Pequenas centrais hidrelétricas - tipos e projetos

As usinas hidrelétricas são um conjunto de componentes que estão interligados e servem para converter energia (cinética e potencial) em energia elétrica ou vice-versa.

De acordo com a classificação existente, os pequenos são Usinas Hidrelétricas (UHE) potência até 10-15 MW, incluindo:

• pequenas centrais hidrelétricas — de 1 a 10 MW.

• mini-hídricas — de 0,1 a 1 MW.

• microcentral hidrelétrica — com capacidade de até 0,1 MW.

A vazão e a carga desempenham um papel decisivo na capacidade de uma usina hidrelétrica. O fluxo e a pressão são regulados usando um abastecimento de água pré-acumulado na parte superior da água. Quanto mais água no tanque, maior o nível de pressão da água e, consequentemente, a cabeça.

A fonte de potencial hidrelétrico utilizada na hidrelétrica são os grandes rios médios e pequenos, sistemas de irrigação e abastecimento de água, escoamento de encostas de geleiras e neve permanente.As UHEs diferem principalmente entre si na forma como criam pressão, no grau de regulação do fluxo, no tipo de equipamento principal instalado, na complexidade do uso do fluxo de água (simples ou multifuncional), etc.

As pequenas centrais hidrelétricas (pequenas centrais hidrelétricas) desempenham um papel particularmente importante no fornecimento de eletricidade a consumidores autônomos dispersos longe das linhas de transmissão. O artigo discute projetos comuns que utilizam a energia de pequenos córregos.

A configuração para usar o ambiente atual é mostrada na Fig. 1 a. Ele funciona da seguinte maneira. Quando as palhetas verticais 1 são influenciadas pelo meio que flui, ocorre uma força hidrodinâmica que impulsiona os aros de lastro. Através da ligação cinemática 3, o suporte transmite torque ao eixo do gerador, enquanto o próprio gerador permanece estacionário. Esta central hidroeléctrica opera em cursos de água de várzea cujo tamanho e energia determinam a sua capacidade.

Arroz. 1. Esquemas de operação de uma usina hidrelétrica plana: a) usina hidrelétrica plana, b) b) usina hidrelétrica.

A usina hidrelétrica (Fig. 1, b), em movimento, utiliza a energia do líquido por meio do impulsor 6. O impulsor 1 contém um eixo e palhetas localizadas sobre ele. A instalação é montada em uma estrutura 7 fixada em pontões 6. As pás, inclinadas perpendicularmente à direção do fluxo de água, mudam sua orientação para o fluxo com a ajuda da roda 4.

Uma das lâminas é feita de um compósito de partes internas e externas interligadas, possuindo um conector transversal localizado em ângulo com o eixo, e é enfraquecida por uma almofada elástica colocada entre as partes e uma conexão elástica.A ligação elástica é feita na forma de um pacote de placas voltadas para o fluxo do meio, de comprimento variável, aderidas à lâmina e em contato com sua parte externa. O dispositivo é orientado para um fluxo de água plano. As máquinas geradoras de energia aplicadas podem ser do tipo síncrono e assíncrono.

No mostrado na fig. 2, o fluxo de fluido da válvula de controle 1 é desviado alternadamente para as câmaras 2 e 3 e vice-versa.

Arroz. 2. Turbina no caminho de fluxo do sifão

O movimento rotacional do líquido nas câmaras provoca oscilações do ar e seu transbordamento pelas tubulações 4 e 6 com o acionamento da turbina 5 e do gerador a ela conectado. Para melhorar a eficiência de todo o dispositivo, ele é instalado no caminho de fluxo do sifão. Os pré-requisitos para uma operação sem problemas são o fluxo de líquido, limpo e sem grandes frações. Um rack de lixo é necessário para esta instalação.

Uma turbina hidráulica flutuante com potência de 16 kW (Fig. 3) é projetada para converter a energia cinética do fluxo em mecânica e depois em energia elétrica. A turbina é um elemento circular alongado feito de material leve (mais leve que a água) com aletas helicoidais na superfície. O elemento é suspenso em ambos os lados por hastes que transmitem torque ao gerador.

Figo. 3. Turbina de água flutuante

A usina hidráulica (Fig. 4) é projetada para gerar eletricidade por meio de um minigerador, que é acionado em rotação por uma correia sem fim 1 com baldes de água 2 localizados nela. Uma correia 1 com baldes 2 é montada em uma estrutura 3 capaz de ser transportado nas ondas. A armação 3 está presa a um suporte 4 no qual está localizado o gerador 5.

Os baldes estão localizados na parte externa da correia com os lados abertos voltados para a direção horizontal do fluxo de água.O número de baldes é determinado pela condição de garantir a rotação do gerador. É possível uma variante do uso de um dispositivo do tipo "escada" com lâminas acopladas.

Arroz. 4. Montagem da correia e caçamba

O dispositivo de aproveitamento da energia cinética dos fluxos consiste em cilindros verticais localizados na água em margens opostas, sobre os quais é colocado um rolo (Fig. 5).

