RAPORT STIINTIFIC SI TEHNIC - ETAPA III REDUCEREA ...hydro4less.etc.org.ro/wp-content/uploads/ETC-SA-Raport-stiintific... · Sistemul propus de acest proiect (Fig 2) ... -proiectarea

RAPORT STIINTIFIC SI TEHNIC - ETAPA III

REDUCEREA CONSUMULUI PROPRIU TEHNOLOGIC AL CENTRALELOR

HIDROELECTRICE PRIN FOLOSIREA MICROHIDROAGREGATELOR ENERGETICE CE

UTILIZEAZĂ ENERGIA CINETICĂ A APEI DIN AMENAJĂRILE HIDROELECTRICE

RST-03

HYDRO4LESS

1/16

Proiect:


HIDROELECTRICE PRIN FOLOSIREA MICROHIDROAGREGATELOR

ENERGETICE CE UTILIZEAZĂ ENERGIA CINETICĂ A APEI DIN AMENAJĂRILE

HIDROELECTRICE - HYDRO4LESS - cod PN-II-PT-PCCA-2013- 4-0232

Etapa III:

PROIECTARE SI REALIZARE MICROHIDROAGREGAT- DOCUMENTATIE DE

EXECUTIE

CONTRACT: 62/2014

Autori:

SC ELECTRA TOTAL CONSULTING- Constantin DARZAN

SC STRAERO SA- Lică Flore

ICPE- Paul MINCIUNESCU

UPB București- Constantin CĂLINOIU

Noiembrie 2016





RST-03

HYDRO4LESS

2/16

CUPRINS

I. REZUMATUL ETAPEI ............................................................................................... 3 II. DESCRIEREA STIINTIFICA SI TEHNICA.................................................................. 6

2.1. Introducere ............................................................................................................ 6 2.2. Descriere activității de proiectare preliminară ............................................................ 8 2.3. Descriere activității proiectare detaliată de execuție .................................................. 11

Documentația de execuție turbină.................................................................................... 11 Documentația de execuție generator ................................................................................ 12 Documentația de execuție regulator ................................................................................. 12

2.4. Realizare repere microhidroagregat ...................................................................... 14 III. GRADUL DE REALIZARE A OBIECTIVELOR ....................................................... 15 1. Activități: ............................................................................................................... 15 2. Rezultate așteptate: .................................................................................................. 15 IV. DISEMINAREA REZULTATELOR ......................................................................... 16





RST-03

HYDRO4LESS

3/16

I. REZUMATUL ETAPEI

In conformitate cu Planul de realizare al proiectului, Etapa 3 - Proiectare si realizare

microhidroagregat-documentatie de executie, constă în:

1. Activități:

- Activitatea 3.1: Proiectarea microhidroagregatelor ce utilizeaza energia cinetica a

apei; Această activitate cuprinde următoarele subactivități: Proiectarea ansamblului

general microhidroagregat; Proiectare generator electric; Proiectare turbina; Proiectare

regulator electric pentru interconectare cu reteaua electrică și diseminarea rezultatelor

etape;

- Activitatea 3.2: Realizare microhidroagregat ce utilizeaza energia cinetica a apei.

Această activitate cuprine următoarele subactivități: Executie repere si subansamble

generator electric; Executie repere si subansamble turbina; Executie repere si

subansamble regulator electric pentru interconectare cu reteaua;

2. Rezultate așteptate:

a) Metodologie de proiectare microhidroagregate ce utilizeaza numai energia cinetica a

apei, dintr-o amenajare hidroenergetică complexă, in conditii de randament maxim;

b) Documentatie de executie pentru ansamblul general microhidroagregat de tip bulb,

submersibil, cu puterea de 50KW ce utilizează energia cinetică a apei dintr-o

amenajare hidroenergetică: Documentatie de executie generator electric;

Documentatie de executie turbina; Documentatie de executie regulator electric;

În urma realizării Activității 3.1 Proiectarea microhidroagregatelor ce utilizeaza energia

cinetica a apei, parametri microagregatului, pe componente, sunt:

1. Ansamblu microhidroagregat:

- Lungime ansamblu general: 890 mm;

- Gabarit (partea de jos a admisiei apei in turbină-suport ansamblu) 1093 mm;

2. TURBINA:

a) Priza de admisie:





RST-03

HYDRO4LESS

4/16

- Lungime: 431 mm;

- Diametru exterior: 900 mm.

b) Ansamblu rotor:

- Diametrul exterior 640 mm;

