компьютера.

Гидравлические установки для малых и микрогидроэлектростанций производят MNTO «встроенный», предназначенный для работы в широком диапазоне потоков и давлений с высокими энергетическими свойствами и изготовленных с помощью пропеллерной, радиальной и осевой лопастей турбины.

Объем поставки включает, как правило, турбину, генератор и автоматическое управление гидравлическим блоком. Скорости потока всех турбин основаны на методе математического моделирования.

Малая энергия является наиболее эффективным решением энергетических проблем для районов, относящихся к районам децентрализованного электроснабжения, что составляет более 70% территории России. Обеспечение энергии для отдаленных регионов и нехватка энергии требуют значительных затрат.

И здесь далеко не полезно использовать возможности существующей федеральной энергетической системы. Экономический потенциал в России значительно выше, чем потенциал возобновляемых источников энергии, таких как ветер, солнечная энергия и биомасса, вместе взятые.В национальной энергетической программе развивается компания «ИНСЕТ» «Концепция развития и объектов схема размещения малых гидроэлектростанций на территории Республики Тыва », согласно которой в этом году будет введена в эксплуатацию небольшая гидроэлектростанция в селе Кызыл-Хая.

В настоящее время гидроэлектростанции INSET работают в России (Кабардино-Балкария, Башкортостан), Содружестве Независимых Государств (Беларусь, Грузия), а также в Латвии и других странах.

Экологически чистая и экономичная мини-энергия давно привлекает внимание иностранцев.

Micro INESET работает в Японии, Южной Корее, Бразилии, Гватемале, Швеции, Польше.

Бесплатное электричество - мини ГЭС своими руками

Если у Вашего жилища протекает река или даже небольшой ручей, то с помощью самодельной мини ГЭС Вы можете получить бесплатную электроэнергию. Возможно это будет не очень большое пополнение бюджета, но осознание того, что у Вас есть своя собственная электроэнергия - стоит гораздо дороже.

Ну а если, например на даче, нет центрального электроснабжения - то даже небольшие мощности электроэнергии будут просто необходимы. И так, для создания самодельной гидроэлектростанции необходимо как минимум два условия - наличие водяного ресурса и желание.

Если и то и другое присутствует, то то первое, что нужно сделать – это измерить скорость потока реки.

Сделать это очень просто - бросаете в реку веточку и замерьте время, в течении которого она проплывет 10 метров. Поделив метры на секунды, вы получите скорость течения в м/с. Если скорость меньше 1 м/с, то продуктивной мини ГЭС не получится.

В этом случае можно попробовать увеличить скорость потока искусственно заузив русло или сделав небольшую плотину, если имеете дело с не большим ручьем.

Для ориентира, можно использовать соотношение между скоростью потока в м/с и мощностью снимаемой электроэнергии с вала винта в кВт (диаметр винта 1 метр).

Данные экспериментальные, в реальности полученная мощность зависит от многих факторов, но для оценки подойдет. Так:

• 0.5 м/с – 0.03 кВт,
• 0.7 м/с – 0.07 кВт,
• 1 м/с – 0.14 кВт,
• 1.5 м/с – 0.31 кВт,
• 2 м/с – 0.55 кВт,
• 2.5 м/с – 0.86 кВт,
• 3 м/с -1.24 кВт,
• 4 м/с – 2.2 кВт и т.д.

Мощность самодельной мини ГЭС пропорциональна кубу скорости потока.

Как уже указывалось, если скорость течения недостаточная, попробуйте ее искусственно увеличить, если это конечно возможно.

Типы мини-ГЭС

Существует несколько основных вариантов самодельных мини гидроэлектростанций.


Это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды.

Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Это ротор с вертикальной осью вращения, используемый для генерации электрической энергии.

Вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета. Эта конструкция была запатентована Жорж Жан-Мари Дарье, французским авиационным инженером в 1931 году. Также часто используется в конструкциях ветрогенераторов.

Гирляндная гидроэлектростанция состоит из легких турбин - гидровингроторов, нанизанных и жестко закрепленными в виде гирлянды на тросе, переброшенном через реку.

Один конец троса закрепляется в опорном подшипнике, второй - вращает ротор генератора.

Мини-ГЭС - гидроэнергоблок Ленева

Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращательное движение которого передается к генератору. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос.

