ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ МАЛЫХ РЕК НАХЧЫВАНСКОЙ АВТОНОМНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ENERGY POTENTIAL OF SMALL RIVERS OF NAKHCHIVAN AUTONOMOUS REPUBLIC

Mahbub Kazımov

Doc. philosophy in Engineering, Assoc Institute of Natural Resources, Ministry of Science and Education of Azerbaijan,

Azerbaijan, Nakhchivan

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены преимущества малой гидроэнергетики как альтернативный источник энергии. Анализированы проблемы и состояние освоения энергетические потенциалы малых рек Нахчыванской Автономной Республики.

Установлено что, из- за резкого уменьшения воды в реках Нахчыванской Автономной Республике на сегодняшний день наиболее перспективным для рационального использования энергии рек в горных условиях является энергия малой гидроэнергетики. Рассмотрены наиболее приемлемые к местным условиям варианты обеспечения потребителей электроэнергией с помощью мини ГЭС.

ABSTRACT

The article considers the advantages of small hydropower as an alternative source of energy.

The problems and the state of development of the energy potentials of small rivers of the Nakhchivan Autonomous Republic are analyzed. It has been established that, due to a sharp decrease in water in the rivers of the Nakhchivan Autonomous Republic, by far the most promising for the rational use of river energy in mountainous conditions is small hydropower. The most suitable for local conditions options for providing consumers with electricity using mini hydroelectric power stations are considered.

Ключевые слова: малые реки, гидроэнергетический потенциал, мини ГЭС, альтернативные источники энергии.

Keywords: small rivers, hydropower potential, mini hydropower plants, alternative energy sources.

I. Введение:

Энергообеспечение – одна из наиболее актуальных проблем человечества. Мировые запасы нефти и газа стремительно уменьшаются и недалёк тот день, когда они будут полностью исчерпаны.

Сегодня существует несколько направлений альтернативной энергетики. Потенциал гидроэнергетики является лучшим источником для удовлетворения нужд потребителей и не наносит ущерб природе.

Вода была первым источником энергии, который использовал человек. Энергия воды является для людей неиссякаемым источником электроэнергии. В последнее время растущий спрос на энергоносители, экологическая безопасность заставляет жителей горных регионов Нахчыванской Автономной Республики искать новые способы превращение энергии воды в электричество.

Рост стоимости ископаемого топлива, экологически опасные выбросы вредных веществ в атмосферу и д. факторы привели к пересмотру места мини ГЭС в энергетическом балансе Нахчыванской Автономной Республики. Более 70% территорий Нахчыванской Автономной Республики составляют горные районы, наиболее экономичным решением энергетических проблем, которых является речная и приточная энергия. Так как обеспечение энергией этих районов требует значительных затрат.

Источником энергии мини ГЭС предлагается использовать перепады высот небольших рек или ручей. При определении гидроэнергетического потенциала этих рек нами учитывались все потери, связанные с производством электроэнергии (невозможность полного использования стока воды, ограничение использования верхних и нижних участков рек, потери напора в проточном тракте и в оборудовании). При этом надо учитывать и то, что энергические ресурсы рек Нахчыванской Автономной Республики не беспредельны и в связи с глобальным потеплением с каждым годом их энергетический потенциал уменьшаются.

На этих малых речках и их притоках, на небольших ручьях с перепадами высот, в которых можно использовать кинетическую энергию воды можно установить мини ГЭС, с мощностью до 10-50 кВт и применяя современные автоматические системы, в труднодоступных местах можно решить локальное энергообеспечение стационарных потребителей.  

II.Экспериментальный процесс:

Формирование рек и их притоков происходит на высоте от 2500 – 3500 метров Даралаязско- Зангезурского высокогорья и все эти реки проходят через глубокие ущелья и устремляются вниз по склону и руслу (рис.1.):

Рисунок 1. Малые реки в горах Шахбузского района

На рисунке 2. показаны реальные географические продольные профили расположения рек Нахчыванчай и Джагричай:

Рисунок 2. Географическое расположение рек Нахчыванчая и Джагричая

Внизу показаны годовой объем стока вод Нахчыванской АР по сезонам (%):

Tаблица 1.

Показатели годового объема стока вод Нахчыванской АР по сезонам (%):

Все реки, имеющиеся в Нахчыванской АР, берут свое начало из стоков талых вод, вытекающих из вершин Даралаязкого и Зангезурского высокогорья (2400-3817 м).

Анализ гидрологических характеристик показал, что большие участки этих рек имеют скоростное водного течения и глубокие русла позволяющих эффективно эксплуатировать малых бесплотинных ГЭС.

Теоретически с 1км² площади реки можно получить 750 кВт электрической энергии. Но на самом деле горной местностях используя только малую часть высоты, с которых эти реки

 стекают можно получить большое количество электрической энергии.

При выборе мест размещения микро ГЭС на этих реках, надо учитывать:

– энергетический потенциал потока воды в этих реках;

– рельефа местности и гидрологического режима рек;

– места для размещения мини ГЭС;

– напор и мощность водяного потока;

– определить высоту верхнего и нижнего бьефа.

Расход воды (Q) в этих реках зависит от величины и скорости потока воды:

Q = V ^. А ^. t

Где: t – объем воды, прошедший за определенное время;

V – средная скорость воды;

А – поперечное сечение русла реки или канала.

В горных местностях энергетический потенциал реки зависит от расхода воды и высоты ее падения. Даже реки с небольшим расходом воды в зависимости от напора могут производить большое количество энергии, если высота падения достаточно большая. В горных условиях Нахчыванской АР даже при малых расходах воды можно создать значительный напор воды.

