BG61536B1 - Micro hydroelectric power station - Google Patents

Abstract

The station is designed for electric power generation. It can operate in parallel with the united energy system or supply users in a local network, it is simplified and it opens opportunities for the adjustment of the power supplied by the turbine and for protection from hydraulic impact. The micro electric power station consists of a turbogeneration unit (7) which is connected in parallel in an input-output main line (3) connecting the source of water with the device for the distribution of the used water (2). A gating device (9) is connected parallel to the turbo unit (7).

Description

Изобретението се отнася до водноелектрическа микроцентрала, която използва природни водоизточници като източник на енергия - реки, езера, язовири, както и енергията на напорни водопроводи в места, където енергията се погасява с помощта на различни устройства.The invention relates to a hydroelectric microcentral which uses natural water sources as a source of energy - rivers, lakes, dams, and the energy of pressure water conduits in places where energy is extinguished by means of different devices.

Предшестващо състояние на техникатаState of the art

Един от начините за подпомагане на общата енергийна система е използването на водноелектрически микроцентрали, които се задвижват от енергията на реки, езера, язовири или напорни водопроводи. Те са свързани найчесто в паралел с обединената енергийна система, което позволява гъвкаво да се използват техните допълнителни мощности. Основен елемент на този тип централи е турбогенераторен агрегат, като хидротурбината се задвижва от водния поток на съответния източник, а генераторът е свързан с обединената енергийна система.One way to support the overall energy system is to use hydroelectric micro-power plants powered by the energy of rivers, lakes, dams or pressure water pipes. They are connected most often in parallel with the combined energy system, allowing for flexible use of their extra capacities. The main element of this type of power plant is a turbogenerator, the hydro turbine being driven by the water flow of the respective source and the generator connected to the combined energy system.

Както беше споменато по-горе в зависимост от нуждите на обединената енергийна система от електрическа енергия водноелектрическите микроцентрали се включват в работа обикновено във върхови часове на натоварване, а изключването им може да бъде наложено от различни съображения. Например то може да стане чрез пълно спиране на водния поток или пропускането му през затварящи устройства, които според изпълнението могат да бъдат задвижвани ръчно или механизирано посредством хидро-, електрическо или пневмозадвижване.As mentioned above, depending on the needs of the combined energy system of electricity, hydroelectric micro-power plants are included in work typically at peak load times, and their exclusion may be imposed for various reasons. For example, it can be done by completely stopping the water flow or passing it through closing devices, which according to the embodiment can be driven manually or mechanically by means of hydro, electric or pneumatic drive.

Ръчното задвижване на затварящите устройство се използва много рядко, при това само в случай на самостоятелна работа на централата.The manual actuation of the closing devices is very rarely used, only in case of stand-alone operation of the plant.

Различните видове механизирано задвижване се прилагат в зависимост от конкретните обстоятелства, като използването им е придружено с определени недостатъци, а именно: електрическо задвижване може да се използва само ако централата има собствен източник на електрически ток - дизелов генератор, акумулаторна батерия, хидроагрегат, които работят за задоволяване на собствените нужди на централата.The different types of mechanized propulsion are applied depending on the particular circumstances, and their use is accompanied by certain drawbacks, namely: electric drive can be used only if the plant has its own source of electric current - diesel generator, rechargeable battery, hydro unit operating to meet the plant's own needs.

Известен е υδ 4 496 845, отнасящ се до метод и устройство за контрол работата на турбогенераторен агрегат, съгласно който водният източник е свързан с устройство за разпределение на отработената вода чрез магистрален водопровод, в който е разположен енергогасителен клапан. В схемата са включени още и паралелно свързани помежду си турбогенераторна група и регулиращо съоръжение, като последователно на турбогенератора е свързано регулиращо съоръжение.U.S. Pat. No. 4,496,845 relates to a method and device for controlling the operation of a turbine generator according to which the water source is connected to an apparatus for distribution of the waste water through a mains water conduit in which a power valve is located. In the diagram are also included a parallel connected turbogenerator group and a regulating device, and a regulating device is connected to the turbogenerator.

