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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Die Hauptthemen beim Bau von Kleinstwasserkraftwerken. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen Das Projekt zum Bau eines Mikrowasserkraftwerks hängt von vielen Parametern ab – hydrotechnischen, natürlichen, von der Art und Komplexität der verwendeten Ausrüstung, von den Bedingungen des Stromverbrauchs und anderen Faktoren. Wenn die Installation eines Mikrowasserkraftwerks mit einer Leistung von bis zu 10 kW geplant ist und die natürlichen Bedingungen den Bau komplexer Wasserbauwerke nicht erfordern, besteht in der Regel keine Notwendigkeit, Spezialisten für die Planung heranzuziehen. Eine Anlage, die solche Kleinstwasserkraftwerke herstellt, umfasst neben dem eigentlichen Wasserkraftwerk häufig auch eine flexible (Schlauch-)Druckleitung aus verschiedenen Materialien (Abb. 39). In diesem Fall reicht es aus, einen kleinen Wasserzulauf zu bauen, eine Druckleitung daran anzuschließen oder zusätzlich einen kleinen Umleitungskanal und ein Druckbecken zu bauen. Wenn der Bau eines Mikro-WKW mit größerer Kapazität geplant ist, ist es in diesem Fall sinnvoller, Spezialisten (oder eine spezialisierte Auftragnehmerorganisation) mit entsprechender Qualifikation und Erfahrung für die Planung und den Bau eines Mikro-WKW einzuladen. Um den richtigen Auftragnehmer auszuwählen, ist es hilfreich, sich mit seinen Qualifikationsdokumenten (Gosarchstroy-Lizenzen für den Bau von Wasserkraftwerken oder Bauarbeiten) sowie mit zuvor abgeschlossenen Arbeiten (entworfene oder gebaute Kleinstwasserkraftwerke) vertraut zu machen. Wenn es eine solche Gelegenheit gibt, können Sie diese Objekte persönlich besichtigen, mit ihren Eigentümern oder Nutzern sprechen, praktische Probleme oder Schwierigkeiten beim Bau und Betrieb herausfinden.
Beim Bau eines Mikro-Wasserkraftwerks mit einer installierten Leistung von beispielsweise mehr als 10 kW ist es neben der Frage der Ausrüstungskosten auch notwendig, Ihre technischen und arbeitsbezogenen Fähigkeiten sowie Ressourcen und Materialien, die für den Bau verwendet werden, realistisch einzuschätzen einer Wasseraufnahmeanlage, eines Umleitungskanals, eines Druckbeckens, eines tragenden Fundaments unter Ausrüstung. Für diese Bauwerke gelten neben den Materialanforderungen auch relativ strenge Anforderungen an Größe, Herstellungsmethode und Konstruktion. Sehr wichtig ist auch die Frage der Zufahrtsstraßen zur Baustelle – für den Transport von Baumaterialien, Maschinen und Geräten. Selbst der Bau einer einfachen technischen Straße oder die Beseitigung von Steinen und Bäumen sowie das Nivellieren der Oberfläche können die Kosten erheblich erhöhen und den Bau eines Mikrowasserkraftwerks erschweren. Wasseraufnahme Der Zweck einer Wasseraufnahme besteht darin, Wasser aus einem Fluss oder Stausee zu entnehmen und es einer Druckleitung zuzuführen. Die Hauptanforderung besteht darin, dass der Einlauf bei allen Wasserständen funktionieren muss, vom Tiefststand (Niedrigwasser) bis zum Hochwasserniveau, um von Zeit zu Zeit große Mengen an Kies, Steinen oder anderen von der Strömung mitgebrachten Ablagerungen bewältigen zu können Blätter und Trümmer bis hin zu ganzen Bäumen. Die richtige Auslegung der Wasseraufnahme ist ein entscheidender Faktor für die ordnungsgemäße Funktion des gesamten Wasserkraftwerks und eine wichtige Voraussetzung für die Reduzierung der Betriebs- und Reparaturkosten. Die Wasseraufnahme muss den folgenden Parametern entsprechen:
Um die Versorgung des Hydraulikaggregats mit der erforderlichen Wassermenge sicherzustellen, ist ein Rückstau (Anstieg des Wasserspiegels durch vollständige oder teilweise Verstopfung des Flussbettes (Gewässerlaufs)) erforderlich. Bei Staudamm-Kleinstwasserkraftwerken entsteht Rückstau durch einen Staudamm (Damm), wenn der Kanal durch einen Staudamm blockiert ist und der erforderliche Wasserstand und die erforderliche Wasserversorgung erreicht ist. Bei Umleitungs-Kleinwasserkraftwerken wird ein solcher Rückstau durch den Bau einer Sperre im Flussbett vor dem Eingang zum Umleitungskanal erzeugt. Eine solche Unterstützung kann geschaffen werden:
Die folgenden Abbildungen zeigen zwei gängige Beispiele für die Gestaltung von Wassereinläufen, bei denen es möglich ist, den Rückstau zu regulieren, um dessen Aufnahme in den Umleitungskanal sicherzustellen. Im ersten Fall (Abb. 40) wird der notwendige Rückstau durch Schleusen bereitgestellt und reguliert.
