1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 11, 2023

Теплоэнергетика, 2023, № 11, стр. 107-114

Методы обеспечения биобезопасности элементов проточных частей гидротурбин

А. В. Волков a, В. Ю. Ляпин a, А. А. Дружинин a, М. А. Бирюлин a, *, М. Ткач a, И. В. Качанов b, П. Г. Эрнандес c

a Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”
111250 Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Россия

b Белорусский национальный технический университет
220013 г. Минск, просп. Независимости, д. 65, Республика Беларусь

c Empresa de mantenimiento a centrales eléctricas, Unidad de Servicios Técnicos 100 y 69
11500 Ciudad de la Habana, Marianao, Сuba

* E-mail: biriulinma@mpei.ru

Поступила в редакцию 13.04.2023
После доработки 25.05.2023
Принята к публикации 01.06.2023

Аннотация

Гидроэнергетика является одним из возобновляемых источников энергии и обеспечивает производство существенной доли электроэнергии во всем мире. Преимущества гидроэнергетики – это отсутствие выбросов диоксида углерода, высокая маневренность и энергетическая эффективность, однако существуют и недостатки, которые связаны с влиянием гидроэнергетических объектов на биосреду. В данной статье представлен обзор наиболее характерных воздействий элементов проточной части гидротурбин на биофауну (рыб, планктон) в процессе их эксплуатации. Рассматриваются наиболее известные конструктивные решения, позволяющие снизить вероятность негативного воздействия элементов проточной части гидротурбин на биосреду. Очевидно, что при реализации таких решений ухудшатся показатели работы гидротурбин. Однако следует учитывать, что основная цель принятия этих решений заключается в обеспечении биологической безопасности объектов, при этом их энергетическим характеристикам внимания уделяется недостаточно. В работе довольно подробно представлен один из вариантов обеспечения безопасности окружающей среды – модернизация втулки рабочего колеса путем устранения зазоров между лопастями и втулкой. С помощью численного моделирования установлено, что применение колеса с модифицированной втулкой приводит к увеличению гидравлического сопротивления, уменьшению расхода и, как следствие, снижению вырабатываемой мощности. Анализ результатов моделирования показал, что, несмотря на некоторое снижение энергетических характеристик, представляется перспективным более детальное исследование и совершенствование биологически безопасных вариантов проточных частей гидротурбин. Кроме того, сделан вывод о возможности внести дополнительные изменения в проточную часть, которые позволят компенсировать потери мощности.

Ключевые слова: гидравлические турбины, биобезопасные гидротурбины, сферическая форма втулки рабочего колеса, CFD-моделирование, биоресурсы, перепады давления, кавитация

Список литературы

  1. Информационный обзор “Единая энергетическая система России”. АО “Системный оператор Единой энергетической системы”, 2022.

  2. Мировая энергетика. Установленная мощность электростанций. EES EAEC. Taipei, Taiwan. At night. Averaged over March 2021. Night lights in Google Maps / The Earth Observation Group. https://www.eeseaec.org/

  3. Odeh M. A summary of environmentally friendly turbine design concepts: Report. US Department of Energy; USGS Publications Warehouse, 1999.

  4. Computational studies of hydraulic stressors for biological performance assessment in a hydropower plant with Kaplan turbine / R.K. Singh, P. Romero-Gomez, A. Colotelo, W.A. Perkins, M.C. Richmond // Renewable Energy. 2022. V. 199. P. 768–781. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.09.016

  5. Improving survival: injury and mortality of fish struck by blades with slanted, blunt leading edges / S.V. Amaral, S.M. Watson, A.D. Schneider, J. Rackovan, A. Baumgartner // J. Ecohydraulics. 2020. P. 175–183. https://doi.org/10.1080/24705357.2020.1768166

  6. De Romero-Gomez P.J. Protecting fish and livelihoods. Fish-friendly assessment in practice // Andriz Group. Hydronews Asia. 2023. P. 34–35. https://www.andritz. com/hydro-en/hydronews/hydro-news-asia/protecting-fish-and-livelihoods

  7. Lee M.D., Lee P.S. Modelling the energy extraction from low-velocity stream water by small scale Archimedes screw turbine // J. King Saud University – Eng. Sci. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jksues.2021.04.006

  8. Gorlov B.A. Helical turbine and fish safety // Environ. Sci. Eng. 2010. P. 1–14.

  9. Safe passage for fish: The case for in-stream turbines / E. Brown, S. Sulaeman, R. Quispe-Abad, N. Müller, E. Moran // Renewable Sustainable Energy Rev. 2023. V. 173. P. 113034. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.113034

  10. Proceedings of the 1995 Turbine Passage Survival Workshop. Portland District, Portland, Oregon, 1995 / U.S. Army Corps of Engineers (USACE).

  11. Von Raben K. Regarding the problem of mutilations of fish by hydraulic turbines // Wasserwirtshaft. 1957. No. 4. P. 97–100.

  12. Monten E. Fish and turbines: fish injuries during passage through power station turbines. Publisher, Vattenfall, 1985.

  13. Bell M.C., Kidder J.C. Revised compendium on the success of passage of small fish through turbines. Portland, Oregon, 1991. P. 83 / U.S. Army Corps of Engineers, North Pacific Division

  14. Experimental studies relating to the passage of fish and shrimps through tidal power turbines / A.W.H. Turnpenny, M.H. Davis, J.M. Fleming, J.K. Davies // Environ. Sci. 1992.

  15. Lagler K.F., Bardach J.E., Miller R.R. Ichthyology. The study of fishes. N.Y.: John Wiley and Sons, 1962.

  16. Tsvetkov V.I., Pavlov D.S., Nezdoliy V.K. Changes in hydrostatic pressure lethal to the young of some freshwater fish // J. Ichthyology. 1972. V. 12 P. 307–318.

  17. Muir J.F. Passage of young fish through turbines // J. Power Div. 1959. V. 85. P. 23–46.

  18. Development of biological criteria for the design of advanced hydropower turbines / G.F. Cada, C.C. Coutant, R.R. Whitney, L. Washington. Washington, DC, USA: EERE Publication and Product Library, 1997.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал