Безгреблева гідроелектростанція на основі занурених гідротурбін

Занурені гідротурбіни по своїй конструкції нагадують вітрові турбіни, але, навіть, при помірній швидкості водяного потоку є ефективними для

використання, бо робоче тіло (вода) майже у 1000 разів густіше за повітря.  конструктивна схема та геометричні параметри. До складу гідроагрегату на основі зануреної гідротурбіни входять власне гідротурбіна з лопатями 1, редуктор 2, трансмісія 3, гідрогенератор (електрогенератор) 4 та корпус-опора 5. Додатково схема може включати систему стабілізації швидкості обертання ротора та електричний адаптер. Турбіна встановлюється в потоці води WF таким чином, що її лопаті повністю занурені у воду, а потік води спрямований перпендикулярно площині лопатей і паралельно осі обертання турбіни. Основними конструктивними параметрами гідротурбіни є радіус ротора R_HT та висота турбіни (відстань від дна водотоку до вісі ротора) H_HT,

Лопаті гідротурбіни 1 уловлюють кінетичну енергію потоку води й перетворюють її в кінетичну обертальну енергію ротора гідротурбіни. Система стабілізації забезпечує постійну швидкість обертання ротора при зміні водяного напору. Редуктор 2 збільшує частоту обертання ротора гідрогенератора. Трансмісія 3 передає крутний момент ротора турбіни ротору гідрогенератора. Гідрогенератор 4 є електродинамічною системою, котра перетворює кінетичну енергію обертання гідротурбіни в електричну енергію. Електричний адаптер формує параметри електричного

Безгреблева ГЕС з донним способом кріпленням занурених гідротурбін

струму (силу струму, напругу та частоту), придатні для використання його споживачами та/або спрямування в електричну мережу.

Для фіксації занурених гідротурбін у водяному потоці можуть бути застосовані донний, понтонний та консольний способи кріплення.

Безгреблева гідроелектростанція з донним кріпленням занурених гідротурбін складається з N_HT агрегатів, подібних тим, які показані на рис. 8. Гідроагрегати встановлюються поперек течії на відстанях ΔL_HT один від одного. Кожна гідротурбіна відбирає кінетичну енергію частини водяного потоку, збільшуючи таким чином сумарне використання енергії потоку води.

Безгреблева ГЕС з понтонним розташуванням занурених гідротурбін включає понтон PN, гідроагрегати, елементи кріплення та якорі. Понтонна конструкція дозволяє швидко змінювати місце виробництва електричної енергії. Гідроелектростанція з консольним кріпленням занурених гідротурбін включає відповідні гідроагрегати, консольну балку з елементами кріплення, основу та опору. Безгреблеві ГЕС доцільно розташовувати поряд з електричними підстанціями та споживачами електроенергії.

Схема безгреблевої ГЕС з понтонним кріпленням занурених гідротурбін.

Електрична потужність агрегату P_EL на основі зануреної гідротурбіни визначається площею обхвату гідротурбіни А_HD, густиною води ρ_HD та швидкістю водяного потоку v_HD:

P_EL = k_HA·P_HD = k_HT·k_HG·P_HD = 0,5·k_HT·k_HG·ρ_HD·А_HD·v_HD³,        

де P_HD – потужність водяного потоку, який падає на гідротурбіну, P_HD = 0,5·ρ_HD·А_HD·v_HD³; k_HA, k_HT, k_HG – коефіцієнти корисної дії гідроагрегату, зануреної гідротурбіни та гідрогенератора відповідно, k_HA = k_HT·k_HG.

Площа обхвату гідротурбіни А_HD визначається радіусом її ротора R_HT:

А_HD = π·R_HT².                                     

З урахуванням цього виразу формула для розрахунку електричної потужності агрегату P_EL прийме вигляд:

P_EL = 0,5·k_HT·k_HG·ρ_HD·(π·R_HT²)·v_HD³.              

Електрична потужність P_HPP безгреблевої ГЕС, яка складається з групи однотипних гідроагрегатів, визначається як добуток числа гідроагрегатів N_HA на потужність одного гідроагрегату P_EL. З урахуванням виразу (18) отримуємо:

P_HPP = N_HA·P_EL = k_HA·N_HA·P_HD = k_HT·k_HG·N_HA·P_HD =

                         = 0,5·k_HT·k_HG·ρ_HD·N_HA·(π·R_HT²)·v_HD³.   

Електрична потужність каскадної ГЕС P_CS визначається як сума електричних потужностей окремих ступенів каскаду N_CS:

P_CS = 0,5·k_HT·k_HG·ρ_HD·N_CS·N_HT·(π·R_HT²)·v_HD³.           

• Гідроелектростанція
• Безгреблева гідроелектростанція
• Безгреблева гідроелектростанція на основі напівзанурених гідротурбін
• ТОВ "Ніжинські лабораторії скануючих пристроїв"

• Вітротурбінна гідроакумулювальна електростанція
• Вітротурбінна гідроакумулювальна електростанція на основі руслово-греблевої ГЕС

• Сидоров В.І. Технології гідро- та вітроенергетики. - Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г., 2016. - 166 с.
• Сидоров В.І. Безгреблеві гідроелектростанції на основі занурених та напівзанурених гідротурбін / Промислова електроенергетика та електротехніка. – 2017. - №3 (105). - с. 18-26
• Сидоров В.І. Вітротурбінні технології гідроакумулювання / Промислова електроенергетика та електротехніка. – 2016. - №6. - с. 14-24
• Сидоров, Василь (2016). Зваблення скіфа (Українська). Черкаси: Вертикаль. Видавець Кандич С.Г. с. 316. ISBN 978-966-2783-93-3