Kostenlose technische Bibliothek ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Bau von Kleinstwasserkraftwerken. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Die Wahl des Standorts und die Anordnung von Kleinstwasserkraftwerken werden von den natürlichen Bedingungen, Fähigkeiten und Wünschen des zukünftigen Nutzers bestimmt. Alle diese Probleme sind komplexer Natur und umfassen sowohl hydrologische Parameter als auch elektrische, bauliche und wirtschaftliche Fragen. Sollte in Betracht gezogen werden Hauptprobleme beim Bau von Mikrowasserkraftwerken. Stromleitungen Es ist vorzuziehen, den Bau von Mikrowasserkraftwerken näher am Wohnraum, am Verbraucher, durchzuführen, da mit zunehmender Entfernung und entsprechender Länge der Stromleitungen sowohl die Kosten für den Bau, die Installation und die Wartung dieser Leitungen steigen sowie Stromverluste aufgrund des Widerstands in Stromübertragungsleitungen (PTLs) nehmen zu. Der elektrische Widerstand ist eine physikalische Größe (ausgedrückt in Ohm), die den Widerstand eines Leiters gegenüber elektrischem Strom (Stromleitungen) charakterisiert. Dieser Wert variiert je nach Material, Querschnitt und Länge des Leiters Abbildung 34 zeigt Verluste am Beispiel eines 10 kW Kleinstwasserkraftwerks. Die in der Abbildung dargestellten Berechnungen vergleichen Verluste in Stromleitungen mit einer Länge von 3 km und 200 Metern (Drahtmaterial - Aluminium mit einem Querschnitt von 25 mm).
Wie Sie sehen, betrug die Spannungsreduzierung bei einer Stromleitung mit einer Länge von 3 km 68 %, während sie bei einer Stromleitung mit einer Länge von 200 Metern nur 5 % betrug. Bei ausreichend großen Wasserkraftwerken (oder leistungsstarken Kleinwasserkraftwerken) wird dieses Problem durch die Übertragung von Strom an ein Umspannwerk gelöst, wo seine Spannung auf Hunderte Kilovolt erhöht wird, was die Übertragung großer Leistungen über Stromleitungen mit minimalem Kreuz ermöglicht -Abschnitt des Drahtes und mit minimalen Verlusten. Technisch gesehen kann für Mikrowasserkraftwerke auch ein System von Transformatoren (zum Erhöhen und anschließenden Verringern der Spannung) bereitgestellt werden, dies erhöht jedoch die Gesamtkosten der Mikrowasserkraftwerke. Der zweite Faktor bei der Reduzierung der Spannungs-/Leistungsindikatoren, die den Verbraucher erreichen, ist das Material und der Querschnitt der Stromleitungsdrähte. Warum müssen Drähte und Kabel für den langfristig zulässigen Strom berechnet werden? Zunächst werden Berechnungen für eine sichere und zuverlässige Stromversorgung durchgeführt. Ein ebenso wichtiger Faktor ist der wirtschaftliche Teil. Es wäre einfach, einen dicken Kupferdraht zu nehmen und ohne Berechnung sicherzustellen, dass der elektrische Strom verlustfrei durch einen solchen Draht fließt. Die Kosten einer solchen Stromleitung sind jedoch wirtschaftlich nicht zu rechtfertigen. Es versteht sich, dass bei gleichem Strom in der Stromleitung und steigender Spannung mehr Leistung übertragen werden kann. Dies bedeutet, dass bei einem konstanten Querschnitt der Stromleitung große Leistungen über große Entfernungen übertragen werden können. Für ein technisch und wirtschaftlich effizientes Mikrowasserkraftwerk ist es daher notwendig, einen Ort für den Bau so nah wie möglich an den Verbrauchern zu wählen und geeignete Materialien für Stromleitungen zu verwenden. Bewertung der hydrologischen Parameter Die potenzielle Leistung eines Kleinstwasserkraftwerks wird anhand von zwei Hauptindikatoren berechnet:
