Hidroelektrinė (HE) - tai energijos rūšies keitimo įtaisas, kuris krentančio vandens potencinę energiją verčia į elektros energiją. Mechaninį sukimo momentą sukuria krentančio vandens sukama vandens turbina, o ši sujungta su elektros generatoriumi. Žiūrėkite vaizdo įrašą apie hidroelektrinių veikimo principus.
„Forster“ turbinos yra įvairių tipų, specifikacijų ir patikimos kokybės, pasižymi tinkama konstrukcija, patikimu veikimu, dideliu efektyvumui, standartizuotomis dalimis ir patogia priežiūra. Vienos turbinos galia gali siekti 20 000 kW. Pagrindiniai tipai yra „Kaplan“ turbina, vamzdinė turbina, „Francis“ turbina, „Turgo“ turbina, „Pelton“ turbina. „Forster“ taip pat tiekia hidroelektrinėms skirtą pagalbinę elektrinę įrangą, pavyzdžiui, reguliatorius, automatines mikrokompiuterių integruotas valdymo sistemas, transformatorius, vožtuvus, automatinius nuotekų valymo įrenginius ir kitą įrangą.
Hidroelektrinių tipai ir konstrukcija
Hidroelektrinės skirstomos pagal vandens naudojimą:
- Užtvankinės hidroelektrinės: Vandens slėgis sudaromas užtvanka, kuri pakelia upės vandens lygį vienoje pusėje (aukštutinis bjefas), o kitoje pusėje vandens lygis lieka žemesnis (žemutinis bjefas). Jėgainės pastatas yra užtvankoje.
- Prieužtvankinės hidroelektrinės: Kai slėgio aukštis didesnis, pastatas statomas už užtvankos žemutiniame bjefe.
- Derivacinės hidroelektrinės: Slėgio aukštis sudaromas derivacija (vandens nukreipimu). Jos statomos, kai upės nuolydis didelis.
- Hidroakumuliacinės elektrinės: Naudoja kitų elektrinių gaminamą elektros energiją vandens potencinei energijai kaupti, kuri vėliau vėl paverčiama elektros energija. Naktį nesuvartota elektros energija naudojama vandeniui kelti į aukštutinį baseiną, o dieną, kai vartojimas didelis, vanduo leidžiamas atgal, generuojant elektrą.
- Potvynių-atoslūgių elektrinės: Verčia jūros potvynių energiją elektros energija, tačiau statomos labai retai.
- Mišriosios hidroelektrinės: Derivacijos pradžioje upė užtvenkiama.
Hidroagregatas, sudarytas iš hidrogeneratoriaus, jį sukančios hidraulinės turbinos ir siurbvamzdžio, yra pagrindinis energetinis įrenginys jėgainėse. Hidrogeneratorius hidraulinės turbinos mechaninę energiją verčia elektros energija. Jo rotorius sujungtas su turbinos velenu.
Hidraulinė turbina gali būti:
- Aktyvioji: Naudoja tik kinetinę vandens tėkmės energiją (pvz., kaušinė, arba Peltono turbina).
- Reaktyvioji: Naudoja ir kinetinę, ir potencinę vandens energiją (pvz., spindulinė ašinė, arba Francis, ir ašinė su sukiojamosiomis mentėmis, arba Kaplan).
Turbinos su atviromis kameromis tinka, kai vandens slėgio aukštis 6-8 m, su uždaromis kameromis - 8-10 m, su metalinėmis spiralinėmis kameromis - 10-400 m.
Hidroelektrinių istorija ir raida
Pirmoji hidroelektrinė buvo pastatyta 1868-1870 m. Kregsaide (Cragside), Anglijoje, tiekusi energiją kelioms elektros lemputėms lordo Armstrongo dvare. 1882 m. JAV, Epltone (Appleton), pastatyta pirmoji komercinė hidroelektrinė.
Lietuvoje hidroenergetikos potencialas pradėtas tyrinėti XX a. pradžioje. 1903 m. Nemuno hidroresursus tyrinėjo lietuvių kilmės profesoriaus Jurgio Merčingo vadovaujama Vandens energijos tyrimų komisija. 1929 m. inžinierius J. Smilgevičius siūlė statyti hidroelektrines ant Nemuno ir Neries, siekiant sumažinti šalies atsilikimą dėl menko elektrifikavimo.
Pirmieji du 90 MW Kauno hidroelektrinės agregatai pradėjo veikti 1959 m. Pastačius Ignalinos AE, prireikė balansuojančios ir kompensuojančios elektrinės, todėl 1992 m. pradėta statyti Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė, kurios instaliuotoji galia siekia 800 MW.
Pasaulyje didžiausia hidroelektrinė - Trijų tarpeklių užtvanka Kinijoje, ant Jangdzės upės, pastatyta 2019 m. Pasaulio hidroelektrinių bendroji instaliuotoji galia 2017 m. buvo 1246 GW.
Mikrohidroelektrinės: privalumai ir iššūkiai
Mikrohidroelektrinės (galia iki 100 kW) gali būti papildomas stabilus pajamų šaltinis, ypač ūkiuose, kuriuose yra nedidelis upelis ar pratakus tvenkinys. Jų statybai reikia palyginti nedaug investicijų, o elektros gamyba yra mažiau priklausoma nuo oro sąlygų nei saulės ar vėjo energija.
