XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Австрийский изобретатель Франц Цотлётерер (Franz Zotlöterer) из местечка Оберграфендорф (Obergrafendorf) придумал необычную схему для малых ГЭС. Его проект называется “Техника водоворота” (Wasserwirbeltechnik), а мини-ГЭС – “Гравитационно-водоворотная станция”.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что разгонный поток, который вливается из входного патрубка, пристроенного по касательной к корпусу открытого кольцевого лотка, приобретает форму кольцевого лотка типа кинетического гидрокольца. У входа потока в кольцевой лоток, на дне, установлен порог, дно которого находится ниже уровня входного патрубка на высоту порога. На внешнем борте кольцевого лотка, где установлены монорельсы, перед входным патрубком размещен сегментный поверхностный слив, снабженный горизонтальной регулирующей задвижкой по дуге внешнего борта. Под сливом помещена емкость для сбора сливной воды, переходящая в отводной патрубок по касательные корпуса, а в центре корпуса лоткового кольца установлен пилон для крепления оси ротора гидротурбины или всего генератора электрического тока.

В целях избежания негативных экологических последствий при сооружении плотинных мини-ГЭС изобретатель предложил часть потока вблизи берега отводить в специальный канал, направляющий воду к плотине.

Плотина представляет из себя бетонный цилиндр, к которому вода подходит по касательной, обрушиваясь в центре в глубину. Так в центре цилиндра образуется водоворот, который и закручивает турбину. Этот тип мини-ГЭС наиболее оптимален для электростанций мощностью до 150 кВт. Хороший КПД появляется начиная с перепада высот 0,7 м.

КПД преобразования энергии падающей воды в такой мини-ГЭС в ток достигает 73%. Экспериментальный образец, установленный на ручье, выработал свыше 50 МВт·ч электричества при рабочем перепаде высот воды 1,3 м и расходе 1 куб.м/сек. Максимальная электрическая мощность такой мини-станции достигает 9,5 кВт.

При действии такой мини-ГЭС скорость вращения турбины низкая и для рыбы, попавшей в водоворот, лопасти колеса опасности не представляют. К тому же лопасти не рассекают воду, а поворачиваются синхронно с водоворотом.

Еще одним экологическим плюсом данного проекта является перемешивание в водовороте загрязнителей и хорошая аэрация воды, что способствует интенсивной работе микроорганизмов, очищающих ее естественным образом.

Водоворот, образующийся в мини-ГЭС, способствует терморегуляции в водоеме – увеличенная площадь контакта воды с воздухом приводит к ее охлаждению летом; зимой ГЭС продолжает работать подо льдом, наиболее плотная вода тяготеет к центру водоворота, по краям цилиндра образуется ледяная корка, которая выступает в роли утеплителя, не дающего слишком сильно охладиться центру.

Недостатком прототипа является то, что данный тип ГЭС, используя прямой поток реки, после завихрения, попадает в центральную воронку, куда помещается стандартная турбина с генератором тока. Эта схема имитирует «улитку» крупных плотинных ГЭС, только бассейн с водоворотом является открытым и форма его - цилиндрическая, а не в виде улитки. Подобная ГЭС требует большой расход воды, при малом напоре (0,7-1,0 м) на единицу вырабатываемой мощности. Нерационально увеличивать диаметр бассейна (более 5 м), т.к. резко возрастает расход материалов и стоимость единицы мощности, усложняется обслуживание, а сама мощность ГЭС вырастает не значительно (КПД падает). Размещение агрегатов в центре водоворота также затрудняет его монтаж, обслуживание, а особенно ремонт, необходимо спускать бассейн полностью и извлекать агрегат или создавать крановые надстройки, кроме того, слив через воронку требует дополнительной глубины под корпусом.

Л и т е р а т у р а

Использование водной энергии/ Под ред. Д. С. Щавелева. Л.: Энергия, 1976.

Карелин В. Я., Волшаник В. В. Сооружения и оборудование малых гидроэлектростанций. М.: Энергоатомиздат, 1986.

Елаховский С Б. Гидроэлектростанции в водноэнергетических системах. М.: Энергия, 1979.

Гидроэнергетические установки/ Под ред. Д. С. Щавелева. Л.: Энергоиздат, 1981.

Патент РФ 2395001 24.04.2008 г. ГЭС на спиральном потоке воды.

Патент РФ 2059104 27.04.1996 Способ эксплуатации малой гэс.