Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технических решений и технологий возведения мобильных деривационных микроГЭС для сезонного водо- и энергообеспечения.

Номер контракта: 14.579.21.0029

Руководитель: Кашарина Татьяна Петровна

Должность: Главный научный сотрудник, профессор

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
возобновляемые источники энергии, малые водотоки, гидроэнергетика, деривационные микрогэс, мобильные сооружения, низконапорная плотина, мембрано-вантовая плотина, объекты малой энергоемкости, децентрализованное электроснабжение.

Цель проекта:
1. Развитие производственно-технологического, инфраструктурного потенциала малой гидроэнергетики Российской Федерации для повышения эффективности использования водных ресурсов, водо- и энергообеспечения населения и народохозяйственных объектов из автономных источников энергии МДМкГЭС (микроГЭС) в условиях следующих субъектов РФ: Автономная Республика Крым, регионы Северного Кавказа ,Сибири и Дальнего Востока . 2. Создание научно-технических и методических основ проектирования и технологии возведения новых технических решений мобильных деривационных микро гидравлических электростанций (далее МДМкГЭС) повышенной эффективности. 3. Изготовление экспериментального образца мобильной деривационной микроГЭС мощностью 5 кВт для организации опытной эксплуатации на реальном действующем объекте.

Основные планируемые результаты проекта:
Основным результатом проекта является создание нового технического решения мобильной деривационной микро ГЭС, методика его расчетного обоснования и технология возведения, позволяющие обеспечить установку в условиях малых горных рек и увеличить по сравнению с рукавными ГЭС надежность эксплуатации при условии создания напора до 500 м.
Планируется разработка рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации мобильных деривационных микроГЭС, а также проект технического задания на проведение ОКР по мобильным деривационным
микроГЭС.
Результаты выполненной ПНИ будут использованы для проведения опытно-конструкторских и опытно-технологических работ, направленных на создание и внедрение мобильных деривационных микроГЭС для децентрализованного электроснабжения объектов малой энергоёмкости, что также обеспечит выполнение поручения Президента РФ о увеличении доли ВИЭ в водо- и энергоснабжении объектов малой энергоёмкости, расположенных на территории Сибири, Дальнего Востока, Северного Кавказа, черноморского побережья Краснодарского края и полуострова Крым.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Проект ОКР нового технического решения мобильной деривационной микроГЭС (МДМкГЭС) для условий малых горных рек обеспечивающее диапазон напоров от 10 до 500 м при вырабатываемой мощности от 5 до 100 кВт.
Научной новизной проекта является расчетное обоснование нового технического решения МДМкГЭС, а также технологии его возведения для условий малых горных рек.
Проведен анализ существующих теоретических и экспериментальных исследований, определяющих мировой уровень в области малой гидроэнергетики и водохозяйственного строительства в ходе которого была определена необходимость разработки нового технического решения МДМкГЭС и технологии его возведения. Для обоснования параметров технического решения проведено иммитационное моделирование и экспериментальные исследования на физической модели МДМкГЭС на основе которых разработана программа для расчета и оптимизации его параметров в условиях малых горных рек для сезонного водо - и энергоснабжения потребителей с малой энергоемкостью.
Необходимо совершенствование нормативной базы в области малой гидроэнергетики и проведение сертификации продукции для широкого внедрения в регионах Российской Федерации в качестве источников водо- и энергоснабжения потребителей малой энергоемкости.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Обеспечение сезонного водо- и энергоснабжения децентрализованных объектов сезонно-действующих малой энергоёмкости за счёт гидроэнергетического потенциала малых горных рек следующих регионов: Автономной Республики Крым; Северного Кавказа; Сибири и Дальнего Востока.
Внедрение МДМкГЭС обеспечит большую надёжность по сравнению с рукавными микроГЭС в условиях сложного рельефа местности. К преимуществам МДМкГЭС перед постоянными деривационными ГЭС относятся: снижение затрат на возведение деривационного водовода и сооружений по его трассе; возможность возведения без применения тяжелой строительной техники.
позволит расширить использование гидроэнергетического потенциала малых горных рек для водо- и энергоснабжения потребителей с малой энероемкостью более чем на 30%.
Для освещения и популяризации промежуточных результатов ПНИ сотрудники ООО «Импульс» принимали участие в конференциях и выставках, результаты были опубликованы в центральной печати.
Сотрудниками ООО «Импульс» были осуществлены следующие мероприятия:
1. В период с 30 июня - 2 июля на международной конференции Черноголовка (ИПХФ РАН) «Возобновляемая энергетика. Прикладные аспекты разработки и практического использования» - REENFOR-2014 г.
2. С 25-27 сентября 2014 г. Годин М.А. участвовал в международном форуме «Крым hi-tech-2014».
3. В период с 10 по 11 ноября в Президиуме РАН (г. Москва) проходила вторая Международная конференция REENFOR-2014 г «Пути повышения энергетической и экономической эффективности». Кашарин Д.В.