Также заимствован из конструкций ветровых электростанций, такой себе «подводный ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения.

Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры. Пропеллер движется не за счет давления воды, а за счет возникновения подъемной силы. Так же как крыло самолета. Лопасти пропеллера движутся поперек потока, а не увлекаются потоком в направлении течения.

Преимущества и недостатки различных систем самодельной мини ГЭС

Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД.

Гирляндная ГЭС – это своего рода небольшая плотина. Целесообразно использовать в безлюдных, удаленных местах с соответствующими предупредительными знаками.

Возможно потребуется разрешение властей и экологов. Второй вариант - небольшой ручей у Вас в огороде.

Ротор Дарье - сложен в расчете и изготовлении.

В начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока - это плюс.

Наибольшее распространение при построении самодельных гидроэлектростанций получили схемы пропеллера и водяного колеса.

Так как эти варианты сравнительно просты в изготовлении, требуют минимальных расчетов и реализуются при минимальных затратах, имеют высокий КПД, просты в настройке и эксплуатации.

Пример простейшей мини-ГЭС

Простейшую гидроэлектростанцию можно быстро соорудить из обычного велосипеда с динамкой для велофары.

Из оцинкованного железа или не толстого листового алюминия надо заготовить несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см.

Эти лопасти устанавливаются между спицами любым подручным способом или заранее заготовленными креплениями.

Если вы используете две лопасти, то установите их напротив друг друга.

Если захотите добавить большее количество лопастей, то разделите окружность колеса на число лопастей и установите их через равные промежутки. С глубиной погружения колеса с лопастями в воду можете поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.

Вариант походной ветроэлектростанции рассматривался ранее.

Такая микро ГЭС не занимает много места и отлично послужит велотуристам - главное наличие ручья или речушки - что обычно и есть в месте разбивки лагеря.

Мини ГЭС из велосипеда сможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны или другие гаджеты.

Источник

самодельныйсвободнопоточная

Микро - и малые ГЭС российского производства

Малые ГЭС: хорошо забытое старое

Одним из наиболее эффективных направлений развития нетрадиционной энергетики является использование энергии небольших водотоков с помощью микро - и малых ГЭС. Это объясняется, с одной стороны, значительным потенциалом таких водотоков при сравнительной простоте их использования, а с другой – практическим исчерпанием гидроэнергетического потенциала крупных рек в этом регионе.

Объекты малой гидроэнергетики условно делят на два типа: “мини” - обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и “микро” - работающие в диапазоне от 3 до 100 кВт. Использование гидроэлектростанций таких мощностей - для России вовсе не новое, а хорошо забытое старое: в 50-60-х годах у нас работало несколько тысяч малых ГЭС. Сегодня их количество едва достигает нескольких сотен штук. Между тем, постоянный рост цен на органическое топливо приводит к значительному удорожанию электрической энергии, доля которой в себестоимости производимой продукции достигает 20 и более процентов. На этом фоне малая гидроэнергетика обретает новую жизнь.

Преимущества малой гидроэнергетики

Современная гидроэнергетика по сравнению с другими традиционными видами электроэнергетики является наиболее экономичным и экологически безопасным способом получения электроэнергии. Малая гидроэнергетика идет в этом направлении еще дальше. Небольшие электростанции позволяют сохранять природный ландшафт, окружающую среду не только на этапе эксплуатации, но и в процессе строительства. При последующей эксплуатации отсутствует отрицательное влияние на качество воды: она полностью сохраняет первоначальные природные свойства. В реках сохраняется рыба, вода может использоваться для водоснабжения населения.

В отличие от других экологически безопасных возобновляемых источников электроэнергии - таких, как солнце, ветер, - малая гидроэнергетика практически не зависит от погодных условий и способна обеспечить устойчивую подачу дешевой электроэнергии потребителю.

Еще одно преимущество малой энергетики - экономичность. В условиях, когда природные источники энергии - нефть, уголь, газ - истощаются, постоянно дорожают, использование дешевой, доступной, возобновляемой энергии рек, особенно малых, позволяет вырабатывать дешевую электроэнергию. К тому же сооружение объектов малой гидроэнергетики низкозатратно и быстро окупается.