Известната водноелектрическа централа има сложна схема на управление и контрол, предвиждаща използването на голям брой елементи, които изискват задължително наличието на втори източник на електроенергия (за собствени нужди). Споменатите елементи са предназначени да осигурят нормалната работа на турбогенераторната група при появата на различни режими на работа. Така например внезапното затваряне на последователно свързаното регулиращо съоръжение може да предизвика воден удар, обстоятелство, което изисква използването на специално предпазно устройство, чието включване в схемата допълнително усложнява управлението на хидротурбината, като същевременно увеличава несигурността при работата й. При използването на асинхронен генератор, в случай, че той загуби външното си захранване, хидротурбината ще развие обороти, по-високи от синхронните, което също може да причини повреда. Като защита от тази ситуация е предвиден монтираният в магистралния водопровод енергогасителен клапан, който също се нуждае от втори източник на захранване. Регулирането на произвежданата електроенергия е недостатъчно ефективно предвид загубите в регулиращото съоръжение, свързано последователно към хидротурбината.The well-known hydroelectric power plant has a complex management and control scheme providing for the use of a large number of elements that require the availability of a second electricity source (for own use). Said elements are designed to ensure the normal operation of the turbogenerator when different modes of operation occur. For example, the sudden closure of the sequentially connected regulating device can cause a water stroke, a circumstance requiring the use of a special safety device whose inclusion in the circuit further complicates the control of the hydro turbine while increasing the uncertainty in its operation. When using an asynchronous generator, In case he loses his external power, the hydro turbine will develop revolutions higher than the synchronous ones, which can also cause damage. As a protection against this situation, a power-supply valve mounted in the mains water supply, which also needs a second power source, is provided. The regulation of the generated electricity is insufficient in view of the losses in the regulating device connected in sequence to the hydro turbine.

Като се има предвид известното състояние на техниката в разглежданата област, цел на настоящото предложение е водноелектрическа микроцентрала, която да има опростена и сигурна схема на управление, като не изисква допълнителен източник на електроенергия за захранване на собствените нужди.Given the state of the art in the subject area, the present proposal is a hydroelectric microcentral having a simplified and secure management scheme, without requiring an additional source of electricity to supply its own needs.

Техническа същност на изобретениетоSUMMARY OF THE INVENTION

Изобретението се отнася до водноелек2 трическа микроцснтрала, която може да се прилага с успех в планински и отдалечени райони, като използва енергията на реки, езера, язовири или напорни водопроводи. Водноелектрическата централа включва воден източник, 5 свързан посредством магистрален водопровод с енергогасител, и съдържа паралелно свързани помежду си турбогенераторен агрегат и регулиращо съоръжение.The invention relates to hydroelectric microbubble which can be successfully applied in mountainous and remote areas using the energy of rivers, lakes, dams or pressure water conduits. The hydroelectric power plant includes a water source, 5 connected by means of a water mains with a power pack, and contains a turbogenerator and a regulating device connected in parallel.

Характерно за централата е това, че паралелно свързаните турбогенераторна група и регулиращо съоръжение са включени паралелно на магистралния водопровод между водния източник и енергогасителя.It is typical for the plant that parallel turbogenerator and regulating equipment are connected in parallel to the mains water pipeline between the water source and the power supply.

Съгласно едно предпочитано изпълнение на регулиращото съоръжение то е изпълнено като мембранна клапа.According to a preferred embodiment of the regulating device it is executed as a membrane valve.

Водноелектрическата централа съгласно изобретението се отличава с опростена схема, чрез която се осигурява повишена сигурност на работа в различни режими - при производство на електроенергия или при внезапно отпадане на електрическите товари. Централата се управлява от по-малко на брой елементи, което също влияе на сигурността й. Включването на турбогенераторния агрегат между водния източник и енергогасителя изключва възможността от превишаване на налягането в магистралния водопровод и повишаване оборотите на турбината в случай на отпадане на електрическите товари. Управлението на работата на централата в такъв режим, както и по време на производство на електроенергия, се извършва само чрез паралелно свързаното регулиращо съоръжение, чието конкретно изпълнение като мембранна клапа не изисква наличието на допълнителен източник на електроенергия за собствени нужди.The hydroelectric plant according to the invention is characterized by a simplified circuitry, which provides increased operational safety in different modes - in the production of electricity or in the sudden dropping of electrical loads. The power plant is controlled by fewer elements, which also affects its safety. The inclusion of the turbogenerator between the water source and the power supply prevents the overpressure of the mains water line and the turbine speed in case of electric power failure. The control of the operation of the plant in such a mode as well as during the production of electricity is carried out only by means of a parallel connected control device whose specific implementation as a membrane valve does not require the availability of an additional source of electricity for its own needs.