Diese Indikatoren werden in der folgenden Formel zur Berechnung der Produktionskapazität des ausgewählten Gebiets verwendet: , wobei: P = elektrische Leistung, kW; Q = Durchflussrate, m3/s; H = Kopfwert, m; g = Erdbeschleunigung (9.81 m/s2); η = Gesamtwirkungsgrad (Nutzung 70 %). Wie Sie sehen, ist es für die Berechnung notwendig, die Werte Wasserdruck und Durchfluss in die Formel einzugeben. Um diese Daten zu erhalten, gibt es viele geeignete Methoden zur Leistungsberechnung – einfache und komplexe, genaue und näherungsweise. Die Werte von Wasserdruck und -durchfluss sind die Hauptindikatoren für die Standortwahl für den Bau eines Wasserkraftwerks. In der Praxis gibt es Orte, die für den Bau von Kleinstwasserkraftwerken attraktiv sind und an denen eine vorläufige Einschätzung von Druck und Durchfluss recht einfach möglich ist. Allerdings gibt es auch oft Stellen, an denen die Parameter des Gewässers nicht so deutlich erkennbar sind. Dies kann durch ein geringes Gefälle des Wasserlaufs oder einen unorganisierten Wasserfluss behindert werden (wenn ein Fluss oder Bach aus mehreren Kanälen oder vielen zu- und abfließenden Bächen besteht). Um nicht jedes Mal detaillierte Messungen des Wasserdrucks und -durchflusses an verschiedenen Orten durchführen zu müssen, empfiehlt es sich, an mehreren Orten, an denen der Bau eines Kleinstwasserkraftwerks optisch machbar ist, eine Vorabbewertung vorzunehmen. Dies ist notwendig, um den besten Standort für die Durchführung detaillierter Untersuchungen auszuwählen. Dazu werden unterschiedliche Methoden verwendet. Sie können zum Beispiel Folgendes verwenden: Kartografische Daten, die Höhenmarkierungen auf dem Boden zeigen. Solche Karten sind bei Geologen, örtlichen Staatsregistern, lokalen Regierungsbehörden oder für die Bewässerung zuständigen Stellen erhältlich. Solche Karten zeigen alle wesentlichen Höhenänderungen am Boden und an den Wasserrändern (Flussufern). Mit ihrer Hilfe können Sie den Höhenunterschied und damit den möglichen Druck vorab abschätzen. Sie können auch die erforderliche Länge des Umleitungskanals grob abschätzen (im Falle eines Kleinwasserkraftwerks vom Umleitungstyp).
Diese Bewertung wird es uns ermöglichen, weniger attraktive Orte auszusortieren und an ein oder zwei Orten mit detaillierteren Recherchen zu beginnen. Wasserdruckanzeige Um ein ausreichend leistungsstarkes Kleinstwasserkraftwerk (z. B. mehr als 10 kW) zu bauen, ist es vorzuziehen, Untersuchungen mit Hilfe von Spezialisten und deren Ausrüstung durchzuführen. Ist dies nicht möglich oder ist der Bau eines kleinen Kleinstwasserkraftwerks geplant, kann man mit relativ einfachen Mitteln selbst recherchieren.
Bei dieser Methode (Abb. 35) werden ein mit Wasser gefüllter transparenter Schlauch (z. B. ein Bewässerungsschlauch) und das Prinzip kommunizierender Gefäße verwendet. Der Wasserstand an einem Ende des Rohrs sollte auf dem oberen Niveau liegen; In diesem Fall ist es notwendig, den Abstand vom Wasserspiegel am anderen Ende des Rohrs bis zum Boden (untere Markierung) zu messen. Bei der nächsten Messung sollte die Höhe der oberen Markierung dort liegen, wo sich die untere Markierung bei der vorherigen Messung befand. Die Summe dieser Höhen ergibt die Gesamthöhe zwischen stromaufwärts und stromabwärts (d. h. der Förderhöhe). Das gleiche Prinzip wird bei der Druckmessung mit einer Gebäudewaage und einer Messlatte angewendet (Abb. 36).