Так, при строительстве малой ГЭС установленной мощностью около 500 кВт стоимость строительно-монтажных работ составляет порядка 14,5-15,0 млн рублей. При совмещенном графике разработки проектной документации, изготовления оборудования, строительства и монтажа малая ГЭС вводится в эксплуатацию за 15-18 месяцев.

Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на подобной ГЭС, составляет не более 0,45-0,5 рублей за 1 кВтч, что в 1,5 раза ниже, чем стоимость электроэнергии, фактически реализуемой энергосистемой. Кстати, в ближайшие один-два года энергосистемы планируют ее увеличить в 2-2,2 раза.

Таким образом, затраты на строительство окупятся за 3,5-5 лет. Реализация такого проекта с точки зрения экологии не нанесет ущерба окружающей среде.

Необходимо отметить, кроме этого, что реконструкция выведенной ранее из эксплуатации малой ГЭС обойдется в 1,5- 2 раза дешевле.

Оборудование для малых ГЭС

Проектированием и разработкой оборудования для таких ГЭС занимаются многие российские научно-производственные организации и фирмы. Одна из крупнейших - межотраслевое научно-техническое объединение “ИНСЭТ” (Санкт-Петербург). Специалистами “ИНСЭТ” разработаны и защищены патентами оригинальные технические решения систем автоматического управления малыми и микроГЭС. Использование таких систем не требует постоянного присутствия на объекте обслуживающего персонала - гидроагрегат надежно работает в автоматическом режиме. Система управления может быть выполнена на базе программируемого контроллера, который позволяет визуально контролировать параметры гидроагрегата на экране компьютера.

Гидроагрегаты для малых и микроГЭС, выпускаемые МНТО “ИНСЭТ”, предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками и выпускаются с пропеллерными, радиально-осевыми и ковшовыми турбинами. В комплект поставки входят, как правило, турбина, генератор и система автоматического управления гидроагрегатом. Проточные части всех турбин разработаны с использованием метода математического моделирования.

География применения

Малая энергетика - это на сегодняшний день наиболее экономичное решение энергетических проблем для территорий, относящихся к зонам децентрализованного электроснабжения, которые составляют более 70% территории России. Обеспечение энергией удаленных и энергодефицитных регионов требует значительных затрат. И здесь далеко не всегда выгодно использовать мощности существующей федеральной энергосистемы. Гораздо экономичнее развивать мощности малой энергетики, экономический потенциал которой в России превышает потенциал таких возобновляемых источников энергии, как ветер, солнце и биомасса, вместе взятых.

Технология

Гидроагрегаты для малых ГЭС предназначены для эксплуатации в широком диапазоне напоров и расходов с высокими энергетическими характеристиками. Наиболее ответственные узлы под контролем наших специалистов серийно изготавливаются на конверсионных оборонных заводах Санкт-Петербурга с использованием новейших технологий, что позволяет обеспечить их высокое качество. В комплект поставки входят: турбина, генератор и система автоматического управления.

МикроГЭС “ИНСЭТ” - надежные, экологически чистые, компактные, быстроокупаемые источники электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, небольших производств в отдаленных, горных и труднодоступных районах, где нет поблизости линий электропередач, а строить такие линии сейчас и дольше, и дороже, чем приобрести и установить МикроГЭС.

В комплект поставки входят: энергоблок (турбина-3, генератор-5), водозаборное устройство (2), выпускной коллектор (4) и устройство автоматического регулирования (6).

Схема установки микроГЭС

Имеется успешный опыт эксплуатации оборудования на перепадах уже существующих плотин, каналов, систем водоснабжения и водоотведения промышленных предприятий и объектов городского хозяйства, очистных сооружений, оросительных систем и питьевых водоводов.

Основные технические решения, использованные при создании оборудования, выполнены на уровне изобретений и защищены патентами.

Оборудование изготавливается серийно, отличается высокими технико-эксплуатационными показателями и доступными ценами.

