در کاربردهای برق آبی کوچک، اغلب حداکثر توان با هد محدود و حجم ساخت کم مورد نیاز است. تحت این شرایط، طرح "دو توربین، یک ژنراتور" یکی از کارآمدترین راهحلها به نظر میرسد. بیایید منطق فنی پشت این چیدمان و مزایای عملی استفاده از آن را بررسی کنیم.
نمودار فنی و اصول عملیاتی
دو توربین کاپلان
توربینهای کاپلان در هدهای پایین و با دبیهای متغیر آب استفاده میشوند. طراحی پرهها امکان تنظیم زاویه حمله با هد و دبی فعلی را فراهم میکند و حتی در شرایط جریان ناپایدار، راندمان بالا را حفظ میکند.
یک ژنراتور مشترک.
هر دو توربین از طریق یک سیستم انتقال قدرت هیدرولیکی (مکانیکی) به یک شفت ژنراتور مشترک متصل هستند. توان با هم ترکیب شده و حالتهای هر دو توربین هماهنگ میشود. کل ظرفیت نصب شده به 104 کیلووات میرسد، در حالی که کیفیت توان پایدار و هماهنگسازی چرخشی حفظ میشود.
انتقال قدرت هیدرومکانیکی.
مکانیزم انتقال قدرت، سرعت چرخش یکنواخت را تضمین میکند، تغییرات گشتاور را هموار میکند و چیدمان اتاق توربین را ساده میکند. این رویکرد در مقایسه با پیکربندی تک توربین/ژنراتور، هزینههای پروژه را کاهش میدهد، فضای اشغال شده توسط ساختمان را کم میکند و حجم تجهیزات الکتریکی را به حداقل میرساند.
مزایای طرح
- فشردگی.
ایدهآل برای کانالهای کوچک، سازههای سد با فضای محدود و بازسازی نیروگاههای برق آبی قدیمی که در آنها امکان قرار دادن دو واحد ژنراتور جداگانه وجود ندارد. - صرفه جویی در تجهیزات الکتریکی.
یک مجموعه اتوماسیون، یک مجموعه مدارهای قدرت، یک حفاظت. کاهش هزینههای سرمایهای میتواند به ۲۰ تا ۳۰ درصد برسد. - ساعات کاری انعطافپذیر.
اگر سطح آب پایین بیاید یا سرعت جریان کاهش یابد، میتوان یکی از توربینها را خاموش کرد و ژنراتور با نصف توان به کار خود ادامه خواهد داد. - سهولت تعمیر و نگهداری.
وسایل نقلیه کمتر، سیستمهای کمتر، خطر تصادف کمتر و برنامه تعمیر و نگهداری سادهتر. - افزایش بهرهوری انرژی در حالتهای فصلی.
دو توربین کاپلان راحتتر با نوسانات فصلی جریان و فشار سازگار میشوند و کاهش فصلی تولید را جبران میکنند.
هدف و دامنه کاربرد
این چیدمان برای موارد زیر بهینه است:
- کانالهای شهری (مانند کانال مارچفلد)
- سازههای قفل فشار پایین،
- رودخانههای کوچک با نوسانات فصلی در سطح آب،
- نوسازی نیروگاههای برق آبی قدیمی، که در آنها فشار پایدار و سرعت جریان متغیر است،
- واحدهای قدرت با پوشش ساختمانی محدود.
استفاده از دو واحد پره چرخشی، تأمین یکنواخت برق به شفت مشترک و عملکرد پایدار را حتی در شرایط هیدرولوژیکی غیر استاندارد تضمین میکند.
پرسش و پاسخ مهندسی
۱. چرا طرح «دو توربین - یک ژنراتور» انتخاب شد؟
پاسخ: به دلیل فضای محدود، صرفهجویی در تجهیزات الکتریکی و کاهش هزینههای ساخت و ساز. علاوه بر این، هنگامی که سطح آب نوسان میکند، میتوان از یک توربین بدون خاموش کردن کل سیستم برق آبی استفاده کرد.
۲. چگونه میتوان از همزمانی بین دو توربین اطمینان حاصل کرد؟
پاسخ: با استفاده از یک گیربکس هیدرولیکی که گشتاورها و سرعتهای زاویهای را برابر میکند. علاوه بر این، از یک سیستم کنترل زاویه پره خودکار استفاده میشود که عملکرد هر دو توربین را در یک حالت واحد کنترل میکند.
۳. چه خطراتی با بارهای مختلف روی توربینها ایجاد میشود؟
پاسخ: لرزش، کاویتاسیون موضعی، انتقال قدرت ناهموار، سایش یاتاقان و کاهش راندمان، همگی محتمل هستند. بنابراین، نظارت مداوم بر فشار، لرزش، دما و گشتاور در هر شفت مورد نیاز است.
۴. چه سیستم کنترلی برای عملیات ایمن مورد نیاز است؟
پاسخ: یک کنترلکننده دیجیتال با بازخورد، که موارد زیر را در خود جای داده است:
- سنسورهای فشار، جریان، ارتعاش و فشار،
- سیستم خودآزمایی بلادرنگ،
- قابلیت خاموش کردن اضطراری برای هر توربین،
- الگوریتمهایی برای حفظ بار یکنواخت روی ژنراتور مشترک.
۵. حداکثر توان ۱۰۴ کیلووات چگونه حاصل میشود؟
پاسخ: عملکرد بهینه زمانی است که هر دو توربین با زاویه پرههای منطبق کار کنند، جریان را به طور مساوی توزیع کنند و چرخش را در سرعت اسمی حفظ کنند. با فشار و جریان پایدار، راندمان کلی سیستم به حداکثر میرسد.
رزومه مهندس برق آبی
پیکربندی «دو توربین کاپلان و یک ژنراتور» در نیروگاه برق آبی کوچک کانال مارچفلد، یک راهحل فنی، اقتصادی و قابل اعتماد برای تأسیسات کمفشار است. این طراحی، راندمان بالا را در شرایط متغیر آب حفظ میکند، هزینههای سرمایهای را کاهش میدهد و تولید برق در تمام طول سال را تضمین میکند.
با اتوماسیون مناسب و هماهنگی حالت، چنین نیروگاه برق آبی کوچکی قابلیت اطمینان و پایداری عملکرد بالایی را نشان میدهد.