Es ist erforderlich, dass die Platte streng horizontal positioniert wird (dies wird durch eine Gebäudeebene sichergestellt) und der Druck nach dem gleichen Prinzip gemessen wird, wie im Beispiel mit dem Rohr angegeben. Wasserdurchflussmessung Der Wasserverbrauch in Gebirgsflüssen und -bächen Kirgisistans wird beobachtet:
Der maximale Durchfluss beträgt in der Regel das 3- bis 5-fache des minimalen Durchflusses. Daher ist es notwendig, bei der Beurteilung den Zeitraum des Mindestwasserverbrauchs zugrunde zu legen. In der Wintersaison, in der am meisten Strom benötigt wird, ist der Wasserverbrauch in der Regel minimal. Das folgende Diagramm (Abb. 37) veranschaulicht diesen Zusammenhang am Beispiel des Flusses Taldy-Suu und des Dorfes Taldy-Suu (Bezirk Tyupsky).
Genau wie bei der Beurteilung des Wasserdrucks können Sie bei der Beurteilung des Durchflusses zwei Vorgehensweisen anwenden – mit Hilfe von Spezialisten und deren Ausrüstung oder unabhängig mit improvisierten Mitteln (Abb. 38). Methode a) ist eher für kleine Wasserläufe (Bach, Graben) gedacht und verwendet heimische Behälter (Eimer, Fass). Es ist notwendig, den Zeitpunkt des Befüllens des Behälters (dessen genaues Volumen bekannt ist) zu notieren und den Wasserverbrauch zu ermitteln.
Bei großen Volumina empfiehlt sich Methode b). Um den Wasserdurchfluss mit dieser Methode zu messen, muss eine Stelle im Flussbett ausgewählt werden, die 5–10 m lang ist, eine möglichst gleichmäßige Tiefe und Breite aufweist und eine ruhige Strömung aufweist. Es ist notwendig, die Tiefe und Breite der Strömung im Gebiet an mehreren Stellen zu messen und den Durchschnittswert zu ermitteln. Im zweiten Schritt wird die Durchflussmenge bestimmt. Werfen Sie dazu einen Schwimmkörper (ein beliebiges leichtes schwimmendes Objekt, z. B. Papier, Schaumstoff usw.) an den Anfang des ausgewählten Abschnitts und messen Sie die Zeit, die er benötigt, um diesen Abschnitt des Flusses zu schwimmen. Die Wasserverbrauchsanzeige wird durch die Formel bestimmt: , wobei: Q – Wasserdurchfluss, m3/s; h - Fließtiefe, Meter; b - Fließbreite, Meter; v - Strömungsgeschwindigkeit, Meter pro Sekunde; f ist der Durchflusskoeffizient. Für diese Formel ist die Verwendung des Durchflusskoeffizientenindikators (f = 0,5...0,8) erforderlich. Je rauer die Ufer, je felsiger der Boden, je geringer die Tiefe und je größer die Breite des Kanals, desto kleiner muss der f-Wert in der Formel eingesetzt werden. Beispiel:
Der Wasserverbrauch (Q) beträgt: Q \u0,4d 1 x 0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / s. Strombedarfsermittlung Eine korrekte Einschätzung des Strombedarfs ist sehr wichtig, um festzustellen, ob die Leistung Ihres Kleinwasserkraftwerks ausreicht, um Ihren Strombedarf zu decken. Um die Menge des Stromverbrauchs zu bestimmen, muss zunächst berücksichtigt werden, in welchem System er verwendet wird – in öffentlichen Stromnetzen oder im eigenen Verbrauchsnetz. Bei der Übertragung an das Zentralsystem wird der von einem Mikrowasserkraftwerk erzeugte Strom in das öffentliche Netz eingespeist. