К.т.н. Лысенко В.С.

Казахский национальный педагогический университет им. Абая

Г. Алматы, Республика Казахстан

КОМПЛЕКСНЫЕ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ МИКРО ГЭС

В предгорных районах Республики Казахстан в связи с ростом жилищного строительства возрастает дефицит электрической энергии, в тоже время в этих районах имеется много мелких рек и водосбросов по трубам и арыкам. Предварительная оценка гидроэнергетического потенциала рек в районе гор Заилийского и Жетысуйского Алатау по заключению немецких специалистов составляет не менее 4 гигаватт, это примерно четверть общего объема потребляемой в республике энергии. Таким образом, решение проблемы экологически чистого и рационального использования возобновляемой энергии горных рек и водосбросов является весьма актуальной.

Для обеспечения широкого внедрения микро ГЭС (мощностью до 100 кВт) техническая политика должна ориентироваться на дальнейшее совершенствование их конструкций и унификацию компоновки, использование местных материалов, снижение стоимости агрегатов и монтажных пуско-наладочных работ, а также на обеспечение работы микро ГЭС в зимних условиях и в автоматическом режиме [1].

В соответствии с этим лабораторией инновационных технологий при институте прикладной физики и математики КазНПУ им. Абая проводятся комплексные НИОКР по созданию микро ГЭС минимально воздействующих на структуру воды и обеспечивающих высокую эффективность преобразования энергии потока воды.

Комплексный подход в решении этой задачи заключается в том, что модернизированы не только гидротурбины, но и напорные водоводы. Существующие напорные водоводы для микро ГЭС изготавливают в виде стальных труб и эластичных рукавов круглого сечения. Исследования, описанные в работе [2], показали, что круглое сечение труб не самая подходящая геометрическая форма не только для магистральных водопроводов, но и для напорных водоводов для микро ГЭС. В водоводах круглого сечения за счет интенсивной турбулентности возникают значительные гидравлические потери напора и негативные структурные изменения воды. Указанные потери напора определяются эмпирически и учитываются в общем коэффициенте полезного действия микро ГЭС. Снижение этих потерь существенно сказывается на мощности водосброса. Кроме геометрических параметров водоводов на гидравлические потери в них также влияют и материалы, из которых они изготовлены. Например, водоводы, изготовленные из дерева способны снизить гидравлические потери на 15-25% по сравнению со стальными трубами, а медные посеребренные водоводы, выполненные в форме имитирующей естественное течение воды способны практически устранить гидравлические потери [3].

Анализ современных тенденций, а также теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать конструкции, обеспечивающие естественное течение воды, и технологию изготовления напорных водоводов, позволяющие значительно снизить гидравлические потери, минимизировать негативное влияние на естественную структуру воды и значительно снизить себестоимость напорных водоводов.

Главным агрегатом, воздействующим на структуру воды и определяющим эффективность преобразования энергии потока водосброса, является гидротурбина. Традиционные гидротурбины с пропеллерными, диагональными, радиально-осевыми и ковшовыми рабочими колесами основаны на принципе силового воздействия воды на лопасти и ковши колес как на преграды. Это воздействие связано с интенсивной кавитацией, которая приводит к быстрому износу лопастей рабочих колес турбин. Экологические последствия воздействия кавитации на структурные изменения воды до сих пор не изучены.

Для устранения указанных недостатков и снижения себестоимости изготовления разработаны конструкции гидротурбин и технологии их изготовления для различных сочетаний напора и расхода воды, а также турбины для существующих водосбросов по трубам [4]. Отличительной особенностью этих турбин является то, что напорный поток воды воздействует на дисковые и конусно-винтовые лопасти турбин за счет гидравлического трения по принципу фокусировки, вихревого эффекта и реактивных сил, которые создаются при помощи форсунок. Таким образом, поток воды в турбине не разрывается, что ведет к минимизации кавитации.

Технология изготовления ротора-турбины аналогична технологии производства пластиковых бутылок, то есть при помощи экструдеров. Кроме того, корпус и другие детали энергетической установки могут изготовляться по этой же технологии. При серийном производстве себестоимость изготовления ротора-турбины и самих установок будет достаточно низкой для обеспечения рентабельности их производства.

Следует отметить, что разработанные технологии имеют НОУ-ХАУ в конструкции пресс-форм и композитных материалов для водоводов и роторов гидротурбин.

Работы финансируются за счет гранта Ректора КазНПУ им. Абая.

Литература:

1. Радионов В.Г. Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего. – М. : ЭНАС, 2010. – 352 с. (с. 108)

2. Лысенко В.С. Проблемы модернизации инженерных систем водоснабжения. Наука и практика: Проблемы, Идеи, Инновации: Материалы V Международной научно-практической конференции. – Чистополь, ИНЭКА. 2011. – 160 с. (ISBN 978-5-9901767-3-7, ISSN 2073-9435), С. 74-76.

3. Шаубергер В. Энергия воды. – М.: «Яуза», «Эксмо». 2008. – 320с.

4. Кулжабаев Б.Д., Лысенко В.С. Турбина и способ её изготовления. Инновационный патент РК № 23032. Опубликован 15.10.2010.