Михајловић Милосав. Мале Хидроцентрале - Истраживање, пројектовање, изградња

Slika

206.

-

Osnovna shema tipiziranih TCl

i

TC2 (TurboinStitut)

Tab.

65.

-

Osnovne mere tiyiziranih ccvnih turbina (TurboinStitut)

i

Tada se obavlja rcgulacija turbine pomodu provodnof; ili obrti~og

ko-

la.

Proinena ugla nagiba pogonskih krilaca je bo~je reSenje nego obrta-

nje vodeCih lopatica, jer je pri manjim protocima od opti~ilalnih turbi-

na znaino bolje iskorigdena.

Cevne turbine su posebno pogodne

za

male padove i veiike

ko-

lieine

vode. Bnohodne'su

i

mogu da prerade velike kolitine vode

rela-

tivrlo inalim gabariiima.

rropelerske turbine manjih dimeilzija su, po pravilu, neregulisa-

ne. Ako se zahteva regulacija, onda se ona izvodi preko servoinotora ko.

jim

se

pokredu lopaiice i stav1ja.j~ u ieljeni poloZaj.

Za

ekstremno niske padove preporuCuju se cevne turbine

sifon-

ske izrade (sl.

210),

jer se na taj naein moie izostaviti predturbiilski

at-

varac, itd.

Preenik obrtnog kola propelerskih turbina moie

se

odrcditi

ir

jednacine:

S1;ika

209.

-

Tipizirana cevna turbina sa horizmtalno~m osovinom uraclena u Tur-

boingtitutu

-

Ljubljana

SLikga

210.

-

Cevna

turbina sifonske

izrade

Qmax

ins talisani protok (m3,/sec)

D

=

-

1,6

H

1,6 instalisani pad (111)

Osnovni pojmovi o regulaciji i t.egtilaforitrza

Regulaci ja proto ka

r

nivoa.

-

Male hidroelektrane

se

reguIiSu

PO

instalisanom protoku

Q

ili po in~tali~sanom padu

H.

Oba parainetra se

ne inogu regulisati, jer je

to

apsurd. To znaei

da

jedan paranlctar mo-

ra da bude konstantan, a drugi prornenljiv. Postavlja

sc

pitanje koji

jc

parametar viSe izloien promeni. IagiCno je da

se

odmal~ naineCe odgo-

vor da je parametar

Q

znatno promenljiviji ali postoje lokacije

i

uslo-

vi

MHE

za koje parametar

Q

mora da bude konstantan,

a

da sc menja

parametar

H.

U

derivacionim odnosno protoCnim

MHE

uvek je prornenljiv pa-

rametar. Q, a konstantan parametar H, dok u akumulacioniril MNE mo-

PU

biti promenljivi ili Q ili

H.

&

Male hidroelektrane nlogu biti i neregulisane. I'ostojc

MIIE

u

ko-

jih su oba parametra konstantna, pa saminl tin1 nema potrebe

za

bilo

kakvom regulacijom.

Imajudi u vidu znaea

j

i potrebu za rcgulisanjem jednog od para-

metara, posmatrace se pojedinaeni slueajevi MHE izgradenlh na

z!--1tc-

nim lokacijama, odnosno

LI

sklopu pojedinih objekata kakvi su

sistm.:

za snabdevanje vodom, navodnjavanje, itd.

1.

MHE

u

sklopu sistetna za snabdevclrzje vodurrr.

-

MHE

se

mo-

p

graditi u sistemima za snabdevanje vodom sa zahvaiinia iz:

a) akumulacija,

b)

vrela

i

izvora,

c)

vodotoka,

d) buna~a (podzem

lj

a)

Akumulacija.

-

U

siste~nu za snabdevanje vodon~

iz

ahumula-

cije MHE moie biti sagradena:

-

neposredno ispred uredaja za preeiicavanje;

-

na dovodu od sistema za preeisdavanje do potrosaca.

MHE koja se gradi ispred uredaja za preciikavanje moEe biti re-

wlisana

po

parametru Q

i

H,

ali

se

najfegde reguliSc po paranletru

A.

