마이크로 수력 발전소 건설. 계획, 설명

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마이크로 HPP의 위치 및 레이아웃 선택은 미래 사용자의 자연 조건, 기능 및 욕구에 따라 결정됩니다. 이러한 모든 문제는 복잡하며 수문 매개변수와 전기, 건설 및 경제 문제를 모두 포함합니다. 고려되어야한다 마이크로 수력 발전소 건설의 주요 문제.

전력선

전력선의 거리와 해당 길이가 증가함에 따라 이러한 라인의 구축, 설치 및 유지 비용이 증가하고 전력선(PL)의 저항으로 인한 전기 손실.

전기 저항은 전류(전력선 전선)에 대한 도체의 저항을 나타내는 물리량(옴으로 표시)입니다. 이 값은 도체의 재질, 단면 및 길이에 따라 다릅니다.

그림 34는 용량이 10kW인 소규모 수력 발전소의 예에 대한 손실을 보여줍니다. 그림에 표시된 계산은 길이가 3km와 200m인 송전선의 손실을 비교합니다(와이어 재료 - 단면적이 25mm인 알루미늄).

마이크로 수력 발전소 건설

마이크로 수력 발전소 건설
그림 34. 전력선 길이에 따른 전기 손실 계산

보시다시피 3km 길이의 송전선에서 전압 강하는 68%인 반면 200m 길이의 송전선에서는 5%에 불과했습니다.

충분히 큰 수력 발전소 (또는 강력한 소형 수력 발전소)에서이 문제는 전압이 수백 킬로 볼트로 증가하는 변전소에 전기를 전송하여 최소한의 전력선을 통해 큰 전력을 전송할 수 있도록함으로써 해결됩니다. 와이어 단면 및 최소 손실. 기술적으로 변압기 시스템(전압을 높인 후 전압을 낮추기 위한)도 마이크로 HPP에 공급할 수 있지만 이는 마이크로 HPP의 전체 비용을 증가시킵니다.

소비자에게 도달하는 전압 / 전력 표시기를 줄이는 두 번째 요소는 송전선 전선의 재료 및 단면입니다.

장기 허용 전류에 대한 전선 및 케이블 계산이 필요한 이유는 무엇입니까? 우선, 안전하고 안정적인 전원 공급을 위한 계산이 수행됩니다. 또 다른 중요한 요소는 경제적 부분입니다. 두꺼운 구리선을 사용하는 것은 쉬울 것이며 아무것도 세지 않고 전류가 그러한 전선을 손실없이 통과하는지 확인하십시오. 그러나 그러한 전력선의 비용은 경제적으로 정당화되지 않습니다.

전력선의 전류가 동일하고 전압이 증가하면 더 많은 전력을 전송할 수 있습니다. 이는 송전선로의 전선 단면이 일정하면 장거리에 걸쳐 큰 전력을 전달할 수 있음을 의미합니다.

따라서 기술적으로나 경제적으로 효율적인 미소수력발전소를 위해서는 소비자에게 최대한 근접한 시공장소를 선정하고 송전선로는 적절한 자재를 사용하는 것이 필요하다.

수문학적 매개변수 평가

마이크로 HPP의 잠재적 용량은 두 가지 주요 지표를 기반으로 계산됩니다.

미터 단위의 수압;
초당 리터(또는 입방 미터)의 물 소비량.

이 지표는 선택한 영역의 생산 능력을 계산하기 위해 다음 공식에 사용됩니다.

마이크로 수력 발전소 건설 ,

여기서: P = 전력, kW; Q = 유량, m3/s; H = 헤드 값, m; g = 중력 가속도(9.81m/s2); η = 전체 효율(70% 사용).

보시다시피 계산을 위해 물의 압력과 흐름 값을 공식에 입력해야합니다. 이 데이터를 얻기 위해 간단하고 복잡하며 정확하고 근사한 전력 계산에 적합한 여러 가지 방법이 있습니다.

수압과 물의 흐름 값은 수력 발전소 건설을 위한 부지 선택의 주요 지표입니다. 실제로 수두와 흐름에 대한 예비 평가가 매우 쉬운 소규모 수력 발전소 건설에 매력적인 장소가 있습니다. 그러나 수로의 매개 변수가 명확하게 보이지 않는 곳도 종종 있습니다. 이것은 수로의 작은 경사 또는 조직화되지 않은 물의 흐름(강이나 개울이 여러 수로 또는 많은 유입 및 유출로 구성된 경우)에 의해 방해받을 수 있습니다. 매번 다른 곳에서 수압과 유수량을 세세하게 측정하지 않기 위해서는 미세수력발전소 건설이 시각적으로 가능한 여러 곳에서 예비평가를 하는 것이 바람직하다. 이는 이미 상세한 조사를 위한 최적의 위치를 선택하는 데 필요합니다.

이를 위해 다양한 방법이 사용됩니다. 예를 들어 다음을 사용할 수 있습니다.

