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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Construção de microcentrais hidroeléctricas. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A escolha da localização e do layout das microcentrais hidrelétricas são determinadas pelas condições naturais, capacidades e desejos do futuro usuário. Todas estas questões são de natureza complexa e incluem parâmetros hidrológicos e questões eléctricas, de construção e económicas. Deve ser considerado principais questões de construção de micro usinas hidrelétricas. Linhas de energia É preferível realizar a construção de microcentrais hidroeléctricas mais próximas da habitação, do consumidor, uma vez que com o aumento da distância e do correspondente comprimento das linhas eléctricas, tanto os custos de construção, instalação e manutenção destas linhas, como bem como aumentam as perdas de eletricidade devido à resistência nas linhas de transmissão de energia (PTLs). A resistência elétrica é uma grandeza física (expressa em Ohms) que caracteriza a resistência de um condutor à corrente elétrica (fios da linha de energia). Este valor varia dependendo do material, seção transversal e comprimento do condutor A Figura 34 mostra as perdas usando o exemplo de uma microcentral hidrelétrica de 10 kW. Os cálculos mostrados na figura comparam perdas em linhas de energia com extensão de 3 km e 200 metros (material do fio - alumínio com seção transversal de 25 mm).
Como você pode ver, a redução de tensão em uma linha de transmissão com extensão de 3 km foi de 68%, enquanto em uma linha de transmissão de 200 metros foi de apenas 5%. Em centrais hidroeléctricas suficientemente grandes (ou pequenas centrais hidroeléctricas potentes), este problema é resolvido através da transmissão de electricidade para uma subestação, onde a sua tensão é aumentada para centenas de quilovolts, o que permite transmitir grande potência através de linhas de energia com uma cruz mínima -seção do fio e com perdas mínimas. Tecnicamente, um sistema de transformadores (para aumentar e depois diminuir a tensão) também pode ser fornecido para microcentrais hidroeléctricas, mas isto aumentará o custo global das microcentrais hidroeléctricas. O segundo fator na redução dos indicadores de tensão/potência que chegam ao consumidor é o material e a seção transversal dos fios da linha de energia. Por que você precisa calcular fios e cabos para a corrente permitida de longo prazo? Em primeiro lugar, são realizados cálculos para uma fonte de alimentação segura e confiável. Um fator igualmente importante é a parte econômica. Seria fácil pegar um fio de cobre grosso e, sem calcular nada, ter certeza de que a corrente elétrica passará por tal fio sem perdas. Mas o custo de tal linha de energia não será economicamente justificado. Entende-se que com a mesma corrente na linha de energia e com o aumento da tensão, mais potência pode ser transmitida. Isso significa que com uma seção transversal constante do fio da linha de energia, é possível transmitir grandes potências por longas distâncias. Portanto, para uma microcentral hidrelétrica técnica e economicamente eficiente, é necessário escolher um local para sua construção o mais próximo possível dos consumidores e utilizar materiais adequados para as linhas de energia. Avaliação de parâmetros hidrológicos A potência potencial de uma microcentral hidrelétrica é calculada com base em dois indicadores principais:
Esses indicadores são utilizados na seguinte fórmula de cálculo da capacidade produtiva da área selecionada:
onde: P = potência elétrica, kW; Q = vazão, m3/s; H = valor de carga, m; g = aceleração da gravidade (9.81 m/s2); η = eficiência global (utilizar 70%). Como você pode ver, para o cálculo é necessário inserir os valores de pressão e vazão da água na fórmula. Para obter esses dados, existem muitos métodos adequados para calcular o poder - simples e complexos, precisos e aproximados. Os valores de pressão e vazão da água são os principais indicadores para a escolha do local para a construção de uma hidrelétrica. Na prática, existem locais atrativos para a construção de microcentrais hidrelétricas, onde é bastante fácil fazer uma avaliação preliminar de pressão e vazão. No entanto, também existem frequentemente locais onde os parâmetros do curso de água não são tão claramente visíveis. Isto pode ser dificultado por uma pequena inclinação do curso de água ou por um fluxo de água desorganizado (quando um rio ou riacho consiste em vários canais ou muitos riachos que entram e saem). Para não realizar medições detalhadas de pressão e vazão da água em locais diferentes a cada vez, é aconselhável fazer uma avaliação preliminar em vários locais onde a construção de uma micro central hidrelétrica seja visualmente viável. Isto é necessário para selecionar o melhor local para a realização de pesquisas detalhadas. Para isso, são utilizados diferentes métodos. Por exemplo, você pode usar: Dados cartográficos mostrando marcas de elevação no terreno. Esses mapas estão disponíveis junto de geólogos, Registos Estaduais locais, autoridades governamentais locais ou organismos responsáveis pela irrigação. Esses mapas indicam todas as mudanças significativas na elevação no solo e nas margens da água (margens dos rios). Com a ajuda deles, você pode estimar preliminarmente a diferença de altura e, consequentemente, a pressão potencial. Você também pode estimar aproximadamente o comprimento necessário do canal de desvio (no caso de uma microcentral hidrelétrica do tipo desvio).