- Lungime rotor 130 mm

c) Ajutaj evacuare

- Diametrul exterior flansă: 800 mm;

- Diametru: 600 mm;

- Lungime ajutaj: 321 mm





RST-03

HYDRO4LESS

5/16

3. GENERATOR

a) Rotor generator ( montat pe rotor turbina)

b) Stator generator

4. Regulator

a) Variabile de intrare

- Curentul de intrare este de maxim -92A

- Tensiune minima -150V





RST-03

HYDRO4LESS

6/16

- Tensiune nominală -338V

- Tensiune maxima -800V

b) Variabile de ieșire

- Putere maxima - 50000W

- Tensiune de iesire linie 380V

- Curent nominal- 76,0572 A

- Frecvență nominală -50 Hz

- Gama de frecventa-45-65Hz

- Distorsiuni armonice totale - <2%

c) Date electrice generale

- Eficiență maximă- 98,1%

- Eficiență maximă EU- 97.9%

- Temperatura mediului ambient -25 ° C ... +60 ° C

- Umiditatea permisa-0-100%

Scopul acestei activitati 3.2: Realizare microhidroagregat ce utilizeaza energia cinetica a apei,

a fost de:

- transformare a proiectului preliminar în proiect de execuție necesar activitaților de

prelucrare și asamblare a microhidrogeneratorului;

- elaborare unei documentații tehnologice pentru operațiile de prelucrări mecanice și montaj;

- finalizare desene de interfațare mecanice și electrice;

- finalizare lista de materiale si elemente de asamblare.

De asemenea au fost realizate o serie de repere si subansamble: generator electric; turbina;

regulator electric pentru interconectare cu reteaua electrică:

II. DESCRIEREA STIINTIFICA SI TEHNICA

2.1.Introducere

Proiectul „Reducerea consumului propriu tehnologic al Centralelor Hidroelectrice prin

folosirea microhidroagregatelor energetice ce utilizează energia cinetică a apei din amenajările

Hidroelectrice” aduce o noutate absolută în abordarea reducerii CPT-ului la nivelul unei centrale

hidroelectrice, nu prin intervenții la instalațiile proprii și generale, sau intervenind la modul de

măsurare a energiei, ci prin creșterea producției de energie electrică la nivelul unei centrale

hidroelectrice folosind energia cinetică din amenajarea hidroenergetică, cu investiții mici, folosind

microhidroagregatele de tip bulb submersibile.





RST-03

HYDRO4LESS

7/16

Fig. 1Hidroagregat de tip bulb clasic

Elementele componente principale ale unui astfel de microhidroagregat de tip bulb

submersibil sunt:

- turbina hidraulică de tip elice;

- generator sincron cu rotor cu magneți permanenți și stator bobinat;

- structură mecanică (carcasă, flanșe, rulmenti, etanșare, etc);

- regulator electric.

Sistemul clasic de hidroagregat de tip bulb este format din:

- carcasă de tip bulb în care se află lagărele (amonte, aval, turbină),

- hidrogeneratorul cu rotor și stator bobinat;

- sistemul de răcire hidrogenerator format din ventilatoare;

- stator turbină format din palete fixe de dirijare apă către aparat director;

- aparat director format din palete reglabile care dirijează apa către rotor turbină;

- carcasă turbină.

Sistemul propus de acest proiect (Fig 2) diferă substanțial de soluția clasică prin:

- turbina (elice ce transformă energia cinetică a apei în mișcare de rotație a turbinei);

- paletele turbinei a cǎror margini exterioare sprijina rotorul generatorului, realizat cu

magneți permanenți;

- structura mecanică care asigură rotirea turbine în interiorul hidrogeneratorului;

- regulatorul electric (format dintr-un redresor, invertor DC-AC, filtru de armonice);.

Fig.2 Ansamblu microhidroagregat HYDRO4LESS





RST-03

HYDRO4LESS

8/16

Activitatile derulate in aceasta etapa de realizare a turbinei și generatorului au adus câteva

inovații în domeniul microhidrogeneratoarelor electrice. Astfel, utilizarea unor soluţii noi de

proiectare a turbinei, permite obţinerea unei construcţii simple şi robuste şi o exploatare fiabilă pe o

durată lungă de viaţă, a acesteia. Proiectarea a fost realizata in mod parametrizat permitand in acest

fel o optimizare a ansamblului (Fig.3) datorita flexibilitatii sistemului de cotare a elementelor

componente. Elementul principal al echipamentelor care compun turbina este ansamblul rotor care

a necesitat conceperea unei tehnologii speciale de profilare a palelor acestuia dar si de asamblare a

palelor cu butucul si inelul rotor. Pentru aceasta a fost nevoie de proiectarea si realizarea unor

dispozitive speciale.

