Małe Elektrownie Wodne - Forum społeczności

... zapraszam do dyskusji na ten wlasnie temat. Mysle ze jest to powazny, nowy tred i trzeba go tu wyodrebnic, choc dyskusje zaczeto juz w temacie "kto sprawdzil Francisa na wyzszych obrotach".
A wiec okazuje sie, ze mozna wykrecic o kilka procent wyzsza produkcje (o okolo 6,5 %) stosujac nowa technologie, sterujaca szybkoscia obrotowa turbiny w zaleznosci od warunkow (ilosci wody glownie) w danym momencie.
Dotyczy to glownie turbin typu Francisa, Kaplana, smiglowki i sruby Archimedesa, a moze i in....
Przez zmiane oprzyrzadowania elektrycznego, wplywamy na szybkosc obrotow turbiny a oprzyrzadowanie to zapewnia takze stale parametry pradu oddawanego do sieci.
Pierwotnie stosowano to w ukladach z pradnicami synchronicznymi a obecnie rowniez z asynchronicznymi.
Zainteresowanych odsylam do sprawdzenia dyskusji, o ktorej wspominam powyzej.

Dzisiaj natomiast znalazlem artykol o zastosowaniu tego rozwiazania dla sruby Archimedesa i to na skale produkcyjna (a nie doswiadczalna) - elektrownia w Anglii rozwija moc do 65 kW i tu nastepna ciekawostka - mianowicie zalecaja zastosowanie przelacznika przywracajacego obroty stale srubie w momencie, gdy ma ponad 73 % wody (przelyku) - lepsza sprawnosc. Natomiast ponizej 73 % lepsze rezultaty daje stosowanie zmiennych obrotow turbiny.

A oto link do artykolu, ktory to opisuje http://www.mannpower-hydro.co.uk/attach ... esults.pdf

Bede wracal do tematu zmiennych obrotow pracy turbin, gdyz bardzo mnie on fascynuje i zapraszam do dyskusji, zglaszanie pytan i watpliwosci.
Mysle, ze wspolnie i u nas w Polsce potrafimy w oplacalny sposob wprowadzic te nowosc!

W dolaczonym zalaczniku pisza, ze w niektorych krajach (zachodnich) wzmaga sie wymog eliminowania regulacji turbin wodnych za pomoca kierownic lub zmiany ustawienia lopatek wirnika, poniewaz stosuje sie tam olej, ktory w ten sposob przedostaje sie i zanieczyszcza wode.
Znane sa przypadki (cytuje za artykolem) przyspawywania lopatek wirnika do piast w turbinach Kaplana, aby pozbyc sie tych zarzutow.
W tym swietle, mozliwosc zastosowania zespolow o regulowalnej ilosci obrotow turbiny, zyskuje na znaczeniu.
Tym bardziej, ze nalezy oczekiwac (i slusznie) wzrostu naciskow na zachowanie czystosci srodowiska.
Autorzy zastrzegaja sie, ze nie badali tego zagadnienia od strony ekonomicznej, sugerujac, ze w kazdym indywidualnym przypadku nalezy skalkulowac oplacalnosc przejscia na "regulowalna ilosc obrotow turbiny".

Nastepna rewelacja - niesamowicie prosty i tani konvertor umozliwia prace pradnicy (silnika) asynchronicznego i utrzymanie rzadanych parametrow pradu oddawanego do sieci.
Wedlug autorow sam zakup silnika synchronicznego bylby ponad 10 krotnie drozszy niz zbudowanie tego konvertora, umozliwiajacego wykorzystanie silnika asynchronicznego.
Poza tym, system ten prawie wcale nie konsumuje energii (blisko 100 % sprawnosci).
Zalety tego systemu:
- szeroki zakres pradu stalego - od 3 do 50 V
- zawsze "w fazie" - zsynchronizowany z siecia
- zamiast wysokich napiec i synchronicznego pradu zmiennego, zastosowano technike amplifikacji
- nie stosuje sie CPU (nie ma problemow z software ani firmware)
- uzywa sie tylko pasywnych komponentow
Wady systemu:
- pali bezpiecznik, jezeli prad staly przekroczy 50 V
- pracuje tylko w ukladzie jednofazowym, 110 V
- pali bezpiecznik przy dwoch fazach pradu zmiennego
Nowosc w tej technologi polega na tym, ze nie uzywa sie diody do "prostowania" pradu, lecz nastepuje przelaczanie "polarnosci" pradu - 120 razy na sekunede.
System pracuje w obu kierunkach - zmiana AC na DC i odwrotnie.
Nowosci: nie trzeba sie martwic o czestotliwosc; mechanizm przelaczania uzywany jest do otrzymania pradu stalego, nastepnie prad staly "wspoldziala" ze zmiennym.
Oddawanie pradu do sieci jest proste - przez zwiekszanie amplitudy po stronie pradu stalego.
Autorzy zapewniaja, ze w razie jakiejkolwiek przerwy po stronie pradu zmiennego (w sieci), nastepuje automatyczne wylaczenie.
Prosze zwrocic uwage, ze jest to opracowane do napiecia 110 V; nalezaloby przerobic na 220 V.
Caly opis plus duzo wiecej pod adresem: http://www.neo-aerodynamic.com/GridTieInverter.html
Zastrzegam sie, ze nie jestem elektrykiem, wiec prosze fachowcow o krytyczny komentarz.