Ter se prtepostavlja da Ce se iz skumulacije zahvatiti uvek ista kolifi-

,la vode

za

rad postrojenja. Ali, u praksi se moie zahvatiti manja

ili

veda koliCina, pa je samim tim potrebna regulacija protoka. PoSto sc

nivo vode u akumulaciji n~enja,

a

varijacije su narohto izl.aZcnt: u ma

lini akumulacijama formiranim za snabdevailje

iz

visokih brana (U Srb;

ji su takve akumulacije Pridvorica kod Blaca, zaprc~nine oko

6OO.OCO

m3 i visine brane oko

35.5

m, Krajkovac kod NiSa, Bresnica

kod

Pro-

kuplja

i

druge), to je nutna regillacija parametra

H.

U

oiiakvini sluta-

jevima namede se potrebs za kunstantnim dnclvnirn protokom

Q.

Ne-

ophodna su reSenja

i

za sluCajeve u kojima se mora zahvatiti veda, a

vrlo retko

i

rnanja koliCina vode no Sto su potrebe silabdcvanja. Jed-

nu

od mogudnosli za Sto ravnomernije zahvatar~jz vodc iz akuillulacije

prcdstavlja izgradnja odgovarajuteg bazena Eiste vode koji oinogudava

da

se

sa

promenom rada postrojenja za preLiScavanje

i~

aliun~ulacijc

zahvata

i

preko turbine dovodi gatovo uvek ista koliCina vode.

Sisterni za snabdevanje industrije sirovom vodom

ifilaju ujednz-

Cenu potroSnju vode gotovo

24

Ccasa, pa se hidroelektrane na rijima re.

guliSu po parametru

H.

Tako je regulisana

MHE

Bor koja

je

ncgrade-

I

Slika

211.

-

Rrana

i

MME

BresWac

-

Bor

na na sistemu za snabdevanje RTB vodom. Voda se zalivata

iz

akurnu-

lacije Brestovac (sI. 211), propuSta kroz MI1E Bor

i

zatim odvodi kao

sirova inclustrijska vvda za potrebe RTB Bol-. S obziroin na konstant-

rlu potrognju vode MHE Bor se reguIiSe

~x,

parametl-u

II,

odnosno

po

nivou, jer se nivo vode menja. Osnovne karakteristike paramctara MHE

Ror su:

protok:

Min

Q

=

250 lilt/sec

Max

Q

=

380 li.t/sec

pad: Min

H

=

17,5

m

Max

H

=

27,5 m

U

MHE koje se grade na dovodima vode od sistema

za

pretiSda

vanje do potrognje u naselju, pr-otok je podloian stalnin~ pronlcnama.

jer zakisi od potroSaCa. hledutim, parametar

H

je lionstantan, pa

se,

prema tome, moZe zakljutiti da MHE na dovociima od instalzciia

z.a

1~retiSdavan

je

do potroSnje zahteva ju iskIjuCivo regulaciju ~al-atnet 1.3

0.

b)

b'rrlu

i

izvori.

-

U

sistemima

za

snabdevanje vodoill iz vrela

i

izvora obitno

se

rnenja samo protok, a ne

i

pad.

Pi-ema

ton~c,

MHE

se

reguliSe salno

po

proltoku.

Regulacija po parametru

H

ne dolazi

u

obzii-, jel: je on konstao-

tan, bez obzira na to da li se

MHE

nalazi izinedu zahvata i sabirnog

rezervoara, ili izmedu sabirnog (podeonog) rezei-voara

i

potroScje.

c)

Vodotok.

-

U

sistem.inla za snabdevanje vodom

sa

zahvatoni

iz otvorenog vodotoka nailazi se na dva interesantna slucaja

za

1-ad i re-

placiju

MHE:

$

1.

Zahva'tanje vode iz otvoranog vodotoka ili akumulacijc sa po-

tiskivanjem do

odrederie taeke, a zatilm se voda gravitaciono dovodi

do

instalacije za preCiSdavanje.

2.

Gravitaciono zahvatanje vode i dovodenje do instalacijc

za

prp

CiSdavanje.

Regulacija.

-

Svaki agregat je projektovan i izradcn

lake

da

daje optimalne efekte pri optimalnom opteredenju.