Оборудование

1. МИКРОГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
с пропеллерным рабочим колесом
- мощностью до 10 кВт (МГЭС-10Пр) на напор 2,0- 4,5 м и расход 0,07 - 0,14 м3/ с;
- мощностью до 10 кВт (МГЭС-10Пр) на напор 4,0-10,0 м и расход 0,10 - 0,21 м3/ с;
- мощностью до 50 кВт (МГЭС- 50Пр) на напор 2,0-10,0 м и расход 0,36 - 0,80 м3/ с;
с диагональным рабочим колесом
- мощностью 20 кВт (МГЭС- 20ПрД) на напор 8-18 м и расход 0,08 - 0,17 м3/ с;
с ковшовым рабочим колесом
- мощностью до 100 кВт (МГЭС-100К) на напор 40-250 м и расход 0,015 - 0,046 м3/ с;
- мощностью до 200 кВт (МГЭС-200К) на напор 40-250 м и расход 0,015 - 0,013 м3/ с;

2. ГИДРОАГРЕГАТЫ ДЛЯ МАЛЫХ ГЭС
- гидроагрегаты с осевыми турбинами (ГА-1, ГА-8, ГА13) мощностью до 1800 кВт;
- гидроагрегаты с радиально-осевыми турбинами (ГА-2, ГА-4, ГА-9, ГА-11,) мощностью
до 5500 кВт;
- гидроагрегаты с ковшовыми турбинами (ГА-5, ГА-10) мощностью до 3300 кВт.

На территории современной Российской Федерации первые микро-ГЭС создавались в середине прошлого века, в послевоенные годы. Всего за шесть лет, начиная с 1946 года, в СССР было построено порядка семи тысяч малых гидроэлектростанций, вырабатывающих ежегодно несколько сотен мегаватт электроэнергии. Но к началу 60-х годов XX века руководство Советского Союза потеряло интерес к микро-ГЭС - приоритетным направлением в энергетике был признан «мирный атом». В результате значительная часть действующих микро-ГЭС прекратили свою работу и оказались в заброшенном состоянии, в котором находятся по настоящее время.

Характеристики малых ГЭС

В отличие от крупнейших российских гидроэлектростанций, ежегодно вырабатывающих многие гигаватты электроэнергии, производительность их младших собратьев значительно скромнее: мощность микро-ГЭС не превышает 100 кВт; пико-ГЭС - до 5 кВт. Вторым значимым отличием маломощных гидроагрегатов является отсутствие плотины в месте их размещения - получить разрешение в надзорных госорганизациях на перекрытие русла любого водоема, независимо от дистанции между берегами, с целью подъема уровня воды фактически невозможно.

Важно: Каждый и любой водоем на территории Российской Федерации, за исключением тех, что находятся в пределах частных земельных участков (кроме рек и ручьев), принадлежит государству и находится под его охраной (Водный кодекс РФ). Соответственно, любые попытки внесения изменений в русло водоема без разрешения властей - нарушение федеральных законов.

Производство электроэнергии малыми ГЭС ведется по тому же принципу, что и у их мегаваттных аналогов - вода из водоема направляется к лопастям гидротурбины и вращает ее, а та передает механическую работу ротору гидрогенератора, вырабатывающего электрический ток.

Мощностные характеристики турбины несколько выше, чем у гидрогенератора, объединенных вместе в один гидроагрегат. Тип гидротурбины определяется по высоте напора воды:

• при высоком напоре (свыше 60 м) используются радиально-осевые и ковшовые турбины;
• при среднем напоре (от 25 до 60 м) ГЭС оснащают радиально-осевыми и поворотнолопастными турбинами;
• при низком напоре (более 3, но менее 25 м) механическую работу осуществляют поворотнолопастные модели турбин, заключенные в металлические или бетонные камеры.

Выбор гидрогенератора для микро-ГЭС зависит от потребителей производимой ею электроэнергии. Если предполагается запитывать приборы с активной нагрузкой, т.е. полностью преобразующие поступающую электроэнергию в ее иную форму (свет, тепло и т.п.), то подойдут асинхронные альтернаторы. Но в том случае, если в сети присутствуют электроприборы с реактивной нагрузкой (любые насосы и электродвигатели), возвращающие часть электрической энергии обратно в генератор, то справиться с этим может лишь синхронный генератор. Реактивная нагрузка на асинхронный альтернатор в конструкции микро-ГЭС промышленного изготовления компенсируется блоками возбуждения и балластным.

Прежде, чем перейти к изучению характеристик известных типов мини-ГЭС и пико-ГЭС, рассмотрим их общие достоинства и недостатки.