Предложената водноелектрическа микроцентрала е особено подходяща за прилагане на течащи води. Схемата предлага широки възможности за ефективното използване на енергията на водата чрез регулиране мощността, отдавана от турбината, независимо от загубите в регулиращото съоръжение. Използването на регулиращо съоръжение, включено паралелно на турбогенераторната група, позволява да бъде използвано такова с пропускателна възможност, значително по-малка от тази на турбината. Чрез мембранната клапа е възможно да се регулира в широки граници производството на електроенергия от 100%The proposed hydroelectric micro-plant is particularly suitable for the application of flowing water. The scheme offers extensive possibilities for efficient use of water energy by adjusting the power delivered by the turbine, regardless of the losses in the control facility. The use of a regulating device included in parallel to the turbogenerator allows the latter to be used with a transmission capacity considerably smaller than that of the turbine. By means of the membrane valve it is possible to regulate in a wide range the electricity production from 100%

II III I при затворена клапа до 0% при отворена клапа чрез изменение на дебита на водата, преминаваща през клапата. Схемата на електроцентралата може да бъде определена като “отворена”, което означава, че осигурява непрекъснато водоподаване към консуматорите, независимо от режима на централата.II III I with closed valve up to 0% with open valve by varying the flow of water passing through the flap. The power plant scheme can be defined as "open", which means that it provides continuous water supply to the consumers regardless of the control panel mode.

Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures

Примерно изпълнение на водноелектрическата микроцентрала съгласно изобретението е представено с помощта на приложените фигури, от които:An exemplary embodiment of the hydroelectric microcentre according to the invention is represented by the accompanying drawings, in which:

- фигура 1 представлява схема на автоматично управление на централата, захранвана от водоизточник с 9 - 500 1/$;Figure 1 is a diagram of an automatic control of the plant powered by a water source of 9-500 1 / $;

- фигура 2 - схема на централата, захранвана от водоизточник с 9 > 500 !/$;Figure 2 is a diagram of a plant powered by a water source of 9> 500 / $;

- фигура 3 - схема на централата, работеща на свободно течащи води.Figure 3 is a diagram of the plant running on free-flowing water.

Примерно изпълнение на изобретениетоAn embodiment of the invention

Както вече беше пояснено, водноелектрическите микроцентрали се захранват от природни водоизточници, които имат различен обем и предлагат различен дебит, при това често непостоянен. В зависимост от това, както и от други обстоятелства, като например - свързана ли е централата с обединената енергийна система или захранва електрически консуматори в локална мрежа/например остров/, могат да се използват различни схеми.As already explained, hydropower micro-plants are powered by natural water sources that have a different volume and offer a different flow rate, often inconsistent. Depending on this, as well as other circumstances, such as whether the plant is connected to a combined energy system or that it supplies electricity to consumers in a local network (eg an island), different schemes may be used.

Едно предпочитано изпълнение на централата съгласно изобретението се захранва от малък водоизточник с дебит 9 до 500 Ι/з и напор 100 т и е показано на фиг. 1. Съгласно тази схема между водния източник 1 и енергогасителя 2 е изграден магистрален водопровод 3, по продължението на който е монтиран ръчно задвижван шибър 4. Паралелно на магистралния водопровод 3 е присъединен байпасен водопровод 5, по продължението на който са монтирани последователно шибър 6, турбогенераторен агрегат 7 и шибър 8, като водопроводът 5 е свързан към водопровода 3 между шибъра 4 и енергогасителя 2.A preferred embodiment of the plant according to the invention is fed from a small water source with a flow rate of 9 to 500 l / h and a head of 100 m and is shown in Fig. 1. According to this scheme, a water main 3 is constructed between the water source 1 and the power pack 2, along which a manually operated shutter 4 is installed. Parallel to the mains 3 is a bypass pipe 5 along which the shutter 6, turbocharger unit 7 and valve 8, the plumbing 5 being connected to the conduit 3 between the gate 4 and the power pack 2.