Onog

rnolllellta ka-.

da

dode do promene kodiEine vode, dnosno optercdenja, turbina tezi

promeni broj obrtaja. Kako je

turbina vezana za generator, koji pret-

vara mehanidcu u elektriCnu energiju, to se broj obrtaja tdrbirie nlo-

ra regulisati u zavisnosti

od

opteredenja, odriosno od pronienc snage

prikljuknih potroSaEa. Da bi se driiao isti broj obrtaja tulbixie,

ocl-

nosno gto vise smanjilo odstupanje

od

njenog normalnog rada, regu-

lige

se

pad ili protok i na taj netin se stabilizuje ucestanost u sisleniu

na

minimalnom broju od

50

Hz.

Sl.ika

212.

-

,a)

Regu1,aciona

klapna

kod

BT;

b)

Regulator

kod

Francis-turbine

Na malim

HE

moie se izvesti:

-

regulacija napona

-

regulacija frekvencije

-

regulaci.ja nivoa

-

regulacija prcrtoka

-

regulacija pritiska.

Na sl. 212b prikmana je Francis-turbina sa regulaci

jo~n

protoka

kod

postrojenja instalisane snage

Ni

=

80

kW.

Mali agregati ne mogu da izdric visoke troskove odr2availja i

nadgledanja, jer to stalno poveceva cenu proizvodnog kwh. RuCnr re-

gulacija dolazi u obzir jedino 2a male hidlaagre~ate kojin~a ruku-ju

pojedinci. Pored potpuno automatizovanog rada

i

rucne rcgulacijc mo-

guCi su

i

agregati bez repiacije, s tim S.to se stanje raviloteic sanio

uspostavlja.

Za bolje razumevanje problematike regulacije

1

autoi~iat.izaci.ie

potrebno je pmnavanje ilekih speci:fiCnih hidroenergetskih karakteri-

s tika agregata. Ako turbina nema regulacionog mehanizrna, iljcna os-

novna karakter3stika je, bez abzira na tip turbine,

u

tome Sto moms-

nat

na

osovini pada s povebanjem brzine obrtaja.

Regulacija napona').

-

U

odredenim uslovima, sa istosmernim

ili

naizmmienim generatorom

-

ukoliko promena frekvencijc ne pred-

stavlja problem

-

brzina obrtaja agregata nije vaina. To se odnosi

na

sluE~ajeve

u

kojima se elektriena energija upotrebljava iskl julSivo

za

zagrevanje, bez obzira i~a to da li je namei~jeno industriji ili zag

revan ju pros torij a. Regulacija se ;tada ograniCava na oddavan je s tal-

nog napona

koji mora ostati nepromenjen i nezavisail oc! brzille obr-

taja, Regulator je iskljucivo na elektrieiloj strani agregata i zz njega

postoji niz tehniekih reSenja.

Ukoliko se zahteva naizmenizni napon

1

izuzetno taEna Irekven-

cija, primenjuje se odgovarajub vrsita regula tora s tin1 Sto generator

treba

da

bude povezan s pretvaraeem istosmernog napona u naizme

niEni.

U

tom slluCaju je generator isltosmeran s odgovara jutom regula-

cijon~ napona, tako da napon ne zavisi od bi-zine obrtaja. PomoCu

pretvaraea se dobija naizmeniiini napon ieljene frekvenci je. Ako ncma

regulacionog mehanizma, a po-trebna je regulacija napona, turbina se

ne

lnoZe prilagoditi promenljivoin protoku.

U

takvom sluc'aju je dob-

ro ako je turbina dimenzionisana na minimalnu kolielau vode ili ta-

kozvanu 12-meseenu vodu, jer tada radi bez

i

kakvih ilttervcncija, pot

-

puilo atrtornatski. Na Peltonovoj turbini protok je ~iezavisan od

brzi

ne obrtaja, pa opteredenje ili rasteredenje turbine ne utiCe na protok

Povedarije brzine obrtaia Francisove turbine

izaziva smanjcrlje proto-

ka, posebno od optimaine taCke, pa na dalje. Znaei da se rasterede.

njem turbine pstiie veda brzina obrtaja, a time se smai~juje protok

kroz turbinu. Odnosi rla propelernoj turbixli

su

obmuti. Sa smanjo

njem optereeonja raste brzina obrtaja, ali se istovremeilo poveCava

protok. Zbog .toga se psi smanjenom protoku na propelernoj turbirli

prilagodavanje postiie jedino timc Stlo se turbina optereti vedim obrt-

nim niomentom, Cime se sn~anjuje brzina chrtaja, a time i protok.

