Technologie für Wasserkraftwerke

Unsere Wasserkraftwerke installieren wir an Flüssen und Bächen, bei Kanalübergängen, Bewässerungssystemen und Trinkwasserleitungen, Kläranlagen, Versorgungssystemen und Abwasseranlagen von Industriebetrieben sowie an Dämmen bereits existierender Wasserkraftwerke.

Wir fertigen Ausrüstung für kleine Wasserkraftwerke, die wir grob in drei Typen unterteilen:

• Mikro-Wasserkraftwerk — Leistung von 3 kW bis 100 kW
• Mini-Wasserkraftwerk* — Leistung von 100 kW bis 1 MW
• Kleine Wasserkraftwerke* — Leistung von 1 MW bis 30 MW

*Kleine Wasserkraftwerke und Mini-Wasserkraftwerke werden gewöhnlich als MGH (Microhydro) bezeichnet.

Phasen der Errichtung eines kleinen Wasserkraftwerks

Für die Errichtung eines kleinen Wasserkraftwerks führen wir ein umfassendes Arbeitspaket durch, das folgende Phasen umfasst:

• Untersuchung des Wasserobjekts zur Bewertung seines energetischen Potentials
• Begründung der Wahl der technischen Ausrüstung, der Platzierung und der Anordnung der wasserbaulichen Anlagen
• Erstellung eines technischen Angebots für den Bau
• Durchführung ingenieurtechnischer Untersuchungen (Vermessung, Geologie, Ökologie, Meteorologie)
• Entwicklung der Projekt- und Ausführungsdokumentation
• Erhalt der erforderlichen Genehmigungen, Durchführung der Projektprüfung
• Bau
• Herstellung, Lieferung, Montage und Inbetriebnahme der Wasserkraftwerkausrüstung

Die Wahl der Technologie und Methoden für die Errichtung eines MGH hängt von den natürlichen Bedingungen des Bauortes und den Eigenschaften des Wasserflusses ab.

In der Regel werden MGH an Flüssen nach einem Ableitungsprinzip erstellt. Wasser wird durch eine Wasserentnahme entnommen und in eine Rohrleitung geleitet, die so verlegt wird, dass ein Höhenunterschied zwischen dem Wasserentnahmepunkt und dem anderen Ende der Rohrleitung, an das die Turbine angeschlossen wird, entsteht.

Hauptkomponenten eines Wasserkraftwerks

Bei der Errichtung eines MGH entwerfen wir wasserbauliche Anlagen:

• Rückstaubecken (falls notwendig) — Dämme, Staudämme. Diese sperren den Wasserlauf vollständig oder teilweise ab, um den Wasserspiegel zu erhöhen und Druck zu erzeugen.
• Wasserentnahmeanlagen. Diese dienen der Wasserentnahme aus dem Fluss sowie der Trennung von schwimmendem Müll.
• Wasserzufuhranlagen — Ableitungskanäle, Rohrleitungen. Diese dienen der Zuführung von Wasser zu den Aggregaten.
• Überlaufanlagen. Diese dienen dem Abfluss von Wasserüberschüssen, einschließlich Hochwasser, in einen Flussabschnitt unterhalb der Rückstaubecken (Unterlauf).
• Gebäude des MGH
• Turbinenaggregate, die Turbinen, Stromgeneratoren und automatische Steuerungssysteme umfassen.

Bestimmung der Leistung eines Wasserkraftwerks

Die Berechnung der Leistung eines Wasserkraftwerks erfolgt auf Basis von zwei Parametern:

• Druck — dies ist der Höhenunterschied zwischen dem Anfang und dem Ende der Rohrleitung abzüglich der Verluste, die in der Rohrleitung beim Wassertransport auftreten.
• Durchfluss — das Volumen des Wassers pro Zeiteinheit, das durch die Rohrleitung zum Turbinenaggregat gelangt.

Um die Werte von Druck und Durchfluss zu bestimmen, ist eine Untersuchung des Wasserflusses und eine Berechnung erforderlich. Bei der Bestimmung des mittleren Jahresdurchflusses werden saisonale Faktoren berücksichtigt — Hochwasser, Trockenzeit, Regenzeit und andere.