Шибърите 4, 6 и 8, показани на фиг. 1, са предназначени за изолиране на съоръженията при провеждане на ремонтни операции. Паралелно на турбогенераторния агрегат 7 е монтирано регулиращо съоръжение 9, като в конкретното изпълнението може да бъде изпълнено като мембранна клапа.The bolts 4, 6 and 8 shown in Fig. 1, are intended to isolate the equipment during the repair operations. Parallel to the turbogenerator 7, an adjusting device 9 is mounted, and in the particular embodiment can be implemented as a membrane valve.

Друго изпълнение на микроцентралата е показано на фиг. 2 и представлява по същество мултиплициране на описаната вече схема от фиг. 1. Това изпълнение е подходящо за приложение при наличие на водоизточници с дебит 9 > 5001/з и напор до 100 т. Различията в тази схема се изразяват в изграждането на входящ 5,1 и изходящ 5,2 колектор, между които паралелно са свързани турбогенераторните агрегати 7, които за монтажно и експлоатационно удобство са изпълнени в отделни контейнери. В този случай шибърите 6 са изпълнени с моторно задвижване, като могат да се затварят или отварят в зависимост от това дали съответният турбоагрегат 7 е работоспособен или подлежи на ремонт.Another embodiment of the microcentral is shown in FIG. 2 and represents a substantially multiplication of the circuit shown in FIG. 1. This embodiment is suitable for application in the presence of water sources with a flow rate of 9> 5001 / h and a head up to 100 t. The differences in this scheme are expressed in the construction of an inlet 5.1 and an outlet 5.2 collector, turbo-generating units 7 which, for installation and operation convenience, are embodied in separate containers. In this case, the gate 6 is provided with a motor drive and can be closed or opened depending on whether the turbocharger 7 is capable of being serviced or being repaired.

На фиг. 3 е показана микроцентрала, работеща на свободно течащи води, при което не е необходимо да се осигурява непрекъснат воден поток за водоснабдяване, агротехнически или технологични нужди.In Fig. 3 shows a micro-centrifuge running on free-flowing water where it is not necessary to provide a continuous water flow for water supply, agrotechnical or technological needs.

Действие на изобретениетоAction of the invention

Действието на водноелектрическата централа, представена на фиг. 1, може да бъде описано по следния начин. При затворен шибър 4 водата от водния източник 1 се подава към турбогенераторния агрегат 7, като едновременно протича вода и през мембранната клапа 9. Отработената от турбогенераторния агрегат 7 вода се насочва към енергогасителя 2. При наличие на напрежение в енергийната система или от напрежението на синхронния генератор, соленоида на мембранната клапа 9 получава захранване, при което клапата 9 плавно се затваря и тогава водният поток се насочва изцяло през турбогенераторния агрегат 7.The action of the hydroelectric power plant presented in Fig. 1 can be described as follows. With the shut-off valve 4, water from the water source 1 is fed to the turbocharger 7 while water flows through the diaphragm 9. The water used by the turbogenerator 7 is directed to the power unit 2. When there is a voltage in the power system or the voltage of the synchronous the solenoid of the diaphragm valve 9 receives a supply in which the valve 9 is gently closed and then the water flow is directed entirely through the turbine generator 7.

Синхронният генератор отдава енергия към консуматорите през синхронизиращо устройство, непоказано на фигурата, тъй като честотата и качеството на енергията са ниски. Ако в турбогенераторния агрегат се използва асинхронен генератор, той започва да отдава енергия при надвишаване на оборотите на агрегата 7 над синхронните.The synchronous generator delivers energy to the consumers through a sync device not shown in the figure, as the frequency and quality of the energy is low. If an asynchronous generator is used in the turbine generator, it starts to deliver energy when the aggregate overrunning sync exceeds the sync.