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, das Verhältnis von Stromverbrauch und Stromproduktion zu berechnen. Beim Betrieb eines Kleinstwasserkraftwerks im eigenen Netz ist die Durchführung von Berechnungen zum Stromverbrauch und zur Stromerzeugung erforderlich. Dies ist notwendig, um sowohl die Unterproduktion als auch die Überproduktion von Strom zu beseitigen. Wenn die Unterproduktion durch den parallelen Verbrauch von Strom aus öffentlichen Verbrauchsnetzen (EE) ausgeglichen werden kann, führt der Bau von mehr Strom als nötig zu einem ungerechtfertigten Anstieg der Baukosten von Kleinstwasserkraftwerken. Darüber hinaus muss, wie im Abschnitt „Steuerungssystem von Kleinstwasserkraftwerken“ beschrieben, überschüssiger Strom durch die Ballastlast (z. B. Heizelemente zum Erhitzen von Wasser) verbraucht werden, um den normalen Betrieb des Hydraulikaggregats sicherzustellen. Dies führt auch zu höheren Baukosten, da der Einbau einer Ballastladung zusätzlichen Arbeits- und Materialaufwand erfordert. Die potenzielle Leistung eines Kleinstwasserkraftwerks (Stromproduktion) wird unter Berücksichtigung der bereits bekannten Formel zur Leistungsberechnung berechnet Was den Stromverbrauch betrifft, verfügt jedes Gerät über eine eigene Anzeige für den Stromverbrauch. Sie können beispielsweise die Daten in der folgenden Tabelle für Berechnungen verwenden. Diese Tabelle kann durch Daten zum Verbrauch anderer Elektrogeräte ergänzt werden.
Wenn gleichzeitig davon ausgegangen wird, dass eine große Anzahl von Verbrauchern Strom verbrauchen wird, ist es sehr schwierig zu bestimmen, welcher Strom zu welchem Zeitpunkt verbraucht wird. In diesem Fall ist es notwendig, mit den Verbrauchern den Verbrauchsmechanismus zu vereinbaren. Beispiel: Zu Stoßzeiten (morgens und abends) müssen Verbraucher bestimmte Elektrogeräte wie Bügeleisen, Staubsauger, Heizgeräte, Elektroherde usw. ausschalten (oder nicht einschalten). Besonderes Augenmerk sollte auf Elektromotoren und auf Elektromotoren basierende Haushaltselektromechanismen (Kreissägen, Nähmaschinen, Pumpen, Kompressoren usw.) gelegt werden. Beim Starten eines Elektromotors kann sich der Anlaufstrom gegenüber der auf dem Elektromotor angegebenen Nennleistung um das 3- bis 5-fache erhöhen. Die gleichzeitige Aktivierung mehrerer Elektromotoren kann dazu führen, dass die Belastung des KWK kurzzeitig über das zulässige Maß hinaus ansteigt, was sich negativ auf dessen Betrieb auswirken kann. Informationen zum Motor finden Sie im Reisepass (in der Dokumentation und auf einem an der Karosserie angebrachten Metallschild). Hier sind die Nominalwerte angegeben, d.h. solche, für die der Motor im Normalbetrieb bei höchstzulässiger Belastung ausgelegt ist. Auf dem Schild steht beispielsweise: P = 1,1 kW; U = 220 V; I = 4,3 A; f = 50 Hz; = 2810 U/min; Effizienz = 77,5 %; cos f = 0,87. Das heisst:
Unter Berücksichtigung der angegebenen Koeffizienten beträgt die elektrische Leistungsaufnahme des Elektromotors im Betrieb somit etwa 1,5 kW. Autoren: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A. Siehe andere Artikel Abschnitt Alternative Energiequellen. Lesen und Schreiben nützlich Kommentare zu diesem Artikel. Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik: Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten
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