Технические науки/5. Энергетика
Магистранты
Лысенко К.В., Юрченко А.В.
Санкт-Петербургский государственный
университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича
Проблемы автоматизированного
управления микро ГЭС и мобильного оповещения
В настоящее время в мировом энергобалансе с
каждым годом возрастает доля возобновляемых источников электроэнергии (ВИЭ).
Так, в странах Евросоюза планируется доведение их доли в 2020 г. до 20%.
Значительная роль здесь отводится ГЭС (гидроэлектростанции), в частности малым
и микро ГЭС. Это также относится и к Республике Казахстан с высоким
гидроэнергетическим потенциалом, особенно в южных регионах. В этой связи
актуальным становится развитие методического, информационного и технического
обеспечения эксплуатации малых ГЭС [1].
Актуальность разработки эффективных систем
автоматизированного управления микро
ГЭС и их каскадами, а также систем мобильного оповещения об аварийных ситуациях
также связана с перспективным внедрением в производство Республики Казахстан
новых комплексных микро ГЭС, разработанных лабораторией инновационных
технологий при КазНПУ им. Абая [2, 3].
Особенностью предлагаемых комплексных микро ГЭС
является новая технология
преобразования энергии напорного потока воды [4], которая заключается в
комплексном использовании вихревого эффекта для снижения гидравлических потерь
в напорном трубопроводе и конфузоре турбины, а также использовании центробежных
сил инерции в передаточном механизме между турбиной и генератором тока.
Последнее позволяет снизить потери в передаточном механизме. Кроме того используется новая конструкция
дисковой гидротурбины, отличающаяся от традиционных тем, что вращение ротора
турбины осуществляется за счет гидравлического трения и сцепления воды с
рабочими поверхностями дисков ротора турбины. Это позволяет снизить кавитацию и
обеспечивает использование доступных дешевых материалов для дисков турбины и
минимальное воздействие на структуру воды.
Гидроэлектростанции малой мощности обладают
целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным.
Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий,
который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды.
Предлагаемые микро гидроэлектростанции не создают вредного влияния ни на
свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается
гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для хозяйственной
деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме
того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов. Они
могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.
Станции, разрабатываемые с учетом современных требований, должны
отличаться простатой в управлении и работать полностью в автоматическом режиме
без участия персонала. При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно для
снабжения локальных объектов, так и в составе электросети.
Основным условием расширения масштабов внедрения
в производство микро ГЭС и их каскадов является научная проработка, как конструкций, так и систем
автоматического регулирования для обеспечения эффективной эксплуатации,
снижения эксплуатационных расходов, обеспечения автономной работы и стабильных параметров выходной мощности, то
есть напряжения и частоты вырабатываемого тока в соответствии с действующими
стандартами.
Существуют
разные способы стабилизации напряжения и частоты. К основным из них относятся:
- использование насыщенной индуктивности;
- управление напряжением путем регулирования скорости
потока воды;
- регулирование напряжения с помощью управления
емкостью;
- регулирование напряжения и частоты с помощью
управляемой нагрузки;
- преобразователя частоты.
Наиболее
предпочтительными методами являются регулирование с помощью управляемой
нагрузки и частотное регулирование [5].
В
работе [5] подробно описаны устройства автоматического регулирования с помощью
управляемой нагрузки и система частотного автоматического регулирования для
микро ГЭС, в которых используются
асинхронные генератора тока с возбуждение от конденсаторов. Эти генераторы
требуют дополнительного управления системой конденсаторного возбуждения
генератора. Последнее приводит к усложнению системы автоматического
регулирования микро ГЭС.
В
этой связи для предлагаемых комплексных микро ГЭС разрабатываются асинхронные
генераторы с самовозбуждением. Это позволит значительно упростить устройство
автоматического регулирования.
Следует
также отметить, что для обеспечения без перебойной работы станций их необходимо
комплектовать двумя одинаковыми микро ГЭС. Одна рабочая, другая резервная.
Последняя включается в работу в периоды технического обслуживания или
возникновения технических неполадок в работе основной рабочей микро ГЭС.
Для
этих целей разрабатываются системы автоматического переключения на работу
резервной станции в случае возникновения предаварийной ситуации в работе
основной и мобильного оповещения об этом в центр управления.
Критериями
предаварийного состояния микро ГЭС приняты параметры температуры подшипниковых
узлов и генератора тока, уровень шума и вибрации гидротурбины, расход воды и
параметры вырабатываемого тока.
Более
подробная информации об указанных выше разработках по обеспечению
автоматизированной работе микро ГЭС и их каскадов будет представлена в
следующих публикациях.
Таким образом,
разработка и внедрение систем автоматизированного контроля, управления и
мобильного оповещения на микро ГЭС позволит получить максимальный эффект не
только с точки зрения производительности и информативности, но и с точки зрения
правильного и рационального использования водных ресурсов, оптимального
использования механизмов гидравлической установки, своевременного проведения
технического обслуживания оборудования.
Литература:
1. Celso Penche. Layman's Handbook On How To
Develop A Small Hydro Site (Second Edition). – DG XVII European Commision 200
rue de la Loi B-1049 Bruselas Belgica. – 1998. – 266 p.
2.
Лысенко В.С. Сулейменов Б.Т.,
Рафиков И.Х. Комплексные
технологии для микро гидроэнергетики. ВЕСТНИК
КазНПУ им. Абая, серия «Физико-математические науки», №2 (42), 2013, с.
130-134.
3. Lyssenko V. S., Praliyev S.Z., Kulzhabayev B.D. Complex decisions for hydropower. 1st International Scientific
Conference “Applied Sciences
and technologies in the United States and Europe: common challenges and
scientific findings”: Papers of the 1st International Scientific
Conference (June 29, 2013). Cibunet Publishing. New York, USA. 2013. р. 207-209.
4.
Лысенко В.С., Пралиев
С.Ж. Способ преобразования энергии текучей среды. Инновационный патент РК № 28239. Опубл. 17.03.2014, бюл. № 3.
5.
Миленин А.А., Шишлаков
В.Ф. Система автоматического управления ГЭС малой мощности методом частотного
регулирования. Моделирование систем и процессов. Информационно-управляющие
системы. № 6, 2009. С. 25–29.