Esta avaliação permitir-nos-á eliminar locais menos atraentes e iniciar uma investigação mais detalhada num ou dois locais. Manômetro de água Para construir uma microcentral hidrelétrica suficientemente potente (por exemplo, mais de 10 kW), é preferível realizar levantamentos com a ajuda de especialistas e seus equipamentos. Se isso não for possível, ou se estiver prevista a construção de uma pequena microcentral hidrelétrica, você poderá realizar sua própria pesquisa usando meios relativamente simples.
Este método (Fig. 35) utiliza um tubo transparente (por exemplo, uma mangueira de irrigação) cheio de água e o princípio dos vasos comunicantes. O nível da água em uma extremidade do tubo deve estar no nível superior; neste caso, é necessário medir a distância do nível da água na outra extremidade do tubo ao solo (marca inferior). Na próxima medição, o nível da marca superior deverá estar onde a marca inferior estava na medição anterior. A soma dessas alturas dará a altura total entre montante e jusante (ou seja, a cabeceira). O mesmo princípio é usado ao medir a pressão usando um nível de edifício e uma barra de medição (Fig. 36).
É necessário que a placa seja posicionada estritamente na horizontal (isto é garantido através de um nível de edifício) e a pressão seja medida de acordo com o mesmo princípio indicado no exemplo do tubo. Medição do fluxo de água O consumo de água em rios e riachos de montanha do Quirguistão é observado:
A vazão máxima é geralmente 3 a 5 vezes a vazão mínima. Portanto, ao fazer uma avaliação, é necessário tomar como base o período de consumo mínimo de água. Via de regra, o consumo de água é mínimo no inverno, quando é necessária mais eletricidade. O diagrama abaixo (Fig. 37) ilustra esta relação usando o exemplo do rio Taldy-Suu e da aldeia de Taldy-Suu (distrito de Tyupsky).
Assim como no caso da avaliação da pressão da água, na avaliação da vazão pode-se utilizar duas abordagens - com a ajuda de especialistas e seus equipamentos, ou de forma independente, por meios improvisados (Fig. 38). O método a) é mais destinado a pequenos cursos de água (riacho, vala) e utiliza recipientes domésticos (balde, barril). É necessário anotar o tempo de enchimento do recipiente (cujo volume exato é conhecido) e determinar o consumo de água.
