Проблемы развития малой гидроэнергетики

Б. М. Орахелашвили,
Московский энергетический институт (технический университет)

АННОТАЦИЯ
Рассматриваются возможные пути решения задачи оснащения малых ГЭС основным оборудованием на базе центробежных насосов, работающих в обращенном режиме, и асинхронных двигателей, работающих в генераторном режиме. Проведена оценка возможных рабочих параметров турбин, получаемых из серийных насосов типа Д.
Малая гидроэнергетика является одним из возможных способов снижения отрицательного воздействия человечества на окружающую среду в условиях постоянного возрастания энергопотребления. Совершенно очевидно, что она не может стать альтернативой крупной энергетике, но является её естественным дополнением.
Необходимость развития этой отрасли обусловлено несколькими факторами:
- ужесточением экологических требований;
- сокращением строительства крупных энергетических объектов;
- постоянным повышением цен на органическое топливо;
- стремлением улучшить энергоснабжение удаленных районов.
Заинтересованными субъектами в развитии малой энергетики могут выступать организации различных форм собственности: государственные, кооперативные и частные. Для государственного строительства желательны МГЭС установленной мощностью более 1 МВт. МГЭС меньшей мощности лучше подходят для акционерного или частного капитала.
Основными факторами, препятствующими широкому внедрению малой гидроэнергетики в нашей стране можно считать:
• отсутствие нормативно-правовой базы, стимулирующей разработку и внедрение новых технологий, а также регулирующей взаимоотношения между производителями и потребителями энергии малой энергетики с «уведомительной» системой подключения к энергосистемам;
• отсутствие у выпускающих предприятий оборотных средств для подготовки производства и выпуска новой продукции, а у потенциальных потребителей, свободных средств для авансирования выпуска необходимого для них оборудования;
• жесткий прессинг иностранных фирм (в том числе китайских), стремящихся заполнить существующую нишу на российском рынке и не допустить появления отечественной конкурентоспособной продукции;
• практическое отсутствие в России цивилизованного рынка энергетического оборудования.
В процесс создания МГЭС вовлечены несколько участников с различными целями:
- инвестор, целью которого является получение конечного результата с минимальными затратами и в кратчайшие сроки;
- проектировщик, который не заинтересован в снижении цены и сроков проектирования, тем более что опыт проектирования подобных объектов у него обычно мал, а квалификация персонала невысока;
- генподрядчик — строительно-монтажная организация обычно без опыта выполнения таких работ в условиях весьма ограниченных средств;
- поставщик оборудования, который стремится продать имеющиеся у него агрегаты, может быть даже не вполне соответствующие техническим условиям, за максимальную цену;
- местная администрация, которая стремится увеличить отчисления в бюджет, создать новые рабочие места, более рационально использовать собственные ресурсы.
Кроме того, имеется целый ряд разрешающих и контрольных органов, которые всегда стремятся расширить сферу контролируемых предприятий. Не следует забывать и о возможном конфликте интересов с поставщиками топлива.
Задачу создания МГЭС можно разложить на три части.
1. Гидротехнические сооружения: оценка расчетных параметров станции — напор, расход, установленная мощность.
2. Основное оборудование: выбор типа, размера и частоты вращения гидротурбины, числа агрегатов, выбор типа электрической машины.
3. Система управления и защиты: назначение параметров регулирования — мощность, частота тока, напряжение; номенклатура контролируемых параметров.
Подход к оценке каждой из этих составляющих существенно отличается от проектирования крупных ГЭС, поскольку МГЭС не является уменьшенной копией обычной станции, а представляет собой принципиально отличающееся сооружение. В ее состав не входят многие системы, необходимые для обеспечения жизнедеятельности крупных объектов. Задача осложняется тем, что в настоящее время ни одно учебное заведение не готовит специалистов — проектировщиков МГЭС.
Отсутствие серийного выпуска гидротурбинного оборудования для малых ГЭС является одним из существенных препятствий. Выпускаемые некоторыми отечественными фирмами небольшие гидроагрегаты имеют удельную стоимость не менее 400— 450 руб/кг. Вместе с тем имеется обширная номенклатура насосов, которые при разумном применении могли бы существенно снизить себестоимость оборудования. По данным насосных заводов удельная стоимость серийных агрегатов не превышает 150— 160 руб/кг.
Очевидно, что их использование в качестве турбин приведет к небольшому снижению энергетических показателей и сужению диапазона регулирования по мощности, но когда вопрос стоит о полном отсутствии аналогичного оборудования, с этим можно согласиться.
Для практических целей интересны центробежные насосы типа Д, диапазон рабочих параметров которых весьма широк. Их привлекательной особенностью является разделение потока на выходе, что приводит к снижению потерь с выходной скоростью потока и увеличению кавитационного запаса колеса. В итоге агрегаты могут устанавливаться с положительной высотой отсасывания.
Для сохранения низкой стоимости следует свести к минимуму необходимые изменения в конструкции агрегата, ограничившись перепрофилированием рабочего колеса и уплотнительной втулки.
В качестве режимных условий на входе в турбинное колесо предположено, что спиральная камера создает циркуляцию потока, согласованную с оптимальным насосным режимом. При этом оптимальный режим турбины будет получен при безударном входе на рабочее колесо.