Im zweiten Fall (Abb. 41) sorgen horizontal im Wasserlauf verlegte Holzbalken für die nötige Unterstützung. Die Träger werden durch Kanalstrukturen gehalten. Eine Änderung des Wasserdrucks (Regulierung) erfolgt durch das Hinzufügen zusätzlicher Balken zur Anhebung des Wasserspiegels oder durch deren Entfernung – zur Reduzierung des Stauwasserspiegels.
In anderen Fällen ist es möglich, einen ungeregelten Wasserrückstau zu erzeugen – durch das Verlegen von Steinen (Sperrwerk) oder anderen Materialien (Stahlbetonstücke usw.) auf dem Flussboden unmittelbar nach der Einfahrt in den Umleitungskanal. Abbildung 42 unten zeigt als Beispiel eine Zeichnung einer Wasseraufnahmeanlage am Fluss Taldy-Suu (Bezirk Tyup) für ein Kleinstwasserkraftwerk mit einer Leistung von 60 kW.
Der Eingang zum Umleitungskanal muss gut gegen Wassererosion gesichert sein und aus Stahlbeton oder Bruchbeton bestehen. Es muss mit einem Torregler (Gateway) ausgestattet sein, um eine Änderung der in den Umleitungskanal aufgenommenen Wassermenge sicherzustellen und die Wasserzufuhr zum Wasserkraftwerk während der Reparatur- oder Wartungszeit vollständig zu unterbrechen Mikro-WKW (Abb. 43).
Der Eingang zum Umleitungskanal sollte über einen Vorsprung verfügen (Abb. 44), der als Falle für Steine, Kies, Sand und andere Sedimente dient. Allerdings kann der Felsvorsprung keinen hundertprozentigen Sedimentschutz bieten, er ist die erste Barriere auf ihrem Weg. Bei der Gestaltung von Wasserbauwerken können weitere Vorrichtungen zum Schutz vor Sedimenten vorgesehen werden, die weiter entfernt als das Einzugsbauwerk installiert werden. Der Vorsprung wird im Bereich des Eingangs zum Umleitungskanal in Form einer Vertiefung am Boden angebracht. Es muss regelmäßig auf Vollständigkeit überprüft werden und erfordert eine regelmäßige Reinigung.
