Pequeñas centrales hidroeléctricas - tipos y proyectos

Las centrales hidroeléctricas son un conjunto de componentes que se encuentran interconectados y sirven para convertir la energía (cinética y potencial) en energía eléctrica o viceversa.

Según la clasificación existente, los pequeños son centrales hidroeléctricas (HPP) potencia hasta 10-15 MW, incluyendo:

• pequeñas centrales hidroeléctricas — de 1 a 10 MW.

• minicentrales hidroeléctricas — de 0,1 a 1 MW.

• microcentral hidroeléctrica — con una capacidad de hasta 0,1 MW.

El caudal y la altura juegan un papel decisivo en la capacidad de una planta hidroeléctrica. El caudal y la presión se regulan mediante un suministro de agua preacumulada en la parte superior del agua. Cuanta más agua haya en el tanque, mayor será el nivel de agua a presión y, en consecuencia, la cabeza.

La fuente del potencial hidroeléctrico utilizado en la energía hidroeléctrica son los ríos grandes, medianos y pequeños, los sistemas de riego y suministro de agua, la escorrentía de las laderas de los glaciares y las nieves permanentes.Las centrales hidroeléctricas se diferencian principalmente entre sí en la forma en que generan presión, el grado de regulación del flujo, el tipo de equipo principal instalado, la complejidad del uso del flujo de agua (simple o multifuncional), etc.

Las pequeñas centrales hidroeléctricas (pequeñas centrales hidroeléctricas) juegan un papel particularmente importante en el suministro de electricidad a consumidores autónomos dispersos lejos de las líneas eléctricas. El artículo analiza proyectos comunes que utilizan la energía de pequeños arroyos.

La configuración para usar el entorno actual se muestra en la Fig. 1 a. Funciona de la siguiente manera. Cuando las paletas verticales 1 son influenciadas por el medio que fluye, se produce una fuerza hidrodinámica que impulsa los anillos de lastre. A través del enlace cinemático 3, el soporte transmite par al eje del generador, mientras que el propio generador permanece estacionario. Esta central hidroeléctrica opera en cursos de agua de tierras bajas cuyo tamaño y energía determinan su capacidad.

Arroz. 1. Esquemas de operación de una central hidroeléctrica plana: a) central hidroeléctrica plana, b) central hidroeléctrica plana.

La planta hidroeléctrica (Fig. 1, b), mientras se mueve, utiliza la energía del líquido por medio del impulsor 6. El impulsor 1 contiene un eje y paletas ubicadas en él. La instalación está montada sobre un marco 7 fijado sobre pontones 6. Las palas, inclinadas perpendicularmente a la dirección del flujo de agua, cambian su orientación al flujo con la ayuda de la rueda 4.

Una de las palas está hecha de un compuesto de partes internas y externas entrelazadas, que tiene un conector transversal ubicado en ángulo con el eje, y está debilitada por una almohadilla elástica colocada entre las partes y una conexión elástica.La unión elástica se realiza en forma de paquete de placas enfrentadas al flujo del medio, de longitud variable, adheridas a la pala y en contacto con su parte exterior. El dispositivo está orientado a un flujo de agua plano. Las máquinas generadoras de energía aplicadas pueden ser de tipo síncrono y asíncrono.

En lo mostrado en la fig. 2, el flujo de fluido de la válvula de control 1 se desvía alternativamente a las cámaras 2 y 3 y viceversa.

Arroz. 2. Turbina en la trayectoria del flujo del sifón

El movimiento de rotación del líquido en las cámaras provoca oscilaciones de aire y su desbordamiento a través de las tuberías 4 y 6 con la activación de la turbina 5 y el generador conectado a ella. Para mejorar la eficiencia de todo el dispositivo, se instala en la ruta de flujo del sifón. Los requisitos previos para un funcionamiento sin problemas son líquido fluido, limpio y sin grandes fracciones. Se requiere un estante para basura para esta instalación.

Una turbina de agua flotante con una potencia de 16 kW (Fig. 3) está diseñada para convertir la energía cinética del flujo en mecánica y luego en energía eléctrica. La turbina es un elemento circular alargado de material ligero (más ligero que el agua) con aletas helicoidales en la superficie. El elemento está suspendido en ambos lados por varillas que transmiten el par al generador.

Higo. 3. Turbina de agua flotante

La planta de energía hidráulica (Fig. 4) está diseñada para generar electricidad a través de un mini-generador, que es accionado en rotación por una correa de transmisión sin fin 1 con cubos de agua 2 ubicados en él. Una correa 1 con cubos 2 está montada en un marco 3 capaz de ser transportado por las olas. El marco 3 está unido a un soporte 4 en el que se encuentra el generador 5.

Los baldes están ubicados en el exterior de la banda con los lados abiertos mirando hacia la dirección horizontal del flujo de agua.El número de cubos está determinado por la condición para garantizar la rotación del generador. Es posible una variante del uso de un dispositivo de tipo "escalera" con cuchillas adjuntas.

Arroz. 4. Montaje de correa y cangilón

El dispositivo para aprovechar la energía cinética de los flujos consiste en cilindros verticales ubicados en el agua en orillas opuestas, sobre los cuales se coloca un rodillo (Fig. 5).

