マイクロ水力発電所の建設。スキーム、説明

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マイクロ水力発電所の建設。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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小水力発電所の場所とレイアウトの選択は、自然条件、能力、将来のユーザーの要望によって決まります。これらすべての問題は本質的に複雑であり、水文パラメータと電気、建設、経済の問題の両方が含まれます。考慮すべきだマイクロ水力発電所建設の主な問題.

電力線

小水力発電所の建設は、消費者に近い住宅の近くで行うことが望ましい。なぜなら、送電線の距離とそれに対応する長さが増加すると、これらの送電線の建設、設置、保守のコストが両方とも高くなるからである。また、送電線（PTL）の抵抗による電力損失も増加します。

電気抵抗は、電流 (電力線) に対する導体の抵抗を特徴付ける物理量 (オームで表される) です。この値は導体の材質、断面積、長さによって異なります。

図 34 に 10 kW マイクロ水力発電所の例を使用した損失を示します。図に示す計算では、長さ 3 km と 200 メートルの電力線 (ワイヤの材質 - 断面積 25 mm のアルミニウム) の損失を比較しています。

小水力発電所の建設

小水力発電所の建設
図34。電力線の長さに応じた電力損失の計算

ご覧のとおり、長さ 3 km の送電線の電圧低下は 68% でしたが、200 メートルの送電線ではわずか 5% でした。

十分に大きな水力発電所（または強力な小型水力発電所）では、この問題は変電所に電力を送電することで解決され、そこで電圧が数百キロボルトに上昇し、最小限のクロスで大電力を送電線を通じて送電できるようになります。ワイヤの - セクションで、損失を最小限に抑えます。技術的には、マイクロ水力発電所に変圧器システム（電圧を上げてから下げるため）を供給することもできますが、これによりマイクロ水力発電所の全体的なコストが増加します。

消費者に届く電圧/電力インジケーターを減らす XNUMX 番目の要因は、電力線のワイヤーの材質と断面積です。

なぜワイヤやケーブルの長期許容電流を計算する必要があるのですか? まず、安全で信頼性の高い電源を実現するための計算が実行されます。同様に重要な要素は経済的な部分です。太い銅線を使用し、何も計算せずに、電流が損失なくそのような線を通過することを確認するのは簡単です。しかし、そのような送電線のコストは経済的に正当化されません。

電力線の電流が同じで電圧が増加すると、より多くの電力を伝送できることがわかります。これは、電力線の断面積が一定であれば、長距離にわたって大電力を伝送できることを意味します。

したがって、技術的かつ経済的に効率的なマイクロ水力発電所を建設するには、できるだけ消費者に近い場所を建設場所に選び、送電線に適切な材料を使用する必要があります。

水文パラメータの評価

マイクロ水力発電所の潜在的な電力は、次の XNUMX つの主要な指標に基づいて計算されます。

メートル単位の水圧;
XNUMX 秒あたりの水の消費量 (リットル (または立方メートル))。

これらの指標は、選択したサイトの生産能力を計算するための次の式で使用されます。

小水力発電所の建設 ,

ここで、P = 電力、kW。 Q = 流量、m3/s; H = ヘッド値、m; g = 重力加速度 (9.81 m/s2); η =全体的な効率（70％を使用）。

ご覧のとおり、計算には水圧と流量の値を式に入力する必要があります。このデータを取得するには、単純な方法と複雑な方法、正確な方法と近似的な方法など、検出力の計算に適した方法が多数あります。

水圧と流量の値は、水力発電所の建設場所を選択するための主な指標です。実際には、圧力と流量の事前評価を行うのが非常に簡単な、マイクロ水力発電所の建設に魅力的な場所があります。ただし、水路の状態があまりはっきりと見えない場所もよくあります。これは、水路の小さな傾斜や組織化されていない水の流れによって妨げられることがあります (川や小川が複数の水路や多くの流入および流出する流れで構成されている場合)。毎回異なる場所で詳細な水圧や流量の測定を行う必要がないように、目視でマイクロ水力発電所の建設が可能である複数の場所で事前評価を行うことが望ましい。これは、詳細な調査を実施するのに最適な場所を選択するために必要です。

