Povećanje energetske efikasnosti malih hidroelektrana
Increasing the energy efficiency of small hydropower plants
Докторанд
Nikolić, MilošМентор
Karamarković, RadeЧланови комисије
Božić, IvanGordić, Dušan
Jovović, Aleksandar
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
REZIME:
U disertaciji su analizirane mogućnosti povećanja energetske efikasnosti
malih hidroelektrana. Fokus je na rešavanju problema: (i) niske efikasnosti
proizvodnje električne energije pri protocima koji su manji od granice do koje
proizvođač garantuje efikasnost turbine i (ii) neefikasnog izdvajanja
sedimenata usled nejednakih protoka kroz komore višekomornih taložnika.
Drugi problem se rešava originalnom metodologijom, koja predstavlja
nadgradnju tradicionalnog korišćenja CFD i analitičkih modela. U njenoj
primeni leži najveći naučni doprinos, u koji spadaju:
metoda iterativnog traženja optimalnog tehničkog rešenja
korišćenjem CFD i pomoćnog analitičkog modela, koji služi kao vodilja
složenog i tromog modela ka optimalnoj geometriji,
metoda određivanja lokalnih otpora složenih geometrijskih oblika sa
višedimenzionalnom strujnom slikom korišćenjem CFD simulacija,
regresione analize i posredne validacije,
primena savremenih računarskih alata na projektovanje, optimizaciju,
mo...deliranje i rekonstrukciju MHE, i
originalno rešenje za istovremeno izjednačavanje i umirenje protoka u
ulaznoj zoni višekomornih taložnika.
Nabrojani rezultati su primenjeni na dve elektrane sa instalisanim snagama
1,220 MW i 1,327 MW, koje rade u linijski spregnutom sistemu sa zajedničkim
vodozahvatom, i rezultirale su tehničkim rešenjima za:
određivanje optimalne konfiguracije pri postojećim uslovima (bruto
pad, turbine, prečnici cevovoda) korišćenjem nove(ih) turbina i
nezavisnog ili spregnutog rada kaskadnih derivacionih MHE-a,
izjednačavanje protoka i umirenje struja (prigušenje turbulencija)
ugradnjom usmerivača u ulaznoj zoni višekomornih taložnika, i
izjednačavanje protoka i umirenje struja korišćenjem tablastih
zatvarača i umirujućih šipki na ulazima komora taložnika.
Rešavanjem (i) problema povećana je EE obe elektrane za 4.8%, dok se rešavanjem
(ii) problema smanjuju gubici nastali u eksploataciji za 8%. Rezultati
disertacije su primenjivi na svim postojećim i novoprojektovanim MHE-ma sa
bočnim vodozahvatima, dok predložene metodologije prevazilaze oblast MHEa.
ABSTRACT:
The core of the dissertation is to improve energy efficiency of small hydropower
plants (SHPPs). The focus is to solve the problems of (1) decreased electricity
production during low water flows and (2) inadequate functioning of multi-chamber
settling basins because of an uneven flow distribution among the chambers. The latter
problem has been solved by an original methodology, which is an upgrade on the
traditional usage of CFD and analytical models. The methodology is among the
scientific contributions that are:
a method for the iterative finding of a technical solution by the use of a CFD
and an ancillary analytical model, which is a guide for a complex and slow CFD
model towards an optimal geometry;
a method for the determination of local pressure drops (minor losses) for
complex geometrical shapes with multi-dimensional flow patterns using: CFD
simulations, regression analysis, and indirect validation;
the application of modern software for the design, optimization..., modeling, and
modernization of SHHPs.
a novel solution for simultaneous equalization of flows among the chambers of
a multi-chamber settling basin and the dissipation of turbulent kinetic energy.
These results were implemented on a case study, which includes two cascade SHPPs
with a common side water intake and nominal installed capacities of 1.220 MW and
1.327 MW. The solving of both problems resulted in technical solutions for:
the determination of an optimal configuration under existing conditions (gross
head, turbine types, pipeline diameters) by the use of new turbine(s) and
independent or coupled operation of two run-of-the-river SHPPs;
the equalization of flows among the chambers of a multi-chamber settling basin
and the dissipation of turbulent kinetic energy by the use of: (a) pillars with
vanes in a common inlet zone and (b) sluice gates with tranquilizing racks.
The solution of the (1) problem increased the electricity production by 4.8% and the
solution of the (2) problem reduced the total loss by 8%. The results are applicable to
all new and existing SHPPs with side water intakes, whereas the developed
methodologies exceed the field of SHPPs.