Fig.3 Modelul 3D al ansamblului microhidroagregatului HYDRO4LESS

In concluzie principalele elemente tehnice de noutate introduse de proiectarea si realizarea

microhidroagregatului sunt:

- realizarea palelor de rotor prin deformare la rece cu ajutorul unei prese de 60 tf.;

- proiectarea parametrizata a componentelor de turbina cu ajutorul programului Catia V5 R21;

- proiectarea hidrogeneratorului utilizand programul PC-BDC și a metodei elementelor finite

pentru proiectarea generatoarelor sincrone;

- debitarea semifabricatelor cu ajutorul laserului;

- rectificarea corpului rotor cu ajutorul unei masini de prelucrare in coordonate;

- tehnologia inovativă de asamblare a turbinei și hidrogeneratorului;

- tehnologia inovativă de realizare a rotorului generatorului;

- utilizarea acoperirilor de protectie pe baza de solutii epoxidice.

2.2.Descriere activității de proiectare preliminară

Obiectivele concrete ale fazei de proiectare preliminara au fost legate de perspectiva

obţinerii în termen, a documentaţii de execuţie si a reperelor microhidroagregatului





RST-03

HYDRO4LESS

9/16

HYDRO4LESS. Acestea au stat la baza execuţiei produsului cu aplicație industrială

microhidroagregat, în construcţie modulară şi cu eficienţă ridicată, pentru utilizarea energii cinetice

reziduale a apei disponibila la marile amenajari hidroenergetice in care se pot folosi turbine

hidraulice. Pentru aceasta au fost necesare:

- realizarea a diferite analize si activităti de inginerie pentru a obține un proiect simplu și

robust pentru demonstratorul de turbina;

- realizarea proiectului preliminar care să implementeze corect cerințele în acord cu

concluziile din fazele anterioare ale proiectului;

Detalii din activitatea de conceptie si proiectare preliminara sunt prezentate in Fig.4 si Fig.5.

Fig.6, Fig.7 si Fig.8

Fig.4 Modelul 3D al ansamblului Hidroagregat HYDRO4LESS, sectiune si vedere

longitudinala

Fig.5 Modelul 3D al ansamblului Hidroagregat HYDRO4LESS, sectiune butuc rotor





RST-03

HYDRO4LESS

10/16

Fig. 6 Sectiune prin generator - varianta finala

Fig. 7 Retea elemente finite – fragment





RST-03

HYDRO4LESS

11/16

Fig.8 Schema bloc a invertorului ca parte componenta a regulatorului

2.3. Descriere activității proiectare detaliată de execuție

Documentația de execuție turbină

Documentația de execuție cuprinde următoarele desene, desene ce stau la baza executării

reperelor turbinei microhidroagregatului:

Plansa Numar desen Nume desen

1 MHA – 00 – 00 – 000 Ansamblu general

2 MHA – 01 – 00 – 000 Priza de admisie

3 MHA – 01 – 00 – 001 Coif

4 MHA – 01 – 00 – 002 Carcasa

5 MHA – 01 – 01 – 000 Ansamblu sudat admisie

6 MHA – 01 – 01 – 001 Guler admisie

7 MHA – 01 – 01 – 002 Con

8 MHA – 01 – 01 – 003 Flansa

9 MHA – 01 – 01 – 004 Inel racordare

10 MHA – 01 – 01 – 005 Element sustinere





RST-03

HYDRO4LESS

12/16

11 MHA – 01 – 01 – 006 Inima

12 MHA – 01 – 01 – 006B Inima

13 MHA – 01 – 01 – 007 Guseu admisie

14 MHA – 02 – 00 – 000 Ansamblu rotor

15 MHA – 02 – 00 – 001 Ax

16 MHA – 02 – 01 – 000 Ansamblu palete

17 MHA – 02 – 01 – 000B Ansamblu palete

18 MHA – 02 – 01 – 001 Butuc

19 MHA – 02 – 01 – 001B Butuc (frezarile)

20 MHA – 02 – 01 – 002 Pala

21 MHA – 02 – 01 – 003 Inel rotor

22 MHA – 03 – 00 – 000 Ansamblu ajutaj evacuare

23 MHA – 03 – 00 – 001 Tub evacuare

24 MHA – 03 – 00 – 002 Guler evacuare

25 MHA – 03 – 00 – 003 Guseu evacuare

26 MHA – 05 – 00 – 000 Ansamblu suport

27 MHA – 05 – 00 – 001 Flansa suport

28 MHA – 05 – 00 – 002 Distantier

29 MHA – 06 – 00 – 000 Dispozitiv centrare rotor

30 MHA – 06 – 00 – 001 Dispozitiv centrare butuc

31 MHA – 06 – 00 – 001B Dispozitiv centrare butuc

32 MHA – 06 – 00 – 002 Distantier

Documentația de execuție generator

Documentația de execuție cuprinde următoarele desene, desene ce stau la baza executării