 При больших уклонах воды надо сооружать отстойник и наносы, выпавшие в отстойник, будут удалены в реку через промывной канал (рис.3):

Рисунок 3. Высота падения воды, (Шахбузский район)

В таблице 2. показан уклоны и среднегодовой расход вод в реках Нахчыванской АР:

Taблица 2.

Уклоны и среднегодовой расход вод в реках Нахчыванской АР:

Напор воды (Н) в определенный момент времени в зависимости от высоты падения воды определяется по формуле:

H = Н_пол – h_тр – h_доп

Где: Н – рабочий напор на гидротурбины;

Н_пол – полный напор;

h_тр – потери на трение в водоводе;

h_доп –дополнительные потери (сужениях, расширениях, задвижках и т.).

Значение потерь на трение в водоводе определяется по формуле:

h_тр = J L

Где: J − гидравлический градиент;

L − длина водовода, (м).

Гидравлический градиент определяются по формуле:

J = a V^m Dⁿ

Где: V – скорость потока, (м);

D – диаметр водовода, (м);

a, n, m − коэффициенты материала, из которого изготовлен водовод.

– для стальных труб: а = 0,885; n = 1,8; m = 1,17;

– для бетонных труб: а = 0,917; n = 2,0; m = 1,25.

В горных условиях даже при малых расходах воды можно создать значительный напор воды с помощью больших уклонов. При больших уклонах воды в качестве водовода можно применять открытый канал или трубопровод, в конце которой устраивается уравнительный резервуар (5) для уменьшения гидравлического удара (рис. 4):

1– русло реки; 2– плотина; 3– водоприемник; 4– трубопровод; 5– уравнительный резервуар; 6– помещение задвижек; 7– турбинный трубопровод; 8– анкерная опора; 9– здание ГЭС; 10– ЛЭП

Рисунок 4. Применение деривационной схемы в горной местности

На выбранном участка L (м) мощность водотока N (Вт) рассчитывается по формуле:

Где:  – разность уровней (м);

Q – расход воды (м³/с);

N – мощность водотока (кВт);

– плотность воды (кг/м³);

G – ускорение свободного падения (м/с²).   

Напор воды в зависимости от уклона русла реки рассчитывается по формуле:

Н = 102 Р_h / Q μ φ η_г

Где: Р_h – номинальная мощность электрогенератора, (кВт);  

Q – минимальный дебит водоcтока, (м³/с);  

μ – коэффициент потерь напора воды;

φ – коэффициент потерь расхода воды;

η_г – КПД электрогенератора.

Мощность напора воды на малых ГЭС определяется по формуле: 

H_гэс =

Где: Н_i ; N_i – средний напор и мощность ГЭС для промежутка времени (Δ). 

В таблице 3. показаны гидроэнергетические запасы рек Нахчыванской АР:

Таблица 3.

Гидроэнергетические запасы рек Нахчыванской АР:

III. Результаты:

Кинетическая энергия падающей воды обусловлена проекцией силы тяжести на направление движения потока воды, которая определяется разностью уровней воды.

Мощность мини ГЭС определяется по формуле:

P =9,81 η Q H

Где: P– мощность мини ГЭС, (кВт);

Q – расход воды, (м³/с);

Н – напор воды подведенной к гидротурбине, (м);

η – КПД гидроэлектростанции.

Если принять, что мощности рек будут использованы в течению года (8760 ч.), то годовая потенциальная энергия (Э_пот) этих рек ьудет:

Э_пот = 8760 N_пот

Где: Э_пот – годовая потенциальная энергия рек;

N_пот – среднегодовая потенциальная мощность рек.

Срок окупаемости малых ГЭС (С_ок) определяется по формуле:

С_ок = К_гэс/(В_гэс ^. С_топ)

Где: К_гэс – капиталовложения в малых ГЭС ;

В_гэс – экономия топлива от строительства малой ГЭС, ( тонн у. т.);

С_топ – стоимость 1 тонны у.т.

Общий КПД проточных мини ГЭС для небольших перепадов равно 80-85%.

В таблице 4. показаны предлагаемые для применения в малых речках и их притоков Нахчыванской АР мощности малых ГЭС (площадь гидроколеса 1 м²) в зависимости от скорости потока воды:

Taблица 4.

Мощности малых ГЭС в зависимости от скорости потока воды:

IV. Выводы:

1. Нахчыванская АР обладает достаточными водными ресурсами для локального удовлетворения энергией стационарных потребителей. Определены, что в регионе имеются много малых рек для их использовании мини ГЭС.

2. Водно-энергетические ресурсы Нахчыванской АР распределены между притоками и малыми реками. Определены горные реки, на пути которых имеются каньоны, где можно использовать ступени этих рек, для получения энергии.

3. Используя эти гидротехнические ресурсы Нахчыванской АР, можно обеспечить потребность жителей проживающие на удаленных местностях электроэнергией;

Определены гидроэнергетические потенциалы этих рек. Суммарные мощности этих малых ГЭС могут составить 50% потребности Нахичеванской АР.

4. В последнее время в Нахчыванской АР остро встает вопрос о рациональном использовании, их охране и истощении водных ресурсов.

Список литературы:

1. Андреев А.Е., Бляшко Я.И. и др., Гидроэлектростанции малой мощности, Учеб. Пособие, Спб., Изд-во Политехн. Ун-та, 2005, с. 432.
2. Щавелева Д.С., Использование водной энергии, Ленинград, Энергоатомиздат, 1986, с. 147.
3. Карелин В.Я., Волшаник B.B., Сооружения и оборудование малых ГЭС, Москва, Энергоатомиздат, 1986, с. 199.
4. Курилов Ю.М., Альтернативные источники энергии, 2008 г, с.1-10.