Regulacija

lr-ekvencije*.

-

Pri radu hidroagregata Ccsto je pot

rebila I-egulacija Crekvencije. Turbina opremljeila regulacionim meha-

nizmom s lakodom zadovoljava ovaj zahtev. Uobitajcni naein regulisa-

nja je za pojedine tipove turbina razliCit. Peltonova turbina se reguli-

Se posebnom regulacioinoin iglom. Francisova sprovodililll agregatom,

dok propelerna turbina pruia vise mogui-nosti za rcgulaciju: pomodu

lopatica sprovodnog apdrata, pon1oC.u lopatica rotora ill obima.

Pogon regulacionog rnehanizma je obieno hidmuliCan, plleumat-

ski ili elektriean. Upravljanje pogonom 1-egulacionog mehanizrna osigu-

rava regulator, koji je obi6no mehanii-ko-IlidrauliCki ili elcktronski.

Regulacijom turbine vsigurana je regulacija frekvencije. Mcbutim, re-

-

*)

mr

Vladiiair

Kercm,

dipl.

ma;. inZ.: Obsadn, TilrbuinStitut, Ljubljana.

gulacija frekvencije je moguCa

i

kada turbina nelna regulacionog mc-

hanizma. Turbina tada radi s konstantnm, unapred odredenom sna-

=om i odgovarajudim protokom. Svaka pormena snage potsoSaca mc-

nja

i

ffekvenciju.

U

tom sluCaju regulator frelivencije upravlja elekt-

ricnim sistemom, koji deli proizvedenu elektricnu snagu na dva dela,

od kojih se jedan koristi u elektriCnoj mreii, a drugi se na neki naein

mora uniStiti ili, Sto je mnogo belje, akumulirati. NaCin akumulacije

su sazlikiti, ali je, svakako, aaj prlhvatljivija teimitka akumulacija.

Regulacija nivoa'.

-

Ako agregat radi paralelno s elektroener-

getskim sistemolm veoma ga je lako automatizovati. Agregat radi bez

posade i optimalno koristi vodu ko ja dotice. Regulator agregata mora

u

tom sluCaju da reguliie nivo gornje vode, pri Cemu se regulaciminl

mehanizmom turbina prilagodava raspoloiivoj koliCini vode. Merenje

nivoa je

jednolstavno i moie se izvesti na razlitite naeine: na samom

gornjem nivou

pomoCu plovka s razliCitim sondama ili,

Cak,

s poloia-

jnim prekidaeirna.

U

nekim slutajevima dolazi

u

obzir da se nlerenje

aornjeg nivoa preinesti u samu strojarnicu. Kao regulator u tim slu-

9

cajevinla je posebno pgcrdan elektr~ns~i tip, mada je u principu mo-

guda upotreba i drugih regulatora. Jednolstavan, sigurail i za tu vrsltu

regulacije potpuno zadovoljavajudi je taCkasti 1-egulator. On ne zahte-

va taCno merenje nivoa, vec se ~zadovoljava<< poloiajilhn prekidaCem

za

gornji, donji i najniii nivo.

Za

regulaciju hidroagregata na nivo

gar-

nje vode potreban je

za

autolmatski rad i sinhronizator koji sinhroni.

zuje generator na

napon mreie (ukoliko je generator sinlironi). Pritis-

kom iia pogonsku tipku redajru se sekvence za pokretanje segulatora

do opteredenja agregata koje odgovara

raspoloiivoj vodi. Ukoliko

u

toku rada nestane napona u elektrznoj mreii, agregat sc zaustavi. Pri

ponovnoj pojavi napona u

mreii agregat se samostalno, automatski,

stavi

u pogon preko svih sekvenci za pokretanje.

