نیروگاه‌های آبی کوچک

 

 

كشور	Micro )MW(	Mini)MW(	Small)MW(
امريكا	<kW 100	100-1000kW	1-30 MW
چين	------------	<500 KW	5- 20 MW
هند	<100 kw	100-1000 kW	1-15 MW
فرانسه	5-5000 kW	-------------	--------------

۴ -تجهیزات:

تجهیزات نیروگاه برق آبی کوچک را می‌توان به دو دسته‌ی کلی تقسیم نمود:

·تجهیزات اصلی (major): مستقیماً در ارتباط با توزیع و انتقال توان هستند مانند: توربین، ژنراتور، سیستم تحریک، سیستم کنترل بار و سرعت واحد (گاورنر)، ترانس ها، تجهیزات پست و ...

·تجهیزات کمکی (ancillary): به تجهیزاتی گفته می‌شود که از عملکرد تجهیزات اصلی پشتیبانی می‌کنند. مثل تجهیزات کنترل واحد، سیستم‌های حفاظتی، سیستم مصرف داخلی و ...



۴ - ۱ -انواع هیدرو ژنراتورهای کوچک:

در نیروگاه‌های برق آبی کوچک برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی از ژنراتور القایی (آسنکرون) یا ژنراتور سنکرون استفاده می‌شود. غالباٌ ملاحظات اقتصادی در تعیین نوع ژنراتور نقش اساسی دارد.



ژنراتور سنکرون

مهم‌ترین مزیت ژنراتورسنکرون این است که با کنترل مقدار جریان تحریک می‌تواند بصورت پیش فاز یا پس‌فاز کار کند. مزیت دیگر ژنراتورهای سنکرون در این است که می‌توانند در حالت ایزوله از شبکه هم، ولتاژ و فرکانس کاری خود را کنترل کنند. تحریک ژنراتورهای سنکرون در واحدهایی که ظرفیت‌های کم وسرعت‌های بالایی دارند به روش" بدون جاروبک" (Brushless) و در واحدهایی که ظرفیت‌های بزرگ وسرعت‌های کمتری دارند با جاروبک و نیز استفاده از یکسو ساز (استاتیکی) تامین می‌شود. [ ۱]ژنراتور آسنکرون
اصلی‌ترین دلیل استفاده از ژنراتورهای القایی در نیروگاه‌های برق آبی کوچک، هزینه‌ی سرمایه‌گذاری اندک این نوع از ژنراتورهاست. اساساٌ عملکرد این ژنراتور به تجهیز کنترلی خاصی نیاز ندارد. این نوع ژنراتور‌ها بصورت ایزوله کار نمی‌کنند. به علاوه، به تجهیزات حفاظتی خاصی هم نیاز ندارند زیرا ژنراتور القایی منبع تامین توان راکتیو مغناطیس‌کننده‌ی خود را در صورت بروز خطا در شبکه، از دست می‌دهد. تن‌ها وسیله‌ی ابزار دقیق مورد نیاز، یک آمپرمتر است تا مقدار بار را اندازه گیری و دنبال کند. مقادیر ولتاژ و فرکانس از طرف شبکه به ژنراتور تحمیل می‌شوند. توانی که ژنراتور به شبکه تحویل می‌دهد به لغزش وابسته است و در صورت بروز خطا در شبکه هیچ‌گونه خود تحریکی امکان پذیر نمی‌باشد. همچنین جریان مورد نیاز ژنراتور برای مغناطیس‌کردن ماشین به‌خاطر طبیعت غیرخطی منحنی مغناطیسی، هارمونیک‌های بیشتری دارد. [ ۵]از این نوع ژنراتور‌ها به ندرت در نیروگاه‌های آبی استفاده می‌شود.

انواع تجاری هیدرو توربین‌های کوچک [ ۴]:

توربین نیروگاه‌های آبی کوچک را می‌توان از هرکدام از انواع توربین‌های تجاری انتخاب کرد. حتی می‌توان از پمپ هم به‌جای توربین استفاده کرد. در یک دسته‌بندی کلی، هیدروتوربین‌ها، به دو دسته توربین‌های عکس العملی و ضربه‌ای تقسیم می‌شوند که هر کدام از این انواع، نمونه‌های تجاری مختلفی دارند که ما در این‌جا ۱۰ نمونه‌ی متداول توربین به‌کار گرفته شده در نیروگاه‌های برق آبی کوچک را ذکر می‌کنیم:

