Petites centrales hydroélectriques - types et projets

Les centrales hydroélectriques sont un ensemble de composants qui sont interconnectés et servent à convertir l'énergie (cinétique et potentielle) en énergie électrique ou vice versa.

Selon la classification existante, les petits sont centrales hydroélectriques (HPP) puissance jusqu'à 10-15 MW, comprenant :

• petites centrales hydroélectriques — de 1 à 10 MW.

• mini-centrales hydroélectriques — de 0,1 à 1 MW.

• micro-centrale hydroélectrique — d'une capacité allant jusqu'à 0,1 MW.

Le débit et la hauteur de chute jouent un rôle décisif dans la capacité d'une centrale hydroélectrique. Le débit et la pression sont régulés à l'aide d'une alimentation en eau pré-accumulée dans la partie supérieure de l'eau. Plus il y a d'eau dans le réservoir, plus le niveau d'eau sous pression est élevé et, par conséquent, la tête.

La source du potentiel hydroélectrique utilisé dans l'hydroélectricité est constituée de grands fleuves moyens et petits, de systèmes d'irrigation et d'approvisionnement en eau, du ruissellement des pentes des glaciers et de la neige permanente.Les centrales hydroélectriques diffèrent principalement les unes des autres par la manière dont elles créent la pression, le degré de régulation du débit, le type d'équipement principal installé, la complexité d'utilisation du débit d'eau (mono ou multifonctionnel), etc.

Les petites centrales hydroélectriques (petites centrales hydroélectriques) jouent un rôle particulièrement important dans la fourniture d'électricité aux consommateurs autonomes dispersés loin des lignes électriques. L'article traite de projets courants qui utilisent l'énergie de petits cours d'eau.

La configuration pour utiliser l'environnement actuel est illustrée à la Fig. 1 un. Il fonctionne comme suit. Lorsque les aubes verticales 1 sont influencées par le fluide en écoulement, une force hydrodynamique se produit qui entraîne les rebords du ballast. Par l'intermédiaire de la liaison cinématique 3, le support transmet le couple à l'arbre du générateur, tandis que le générateur lui-même reste immobile. Cette centrale hydroélectrique fonctionne sur des cours d'eau de plaine dont la taille et l'énergie déterminent sa capacité.

Riz. 1. Schémas de fonctionnement d'une centrale hydroélectrique plate: a) centrale hydroélectrique plate, b) b) centrale hydroélectrique.

La centrale hydroélectrique (Fig. 1, b), tout en se déplaçant, utilise l'énergie du liquide au moyen de la roue 6. La roue 1 contient un arbre et des aubes situées dessus. L'installation est montée sur un châssis 7 fixé sur des pontons 6. Les pales, inclinées perpendiculairement à la direction de l'écoulement de l'eau, changent leur orientation à l'écoulement à l'aide de la roue 4.

L'une des lames est constituée d'un composite de pièces intérieures et extérieures emboîtables, ayant un connecteur transversal situé à un angle par rapport à l'axe, et est affaiblie par un coussinet élastique placé entre les pièces et une liaison élastique.La liaison élastique est réalisée sous la forme d'un paquet de plaques tournées vers l'écoulement du milieu, de longueur variable, adhérant à la lame et en contact avec sa partie externe. L'appareil est orienté vers un débit d'eau plat. Les machines de production d'énergie appliquées peuvent être de type synchrone et asynchrone.

Dans le montré à la fig. 2, le débit de fluide de la vanne de régulation 1 est alternativement dévié dans les chambres 2 et 3 et inversement.

Riz. 2. Turbine dans le trajet d'écoulement du siphon

Le mouvement de rotation du liquide dans les chambres provoque des oscillations d'air et leur débordement à travers les canalisations 4 et 6 avec l'activation de la turbine 5 et du générateur qui lui est relié. Pour améliorer l'efficacité de l'ensemble du dispositif, il est installé dans le trajet d'écoulement du siphon. Les conditions préalables à un fonctionnement sans problème sont un liquide qui coule, propre sans grandes fractions. Une grille à déchets est nécessaire pour cette installation.

Une turbine à eau flottante d'une puissance de 16 kW (Fig. 3) est conçue pour convertir l'énergie cinétique de l'écoulement en énergie mécanique puis en énergie électrique. La turbine est un élément circulaire allongé en matériau léger (plus léger que l'eau) avec des ailettes hélicoïdales en surface. L'élément est suspendu des deux côtés par des tiges qui transmettent le couple au générateur.

Figue. 3. Turbine à eau flottante

La centrale hydraulique (Fig. 4) est conçue pour générer de l'électricité à travers un mini-générateur, qui est entraîné en rotation par une courroie d'entraînement sans fin 1 sur laquelle se trouvent des seaux d'eau 2. Une courroie 1 avec des seaux 2 est montée sur un châssis 3 capable d'être emporté par les vagues . Le bâti 3 est fixé à un support 4 sur lequel se trouve le générateur 5.

Les seaux sont situés à l'extérieur de la ceinture avec les côtés ouverts faisant face à la direction horizontale de l'écoulement de l'eau.Le nombre de godets est déterminé par la condition pour assurer la rotation du générateur. Une variante d'utilisation d'un dispositif de type "échelle" avec des lames attachées est possible.

Riz. 4. Assemblage de la courroie et du godet

Le dispositif d'utilisation de l'énergie cinétique des écoulements est constitué de cylindres verticaux situés dans l'eau sur des rives opposées, sur lesquels est placé un rouleau (Fig. 5).