Regulacija protoka'.

-

Rcgulaoija protoka, kao i regulacij a

ni-

voa, nloguda je jedino ako agregat radi paralelno s elekrtiCnom nre-

iom. Ovaj zahtev se najCeSde pojavljuje kada agregat radi u sklopu in-

dustrijskih procesa i iskoriSbva raspoloiivu vodilu eliergiju koja

bi

se, inace, morala uniStavati u organima ustave.

I

sisteilii navodnjava-

nja iz ak~mu~lacija najCeSde zahtevaju unapred predvidenc veliEine

protoka bez obzira na rasoploiivi pad.

U

tim sluCajevirna

je

hidroag-

regat posebno dobrodoSao kao 1.egulacioni organ, a sigurno je bolji

od svih

regulacija prigusivanjem.

Merenje protoka se obiCno izvodi pomoCu razlike prbitisaka iz..

medu

dva

karakteristiena meslta u protoenom sistemu, mada se Cesto

primenjuju

i

druge metode merenja: pomoCu krilaca u piotoCnoj ce-

vi, induktivnim meraCem proltoka, ili pomoCu 11ajraz:iCilijih mernih

sondi. Kao i

za

regulaciju nivoa, i za regulaciju protoka najblji je

elektronski regulator koji upravlja

regulacionim inehanizmoin turbi-

ne.

Uspostavljanje ieljenog protoka se izvodi rueno, ali su mogudi

i

uredaji s daljinskinl uspostavl jacjem ieljenog protoka, a u nekim slu.

tajevima dolazi u obzir i vremenski unapi-ed programil-ano nastavlja-

nje protoka.

Regulacija pritiska'.

-

U

sistemu cevovoda pod pritiskom se

ponekad zahteva konstantan pritisak, na primer

u

vodovodnirn siste-

miina.

U

takvim sIuCajevin~a se suvigna energija moie iskoristiti

u

hi-

droagregatu

koji je istovremeao odliean regulacioni organ. Pri regula-

ciji pritiska se obieno meri pritisak na zahtevanonl mestu,

i

to mano-

metsom ili sondonl. Izmel-ena vrednost prit iska ulazi u elektronski re-

gulator koji

uporeitenjem izmerenog i zahtev.anog pri tls ka upravlja rc-

gulacionim mehanizmom turbi,ne. I u ovakvom natinu regulacije age-

gat mora da radi paralelno s postojeCom elektricnom nlreiom.

Regulacija grupe agregata.

-

U

slukju da se raspoloiivi hidro-

potencijal

iskoriSdava s viSe aigragata i da se pri tom zahtcva automat-

ski rad

hidrantrale, regulacija je sloienija. Kao Sto je uobitajeno,

pri radu na samostalnoj mreii za rad sistema potreban je dispeeer ko-

ji

rasporeduje potroSaee i vudi mreiu. Ako je prikljutena paralelno

i

na elektriCnu mreEu, hidrwentrala mote da racli automatski. Za op-

tima1110 iskoriSceilje raspoloiive hidroenergi

jc

nije naj svlsishodni je

da svi agregati rade paralelno

pod jednakim opteredenjem. To se na-

rocito odnosi na manje protake, na kojima je korisnost od grupe ag-

regata znatno manja od korimos ti samo jednog agregata.

Regulacijom dotoka

i

sdgovarajudom au tolnat i kom moic sc po-

stidi optimal110 iskoriS6enje raspoloiive energije.

U

hidroelektrmama

sa dva ili viSe agregata, koji se reguliSu po nivou, potl-cbiia je poseb-

na autoinatika za

ukljuCelije i iskljuknje ostalill agrcgata. Ako je re-

nulator elektronski sve se ovo moie postiei bez posebnih teSkoda. Ako

T

je u pilanju hidroelektrana sa dva agregata, a protok je manji od 500/9,

tada radi samo jedan agregat. Kada protok prede SOO,'o, pa sve do pro-

toka od

550/0 i negto viSe, takode radi samo jedan agregat. Kada pro-

tok

prekorati

5S0/o

opterekenja, automatski se uklapa drugi agregat i

do

puilog protoka rade oba agregata paralelno

s

podjednako raspore-

denim snagama. Ako se protok smanjuje jedarl agregat se iskljuEuje

pri protoku od 45"/0. Tako

se

postiie odgovarajude prekrivailje u pod-

rutju polovienag protoka, te se time spreeava previ8c Cesto ukljute-

nje i iskljutenje agregata.