지상의 표고를 나타내는 지도 제작 데이터. 그러한 지도는 지질학자, 지역 Gosregisters, LSG 또는 관개를 담당하는 당국에서 구할 수 있습니다. 이러한 지도는 지면과 수변(강둑)의 모든 중요한 고도 변화를 나타냅니다. 도움을 받으면 높이 차이와 잠재적 머리를 미리 예측할 수 있습니다. 전환 채널의 필요한 길이를 대략적으로 추정하는 것도 가능합니다(전환 유형의 마이크로 HPP의 경우).

지상에서 수평을 맞춥니다.
GPS 장치를 사용하여 지형 높이와 수선을 추정합니다. 이 장치는 일부 휴대전화 모델에서 사용할 수 있습니다.
측정 스테이션의 데이터를 기반으로 평균 장기 방류량 추정.
관개를 담당하는 당국의 물 소비 데이터.

이 평가를 통해 덜 매력적인 장소를 걸러내고 한두 곳에서 더 자세한 설문 조사를 시작할 수 있습니다.

수압계

충분히 강력한 초소형 수력 발전소(예: 10kW 이상)를 건설하려면 전문가 및 장비의 도움을 받아 조사를 수행하는 것이 좋습니다. 이것이 가능하지 않거나 소규모 수력 발전소를 건설할 계획이라면 비교적 간단한 방법을 사용하여 자체 연구를 수행할 수 있습니다.

마이크로 수력 발전소 건설

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그림 35. 물이 있는 호스를 사용한 압력 측정

이 방법(그림 35)은 물로 채워진 투명 튜브(예: 관개 호스)와 통신 용기의 원리를 사용합니다. 튜브 한쪽 끝의 수위는 상단 표시에 있어야 합니다. 이 경우 튜브의 다른 쪽 끝에서 수위에서지면까지의 거리 (하단 표시)를 측정해야합니다. 다음 측정에서 상단 표시의 수준은 이전 측정에서 하단 표시가 있던 위치여야 합니다. 이 높이의 합은 업스트림과 다운스트림(즉, 헤드) 사이의 총 높이를 제공합니다.

건물 수준과 측정 막대를 사용하여 압력을 측정할 때도 동일한 원리가 사용됩니다(그림 36).

마이크로 수력 발전소 건설

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그림 36. 건물 레벨을 사용한 압력 측정

보드는 엄격하게 수평으로 위치해야 하며(이는 건물 수준을 사용하여 보장됨) 튜브의 예에 표시된 것과 동일한 원리에 따라 압력을 측정해야 합니다.

물의 흐름 측정

키르기스스탄의 산 강과 시내에서 물 소비가 관찰됩니다.

가장 큰 - XNUMX 월 ... XNUMX 월;
가장 작은 - XNUMX 월 ... XNUMX 월.

최대 유량은 일반적으로 최소 유량의 3~5배입니다. 따라서 평가할 때 최소 유수 기간을 기준으로 삼을 필요가 있습니다. 일반적으로 가장 많은 전기가 필요한 겨울철에는 물 소비량이 최소화됩니다. 아래 다이어그램(그림 37)은 Taldy-Suu 강과 Taldy-Suu 마을(Tyup 지구)의 예에서 이러한 관계를 보여줍니다.

마이크로 수력 발전소 건설
그림 37. Taldy-Suu 강의 물 소비량과 Taldy-Suu 마을의 전기 소비량 비율

수압을 평가하는 경우와 마찬가지로 전문가와 장비의 도움을 받거나 즉석 수단을 사용하여 독립적으로 두 가지 접근 방식을 사용하여 흐름을 평가할 수 있습니다(그림 38).

방법 a)는 작은 개울(개울, 도랑)에 더 적합하며 가정용 컨테이너(버킷, 배럴)를 사용합니다. 용기를 채우는 시간 (정확한 양을 알고 있음)을 감지하고 물의 흐름을 결정해야합니다.

마이크로 수력 발전소 건설

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그림 38. 다음을 사용하여 물의 흐름 측정: a) 양동이 b) 부유물.

대용량의 경우 방법 b)를 사용하는 것이 좋습니다. 이런 식으로 물의 흐름을 측정하려면 강바닥에서 길이 5-10m, 깊이와 너비가 가장 고르고 잔잔한 흐름이있는 장소를 선택해야합니다. 여러 곳에서 해당 지역의 흐름 깊이와 너비를 측정하고 평균값을 결정해야 합니다. 두 번째 단계는 유속을 결정하는 것입니다. 이를 위해 선택한 섹션(예: 종이, 거품 등의 가벼운 부유 물체)의 시작 부분에 플로트를 던지고 강의 이 섹션을 헤엄치는 데 걸리는 시간을 측정합니다.

물 소비 지표는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

여기서: Q - 물 소비량, m3/s; h - 흐름 깊이, 미터; b - 흐름 폭, 미터; v - 유속, 초당 미터; f는 유량 계수입니다.