Takie coś to można stosować w domu lecz nie w sieci zawodowej, wspomnij tylko w ZE że chcesz podłączyć turbinę na przekształtnikach a dodatkowe papiery będziesz musiał dostarczyć.

No nie wiem Radku - bo podaja, ze dokonali tego "odkrycia" pracujac na generatorze indukcyjnym o mocy 7,5 kW i nie wspominaja o jakichkolwiek ograniczeniach, co do wiekszej mocy. W nawiasie cytuje oryginalny tekst: (Just to give you a hint; our RPM Independent Induction Generator is allowing us to spend about $1200.00 to have a grid tie, 10HP (7,5KW) generator; without it; we have to spend more then 10 folds of that amount for the PMA (Permanent Magnet Alternator) then the grid tie Inverter.).
Poza tym podaja, ze aby podlaczyc ten generator do sieci wydali tylko 1200 dolarow na czesci do budowy swego pomyslu konwertera; "bez tego musielibysmy wydac okolo 10 razy wiecej na sama pradnice synchroniczna.
W zalaczniku podaje schemat elektryczny tego pomyslu.
Podkreslam, ze jest to wykonanie na prad amerykanski (110 V), mysle, ze sama modyfikacja tego na 220 V dla naszych fachowcow nie powinna stanowic wiekszego problemu.

To są małe moce do domowego stosowania, nie dla elektrowni wodnych.
Nie piszą o wymaganiach jakie są w normach.

Radku - co rozumiesz przez zastosowanie do uzytku domowego?
Przeciez pisza o oddawaniu pradu do sieci.

Nastepna ciekawostka - okazuje sie, ze w niektorych ukladach, korzystniejsze jest stosowanie zmiennej szybkosci obrotowej tubiny, zamiast poslugiwanie sie kierownica. I tak wlasnie jest w przypadku turbiny smiglowej (chyba "propeller turbine" = turbaina smiglowa!?) o przeplywie osiowym.
W nawiasie przytaczam oryginalny tekst: ("Usually, water level is kept constant by changing the guide vanes opening [7-9], but in some cases, the regulating capability provided by the turbine speed can be greater than
that provided by the guide vanes position. Such is the case of the axial-flow propeller turbine studied in this paper."). Caly artykol pod adresem: http://oa.upm.es/4422/1/INVE_MEM_2008_60480.pdf

Podobnie w innym miejscu znalazlem stwierdzenie, ze turbiny smiglowe ze zmienna iloscia obrotow z powodzeniem moga zastapic znacznie drozsze Kaplany z podwojna regulacja, tym bardziej, ze jest "nacisk" zilonych na ten typ turbin, poniewaz regulowalne elementy (kierownica, lopatki wirnika) wymagaja olejenia, a olej przedostaje sie do wody i zanieczyszcza ja.

Te artykuły są w USa tam moze i podlaczysz ale u nas nie ma szans na taka partyzantkę.