Ableitungskanal Der Umleitungskanal dient der Wasserzuführung von der Entnahmestelle zur Druckrohrleitung. Es kann in Form eines Erd- oder Betonkanals hergestellt werden oder aus Betonschalen oder Igeln gebaut werden – in Form einer Kunststoff- oder Metallrohrleitung, wie es in den skandinavischen Ländern praktiziert wird. Der Umleitungskanal kann eine beliebige Länge haben – von null (wenn die Druckleitung unmittelbar am Wassereinlass oder Damm beginnt) bis zu mehreren Kilometern. Die wirtschaftlichsten Umleitungskanäle sind offene Erdkanäle. Sie weisen jedoch eine Reihe von Problemen auf, die mit einem hohen Wartungsaufwand verbunden sind. Wasserverlust; Erdrutsche, die durch austretendes Wasser aus nicht ausgekleideten Kanalwänden verursacht werden, erfordern ein stabiles und relativ flaches Gefälle. Dazu muss beim Bau eines Erdumleitungskanals die Berechnung seiner Neigung innerhalb der Werte von 0,002.0,003 berücksichtigt werden, d. h. eine Höhenänderung um 2-3 m pro 1000 m Kanallänge. Eine Erhöhung des Gefälles kann zu einer anschließenden Erosion der Erdwände des Kanals führen, und eine Verringerung des Gefälles kann im Winter zum Einfrieren führen. Umleitungskanäle aus Stahlbeton (einschließlich Wannen und Abschnitten für Hochgeschwindigkeitsströme) sowie aus Metall oder Kunststoff weisen nicht die Nachteile von Umleitungskanälen aus Erde auf – sie sind stärker und langlebiger und erfordern weniger Wartung und Reparatur. Solche Kanäle haben möglicherweise ein steileres Gefälle als Erdkanäle und sind daher weniger anfällig für das Einfrieren. Um ein Einfrieren zu verhindern, können Umleitungskanäle aus solchen Materialien zusätzlich isoliert (mit Platten, Isoliermaterialien abgedeckt, in den Boden vertieft) werden. Bei der Auslegung ist jedoch zu berücksichtigen, dass ein großes Gefälle des Umleitungskanals (und damit einhergehend eine hohe Durchflussrate) gewisse Nachteile mit sich bringt. Erstens eine komplexere Gestaltung des Druckbeckens – Wasser muss in der Regel unter Einhaltung eines bestimmten Regimes in ruhigem Zustand in das Druckbecken gelangen, um keine Brüche im Druckbecken zu bilden und es auch nicht mit der Zeit zu zerstören . Ein großes Gefälle des Umleitungskanals und dementsprechend eine hohe Durchflussrate im Allgemeinen können zur schnellen Zerstörung von Wasserbauwerken von Kleinstwasserkraftwerken führen. Zweitens verringert ein großes Gefälle den Druck (Höhenunterschied zwischen stromaufwärts und stromabwärts). Dementsprechend wird dadurch die Kapazität des Kleinwasserkraftwerks verringert. Die Fallhöhe ist ein wichtiger Faktor für die Leistung und vor allem für die Kosten eines Kleinwasserkraftwerks. Geräte mit niedriger Förderhöhe sind viel teurer als Geräte mit hoher Förderhöhe. Außerdem ist es großformatig und erfordert den Bau größerer Strukturen für seine Installation (Stützfundament, Maschinenraum usw.). Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Daten zu Materialien für den Bau eines Umleitungskanals mit ihren Stärken und Schwächen zusammen.
Eine nützliche Konstruktion zur Sicherstellung des Betriebs eines Kleinstwasserkraftwerks ist eine Schlammrutsche. Die Schlammaustragsvorrichtung verhindert, dass in der kalten Jahreszeit entstehender Schlamm in das Druckbecken und die Turbinenkammer gelangt. Es wird in der Einlaufvorrichtung vor dem Umleitungskanal mit ausreichend kurzem Umleitungskanal platziert und vorausgesetzt, dass sich der Schlamm erst im Fluss bildet. Bei langen Umleitungskanälen besteht die Möglichkeit, dass sich im Kanal selbst Schlamm bildet. Dabei werden Schlammaustragseinrichtungen vor dem Druckbecken angebracht. Die schallableitende Einrichtung in Form einer Querwanne wird senkrecht oder schräg zur Wasserströmungsrichtung im Umleitungskanal eingebaut (Abb. 45).