Para grandes volumes é aconselhável utilizar o método b). Para medir a vazão de água por este método, é necessário selecionar um local no leito do rio, com 5 a 10 m de comprimento, mais uniforme em profundidade e largura, e com vazão calma. É necessário medir a profundidade e largura do fluxo na área em diversos locais e determinar o valor médio. A segunda etapa é determinar a vazão. Para fazer isso, jogue uma bóia (qualquer objeto flutuante leve, por exemplo, papel, espuma de plástico, etc.) no início do trecho selecionado e meça o tempo que leva para flutuar neste trecho do rio. O indicador de consumo de água é determinado pela fórmula:
onde: Q - vazão de água, m3/s; h - profundidade do fluxo, metros; b - largura do fluxo, metros; v - velocidade do fluxo, metros por segundo; f é o coeficiente de fluxo. Para esta fórmula é necessário utilizar o indicador do coeficiente de vazão (f = 0,5...0,8). Quanto mais acidentadas as margens, mais rochoso o fundo, menor a profundidade e maior a largura do canal, menor será o valor de f que deverá ser utilizado na fórmula. Exemplo:
O consumo de água (Q) será igual a: Q \u0,4d 1 x0,5 x 0,6 x 0,12 \u3d XNUMX mXNUMX / s. Avaliação das necessidades de eletricidade Uma avaliação correcta das necessidades de electricidade é muito importante para determinar se a potência da sua micro central hidroeléctrica será suficiente para satisfazer as suas necessidades de electricidade. Em primeiro lugar, para determinar o volume de consumo de energia elétrica, é necessário levar em consideração em qual sistema ela será utilizada - nas redes elétricas públicas ou na sua própria rede de consumo. Ao ser transferida para o sistema central, qualquer energia produzida por uma microcentral hidroeléctrica irá para a rede pública e, neste caso, não há necessidade de calcular a relação entre consumo e produção de electricidade. No caso de operação de micro centrais hidrelétricas em rede própria, é necessário realizar cálculos de consumo e produção de energia elétrica. Isto é necessário para eliminar tanto a subprodução de eletricidade como a sua superprodução. Se a subprodução puder ser compensada pelo consumo paralelo de electricidade proveniente de redes de consumo público (FER), então a construção de mais energia do que o necessário conduzirá a um aumento injustificado no custo de construção de microcentrais hidroeléctricas. Além disso, conforme descrito na seção “Sistema de controle de microcentrais hidrelétricas”, o excesso de eletricidade deve ser consumido pela carga de lastro (por exemplo, elementos de aquecimento para aquecimento de água) para garantir o funcionamento normal da unidade hidráulica. Isto também leva a custos de construção mais elevados, uma vez que a instalação de uma carga de lastro requer trabalho e materiais adicionais. A potência potencial de uma micro central hidroeléctrica (produção de electricidade) é calculada tendo em conta a já conhecida fórmula de cálculo da potência
Quanto ao consumo de energia elétrica, cada aparelho possui seu próprio indicador de consumo de energia elétrica. Por exemplo, você pode usar os dados da tabela abaixo para cálculos. Esta tabela pode ser complementada com dados de consumo de outros aparelhos elétricos.
Ao mesmo tempo, se se prevê que a electricidade será utilizada por um grande número de consumidores, será muito difícil determinar que energia será consumida e em que momento. Neste caso, é necessário acordar o mecanismo de consumo com os consumidores. Exemplo: nos horários de maior movimento (manhã e noite), os consumidores devem desligar (ou não ligar) alguns aparelhos elétricos, como ferros de engomar, aspiradores de pó, aquecedores, fogões elétricos, etc. Atenção especial deve ser dada aos motores elétricos e mecanismos elétricos domésticos baseados em motores elétricos (serras circulares, máquinas de costura, bombas, compressores, etc.). Ao dar partida em um motor elétrico, a corrente de partida pode aumentar de 3 a 5 vezes em comparação com a potência nominal indicada no motor elétrico. O acionamento simultâneo de diversos motores elétricos pode fazer com que em um curto período de tempo a carga da PCH aumente além do nível permitido, o que pode afetar negativamente o seu funcionamento. As informações sobre o motor estão indicadas em seu passaporte (na documentação e em placa metálica fixada na carroceria). Os valores nominais são dados aqui, ou seja, aqueles para os quais o motor foi projetado durante a operação normal com a carga mais alta permitida. Por exemplo, a placa indica: P = 1,1 kW; você = 220 V; I = 4,3 A; f = 50 Hz; = 2810rpm; Eficiência = 77,5%; porque f = 0,87. Isso significa:
Assim, tendo em conta os coeficientes indicados, o consumo de energia elétrica do motor elétrico durante o funcionamento será de cerca de 1,5 kW. Autores: Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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Comentários sobre o artigo: Talai Uma ferramenta de informação breve, quase passo a passo, explicando os fundamentos do projeto de micro-hídrica. Ele me empurra para um estudo mais detalhado desta questão. Obrigado aos autores. [acima]
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