4. В период 12 - 14 ноября 2014 года в г. Якутске на базе Северо-Восточного федерального университета им. Амосова в рамках конференции «Энергоэффективность. Наука и образование», Кашарина Т.П.
5. Кашариным Д.В., Кашариной Т.П., Годиным П.А., Годиным М.А. опубликована статья в журнале «Гидротехническое строительство» на тему: «Мобильные деривационные гидроэлектростанции для сезонного энергоснабжения для условий горных рек России».
7. В период с 25 - 27 августа 2015 года Кашарин Д. В. принимал участие в «EMACOM 2015» первая европейско-среднеазиатская конференция по компьютерному моделированию, Кыргызстан.
8. В период с 27 по 28 октября 2015 года Кашарин Д.В. и Годин М.А. принимали участие в Международном Конгрессе. Возобновляемая энергетика XXI век: энергетическая и экономическая эффективность. REENCON-XXI г. Москва.
9. В период с 28 по 29 октября 2015 года Кашарина Т.П. принимала участие в II Всероссийской конференции «Энергоэффективность. Наука и образование». г. Севастополь.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ размещения объектов малой гидроэнергетики на основе оценки технически и экономически возможного гидроэнергетического потенциала рек следующих регионов: Автономной Республики Крым; Северного Кавказа; Сибири и Дальнего Востока. Определены: климатические; антропогенные и социальные условия; возможности внедрения не менее полутора тысяч мобильных деривационных микроГЭС сезонного действия для водо - и энергообеспечения объектов малой энергоёмкости, относящихся в основном к агропромышленному комплексу и рекреационным объектам.
В результате анализа существующих конструкций и современных композитных материалов разработано новое техническое решение мобильной деривационной микроГЭС на которое подана заявка на изобретение № 2015106761 от 26.02.2015 г.
В результате проведения исследований на имитационных моделях мобильной деривационной микроГЭС выявлены основные критерии и допустимые параметры входящих в неё элементов. К основным допустимым параметрам относят: напор от 1 м до 5 м; периметр водоподпорной оболочки от 1,4 м до 7 м; перекрываемый пролёт мембранно-вантовой плотиной от 5 м до 50 м; погонное натяжение материала гибкого участка деривационного водовода от 10 кН/м до 1200 кН/м при относительной деформации оболочки от 5 до 20%.
Определены области применения конструкций гибкого участка деривационного водовода:
– однооболочкового без дополнительного крепления, для уклонов по трассе менее 10 градусов и при обеспечении коэффициента трения не менее 0,6;
– однооболочкового с перегородкой без основания для уклонов по трассе от 10 градусов до 15 градусов при обеспечении коэффициента трения не менее 0,6;
– двухоболочкового без основания, в котором обеспечивается крепление только в верхней части оболочки при уклонах от 18 до 45 градусов и коэффициенте трения от 0,3 до 0,6;
– двухоболочкового с внешней защитной оболочкой, обеспечивающей дополнительную защиту водовода, от 20 до 30 градусов при коэффициенте трения от 0,2 до 0,6;
– гибкого участок ДВ на водонаполняемом основании при его прокладке в условиях оползневых участков и сложном рельефе местности при коэффициенте трения от 0,2 до 0,6.
Получены эмпирические зависимости для различных типов грунтов, позволяющие использовать их при определении параметров армирования грунтоармированных подпорных стен. Критерии и параметры оптимизации были приняты и для грунтоармированных плотин. При высоте армирования от 1 до 10 м рекомендуемые параметры армирования находятся в пределах от 0,4 до 7 м (длина армоленты).
Получены основные критерии надежности МДМкГЭС, которые позволили получить исходные данные, начальные и граничные условия для создания математической модели МДМкГЭС с различными сочетаниями её элементов.
С учётом результатов ИМ нетиповых элементов МДМкГЭС определены основные параметры и критерии для их оптимизации, получены данные для создания целевых функций, импактного моделирования и создания структуры оптимизационной математической модели, обеспечивающей обоснование и выбор наиболее оптимальных параметров МДМкГЭС.
Разработаны математическая модель и оптимизация параметров нового технического решения конструкции мобильной деривационной микроГЭС. При разработке математической модели были использованы многокритериальные методы определения оптимальных параметров МДМкГЭС, алгоритмы расчета, служащие основой для создания программы на ЭВМ для расчёта технических параметров МДМкГЭС.
Разработана программа и методика проведения экспериментальных исследований физической модели мобильной деривационной микроГЭС позволяющая осуществить: планирование проведение экспериментальных исследований; подбор оборудования; определение параметров испытательного стенда и физической модели мобильной деривационной микроГЭС.
Разработана эскизно - конструкторская документации на испытательный стенд и физическую модель мобильной деривационной микроГЭС. Созданы испытательный стенд и физическая модель мобильной деривационной микроГЭС.
Проведены экспериментальные исследования физической модели мобильной деривационной микроГЭС и осуществлен их анализ.
Созданы алгоритмы и методики расчёта мобильных деривационных микроГЭС на основе которых в настоящее время разрабатывается программа на ЭВМ «Расчет параметров мобильных деривационных микроГЭС».