ст. гр. ТТ и Т 16-2 Аубакиров Е.А., ст. гр. РЭТ 16-2 Нуркейбеков А.Г.

Научный руководитель магистр естественных наук Естаев Д.Е.

Карагандинский технический государственный университет, Казахстан

Исследование и разработка конструкции всесезонной гидроэнергетической установки

В настоящее время само существование современной цивилизации находится под угрозой и требует решения ряда глобальных проблем, возникающих вследствие техногенных воздействий. Одним из путей сохранения окружающей среды на земле и ее экологии, является использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

На сегодняшний день необходимость внедрения возобновляемых источников энергии обуславливается следующими факторами: в первую очередь, экологическая чистота. Вторым важным фактором является то, что ресурсы для производство электроэнергии, воды бесконечны, бесплатны есть повсюду, где есть реки.

Для Казахстана необходимость использование обусловлена тем, что страна имеет очень много текущих рек, невероятную разбросанность больших и малых населенных пунктов вблизи рек, фермерских хозяйств, отгонных пастбищ, электроснабжения которых от энергосистемы экономически нецелесообразно и поэтому есть потребность в повсеместном внедрении гидроустановок.

В данной работе разработана модель гидроэнергетической установки, состоящая из гидродвигателя, передаточного механизма и конденсатора [1]. Модель гидроэнергетической установки показывает перспективы и возможности широкого использования мобильных гидроэнергетических установок небольшой мощности для электроснабжения бытовых потребителей вблизи рек.

Сегодня предприятия энергетического сектора Казахстана являются самым крупным источником загрязнения атмосферы. Ежегодно они выбрасывают в атмосферу более миллиона тонн вредных веществ и около 70млн. тонн двуокиси углерода по данным Международного энергетического агентства, Казахстан занимал третье место в мире по удельным выбросам парниковых газов по отношению к ВВП (6,11 кг на $1 ВВП).

Нами были исследованы все реки республики длинной более 10 км, которых оказалось 2174 суммарной длинной 83250 км. Число рек длинной от 10 км до 50 км составляет 1889 (86,9%), от 50 км до 100 км – 130(6,0%), более 100 км – 155(7,1%)ю суммарный запас гидравлической энергии составляет 172,6 млрд.КВт или 19,6 млн.КВт среднегодовой мощностью [1,25стр]. По территориям республики гидроэнергетические ресурсы распределены крайне неравномерно, например, на восточную часть (бассейн Иртыша – ВКО, Семипалатинская и Павлодарские области) приходится 72,06 млрд.КВт.ч или 41,8%, на Юго-Восточную часть (Алматинская, Талдыкорганская области) – 71,56 млрд.КВт.ч или 41,5%, на Северную часть (Акмолинская, Костанайская, Севроказазахстанская области) – 1,5 млрд.КВт.ч или 0,8%, на Центральную часть (Карагандинская, Жезказганская области) – 1,5 млрд.КВт.ч. или 0,8%, наЮжную часть (Жамбылская, Южно-Казахстанская, Кызылординскя области) – 23,2 млрд.КВт.ч (13,4%), на Запудную часть (Атырауская, Актюбинская, Уральская области) – 2,58 млрд.КВт.ч(1,6) . на значительной территории Казахстана с ее преимущественно равнинным рельефом, малыми уклонами и редкой речной сетью гидроэнергетические ресурсы составляют 3,4% от общих запасов.

Степень освоение экономически эффективных гидроэнергоресурсов в Республики Казахстан составляет 26%. Этот показатель в экономически развитых странах составляет: в США И Канаде – 50 – 50%, в странах Западной Европы и Японии от 60% до 90%.

Для того что бы оптимизировать работы гидроэлектростанций мы разработали мобильную конструкцию гидроэлектростанции. В целях научно-исследовательской работы выбрали реку Иртыш.

Иртыш является одной из крупнейших рек Казахстана. Его длинна с учетом Черного Иртыша составляет 4248 км. Его бассейн охватывает территорию в 1.595.680 квадратных километров[2].

В летние месяцы температура воды в Иртыше сравнительно высокая, в июле достигает +20-22 градуса по Цельсию, а в отдельные годы до +29 градусов. На Севере температура гораздо ниже. В сентябре температура воды начинает понижаться, а с 14 октября по 21 ноября Иртыш замерзает. Лед сходит только с 17 апреля и до 16 мая. В последние годы в районе города Павлодара сплошной ледостав не наблюдается, так как в результате сброса промышленных вод в черте города образуется промоина, не замерзающая лаже в тридцатиградусные морозы. Иртыш является важной транспортной магистралью, которая с древнейших времен связывала юг и север Сибири и Казахстана. Учитывая все особенности и свойства реки Иртыш, мы установили конструкцию гидроустановки. Конструкция модели гидроустановки изображена на рисунке.

I - Лопасти

II – Передаточный

III – Ось

IV – Генератор

V – Платформа

VI – подшипник

VII – Прутья

По сколько водная поверхность на реке Иртыш может иметь колебания, то конструкцию должна быть жесткой и устойчивой.

Для изготовления конструкции гидродвигателя использована пищевая жесть. Из нее вырезаны 8 заготовок в виде полуокружностей радиусом 34мм и 4 пластины 80х107 мм2. Заготовки спаяны между собой и таким образом получены 4 полуцилиндрических лопасти модели гидродвигателя. Размеры лопастей выбраны такими, чтобы модель гидроустановок могла выдавать мощности порядка 0,6Вт при средней скорости течении воды реки Иртыш 0,5м/c. Изготовленные лопасти припаяны к оси (III). Ось закреплена вертикально к платформе (IV) подшипником (VI). Вращение оси (III) увеличивается придаточным механизмом (II) и передается к генератору (IV), который при вращении вырабатывает электрическую энергию [3].

Для обеспечения нормальной работы гидродвигателя его необходимо устанавливать на отрезках реки с постоянной скоростью течения. Лучше всего мобильную гидроэлектростанцию ставить на отрезках реки с повышенной скоростью. В отдельных случаях гидродвигатель можно установить везде, где течет вода.

Одним из путей снижения загрязнения окружающей среды является использование не традиционных возобновляемых источников энергии. Из всех ныне существующих альтернативных источников энергии наиболее выгодным является – энергия воды.

Проведенные в данной работе исследования имеющихся ресурсов течения воды в Павлодарской области, позволяет сделать вывод о возможности широкого использования гидроустановок на территории области вдоль реки Иртыш.

-Впервые была разработана действующая модель гидроустановки, имеющая возможность работать и зимой и летом. Эта модель – экологически чистый автономный источник электрической энергии, который использует энергию течения воды.

-Изготовленная действующая модель гидроэнергетической установки открывает путь для широкого использования гидроэнергетических установок большей мощности достаточной для электроснабжения бытовых потребителей.

- Простота изготовления элементов предлагаемой конструкции модели гидродвигателя, позволяет использовать стандартное оборудование в электрической части гидроустановки и передаточном механизме, в качестве автономного источника энергии реальных гидроустановок, даже при низкой скорости течения воды.

- Конструкция предлагаемой гидроустановки может использоваться для электроснабжения бытовых потребителей на отгонных пастбищах, в отдаленных жилых домах.

Литература:

1.Дукенбаев К.Д. Энергетика Казахстана. Движение к рынку. – Алматы 2001

2.Энциклопедия «Павлодарское Прииртышье», издательство «Павлодар», 2003

3.Малин Н.К. Теоритические основы гидроэнергетики М., 1985