Плюсы микро-ГЭС :

• генерация электроэнергии происходит от возобновляемого источника, более стабильного, чем солнечный свет и ветер;
• близость к конечному потребителю, энергетические потери на транспортировку при этом минимальны либо отсутствуют;
• низкая стоимость электроэнергии, с учетом нулевых затрат на исходное топливо;
• полное отсутствие каких-либо выбросов в атмосферу, минимальное воздействие на водные бассейны;
• выход на полную мощность у малых гидроэлектростанций занимает меньше времени, чем у генераторов на нефтепродуктах;
• вдали от центральных сетей энергоснабжения лишь малые ГЭС способны обеспечивать потребителей электроэнергией бесперебойно, т.к. не зависят от регулярных поставок горючего.

Минусы малых гидроэлектростанций :

• русла небольших рек и ручьев часто пересыхают летом и промерзают зимой;
• производительность мини-ГЭС связана с напором воды и ее количеством. Чтобы обеспечить свой дом электроэнергией в полном объеме, может потребоваться создание запруды выше по руслу водоема - но это нарушение законодательства РФ;
• строительство полноценной, пусть даже и небольшой гидроэлектростанции, способной исправно снабжать загородный коттедж электрической энергией круглый год, обходится недешево.

Бесплотинные микро-ГЭС

Достоинство бесплотинных малых гидроэлектростанций - они дешевы и просты в установке, их установка не требует согласования с государственными органами. Их общие недостатки: низкая производительность (не более 5 кВт, обычно до 2 кВт); необходимо достаточное расстояние между берегами реки и глубина более полуметра; повреждения при столкновении с плавающими объектами (чаще - c фрагментами деревьев); невозможность использования зимой ввиду обледенения водоема. Рассмотрим несколько наиболее интересных вариантов малых ГЭС.

Гирляндная мини-ГЭС . Полуметровые крыльчатки пропеллеров изготавливаются из 0,5-0,7 мм оцинковки, их нанизывают и закрепляют на 10-15 мм стальном тросе - он становится приводным валом для генератора. Трос закрепляется подшипниковым соединением на металлической стойке на одном берегу, а на другом крепится к валу генераторного ротора. По расчетам ее разработчика Бориса Сергеевича Блинова, на реке со скоростью течением порядка 2,5 м/с каждый гидроагрегат гирляндной микро-ГЭС произведет в среднем от 1,5 до 2 кВт. О действующих моделях такой гидроэлектростанции толком ничего не известно, поэтому судить о ее реальной эффективности сложно.

Недостатки гирляндной гидроэлектростанции: высокая материалоемкость; невысокий КПД; создание препятствия для движения по реке (по сути - это та же плотина).

Рукавная микро-ГЭС . Ее создал также Б.С. Блинов - разработка велась им в 70-х годах прошлого века одновременно с гирляндной гидроэлектростанцией.

Ее преимущество заключается в возможности использования малых водоемов - для выработки электроэнергии достаточным будет ручей, чей дебет воды превышает 50 л/с и чье русло имеет перепад высот более 5 м. Забор воды производится с помощью сужающейся трубы, широкий верх которой подведен к наиболее быстрой части течения, а в ее нижней части расположена гидротурбина. В СССР рукавные микро-ГЭС пользовались спросом и их производили на заводах, но ближе к 90-м выпуск был прекращен. Начиная с 2000 года предпринимались неоднократные попытки наладить серийный выпуск рукавных микро-ГЭС, однако спрос на них невелик - вероятно, причина в малой известности этих гидроагрегатов.

Мини-ГЭС Н.И. Ленева . Алтайский изобретатель Николай Иванович построил свою мини-ГЭС в конце 90-х, патент на нее получил в 2001 году. Конструкция основана на двух рядах плоских, прямоугольных лопастей, каждая разделена осью на неравные друг к другу части, большая из которых выступает обратно направлению потока воды. Такое смещение центра, по словам Ленева, уменьшает турбулентность вокруг лопаток, осевые штыри которых закреплены сверху и снизу на цепях. Под воздействием водного потока цепи с закрепленными на них лопастями вращаются, приводя в движение два вала, распложенных вертикально, при помощи звездчатых колес. Производимая ими работа при помощи промежуточного вала и муфты сообщается гидрогенератору. Производительность микро-ГЭС Ленева, как утверждают разработчики, приобретшие права на изготовление, составит от 2 до 20 кВт (в зависимости от модели).

Следует заметить, что, несмотря на заявленные в прессе многократные продажи моделей микро-ГЭС Ленева, результаты их испытаний и сведенья по фактической эксплуатации ни разу не публиковались.

