微型水力发电厂的建设。方案、说明

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微型水电站的位置和布局的选择取决于自然条件、未来用户的能力和愿望。所有这些问题都很复杂，既包括水文参数，也包括电力、建筑和经济问题。应该被考虑微型水电站建设的主要问题.

电力线路

最好将微型水力发电站建在离住宅、离消费者更近的地方，因为随着电力线距离和相应长度的增加，建造、安装和维护这些线路的成本都会增加，而且电力线的成本也会增加。由于电源线电阻 (TL) 造成的电力损失。

电阻是一个物理量（以欧姆表示），表征导体对电流（电源线）的电阻。该值根据导体的材料、横截面和长度而变化。

图 34 显示了容量为 10 kW 的微型水力发电厂示例的损耗。图中所示的计算比较了长度为 3 公里和 200 米的输电线路（电线材料 - 横截面为 25 毫米的铝）的损耗。

微型水电站建设

微型水电站建设
图 34。根据电力线长度计算电力损失

可以看到，3公里长的输电线路中的电压降为68%，而200米长的输电线路中的电压降仅为5%。

在足够大的水力发电厂（或强大的小型水力发电厂），通过将电力传输到变电站来解决这个问题，变电站将其电压提高到数百千伏，这使得通过最小的电力线传输大电力成为可能。导线横截面和损耗最小。从技术上讲，也可以为微型 HPP 提供变压器系统（先升高电压，然后降低电压），但这会增加微型 HPP 的总体成本。

降低到达消费者的电压/功率指标的第二个因素是输电线路的电线材料和横截面。

为什么要计算电线电缆的长期允许电流？首先，进行计算以获得安全可靠的电力供应。另一个重要因素是经济部分。很容易采用一根粗铜线，无需计算任何东西，即可确保电流无损耗地通过这样的电线。但这种输电线的成本在经济上是不合理的。

据了解，在电力线电流相同的情况下，随着电压的增加，可以传输更多的电力。这意味着，在电力传输线的导线横截面恒定的情况下，可以长距离传输大功率。

因此，对于技术和经济高效的微型水电站来说，必须选择尽可能靠近用户的建设地点，并使用合适的输电线路材料。

水文参数评估

微型水电站的潜在容量是根据两个主要指标计算的：

以米为单位的水压；
每秒耗水量，以升（或立方米）为单位。

这些指标用于计算所选区域的生产能力的公式如下：

微型水电站建设 ,

其中：P = 电功率，kW； Q=流量，m3/s； H=水头值，m； g = 重力加速度（9.81 m/s2）； η = 整体效率（使用 70%）。

正如您所看到的，为了进行计算，需要将水的压力和流量值输入到公式中。为了获得这些数据，有很多适合计算功率的方法——简单的和复杂的、精确的和近似的。

压力和水流量的数值是选择水力发电站建设地点的主要指标。在实践中，有些地方对建设微型水力发电厂很有吸引力，很容易对水头和流量进行初步评估。然而，也经常有一些地方的水道参数不那么清晰可见。这可能会受到水道小坡度或无组织的水流的阻碍（当河流或溪流由多个渠道或许多流入和流出组成时）。为了避免每次都对不同地方的压力和水流量进行详细测量，建议在几个目视可行的微型水力发电站建设的地方进行初步评估。这是为已经详细的调查选择最佳位置所必需的。

为此，使用了不同的方法。例如，您可以使用：

制图数据，指示地面海拔。此类地图可从地质学家、当地 Gosregister、LSG 或负责灌溉的当局获取。这些地图显示了地面和水边（河岸）海拔的所有显着变化。在他们的帮助下，您可以初步估计高度差，并相应地估计潜在的压力。还可以近似估计导流通道所需的长度（在微型HPP导流类型的情况下）。

平整地面。
使用 GPS 设备估算地形高度和水位线，这两种设备都很特殊，并且在某些型号的手机中可用。
基于测站数据的平均长期排水量估算。
负责灌溉的当局提供的用水量数据。

通过此评估，您可以剔除不太有吸引力的地方，并在一两个地方开始更详细的调查。

水压表

为了建设足够强大的微型水力发电站（例如10千瓦以上），最好在专家及其设备的帮助下进行勘察。如果这是不可能的，或者如果计划建造一个小型微型水力发电站，那么您可以使用相对简单的手段进行自己的研究。

微型水电站建设

微型水电站建设
图 35。使用带水的软管测定压力

该方法（图35）使用充满水的透明管（例如灌溉软管）和连通血管的原理。管一端水位应在最高标记处；在这种情况下，需要测量管子另一端的水位到地面（下标记）的距离。下次测量时，上部标记的水平应为上次测量时下部标记的水平。这些高度的总和将给出上游和下游之间的总高度（即水头）。