۱. Inclined axis, very low head Kaplan gear turbine.

۲. Horizontal axis bulb or pit Kaplan turbine.

۳. Horizontal axis "S” type Kaplan turbine.

۴. Vertical axis small Kaplan turbine with elbow draft tube.

۵. Horizontal axis "S” type propeller turbine.

۶. Horizontal axis pit type propeller turbines.

۷. Horizontal axis Francis turbine.

۸. Horizontal axis, double runner Francis turbine.

۹. Vertical axis "Saxo” axial flow Kaplan turbine.

۱۰. Horizontal axis, angled inlet, axial flow Kaplan turbine.

محل کاربرد هیدروتوربین‌های کوچک:



۱. Inclined axis, very low head Kaplan gear turbine

این مدل توربین در محل‌هایی با زوایای شیب ۱۵ تا ۴۵ درجه نسبت به افق و در سایت‌های به‌کار می‌روند که هد بسیار کمی با ارتفاع خالص بین ۲ تا ۸ متر دارند. این توربین‌ها در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا ۲. ۶MW به‌کار گرفته می‌شوند.



۲. Horizontal axis "S” type Kaplan turbine

این توربین‌ها در محدوده‌ی هدهای از ۵ متر تا ۲۵ متر وهمچنین در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا ۱۲MW به‌کار گرفته می‌شوند.

 

۵. Horizontal axis "S” type propeller turbine.

۶. Horizontal axis pit type propeller turbines.

از مدل‌های ۵ و ۶ که در فهرست بالا آورده شده‌اند به‌خاطر مشخصه‌ی بسیار حساس راندمان این توربین‌ها نسبت به تغییرات هد و فلو به ندرت استفاده می‌شود و این توربین‌ها تن‌ها در سایتهایی به‌کار گرفته می‌شوند که کمترین تغییر در میزان هد و فلوی آب را دارند.



۷. Unit # ۷. Horizontal axis Francis turbine

این توربین‌ها عمدتاٌ با رانرهایی با قطر کمتر از ۱. ۸ متر بکار می‌روند. برای به‌کارگیری این توربین‌ها به هد خالص بین ۲۰ تا ۱۰۰ متر نیاز دارند و در محدوده‌ی توانی حداکثر تا ۱۲MW به‌کار گرفته می‌شوند. در بیشتر کاربردهایی که از این نوع توربین استفاده شده است، توان خروجی کمتر از ۵MW بوده است.



۸. Unit # ۸. Horizontal axis, double runner Francis turbine

در برخی از سایت‌ها که هد نیروگاه برای نصب یک رانر بسیار کم است، برای افزایش سرعت رانر از این نوع توربین استفاده می‌شود. در بیشتر کاربردهای به‌کار رفته، توان این نوع توربین کمتر از ۵MW بوده است. اصولاٌ این نوع توربین در محدوده‌ی توان ۱MW تا ۱۵MW و ارتفاع یا هدهای ۱۵ تا ۱۰۰ متر به‌کار می‌روند.



۹. Unit # ۹. Vertical axis "Saxo” axial flow Kaplan turbine

تا کنون تعداد بسیار کمی از این نمونه توربین ساخته شده‌اند. در این نمونه توربین، با افزایش میزان فلو، راندمان توربین افت می‌کند که در نتیجه باید از رانری با قطر بزرگ‌تر در این موارد استفاده شود.


این مدل توربین در محل‌هایی با زوایای شیب ۱۵ تا ۴۵ درجه نسبت به افق و در سایت‌های به‌کار می‌روند که هد بسیار کمی با ارتفاع خالص بین ۲ تا ۸ متر دارند. این توربین‌ها در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا ۲. ۶MW به‌کار گرفته می‌شوند.

توربین کاپلان S- type با محور افقی

این توربین‌ها معمول‌ترین توربین با هد پایین هستند که در نیروگاه‌های برق آبی کوچک استفاده می‌شوند که توسط بسیاری از سازندگان به‌صورت از پیش طراحی شده‌ای، ساخته می‌شوند. قطر این توربین‌ها از ۱ متر تا ۴ متر ساخته می‌شود و در محدوده‌ی هدهای از ۵ متر تا ۲۵ متر و همچنین در محدوده‌ی توان‌های حداکثر تا ۱۲MW به‌کار گرفته می‌شوند.