В последние годы в Таласском регионе Туркестанской области активно решаются вопросы применения современных систем энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии и инновационных технологий. Наиболее актуальным является использование экологически чистого источника электроэнергии – мобильных мини-ГЭС. В работе приведены водно-энергетические показатели головного водозаборного узла р.Талас, рассмотрены возможности создания мобильной мини-ГЭС для энергообеспечения автономных потребителей. Также произведен расчет мощности мобильной мини-ГЭС и представлены результаты расчета водоприемника – деривационного канала Таласской ГЭС.
Ключевые слова : мобильная мини-ГЭС, гидротурбина, Туркестанская область, возобновляемый источник энергии, Казахстан, деривационный канал, современная система энергоснабжения, Талас.
Быстрый рост энергопотребления является одной из наиболее характерных особенностей технической деятельности человечества во второй половине XX века. Развитие энергетики до недавнего времени не встречало принципиальных трудностей. Однако, сейчас все труднее сохранить высокий темп развития энергетики путем использования лишь традиционных ископаемых источников энергии, запас который постепенно уменьшается.
Малая гидроэнергетика и солнечные установки являются крупнейшим донором возобновляемых источников электроэнергии, как на европейском, так и мировом уровне, в том числе, и в Казахстане: здесь имеется значительное количество малых ГЭС мощностью менее 25 МВт.
Казахстан, из-за наличия горного рельефа в южной и восточной части страны, обладает существенным гидроэнергетическим потенциалом. Реки региона принадлежат к бассейну реки Иртыш в восточной и северной части страны, бассейну реки Урал в западной части страны, бассейну реки Сырдарьи и озера Балхаш в южной части страны.
Туркестанская область на настоящий момент в большой степени зависит от внешних источников энергии. Важнейший ресурс, необходимый для реализации многих проектов, направленных на социально-экономическое развитие региона, следует уделить развитию решений нетрадиционной энергетики, позволяющей рационально использовать природные энергоресурсы с сохранением экологического равновесия и социальной стабильности [1; 3]. Именно поэтому, в последние годы в регионе активно решаются вопросы применения современных систем энергоснабжения на базе возобновляемых источников энергии и инновационных технологий.
Среди возобновляемых источников энергии и инновационных технологий для электроснабжения автономных потребителей наиболее актуально использование мобильных мини-ГЭС. [2; 3]. Для установки такой мобильной мини-ГЭС можно использовать имеющиеся гидроузлы на реке Талас Туркестанской области.
Авторами статьи были рассмотрены варианты применения гидротурбин типа Kaplan фирмы Mavel с вертикальной или горизонтальной конфигурацией, которые нашли широкое применение на мощностях от 3 кВт до 30 мВТ. Эти турбины являются идеальным вариантом для речных регионов с низким напором воды, в диапазоне от 1,5 до 35 м и с оптимальными расходами турбины от 0,9 до 90 м 3 /с.
Мы рассмотрели технические возможности использования мобильной мини-ГЭС для энергообеспечения сельских населенных пунктов Туркестанской области. Электроснабжение указанного региона предлагается путем строительства мобильной мини-ГЭС на существующих гидротехнических сооружениях р.Талас.
Произведем расчет строительства мобильной мини-ГЭС с известным объемом водохранилища, при этом представим форму водохранилища в виде трапеции (и в летний, и зимний период). Для исследования режимов работы мобильной мини-ГЭС зададим данные напора и необходимого запаса воды.
Геометрические размеры водонапорного бассейна:
—длина водоема L =24 м,
— ширина водоема В =26 м,
—глубина водоема Н =3,5 м.
Максимальная высота водоема Н max =4 м (для летнего и половодного периода), минимальная Н min =3 м.
Размеры русла реки:
—длина реки русла перед водоемом L русла =30 м,
—ширина русла В русла =3 м,
—высота входа в водохранилище Н русла =4 м,
— уклон русла на 1 м составляет δ 0 = 0,12.
Таблица 1
Исходные и расчетные данные русла
|
Исходные данные русла |
Номер месяца года |
|||
|
1 |
4 |
7 |
10 |
|
|
Высота русла, Н пов , м |
0.03 |
1.10 |
0.2 |
0.1 |
|
Скорость потока, V пот , м/сек |
0.4 |
1.3 |
1.1 |
0.6 |
|
Расход м3/с |
0.014 |
0.221 |
0.473 |
0.105 |
Для мобильной линии ГЭС мощность, кВт определяем по формуле:
𝑃 =𝑄 ∙ 𝐻 ∙ 𝜂 ∙ 𝑔 (1),
где Q – расход воды через турбину, м 3 /с (данные из табл. 1 для летнего и зимнего периода);
Н – напор воды, м (данные из табл. 1 для зимнего и летнего периода);
𝜂 = 0,7 — коэффициент полезного действия;
g = 9,8 м/с– ускорение свободного падения.
По результатам расчета в программе MathCad получаем следующие показатели мощности для мобильной мини-ГЭС:
Рис. 1. График мощности мобильной мини-ГЭС в зависимости от сезонности, кВт
Заключение
В работе рассмотрены вопросы использования малой мобильной ГЭС, как возобновляемого, экологичного источника энергии для электроснабжения потребителей, проживающих в сельских населенных пунктах Туркестанской области Казахстана. По исходным данным объекта Таласского гидроузла получены и оценены характерные сезонные суточные нагрузки объекта и мощности гидротурбины.
Литература:
1. Клод Мандил. Возобновляемая энергия в России: От возможности к реальности / Клод Мандил. — Москва: Наука. Техника, 2004. — С. 27–53.
2. Вопросы и ответы о возобновляемых источниках энергии [Электронный ресурс]: ПАО «РусГидро» // ПАО «РусГидро». — Москва, 2016.
3. Микрогидроэлектростанция мощностью 10 кВт (МикроГЭС10Пр) [Электронный ресурс]: /ООО «МНТО ИНСЭТ». — 2017.