使用建筑物水平仪和测量杆测量压力时也使用相同的原理（图 36）。

微型水电站建设

微型水电站建设
图 36。使用建筑水平确定压力

板必须严格水平放置（使用建筑物标高来确保这一点），并且根据与管子示例中所示相同的原理测量压力。

水流量测量

观察到吉尔吉斯斯坦山区河流和溪流的用水量：

最大的 - 六月 ... 八月;
最小的 - 一月......三月。

最大流量通常是最小流量的3～5倍。因此，在进行评估时，需要以最小水流时期作为依据。一般来说，冬季的用水量最少，此时电力需求量最大。下图（图 37）以 Taldy-Suu 河和 Taldy-Suu 村（Tyup 区）为例说明了这种关系。

微型水电站建设
图 37。 Taldy-Suu 河的用水量与 Taldy-Suu 村的用电量之比

与评估水压的情况一样，可以使用两种方法来评估流量 - 在专家及其设备的帮助下，或独立地使用临时方法（图 38）。

方法a)更适用于小溪流（溪流、沟渠）并使用家用容器（桶、桶）。有必要检测填充容器的时间（其确切体积已知）并确定水的流量。

微型水电站建设

微型水电站建设
图 38。使用以下方法测量水流： a) 水桶； b) 浮动。

对于大体积，建议使用方法 b)。用这种方法测量水流，需要选择河床上的一个地方，长5-10m，深度和宽度最均匀，水流平静。需要测量该区域内多处水流的深度和宽度，并确定平均值。第二步是确定流量。为此，在所选部分的开头抛出一个浮标（任何轻的漂浮物体，例如纸张、泡沫等），并测量它游过该部分河流所需的时间。

耗水量指标由以下公式确定：

式中：Q——用水量，m3/s； h——水流深度，米； b——流宽，米； v——流速，米每秒； f 是流量系数。

对于该公式，需要应用流量系数指标（f = 0,5 ... 0,8）。海岸越崎岖、底部岩石越多、深度越浅、河道宽度越大，公式中的f值必须越小。

示例：

流深 h 为 0,4 m；
流动宽度 b - 1,0 m;
流速 v - 0,5 m/s;
通量因子 f 取为 0,6

耗水量 (Q) 将等于：Q \u0,4d 1 x0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / s。

电力需求评估

正确评估电力需求对于确定您的微型水力发电厂是否足以满足您的电力需求非常重要。

首先，为了确定耗电量，有必要考虑将在哪个系统中使用 - 公共电网还是自己的消费网络。

当转移到中央系统时，微型水电站产生的任何电力都将进入公共网络，在这种情况下，不需要计算电力消耗和生产的比率。

当微型水电站在自有网络中运行时，需要对电力的消耗和生产进行计算。这对于消除电力生产不足和生产过剩是必要的。如果生产不足可以通过公共消费网络（RES）的并行消耗电力来补偿，那么建设超过必要的容量将导致微型水电站建设成本的不合理增加。另外，如“微型水电站控制系统”一节所述，多余的电力必须被压载负载（例如用于加热水的加热元件）消耗掉，才能保证水电机组的正常运行。这也导致建筑成本增加，因为压载负载的安装需要额外的工作和材料。

微型水力发电厂（发电）的潜在容量是根据已知的功率计算公式计算的

至于用电量，每个设备都有自己的用电量指标。

例如，您可以使用下表中的数据进行计算。该表可以补充其他电器消耗的数据。

微型水电站建设

同时，如果设想电力将被大量消费者使用，那么很难确定将消耗多少电力以及在什么时间消耗。在这种情况下，就需要与消费者协调消费机制。例如在高峰时段（早上和晚上），消费者应关闭（或不打开）一些电器，例如：熨斗、吸尘器、取暖器、电炉等。

应特别关注电动机和基于电动机的家用电气机构（圆锯、缝纫机、泵、压缩机等）。电动机启动时，启动电流可能比电动机上标明的额定功率增加3-5倍。多台电动机同时启动可能会导致小水电站的负荷在短时间内增加，超过允许的负荷，这可能对其运行产生不利影响。

有关发动机的信息在其护照中标明（在文件中和附在车身上的金属板上）。这里给出的是标称值，即发动机设计为在最大允许负载下正常运行的那些。

例如铭牌上写着：P=1,1kW； U=220V； I = 4,3A； f = 50 赫兹； = 2810 转/分钟；效率=77,5%；余弦 f = 0,87。它的意思是：

P = 1,1 kW 电机轴上的额定有用功率为 1,1 kW，或 1100 W
U = 220 V 线电压为 220 V
I = 4,3 A 线路电流为 4,3 A
f = 50 Hz 电源频率必须为 50 Hz
n = 2810 rpm 额定转速，即额定负载下电机转速为 2810 rpm
效率 = 77,5% 标称效率（有用轴功率与从网络接收的电力消耗功率之比，由电表支付）为 77,5%
cos f = 0,87 功率因数（也称为“cos phi”）为 0,87。功率因数是电能与有功功率的比值，即它可以转换成另一种形式，在这种情况下 - 转换成机械形式，以充分发挥电力的作用。

因此，考虑到所指示的系数，电动机在运行期间的电力消耗将约为1,5kW。

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

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