Изключването на водноелектрическата централа може да стане ръчно чрез главния прекъсвач или автоматично - в случай, че клонът от обединената енергийна система, който който е присъединена централата, е необходимо да бъде изключен. В тези случаи соленоидът на мембранната клапа 9 остава без захранване и тя плавно се отваря, при което водният поток се разпределя между турбогенераторния агрегат 7 и клапата 9. Турбината 7 продължава да се върти, но с обороти, значително по-ниски от номиналните.Disconnection of the hydroelectric power plant can be done manually via the main circuit breaker or automatically - in case the branch of the combined energy system, which is connected to the plant, needs to be switched off. In these cases, the diaphragm solenoid valve 9 remains uninterrupted and it opens smoothly, whereby the water flow is distributed between the turbocharger unit 7 and the valve 9. The turbine 7 continues to rotate but with revolutions significantly lower than the nominal ones.

При използване на синхронен генератор, ако в мрежата възникне късо съединение, електрическите защити изключват захранването на соленоида на мембранната клапа 9, след което централата спира отдаването на електроенергия към консуматорите. Паралелното включване на мембранната клапа 9 осигурява възможност за регулиране на отдаваната от турбогенераторния агрегат 7 мощност чрез включване или изключване на соленоида на клапата 9 в зависимост от товара на захранваната система.If a synchronous generator is used, if a short circuit occurs in the mains, the electrical protections disable the solenoid supply of the diaphragm valve 9, after which the power plant stops supplying electricity to the consumers. The parallel engagement of the diaphragm valve 9 provides for the possibility of adjusting the power delivered by the turbocharger 7 by switching on or off the solenoid of the valve 9 depending on the load of the feed system.

Схемата, показана на фиг. 2, работи по описания вече начин, като при авария в турбогенераторния агрегат 71 съответният шибър 61 с моторно задвижване получава импулс от клапата 91. Задвижването на шибъра 61 се осъществява от енергията, произведена от турбогенераторни групи 72 или 7п, при положение, че в схемата се използва синхронен генератор или от обединената енергийна система при използване на асинхронни генератори. Ако има изключване на клона от обединената енергийна система, към който е присъединена централата, водата продължава да тече през съответните турбогенераторни агрегати 7 и мембранни клапи 9, които са участвали в енергопроизводството до момента на изключването. В този случай липсата на енергия предотвратява затварянето на всички отворени моторно задвижвани шибъри 6.The scheme shown in Fig. 2, operates in the manner described above, and in the case of an accident in the turbine generator 71, the motor-driven valve 61 receives an impulse from the valve 91. The actuation of the valve 61 is effected by the energy produced by the turbocharger groups 72 or 7n, use a synchronous generator or a combined power system using asynchronous generators. If there is a shutdown of the branch of the combined energy system to which the plant is connected, the water continues to flow through the respective turbogenerators 7 and membrane valves 9 which have participated in the power generation until the shut-down. In this case, the lack of energy prevents the closure of all open motors 6.

Съответните турбогенераторни агрегати 7 могат да бъдат пускани и спирани по часови график или по предварително зададен режим. Управлението на водноелектрическата микроцентрала не се нуждае от оперативен персонал за извършване на превключванията на централата при работа в различни режими или за защита на електрическите съоръжения, както и от допълнителен източник на електрическа енергия за осъществяване на тези превключвания.The respective turbogenerators 7 can be run and stopped by a time schedule or by a preset mode. The management of the hydroelectric micro-power plant does not require operational personnel to perform plant switching operations in different modes or to protect electrical equipment, as well as an additional source of electrical power to effect these switching operations.

Claims (2)

Патентни претенцииClaims 1. Водноелектрическа микроцентрала, включваща воден източник, свързан чрез магистрален водопровод с енергогасител, и паралелно свързани помежду си турбогенераторен агрегат и регулиращо съоръжение, характеризираща се с това, че паралелно свързаните помежду си турбогенераторен агрегат (7) и регулиращо съоръжение (9) са включени паралелно на магистралния водопровод (3) между водния източник (1) и енергогасителя (2).1. Hydroelectric power plant comprising a water source connected by a gas main with an energy quencher and a turbogenerator unit and a control unit in parallel, characterized in that the turbine generator unit (7) and the control unit (9) are connected in parallel. parallel to the water main (3) between the water source (1) and the energy extinguisher (2). 2. Водноелектрическа микроцентрала 5 съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че регулиращото съоръжение (9) представлява мембранна клапа.Hydroelectric power station 5 according to claim 1, characterized in that the control device (9) is a diaphragm valve. Приложение: 3 фигуриAttachment: 3 figures