このために、さまざまな方法が使用されます。たとえば、次を使用できます。

地面の標高マークを示す地図作成データ。このような地図は、地質学者、地方の州登録局、地方自治体当局、または灌漑を担当する団体から入手できます。このような地図は、地面と水辺 (川岸) の標高のすべての重要な変化を示します。彼らの助けを借りて、高低差を事前に推定し、それに応じて潜在的な圧力を推定することができます。また、必要な分水路の長さもおおよそ見積もることができます（分水式マイクロ水力発電所の場合）。

地面に水平にします。
GPS デバイスを使用した地形の高さと水辺の推定。両方とも特別なデバイスであり、携帯電話の一部のモデルで利用可能です。
測量所のデータに基づく平均長期排水量の推定。
灌漑を担当する当局からの水の消費量に関するデータ。

この評価により、魅力の低い場所を除外し、XNUMX つまたは XNUMX つの場所でより詳細な調査を開始できるようになります。

水圧計

十分に強力なマイクロ水力発電所（たとえば、10 kW 以上）を建設するには、専門家とその機器の助けを借りて調査を実行することが好ましい。これが不可能な場合、または小型マイクロ水力発電所の建設が計画されている場合は、比較的簡単な手段を使用して独自の調査を行うことができます。

小水力発電所の建設

小水力発電所の建設
図35。水を含むホースを使用した圧力の決定

この方法 (図 35) は、水で満たされた透明なチューブ (たとえば、灌漑ホース) と連絡管の原理を使用します。チューブの一端の水位は最高レベルにある必要があります。この場合、チューブのもう一方の端の水位から地面（下のマーク）までの距離を測定する必要があります。次回の測定では、上のマークのレベルが前回の測定時の下のマークの位置にある必要があります。これらの高さの合計が、上流と下流 (つまり、ヘッド) の間の合計の高さを示します。

建物レベルと測定バーを使用して圧力を測定する場合も同じ原理が使用されます (図 36)。

小水力発電所の建設

小水力発電所の建設
図 36. 建物のレベルを使用した圧力の決定

ボードは厳密に水平に配置する必要があり (これは建物のレベルを使用して確保されます)、圧力はチューブの例で示したのと同じ原理に従って測定されます。

水流測定

山川とキルギスタンの小川での水の消費量が観察されます：

最大 - XNUMX月... XNUMX月。
最小-XNUMX月...XNUMX月。

最大流量は通常、最小流量の 3 ～ 5 倍です。したがって、評価を行う際には、水使用量が最小となった期間を基準とする必要があります。一般に、最も多くの電力が必要となる冬季には、水の消費量は最小限に抑えられます。以下の図 (図 37) は、タルディ・スー川とタルディ・スー村 (チュプスキー地区) の例を使用してこの関係を示しています。

小水力発電所の建設
図37。タルディ・スー川の水流量とタルディ・スー村の電力消費量の割合

水圧を評価する場合と同様に、流量を評価する場合も、専門家とその機器の助けを借りて、または即席の手段を使用して独自に行うという 38 つのアプローチを使用できます (図 XNUMX)。

方法 a) は小規模な水路 (小川、溝) を対象としており、家庭用容器 (バケツ、樽) を使用します。容器を充填する時間を記録し（正確な量がわかっている）、水の消費量を決定する必要があります。

小水力発電所の建設

小水力発電所の建設
図38。以下を使用した水流の測定：a）バケツ; b）フロート。

大量の場合は、方法 b) を使用することをお勧めします。この方法で水流を測定するには、河床上の長さ5～10mで、深さと幅が最も均一で、流れが穏やかな場所を選ぶ必要があります。エリア内の流れの深さと幅を数箇所測定し、平均値を求める必要があります。 XNUMX 番目のステップは、流量を決定することです。これを行うには、選択したセクションの先頭にフロート (紙、発泡プラスチックなどの軽い浮遊物体) を投げ、川のこのセクションが浮くのにかかる時間を測定します。

水の消費量指標は、次の式で決定されます。

ここで、Q - 水流、m3/s。 h - 流れの深さ、メートル; b - 流れ幅、メートル; v - 流速、メートル/秒。 f は流量係数です。

この式では、流量係数インジケーター (f = 0,5...0,8) を使用する必要があります。堤防が荒く、底が岩が多いほど、深さが浅くなり、水路の幅が広くなるほど、式で使用する f 値を小さくする必要があります。