Der Boden der Schlammwanne liegt unterhalb des Wasserhorizonts, so dass der Schlamm nicht darunter durchläuft, sondern von der Rückwand in den Schlammkanal abgeleitet wird, der das gesammelte Wasser mit Schlamm in den Fluss umleiten würde. Wenn kein Schlamm vorhanden ist, wird die Schlammlösevorrichtung entfernt. Druckbecken Das Druckbecken eines Mikrowasserkraftwerks ist eine Struktur zur Verbindung eines Umleitungskanals mit einer Druckleitung, um den erforderlichen Druck und die erforderliche Wassermenge zu erzeugen sowie den Bach von Abfall und Sedimenten zu reinigen und überschüssiges Wasser abzuleiten. Es stellt außerdem sicher, dass das für den ordnungsgemäßen Betrieb des Hydraulikaggregats erforderliche Wasserregime aufrechterhalten wird. Das klassische Druckbecken-Design umfasst (Abb. 46):
Das Druckbecken muss aus Stahlbeton bestehen. Die Größe des Druckbeckens wird in der Regel anhand der Angaben des Geräteherstellers bestimmt. Es muss eine Mindestdurchfahrtshöhe vorhanden sein, um schnell wechselnde Turbinenströmungen bewältigen zu können, ohne den Wasserspiegel im Vorschiff übermäßig abzusenken. Als allgemeine Regel gilt, dass der erforderliche Headroom-Volumenspielraum 30 Sekunden Turbinenauslegungsströmung entspricht. Druckleitung Druckrohrleitungen versorgen die Turbinenkammer mit Wasser aus dem Druckbecken. Sie können entweder auf der Erdoberfläche oder im Untergrund installiert werden. Die oberirdische Installation ist die bevorzugte Option, wenn sich die Pipelinetrasse in felsigem Gelände befindet, wo das Ausheben des Grabens zu kostspielig wäre. Druckleitungen aus Metall werden vorzugsweise auch oberirdisch verlegt, um Wartungs- und Korrosionsschutzarbeiten zu erleichtern. Eine unterirdische Druckleitung kann aus folgenden Gründen eine Reihe von Vorteilen haben:
Die Nachteile unterirdischer Rohrleitungen liegen in den zusätzlichen Kosten und in der Tatsache, dass in steilen Abschnitten das Polstermaterial weggespült werden kann, so dass Zäune zur Eindämmung des Materials errichtet werden müssen. Die folgende Tabelle enthält grundlegende Informationen zu Materialien für Druckrohrleitungen.
Bahnhofsgebäude Das Gebäude des Kleinstwasserkraftwerks ist der Ort, an dem die Wasserkraftanlage und das Steuerungssystem des Kleinstwasserkraftwerks installiert werden. Es bietet außerdem Schutz für die Ausrüstung vor Regen, Schnee und niedrigen Temperaturen. Es gibt viele Möglichkeiten, oberirdisch zu bauen, die je nach den örtlichen Vorschriften und Vorschriften, der Materialverfügbarkeit und den klimatischen Bedingungen durchgeführt werden müssen. Für bergige Klimabedingungen eignen sich in der Regel Mauern aus Ziegeln oder Mauerwerk oder Stahlbetonblöcke. Transformatoren sollten entweder außerhalb des Bahnhofsgebäudes oder in einem separaten Raum untergebracht werden. Die beste Option zum Bau eines Fundaments für ein Gebäude und eines tragenden Fundaments für eine Hydraulikeinheit ist Stahlbeton. Bei kleinen Geräten ist der Bau eines Fundaments aus Schuttbeton zulässig. Am besten verwenden Sie die Detailzeichnung des tragenden Fundaments, um dessen korrekte Konstruktion und die Einhaltung der erforderlichen Spezifikationen für die Befestigung der Ausrüstung zu gewährleisten. Dies wird in der Regel vom Gerätehersteller oder der Vertragsorganisation bereitgestellt. Abbildung 47 unten zeigt ein Mikro-WKW-Gebäude mit einer Leistung von 60 kW am Fluss Taldy-Suu (Dorf Taldy-Suu, Bezirk Tyup).
Diese Zeichnung zeigt die Hauptelemente des Kraftwerksgebäudes und das tragende Fundament des Wasserkraftwerks. Dieses Mikro-WKW verfügt über eine Radial-Axial-Turbine mit vertikaler Turbinenwelle. Bei der Planung eines Bahnhofsgebäudes sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:
Besonderes Augenmerk muss auf den Bau eines Umleitungstrakts für die ordnungsgemäße Umleitung des Wassers von der Turbine in den Fluss gelegt werden. Der Abflusskanal muss verstärkt werden, damit das austretende Wasser nicht sowohl den Kanal selbst als auch die Stellen, an denen das Wasser in den Fluss mündet, erodiert. Es kann aus Stahlbeton hergestellt werden. Die Herstellung aus Schuttbeton ist zulässig, sofern die Leistung des Kleinstwasserkraftwerks relativ gering ist. Autoren: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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