Technologia ta stosowana jest już coraz częściej w elektrowniach szczytowo-pompowych w pompoturbinach Francisa. System umożliwia ciągłą kontrolę mocy w cyklu pompowania, ale przede wszystkim zapewnia wyższą sprawność i jej płaską charakterystykę w cyklu turbinowym pod zmiennymi warunkami obciążenia (Q,H = var) czyli w obszarach pracy z dala od punktu optimum.
Takie rozwiązanie zastosowaliśmy np. w dużej elektrowni Goldistahl na północy Niemiec (podobnej warunkami do naszej Porąbka-Żary): http://www.voithhydro.com/vh_en_referen ... goldis.htm
Czytelny schemat działania przedstawiła tu konkurencja: http://ewh.ieee.org/r8/germany/ias-pels ... _300mw.pdf

Jeśli chodzi o turbiny Kaplana, to w energetyce zawodowej dużych elektrowni wodnych nie stosuje się regulacji prędkości. Ale rzeczywiście zauważamy, że klienci rozważają tańsze turbiny śmigłowe niż droższe turbiny Kaplana z podwójną regulacją. Jest tak szczególnie w przypadku, gdy elektrownia ma co najmniej 3-4 turbozespoły i więcej. Wtedy regulacja przepływu w rzece odbywa się najzwyczajniej poprzez odłączenie poszczególnych jednostek.

W jednym z obecnych projektów dla Kanady bardziej opłaca się na przykład wybudować cztery turbozespoły śmigłowe zamiast dwóch Kaplana, gdyż wraz ze zwiększeniem wyróżnika szybkobieżności (czy też po prostu prędkości obrotowej) zmniejsza się oczywiście rozmiar generatora, rozmiar wirnika, obciążenie fundamentów, itd.

Farhigh - dzieki za twoj glos!
Oczywiscie, ze nowosciom jest sie ciezko przebic, bo wiadomo ze ZE maja instrukcje (i slusznie), jakie warunki musza by spelnione itd.
Przeciez prad, pewnie po atomie, to najbardziej "niebezpieczne dobrodziejsstwo ludzkosci".
Jednakze, nie mozna sie godzic na blokowanie postepu/wynalazczosci.
Skoro sa juz przyklady wykorzystywania tej technologii gdzies na swiecie, to nalezy sie na tym wzorowac, dokladnie poznac, opracowac nowe instrukcje i wprowadzac - wpierw na mala skale (eksperymaentalnie)...
Bo jezeli "isc na udry", to przeciez jestesmy w uni - postraszyc trybunalem i wystapic o odszkodowania - zwrot niepotrzebnie zwiekszanych nakladow inwestycyjnych, oraz osiagana nizsza sprawnosc.
Pewnie pojedynczej osobie trudno, byloby sie przebic, ale np. organizacja, jak TRMEW (Towarzystwo Rozwoju Malych Elektrowni Wodnych)....
No dobrze, przewalkujmy wpierw dokladnie temat - cdn.

No prosze - z linku, ktory podaje forheight wynika wiec, ze nie jest to zabawka do domowego zastosowania, lecz dwie turbiny po 265 MW kazda, ktore sterowane sa za pomoca technologii zmiennych obrotow turbiny.
Zainstalowane w 2003 roku w Niemczech - firma Voith.
Autorzy podaja, ze znacznie zwiekszyla sie sprawnosc, jak i plynnosc pracy turbiny w roznych zakresach podazy wody regulowanej ta technologia w porownaniu do tubin o stalych obrotach.Dlatego zastosowanie technologii zmiennych obrotow, odbija sie korzystnie na sprawnosci calego zespolu, jak rowniez daje mozliwosc plynnej wspolpracy z siecia. Cytat: "Variable-speed is, therefore, an advantage for overall unit performance, and also for flexibility of operation within grid regulation."

farhigh - przeanalizowalem twoj link - oto niektore stamtad stwierdzenia:
glowne zalety zastosowania cyklo-konvertera do wspolpracy z podwojnie uzwojona (tak wirnik jak i stojan) pradnica.
- duza wydajnosc uzyskiwana przez dostosowywanie obrotow do niepelnej podazy wody
- zmniejszone straty powodowane przez konwerter - poniewaz tylko 30 % mocy dostarczane jest za posrednictwem konwertera
- stabilizacja sieci - wysoka dynmika kontroli mocy
Kontrola oddawanej mocy pradnicy indukcyjnej przy zmiennym cisnieniu wody (wysokosci uzytkowej) - moc oddawana do sieci nie ulega zmianie dzieki zastosowaniu zmiennych obrotow turbiny.
Zmniejszony stres mechaniczny pradnicy w sytuacjach awarii sieci
Konkluzje:
- wysoka wydajnosc
- moc dostepna, w tedy, kiedy jest potrzebna
- stabilizacja sieci
Inna procedura w wypadku awarii sieci (zastosowanie zmiennego rezystora)
- nie ma wiekszych przerw w dostawie energii elektrycznej - bezpieczniki pozostaja zwarte.
- zwiekszona gotowosc - nie ma koniecznosci startowania (od nowa).
Korzysci z zastosowania silnika indukcyjnego we wspolpracy z cyklo - konwerterem w porownaniu do stosowania silnika synchronicznego:
- zadzialanie - 150 milisekund (zamiast kilku sekund)
- czas wymagany na synchronizacje: 10 sek (zamiast co najmniej 20 sek)\
- srednia wydajnosc 80 % (zamiast 70 % pradnicy synchronicznej).