Arroz. 5. Instalação de uma microbarragem

As lâminas são montadas entre o eixo superior e inferior do rolo. Devido ao ângulo de ataque entre as palhetas e o vetor velocidade, a água corrente movimenta os cilindros em rotação e, através do rolo, um gerador que gera eletricidade.

O dispositivo de aproveitamento da energia das vazões é constituído por um impulsor 1 localizado verticalmente na corrente d'água, com palhetas articuladas 2 nos aros superior 1 e inferior 3 (Fig. 6). A borda superior 1 está conectada ao gerador 4. A posição das palhetas 2 é regulada pelo próprio fluxo: perpendicular ao fluxo frontal e paralelo ao movimento a montante.

Arroz. 6. Um dispositivo que converte a energia do fluxo de água

A microcentral hidrelétrica de manga 1 kW (MHES-1) é composta por uma turbina em forma de roda de esquilo 1, uma palheta guia 2, uma tubulação flexível 3 com diâmetro de 150 mm, um dispositivo de sucção de água 4 , um gerador 5, uma unidade de controle 6 e quadro 7 (Fig. 7).

Arroz. 7. Bucha micro hidrelétrica 1 kW

A operação deste MicroHPP é realizada da seguinte forma: o dispositivo de entrada de água 4 concentra o meio hidráulico e através da tubulação 3 fornece uma diferença de altura entre o nível superior da água e a turbina de trabalho 1, a interação de uma certa pressão do fluido hidráulico com a turbina aciona esta última em rotação.O torque da turbina 1 é transmitido ao gerador elétrico.

A usina hidrelétrica sifão (Fig. 8) é utilizada onde há queda de fluido hidráulico a uma altura de 1,75 m da barragem ou em decorrência de condições naturais.

Arroz. 8. Unidade hidráulica de sifão

O funcionamento destas instalações é o seguinte: a passagem do fluido hidráulico pela turbina 1 sobe pela crista da barragem, fig. 9, o torque é transmitido através do eixo 2 e da engrenagem de correia 3 para o gerador elétrico 4. O meio líquido gasto entra na água de retorno através da linha de água em expansão.

Uma instalação micro-hídrica de baixa pressão (Fig. 9) funciona com uma altura nominal da coluna de líquido de pelo menos H = 1,5 m. À medida que o droop diminui, a potência de saída diminui. A altura de queda recomendada é de 1,4-1,6 m.

Arroz. 9. Usina hidrelétrica de baixa pressão

O princípio de funcionamento é baseado na interação do fluido hidráulico com a energia potencial, convertida em rotativa e depois em elétrica. No dispositivo de sucção 1, o líquido entra na turbina 2, o líquido é pré-vórtex e, penetrando ainda mais no ramal devido à queda do líquido, interage com as pás da turbina 2, converte a energia cinética do líquido em energia torque no eixo 3, em seguida, para o gerador elétrico.

O peso da estação de baixa pressão é de 16 kg com potência P = 200 W. O conversor hidroelétrico semidireto de hélice consiste em uma tubulação de pressão 1, uma grade de guia 2, uma turbina de hélice 3, um canal de saída arredondado 4, um torque eixo de transmissão 5 e gerador elétrico 6 (fig. 10).

Arroz. 10. Conversor de fluxo semidireto

A potência elétrica deste projeto está na faixa de 1-10 kW com uma diferença de altura Nm = 2,2-5,7 m Consumo de água QH = 0,05-0,21 m 3m / s. A diferença de altura Nm = 2,2-5,7 m. A velocidade de rotação da turbina será wn = 1000 rpm.

O conversor hidráulico de cápsula baseado no motor elétrico 2PEDV-22-219 (Fig. 11) funciona de maneira semelhante à usina hidrelétrica anterior com uma queda H = 2,5-6,3 m e uma vazão de água Q = 0,005-0,14 m 3 / s Potência elétrica 1-5 kW. O diâmetro das turbinas de água é de 0,2 a 0,254 m. O diâmetro da roda hidráulica é Dk = 0,35-0,4 m.

Arroz. 11. Micro-hidrelétrica cápsula

O conversor hidráulico de fluxo direto (Fig. 12) consiste em uma turbina propulsora 1, uma grade guia 2, um eixo de transmissão de torque 3, um gerador elétrico 4, uma tubulação de exaustão 5. Ele funciona usando uma tubulação de pressão.

Arroz. 12. Conversor hidráulico de fluxo direto

O hidroconversor (Fig. 13) é projetado para converter a energia de um meio líquido em movimento rápido em energia elétrica.

Arroz. 13. Conversor de energia hidráulica para fluxo rápido de água

É constituída por uma turbina propulsora 1, localizada numa cápsula 2, e está instalada em correntes de água denominadas «correntes rápidas». A cápsula está localizada na palheta guia 4, que é montada dentro do meio fluido. O torque da turbina é transmitido ao eixo 5 e depois ao gerador elétrico 6.