Skaičiavimai rodo, kad vandens srauto sukama turbina, esant 50 l/sek. nuotėkiui ir 3 m vandens kritimo aukščiui, per 1 val. pagamina apie 1 kWh elektros energijos. Per metus susidarytų apie 7 200 kWh, o pardavus elektros tinklams po 0,26 Lt už kWh, metinės pajamos galėtų siekti apie 1 590 Lt (po eksploatacijos išlaidų). Investicijos 1 kW galingumui elektrinių statybai dažniausiai sudaro apie 6 000 Lt, todėl išlaidos pasidengtų mažiau kaip per 4 metus.
Vienas iš būdų pagerinti energijos vartojimo efektyvumą ir optimizuoti išlaidas yra pereiti prie specialių tepalų, tiksliai pritaikytų hidroenergijos reikmėms. Tokie tepalai gali suteikti papildomos naudos efektyvumo ir tvarumo požiūriu.
Tačiau mikrohidroelektrinių statyba susiduria su iššūkiais. Daugelyje šalių, įskaitant Lietuvą, geri tvenkiniai jau panaudoti arba statomi, liko tik „trupiniai“, prie kurių įmanoma įrengti tik mažos galios elektrines. Taip pat svarbu atsižvelgti į aplinkosauginius reikalavimus, tokius kaip žuvų migracijos keliai.
Hidroelektrinių poveikis aplinkai
Hidroelektrinių poveikis aplinkai vertinamas gana prieštaringai. Nors jos naudoja atsinaujinantį energijos šaltinį ir neteršia aplinkos elektros gamybos metu, užtvankų statyba gali užimti didelius plotus, palaidoti žemės ūkio naudmenis ir trukdyti žuvų migracijai.
Aplinkosaugininkai reikalauja mažinti užliejamus plotus, saugoti dirvožemio sluoksnį ir užtikrinti žuvų migracijos kelius. Šie klausimai nėra neišsprendžiami, tačiau reikalauja kruopštaus planavimo ir tinkamų sprendimų, pavyzdžiui, žuvitakių įrengimo ar specialiai pritaikytų turbinų naudojimo.
Kita vertus, tinkamai suprojektuotos hidroelektrinės gali mažinti erozijos procesus, išsaugoti ir atkurti upių vagos formas bei natūralius žuvų migracijos kelius. Be to, hidroelektrinių tvenkiniai sudaro sąlygas vystytis žuvininkystei, rekreacijai, didina žemės vertę ir saugo nuo potvynių.
Vandens turbinų tipai ir jų pritaikymas
„Forster“ siūlo įvairius hidroelektrinių turbinų tipus, atitinkančius skirtingus poreikius:
- Kaplan turbina: Ašinė turbina su sukiojamosiomis mentėmis, tinkama mažam vandens kritimo aukščiui ir didelei vandens srovei.
- Vamzdinė turbina: Kompaktiškas sprendimas, dažnai naudojamas mažesnėse hidroelektrinėse.
- Francis turbina: Spindulinė ašinė turbina, tinkama vidutiniam vandens kritimo aukščiui ir vandens srovės kiekiui.
- Turgo turbina: Panaši į Pelton turbiną, bet tinkama didesniam vandens srovės kiekiui ir vidutiniam kritimo aukščiui.
- Pelton turbina: Kaušinė turbina, tinkama labai dideliam vandens kritimo aukščiui ir mažam vandens kiekiui.
Yra sukurtos ir specialios lėtaeigės turbinos, kurios nereikalauja vandens kritimo ir netrukdo žuvų migracijai. Nors jos negali gaminti didelių elektros kiekių, ateityje jos gali tapti komerciškai vertingos, naudojant vandens greičio energiją.
Hidroelektrinės animacija
Vienas iš naujausių sprendimų yra „Cappa“ turbina, kurią galima įrengti upėse su pakankamai greita srove, net ir be didelės užtvankos. Tokia turbina, esant 2 m/s greičiu tekančioje srovėje, gali sugeneruoti apie 250 W. Kelios tokios turbinos gali užtikrinti apie 1 kW galią, tinkamą apšvietimui ar kitoms mažesnėms reikmėms.
Tepimo sprendimai hidroelektrinėms
Patikimas tepimas yra būtinas įprastoms turbinų konstrukcijoms, tokioms kaip Kaplan, Francis ar Pelton turbinos. Specialūs tepalai gali užtikrinti ne tik efektyvumą, bet ir tvarumą. Molylub siūlo aplinkai nekenksmingą tepalų asortimentą visoms vandens gamybos sektoriaus reikmėms, atitinkantį griežtus aplinkosaugos reikalavimus.
Ypač kokybiškos pilnai sintetinės, sintetinių biologiškai irių esterių pagrindo hidraulinės alyvos skirtos ekstremalioms temperatūroms ir prailgintam keitimo intervalui. Taip pat siūlomos augalinių aliejų ir sintetinių esterių priedų pagrindo, mažo garuojamumo hidraulinės alyvos, pasižyminčios puikia atsparumu dėvėjimuisi ir efektyviu sutepimu.
Lietuvos hidroenergetikos perspektyvos
Lietuvoje yra apie 1100 užtvankų, tačiau prie daugelio jų efektyvios hidroelektrinės įrengti beveik neįmanoma. Likę tvenkiniai dažnai per maži, o buvusių vandens malūnų užtvankų liekanos, nors ir energetiniu požiūriu efektyvesnės, reikalauja didesnių statybos sąnaudų ir yra labiau ribojamos.
Nepaisant iššūkių, hidroenergetika išlieka svarbiu atsinaujinančios energijos šaltiniu. Tinkamai suprojektuotos ir įrengtos hidroelektrinės, ypač mikro ir mažosios, gali prisidėti prie energetinės nepriklausomybės, ekonominės naudos ir aplinkosaugos tikslų įgyvendinimo.
tags: #hidroelektrines #turbinas #tai