Kruk, dziękuję za zainteresowanie.

Technologia "variable speed motor-generator" zaczęła być stosowana w Japonii. Problem energetyki Japonii z lat 90 dotyka teraz Europę, tzn. duże skoki mocy w sieci.
U nas w Europie skoki mocy są coraz większe. Są one przede wszystkim spowodowane coraz to większym użytkowaniem mocy wiatrowej, którą trudno regulować czy też raczej zaplanować (wiadomo - raz wieje, raz nie wieje). W 2009r. w samych Niemczech i Hiszpanii z tego co pamiętam uruchomiono coś około 1500MW energii wiatrowej w każdym z ww. krajów. Stąd nasilający się trend na elektrownie szczytowo-pompowe. Operatorzy sieci zwracają uwagę na szybkość reakcji takiej elektrowni na skoki mocy - stąd nacisk na szybką regulację. Zmienna prędkość obrotowa to tylko jedno z rozwiązań, które się właśnie popularyzuje w Europie. Obecnie w Portugalii realizowany jest projekt elektrowni Venda Nova 3 (przemianowany na Frades) w tej samej technologii co wspomniana wcześniej Goldistahl, tyle że z mocą 2 x 390MW. Tu jest ciekawy dokument: http://www.energinorge.no/getfile.php/F ... Duarte.pdf

Drugie sprawdzone rozwiązanie z szybką regulacją w elektrowni szczytowo-pompowej to np. zespół trój-maszynowy, czyli generator + turbina Peltona + pompa (jedno- lub wielostopniowa) na jednym wale. Tak pracuje bardzo nowoczesna elektrownia Kops 2 czy też Lünersee, obie w Austrii. Obie regulują właśnie sieć Niemiecką (RWE, EnBw) nasyconą już w sporej swej części mocą z elektrowni wiatrowych.

Odnośnie ostatniego zdania- co one regulują w sieci?

@Tołdi, w obu rozwiązaniach mowa o regulacji skoków mocy w sieci spowodowanych odstawianiem i załączaniem elektrowni wiatrowych.

Jasniej mowiac, pewnie mozna to ujac tak, ze te elektrownie - jako szczytowo - pompowe - miedzy innymi magazynuja energie produkowana przez elektrownie wiatrowe. Bo jezli akurat mocno wieje i elektrownie te produkuja wiecej pradu, niz pobierane jest z sieci - w bardzo krotkim czasie eletrownia wodna zamienia sie w ogromna pompe, pompujaca wode do gornego zbiornika (zagospodarowujac nadmiar energii z sieci).
I na odwrot - potrzeba w sieci wiecej pradu niz jest jej dostarczane w danym momencie - nastepuje odwrocenie pracy z pompowej na turbinowa i "nadmiar" energii zmagazynowany jako woda w gornym zbiorniku, spada w dol oddajac ta energie spowrotem do sieci.

@Kruk, dokładnie tak. W opisanych wyżej przypadkach elektrownia szczytowo-pompowa służy do regulacji.
Natomiast klasyczna praca elektrowni szczytowo-pompowej bazuje na różnicy w cenie energii w szczycie porannym i wieczornym (praca turbinowa - sprzedaż energii) oraz poza szczytem (w ciągu dnia i w nocy - praca pompowa za tańszą energię).

Od prawie 10 lat wszystkie elektrownie wiatrowe mają pałną regulację mocy. Możesz regulować ich produkcję i nie ma żadnych skoków przy załączaniu czy odłączaniu od sieci.