Riz. 5. Installation d'un micro barrage

Les lames sont montées entre l'axe supérieur et inférieur du rouleau. Du fait de l'angle d'attaque entre les aubes et le vecteur vitesse, l'eau qui s'écoule entraîne en rotation les cylindres, et par l'intermédiaire du galet, un générateur qui génère de l'électricité.

Le dispositif d'utilisation de l'énergie des écoulements est constitué d'une roue 1 située verticalement dans l'écoulement de l'eau, avec des aubes articulées 2 sur les rebords supérieur 1 et inférieur 3 (Fig. 6). Le bord supérieur 1 est relié au générateur 4. La position des aubes 2 est régulée par le flux lui-même : perpendiculaire au flux avant et parallèle au mouvement de remontée.

Riz. 6. Un appareil qui convertit l'énergie du débit d'eau

La micro-centrale hydroélectrique à manchon 1 kW (MHES-1) se compose d'une turbine en forme de roue d'écureuil 1, d'une aube directrice 2, d'une conduite flexible 3 d'un diamètre de 150 mm, d'un dispositif d'aspiration d'eau 4, d'un générateur 5, une unité de commande 6 et un châssis 7 (Fig. 7).

Riz. 7. Traversée micro hydroélectrique 1 kW

Le fonctionnement de cette MicroHPP s'effectue de la manière suivante : le dispositif de prise d'eau 4 concentre le milieu hydraulique et à travers la canalisation 3 assure une différence de hauteur entre le niveau d'eau supérieur et la turbine de travail 1, l'interaction d'une certaine pression du fluide hydraulique avec la turbine entraîne celle-ci en rotation.Le couple de la turbine 1 est transmis au générateur électrique.

Une centrale hydroélectrique à siphon (Fig. 8) est utilisée en cas de chute de fluide hydraulique à une hauteur de 1,75 m du barrage ou suite à des conditions naturelles.

Riz. 8. Unité hydraulique de siphon

Le fonctionnement de ces installations est le suivant : le passage du fluide hydraulique à travers la turbine 1 monte à travers la crête du barrage, fig. 9, le couple est transmis à travers l'arbre 2 et l'engrenage à courroie 3 au générateur électrique 4. Le milieu liquide usé pénètre dans l'eau de retour par la conduite d'eau en expansion.

Une installation micro-hydroélectrique à basse pression (Fig. 9) fonctionne avec une charge nominale de la colonne de liquide d'au moins H = 1,5 m. Lorsque le statisme diminue, la puissance de sortie diminue. La hauteur de chute recommandée est de 1,4 à 1,6 m.

Riz. 9. Centrale hydroélectrique à basse pression

Le principe de fonctionnement est basé sur l'interaction du fluide hydraulique avec l'énergie potentielle, convertie en rotation puis en forme électrique. Dans le dispositif d'aspiration 1, le liquide pénètre dans la turbine 2, le liquide est pré-vortexé et, pénétrant davantage dans le tuyau de dérivation en raison de la chute de liquide, interagit avec les aubes de la turbine 2, convertit l'énergie cinétique du liquide en un couple sur l'arbre 3, puis au générateur électrique.

Le poids de la station basse pression est de 16 kg avec une puissance P = 200 W. Le convertisseur hydroélectrique semi-direct à hélice se compose d'une canalisation de pression 1, d'une grille de guidage 2, d'une turbine à hélice 3, d'un canal de sortie arrondi 4, d'un couple arbre de transmission 5 et générateur électrique 6 (fig. 10).

Riz. 10. Convertisseur de flux semi-direct

La puissance électrique de cette conception est comprise entre 1 et 10 kW avec une différence de hauteur Nm = 2,2-5,7 m Consommation d'eau QH = 0,05-0,21 m 3m / s. La différence de hauteur Nm = 2,2-5,7 m.La vitesse de rotation de la turbine sera wn = 1000 rpm.

Le convertisseur hydraulique à capsule basé sur le moteur électrique 2PEDV-22-219 (Fig. 11) fonctionne de manière similaire à la centrale hydroélectrique précédente avec une tête H = 2,5-6,3 m et un débit d'eau Q = 0,005-0,14 m 3 / s Puissance électrique 1-5 kW. Le diamètre des turbines à eau est de 0,2 à 0,254 m et le diamètre de la roue hydraulique est Dk = 0,35-0,4 m.

Riz. 11. Capsule micro-centrale hydroélectrique

Le convertisseur hydraulique à flux direct (Fig. 12) se compose d'une turbine à hélice 1, d'une grille de guidage 2, d'un arbre de transmission de couple 3, d'un générateur électrique 4, d'une conduite d'échappement 5. Il fonctionne à l'aide d'une conduite sous pression.

Riz. 12. Convertisseur hydraulique à flux direct

L'hydroconvertisseur (Fig. 13) est conçu pour convertir l'énergie d'un milieu liquide en mouvement rapide en énergie électrique.

Riz. 13. Convertisseur d'énergie hydraulique pour un débit d'eau rapide

Il est constitué d'une turbine à hélice 1, logée dans une capsule 2, et est installé sur des courants d'eau appelés « courants rapides ». La capsule est située dans l'aube directrice 4, qui est montée à l'intérieur du milieu fluide. Le couple de la turbine est transmis à l'arbre 5, puis au générateur électrique 6.