例：

流れの深さhは0,4mです。
流れ幅b-1,0m;
流速 v - 0,5 m/s;
フラックスファクターfは0,6とします

水の消費量（Q）は、Q \u0,4d 1 x0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / sに等しくなります。

電気ニーズの評価

マイクロ水力発電所の電力が電力需要を満たすのに十分であるかどうかを判断するには、電力需要を正しく評価することが非常に重要です。

まず第一に、電力消費量を決定するには、それがどのシステムで使用されるか、公共の電力網または独自の消費ネットワークで使用されるかを考慮する必要があります。

小水力発電所で生成された電力は中央システムに転送されると公共ネットワークに送られるため、この場合、電力の消費量と生産量の比率を計算する必要はありません。

マイクロ水力発電所を独自のネットワークで運用する場合、電力の消費と生産の計算を実行する必要があります。これは、電力の過小生産と過剰生産の両方を排除するために必要です。生産不足が公共消費ネットワーク（RES）からの電力の並行消費によって補われる場合、必要以上の電力の建設はマイクロ水力発電所の建設コストの不当な増加につながるでしょう。さらに、「マイクロ水力発電所の制御システム」のセクションで説明したように、水力ユニットの正常な動作を確保するには、バラスト負荷 (たとえば、水を加熱するための発熱体) によって過剰な電力を消費する必要があります。また、バラスト負荷の設置には追加の作業と資材が必要となるため、建設コストも高くなります。

マイクロ水力発電所の潜在的な電力（発電量）は、既知の電力計算式を考慮して計算されます。

電力消費量に関しては、各デバイスには独自の電力消費量の指標があります。

たとえば、以下の表のデータを計算に使用できます。この表には、他の電化製品の消費量に関するデータを追加できます。

小水力発電所の建設

一方で、多数の需要家が電力を使用することが想定される場合、いつ、どのような電力が消費されるのかを把握することは非常に困難です。この場合、消費者と消費メカニズムについて合意する必要があります。例: 混雑時間帯 (朝と夕方) には、消費者はアイロン、掃除機、ヒーター、電気ストーブなどの一部の電気製品の電源を切る (またはオンにしない) 必要があります。

電気モーターおよび電気モーターに基づく家庭用電気機構 (丸鋸、ミシン、ポンプ、コンプレッサーなど) には特に注意を払う必要があります。電気モーターを始動する場合、始動電流は電気モーターに表示されている定格電力と比較して 3 ～ 5 倍増加する可能性があります。複数の電気モーターを同時に作動させると、短期間に SHPP の負荷が許容レベルを超えて増加し、その動作に悪影響を及ぼす可能性があります。

エンジンに関する情報はパスポート（書類および車体に取り付けられた金属プレート）に記載されています。公称値はここに与えられています。エンジンが最大許容負荷での通常運転時に設計されているもの。

たとえば、プレートには次のように表示されます。 P = 1,1 kW; U = 220 V; I = 4,3A; f = 50 Hz; = 2810 rpm; 効率 = 77,5%; cos f = 0,87。その意味は：

P = 1,1 kW モーターシャフトの定格正味電力は 1,1 kW、つまり 1100 W
U =220Vの線間電圧は220Vです
I =4,3Aライン電流は4,3Aです
f =50Hzの主電源周波数は50Hzでなければなりません
n = 2810 rpm 公称回転速度、つまり定格負荷時のエンジン回転数は 2810 rpm
効率 = 77,5% 公称効率 (メーターで支払われる、ネットワークから受け取った電力の消費電力に対する有効シャフト電力の比率) は 77,5% です。
cos f = 0,87 力率 (「コサインファイ」とも呼ばれます) は 0,87 です。力率は電気の有効電力の比率です。別の形式、この場合は機械式、電気のフルパワーに変換できるものです。

したがって、示された係数を考慮すると、動作中の電気モーターの電力消費は約 1,5 kW になります。

著者: Kartanbaev B.A.、Zhumadilov K.A.、Zazulsky A.A.

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