이 공식의 경우 유량 계수 표시기(f = 0,5 ... 0,8)를 적용해야 합니다. 해안이 거칠고 바닥이 바위가 많을수록 수심이 얕고 수로의 폭이 클수록 공식에서 f 값을 더 작게 사용해야 합니다.

예 :

흐름 깊이 h는 0,4m입니다.
흐름 폭 b - 1,0m;
유속 v - 0,5m/s;
자속 계수 f는 0,6으로 취합니다.

물 소비량(Q)은 Q \u0,4d 1 x0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / s와 같습니다.

전기 수요 평가

전기 수요에 대한 정확한 평가는 소규모 수력 발전소가 전기 수요를 충족하기에 충분한지 여부를 결정하기 위해 매우 중요합니다.

우선, 전기 소비량을 결정하기 위해서는 공공 전기 네트워크 또는 자체 소비 네트워크에서 사용할 시스템을 고려해야합니다.

중앙 시스템으로 전송되면 마이크로 HPP에서 생산된 모든 전력은 공용 네트워크로 이동하며 이 경우 전력 소비와 생산 비율을 계산할 필요가 없습니다.

자체 네트워크에서 소규모 수력 발전소를 운영하는 경우 전기 소비 및 생산에 대한 계산을 수행해야 합니다. 이는 전기의 저생산과 과잉 생산을 모두 제거하는 데 필요합니다. RES(공공 소비망)의 병렬 전력 소비로 저생산을 보상할 수 있는 경우 필요 이상의 용량을 건설하면 마이크로 수력 발전소 건설 비용이 부당하게 증가하게 됩니다. 또한 "마이크로 HPP 제어 시스템" 섹션에서 설명한 것처럼 수력 발전 장치의 정상 작동을 보장하기 위해 밸러스트 부하(예: 물 가열용 발열체)에 의해 과도한 전기가 소비되어야 합니다. 또한 밸러스트 하중을 설치하려면 추가 작업과 재료가 필요하기 때문에 건설 비용이 증가합니다.

마이크로 수력 발전소의 잠재적 용량(발전량)은 이미 알려진 전력 계산 공식을 고려하여 계산됩니다.

전력 소비와 관련하여 각 장치에는 자체 전력 소비 지표가 있습니다.

예를 들어 아래 표의 데이터를 계산에 사용할 수 있습니다. 이 표는 다른 전기 제품의 소비에 대한 데이터로 보완될 수 있습니다.

마이크로 수력 발전소 건설

동시에 많은 수의 소비자가 전기를 사용할 것으로 예상되는 경우 전력 소비량과 소비 시간을 결정하기가 매우 어렵습니다. 이 경우 소비자와 소비 메커니즘을 조율할 필요가 있다. 예를 들어 피크 시간(아침과 저녁)에 소비자는 다리미, 진공 청소기, 히터, 전기 스토브 등과 같은 일부 전기 제품을 꺼야 합니다(또는 켜지 않아야 합니다).

전기 모터 및 전기 모터를 기반으로 한 가정용 전기 메커니즘(원형 톱, 재봉틀, 펌프, 압축기 등)에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 전기 모터를 시동할 때 전기 모터에 표시된 정격 전력에 비해 시동 전류가 3-5배 증가할 수 있습니다. 여러 전기 모터를 동시에 켜면 짧은 시간 동안 SHPP의 부하가 허용치를 초과하여 증가하여 작동에 악영향을 미칠 수 있습니다.

엔진에 대한 정보는 여권에 표시되어 있습니다 (문서 및 본체에 부착된 금속판). 공칭 값이 여기에 주어집니다. 엔진이 최대 허용 부하에서 정상 작동하도록 설계된 것.

예를 들어, 플레이트에는 다음과 같이 표시됩니다. P = 1,1kW; 유 = 220V; 나는 = 4,3A; 에프 = 50Hz; = 2810rpm; 효율성 = 77,5%; cos f = 0,87. 그 뜻은:

P = 1,1kW 모터 샤프트의 정격 유효 전력은 1,1kW 또는 1100W입니다.
U = 220V 라인 전압은 220V입니다.
나는 = 4,3A 라인 전류는 4,3A
f = 50Hz 주전원 주파수는 50Hz여야 합니다.
n = 2810rpm 정격 회전 속도, 즉 정격 부하에서 모터 속도는 2810rpm입니다.
효율 = 77,5% 공칭 효율(유효 축 동력 대 네트워크에서 수신한 전기 소비 전력의 비율, 계량기로 지불)은 77,5%입니다.
cos f = 0,87 역률("cos phi"라고도 함)은 0,87입니다. 역률은 전기의 유효 전력의 비율, 즉 다른 형태로 변환될 수 있는 것, 이 경우에는 기계적인 것, 전기의 완전한 힘으로 변환될 수 있는 것.

따라서 표시된 계수를 고려하면 작동 중 전기 모터의 전력 소비는 약 1,5kW입니다.

저자: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.

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