Jedan od preduslova

za ekonomiCnu rekoiistrukciju malih hidro-

elektrana jeste

os tvarenje aut,omatskih pogona s mogudnoSdu dal jin-

skog upravljanja kontrolom rada. Naravno da se podmzulncva povre-

meni obilazak objekata od strane ekipa za odrZavanje

i

blagovrernenu

kontrolu pojedinih vitalnih delova agregata od kojih zavisi kvaliter

-proizvodnjc i s.igurnost racla. To

se

narotito odnosi na:

-

turbinski regulator

-

automatiku

generators

-

start/stop automatiku

-

regulator nivoa vode

-

grupni rcgulatcxr s prelilopnum auton~atikom (u slucaju gru-

pnog rada

viSe agregata u elek,trani)

-

mcrenja, zaStitu

i

signalizaciju.

NaroCitu pa2n.j~ zaslui~uuje turbinski rcgulaltor, jer od njega

prvcnslveno zavisi .kvalitet energije u sa.n~ustalnoj mre2i i sigurnost

rada. Osim toga, turb.ilnski rcgulatar je i~ajs~kuplji deo 'upravljackog si-

sterna i relat

ivlru, vcliki potroSaC energije sgregata,

p:~

njegova isprav-

nost,

pre

svega, uGe

na

cenu proizvedene energije,

a

zatiin

i

na vek

trajanja celog agregata.

Pojedini

proizvodaki opreme za

MHE

sasvinl razlizito reSavaju

problem izbora

'

montaie turbinskog regulatora

i

ostalih delova uprav-

ljatkog sistema. Na prvi pogled to izgleda beznaCajno, ali je u praksi

vrlo znatajno, jer se zbog toga deSava da se pl-oizvodi energija razliti-

tog kvaliteta, a isto tako

i

siprnost rada

MHE

nije idcntitna. Naime,

znatne

su razlike od jednog agregata do drugog

i

to je u direktnoj za-

visnosti od proizvodata opreme i montaje.

U

praksi su se obieno do sa-

da pojavljivala dva ekstremna slutaja; u pmoin

-

narutivana je i iz-

radivana oprema (turbinski generator i drugo) po uzoru na velikc ag-

regate, odnosno na principu klasXnih reSenja;

u

drugon1

-

oprema se

narucuje

i

montira sasvim uproSkeno.

Regulacija Peltof!-turbina.

-

Po svojoj konstrukciji ova turbina

st:

inoZe regulisati pomicanjem igle u mlaznici ili u viSe nllaznica odjed-

nom. Ovakvo regulisanje iina dobre pogonske karakteristikc i visok stc-

pen korisnosii u celom podmCj.u delovanja. Pored ove mogu6nosti

st:

na Pelton-turbini koristi

i

regulisanje reza2em mlaza. Regulacija reza-

ten1 nloguda je ako postoji potreban protok od

100°/o

snage, pa se zato

moie koristiti sanlo za regulaciju brzine okretan ja.

Slika

213.

-

Shemqtski

pr.i.kw.

Pelton-turbine

Regulaciju Francis-turbine.

-

Ova turbina (sl.

214j

se reguliSe

lopaticalma distributora rasporedenim radijalno

1

ugradeninl spiralno

kudiite turbine. Rotacijon~ lopatica distributora nlcnja

se

protok kroz

turbinu.

Regulaciju Kaplan

i

cevne turbine.

-

Na lnalim turbi~iania je vc-

rovatnoca korigcenja Kaplanove turbine u klasitnom obliku, pozna$te

go

svojoj dvojnoj regulaciji, min.imalna, te u obzir dolazi jednosti-uka

re-

308

Михајловић Милосав. Мале Хидроцентрале - Истраживање, пројектовање, изградња

Подождите немного. Документ загружается.