Гравитационная (водоворотная) микро-ГЭС . В отличие от разработок советских и российских изобретателей малая гидроэлектростанция австрийского инженера Франца Цотлетерера, запатентованная им в 2003 году, привлекла внимание предпринимателей Евросюза и России. Созданная Цотлетерером водоворотная микро-ГЭС базируется на ранних проектах вихревых гидроэлектростанций, над которыми работали американец Кенард Браун в 60-х и австралиец Пол Коурус в 90-х. По сравнению с американской и австралийской микро-ГЭС, Франц Цотлетерер добился двукратного прироста КПД - 76-80% против прежних 35-40%.

Австрийский изобретатель отвел часть воды из ручья в бетонный желоб, построенный вдоль береговой линии. Канал завершается бетонным цилиндром, внизу которого выполнено выпускное отверстие с желобом-отводом. Вода поступает цилиндр по касательной и, подчиняясь силе гравитации, стремится вниз, закручиваясь по спирали - в центре находится турбина, ее то и раскручивает водоворот (среднее число оборотов турбины - 30 об/мин). На водоворотной микро-ГЭС, построенной на ручье с перепадом высоты в 1,3 м и при расходе воды 0,9 м 3 /с, максимальная мощность составила 9,5 кВт, выработка за год - порядка 35000 кВт/ч. Благодаря постоянному вращению воды гравитационно-вихревая гидроэлектростанция исправно работает в зимнее время - в центре воронки поток воды наиболее плотный и его температура примерно равна 4 о С, а формирующаяся по краям бетонного цилиндра корка льда препятствует охлаждению воды в центре, экранируя тепло обратно в воду.

Недостатки водоворотной микро-ГЭС Франца Цотлетерера: стоимость, с учетом бетонных работ, более 100000$ (что, впрочем, дешевле строительства плотинной ГЭС); ограниченная мощность - до 150 кВт. Проект австрийца находится на стадии разработки, поскольку добиться стабильно высокой мощности на выходе пока не удается.

Производители и цены

На российском рынке микро-ГЭС поставляют отечественные компании Ecoteco (Санкт-Петербург), «МНТО ИНСЭТ» (Санкт-Петербург), НПО «Инверсия» (Екатеринбург), ООО «Спецэнергоснаб» (Москва), а также украинская ПП «Аванте» (Киев).

Рассмотрим характеристики, к примеру, рукавной микроГЭС10Пр, выпускаемой «МНТО ИНСЭТ»:

• напор воды - min 2-4,5 м, max - 4,5-10 м;
• расход воды - min 0,07-0,14 м 3 /с, max - 0,095-0,2 м 3 /с;
• производимая мощность - min до 4 кВт, max - до 10 кВт;
• частота вращения - min 1000 об/мин, max - 1500 об/мин;
• напряжение - 400 В (диапазон перепадов от 425 до 450 В);
• частота тока - 50 Гц (диапазон перепадов от 48 до 52 Гц);
• рабочее колесо, диаметр - 235 мм;
• подводящий трубопровод, диаметр - 300 мм.

Ее комплектация:

• энергоблок (поворотнолопастная гидротурбина и асинхронный генератор), вес 180 кг;
• шкаф с блоком балластной нагрузки, вес 70 кг;
• блок возбуждения (автоматического регулирования), вес 70 кг;
• конструкция водозабора, 35 кг.

Расценки на модели малых гидроэлектростанций составляют порядка 1500$ за киловатт установленной мощности.

В завершении

Территория Российской Федерации охвачена сетями центрального электроснабжения не более чем на треть, причем доступ к электроэнергии отсутствует не только на территории Сибири, но и в сельских районах Урала. Отказ от дальнейшего строительства АЭС, потенциально опасных для экологии и населения, привел к длительной паузе в планировании действий, направленных на обеспечение населенных пунктов электричеством. Между тем у России имеется значительный потенциал в области малой гидроэнергетики, но для его реализации необходима поддержка на федеральном уровне. К примеру, в некоторых странах Евросоюза и в Белоруссии действуют государственные программы выкупа электроэнергии, произведенной малыми ГЭС, по двойному тарифу.

Во мы рассмотрим условия, подходящие для создания малой гидроэлектростанции, а также способы ее построения своими руками.