Auswahl der Turbine je nach Flusseigenschaften

Die Werte von Druck und Durchfluss sind entscheidende Parameter bei der Auswahl der Art der Wasserturbine:

• Pelton-Turbine (Schaufelturbine). Das Funktionsprinzip der Turbine besteht darin, dass ein Wasserstrahl mit hohem Druck auf Schaufeln auf dem Laufrad trifft und es in Drehung versetzt. Nachdem die Impulsenergie des Wassers auf das Laufrad übertragen wurde, fließt das Wasser bei Atmosphärendruck in die Abflussleitung. Pelton-Turbinen werden nur bei sehr hohen Drücken verwendet, wofür ein großer Höhenunterschied erforderlich ist. Diese Turbine arbeitet mit dem niedrigsten Wasserverbrauch aller Turbinentypen.
• Kaplan-Turbine (Propellerturbine). Das Funktionsprinzip dieser Turbine besteht darin, dass der Wasserfluss auf die Schaufeln des Laufrades (Propeller) wirkt. Das Laufrad wird in Drehung versetzt, die auf die Welle der Wasserturbine übertragen wird, die über eine Kupplung mit dem Generator verbunden ist. Kaplan-Turbinen werden bei großen Wasserströmen (hoher Durchfluss) und niedrigen Drücken verwendet. Typischerweise in Flüssen oder Kanälen mit kleinen Höhenunterschieden.
• Francis-Turbine (Radial-Axial-Turbine). Diese liegt im mittleren Bereich des verwendeten Drucks zwischen Propeller- und Schaufelturbinen und wird in der Regel bei Drücken von 30-180 m und mittleren Durchflusswerten eingesetzt. Francis-Turbinen haben den größten Bereich an Betriebsbedingungen und die höchste Effizienz aller Turbinentypen.

Für jede bestimmte Kombination von Wasserfluss und Druck ist ein bestimmter Typ von Turbine optimal. Die Betriebsbereiche der verschiedenen Turbinentypen überschneiden sich jedoch, sodass in einem Wasserkraftwerk unterschiedliche Turbinentypen installiert sein können.

INSET - Optimale Turbinenkonstruktion

INSET-Wasserturbinen werden so konzipiert, dass der Bereich des optimalen Wirkungsgrads im möglichst breiten Bereich von Drücken (blaue Linie) verteilt ist. Dieser Ansatz liefert die besten Ergebnisse in der kleinen Wasserkraft, da die saisonalen Änderungen im Wasserfluss und Druck in kleinen Flüssen sehr groß sind.

Zum Vergleich zeigen die roten Linien die Entwurfsparameter für große und mittlere Wasserkraftwerke. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, werden diese Turbinen auf spezifische und stabile Flusseigenschaften an großen Gewässern ausgelegt, und der maximale Wirkungsgrad kann nur bei einem bestimmten Druck Hi erreicht werden.

35 Jahre Erfahrung in der Planung, Herstellung und dem Betrieb von Turbinen. Die Strömungsteile aller Turbinen werden mithilfe von mathematischen Modellierungsmethoden entwickelt.

Automatisierungssystem

Wir haben originelle technische Lösungen für die Automatisierungssysteme von kleinen Wasserkraftwerken und Mikro-Wasserkraftwerken entwickelt. Die von INSET hergestellten Automatisierungssysteme für Turbinenaggregate erfordern kein ständiges Vor-Ort-Personal, wobei die Turbinenaggregate zuverlässig im Automatikbetrieb arbeiten.

Das Steuerungssystem basiert auf einem programmierbaren Controller, der die Überwachung der Betriebsparameter der Turbine auf einem Computerbildschirm ermöglicht.

Fertige Lösungen von INSET

Basierend auf unserer Erfahrung sowie mehr als 400 durchgeführten Untersuchungen kleiner Flüsse hat INSET Reihen von Turbinenaggregaten verschiedener Typen und Leistungen entwickelt, die 96 % der Anforderungen unserer Kunden abdecken. Turbinen, Multiplikatoren, Generatoren und andere Komponenten der Turbinenaggregate werden in Serie in spezialisierten Werken in St. Petersburg hergestellt. Alle Produkte sind zertifiziert.

So ist es für den Kunden nicht erforderlich, eine individuelle Planung des Turbinenaggregats in Auftrag zu geben, was die Gesamtkosten des kleinen Wasserkraftwerks erheblich senkt.