Arroz. 5. Instalación de una micro represa

Las cuchillas están montadas entre el eje superior e inferior del rodillo. Debido al ángulo de ataque entre las paletas y el vector de velocidad, el agua que fluye impulsa los cilindros en rotación y, a través del rodillo, un generador que genera electricidad.

El dispositivo para aprovechar la energía de los flujos consiste en un impulsor 1 ubicado verticalmente en el flujo de agua, con paletas articuladas 2 en los bordes superior 1 e inferior 3 (Fig. 6). El borde superior 1 está conectado al generador 4. La posición de las paletas 2 está regulada por el propio flujo: perpendiculares al flujo frontal y paralelas al movimiento aguas arriba.

Arroz. 6. Un dispositivo que convierte la energía del flujo de agua

La microcentral hidroeléctrica de manga 1 kW (MHES-1) consta de una turbina en forma de rueda de ardilla 1, una paleta guía 2, una tubería flexible 3 con un diámetro de 150 mm, un dispositivo de succión de agua 4 , un generador 5, una unidad de control 6 y marco 7 (Fig. 7).

Arroz. 7. Casquillo micro hidroeléctrico 1 kW

El funcionamiento de este MicroHPP se lleva a cabo de la siguiente manera: el dispositivo de toma de agua 4 concentra el medio hidráulico y a través de la tubería 3 proporciona una diferencia de altura entre el nivel superior del agua y la turbina de trabajo 1, la interacción de una cierta presión del fluido hidráulico con la turbina impulsa a este último en rotación.El par de la turbina 1 se transmite al generador eléctrico.

Se utiliza una central hidroeléctrica de sifón (Fig. 8) donde hay una gota de fluido hidráulico a una altura de 1,75 m de la presa o como resultado de condiciones naturales.

Arroz. 8. Unidad hidráulica de sifón

El funcionamiento de estas instalaciones es el siguiente: el paso del fluido hidráulico por la turbina 1 asciende por la coronación de la presa, fig. 9, el par se transmite a través del eje 2 y el engranaje de la correa 3 al generador eléctrico 4. El medio líquido gastado ingresa al agua trasera a través de la línea de agua en expansión.

Una microinstalación hidroeléctrica de baja presión (Fig. 9) opera con una altura nominal de la columna de líquido de al menos H = 1,5 m. A medida que disminuye la caída, disminuye la potencia de salida. La altura de caída recomendada es de 1,4-1,6 m.

Arroz. 9. Central hidroeléctrica de baja presión

El principio de funcionamiento se basa en la interacción del fluido hidráulico con la energía potencial, convertida en rotativa y luego en forma eléctrica. En el dispositivo de succión 1, el líquido ingresa a la turbina 2, el líquido se agita previamente y, al penetrar aún más en la tubería de derivación debido a la caída del líquido, interactúa con las palas de la turbina 2, convierte la energía cinética del líquido en un torque en el eje 3, luego al generador eléctrico.

El peso de la estación de baja presión es de 16 kg con potencia P = 200 W. El convertidor de energía hidroeléctrica semidirecto de hélice consta de una tubería de presión 1, una rejilla guía 2, una turbina de hélice 3, un canal de salida redondeado 4, un par eje de transmisión 5 y generador eléctrico 6 (fig. 10).

Arroz. 10. Convertidor de flujo semidirecto

La potencia eléctrica de este diseño está en el rango de 1-10 kW con un desnivel Nm = 2,2-5,7 m Consumo de agua QH = 0,05-0,21 m 3m/s. La diferencia de altura Nm = 2,2-5,7 m La velocidad de rotación de la turbina será wn = 1000 rpm.

El convertidor hidráulico de cápsula basado en el motor eléctrico 2PEDV-22-219 (Fig. 11) funciona de manera similar a la central hidroeléctrica anterior con una altura H = 2,5-6,3 m y un caudal de agua Q = 0,005-0,14 m 3 / s Potencia eléctrica 1-5 kW. El diámetro de las turbinas de agua es de 0,2 a 0,254 m El diámetro de la rueda hidráulica es Dk = 0,35-0,4 m.

Arroz. 11. Microcentral hidroeléctrica cápsula

El convertidor hidráulico de flujo directo (Fig. 12) consta de una turbina de hélice 1, una rejilla guía 2, un eje de transmisión de par 3, un generador eléctrico 4, una tubería de escape 5. Funciona mediante una tubería de presión.

Arroz. 12. Convertidor hidráulico de flujo directo

El hidroconvertidor (Fig. 13) está diseñado para convertir la energía de un medio líquido que se mueve rápidamente en energía eléctrica.

Arroz. 13. Convertidor de energía hidráulica para un flujo de agua rápido

Consta de una turbina propulsora 1, ubicada en una cápsula 2, y se instala sobre corrientes de agua denominadas «corrientes rápidas». La cápsula se encuentra en la paleta guía 4, que está montada dentro del medio fluido. El par de la turbina se transmite al eje 5 y luego al generador eléctrico 6.