reperelor generatorului microhidroagregatului

Plansa Numar desen Nume desen 1 KSO724100-02.00 Rotor Complet. Inel rotoric cu magneti

2 KSO724100-01.00 Subansamblu stator bobinat in carcasa

3 KSO724100-00 Ansamblu kit stator-rotor generator

4 KSO724100-01.00 Ansamblu kit stator-rotor generator cu infasurarea si

magnetii inglobati in rasina

Documentația de execuție regulator

Parametri regulatorului sunt în concordanță cu parametri de iesire de la generator sși cuprind:

a) Variabile de intrare





RST-03

HYDRO4LESS

13/16

- Curentul de intrare este de maxim -92A

- Tensiune minima -150V

- Tensiune nominală -338V

- Tensiune maxima -800V

b) Variabile de ieșire

- Putere maxima - 50000W

- Tensiune de iesire linie 380V

- Curent nominal- 76,0572 A

- Frecvență nominală -50 Hz

- Gama de frecventa-45-65Hz

- Distorsiuni armonice totale - <2%

c) Date electrice generale

d) Eficiență maximă- 98,1%

e) Eficiență maximă EU- 97.9%

f) Temperatura mediului ambient -25 ° C ... +60 ° C

g) Umiditatea permisa-0-100%

Schema de realizare a regulatorului este:

Fig 9. Schema bloc a regulatorului

unde:

1- Redresor;

2- Circuit intern de curent continu

3- Invertor cu IGBT (insulated-gate bipolar transistor);

4- Comanda / reglare





RST-03

HYDRO4LESS

14/16

Regulatorul transformă tensiunea și frecvenţa variabile ale generatorului într-o tensiune

continuă. Din această tensiune continuă acest regulator generează pentru ,,serviciile generale ale

centralei” un sistem nou trifazat cu tensiune fixă 380V și frecvenţă 50 HZ. Astfel, regulatorul preia

din generator practic numai puterea activă necesară (cos φ~ 1).

Puterea reactivă necesară pentru funcţionarea generatorului este livrată circuitului intermediar

de curent continuu. Prin aceasta, se poate renunţa la instalaţiile de compensare de putere cos φ pe

partea de reţea, dacă factorul de putere în rețeaua serviciilor generale este peste 0,65.

2.4. Realizare repere microhidroagregat

Aceasta faza a inclus in principal urmatoarele lucrari:

- fabricarea reperului-modelului demonstrator de turbine- în acord cu documentația de

execuție;

- fabricarea reperului-modelului demonstrator de generator- în acord cu documentația de

execuție;

- achizitia semifabricatelor si a componentelor necesare asamblarii turbine, generatorului si

părților componente ce constituie regulatorul;

- realizarea dispozitivelor de montaj si centrare rotor;

- realizarea unei rectificari a rotorului dupa operatiile de sudare.

- realizarea unui premontaj al turbinei prin integrarea părților componente;





RST-03

HYDRO4LESS

15/16

III. GRADUL DE REALIZARE A OBIECTIVELOR

În conformitate cu ,,Anexa II / la contractul de finanţare nr. 62 / 2014 Cod proiect: PN-II-

PT-PCCA-2013-4-0232- PLAN DE REALIZARE A PROIECTULUI pentru verificarea ajutorului de

stat” : Etapa III - Proiectare si realizare microhidroagregat-documentatie de executie, constă în:

1. Activități:

- Activitatea 3.1: Proiectarea microhidroagregatelor ce utilizeaza energia cinetica a

apei; Această activitate cuprinde următoarele subactivități: Proiectarea ansamblului

general microhidroagregat; Proiectare generator electric; Proiectare turbina; Proiectare

regulator electric pentru interconectare cu reteaua electrică și diseminarea rezultatelor

etape;

- Activitatea 3.2: Realizare microhidroagregat ce utilizeaza energia cinetica a apei.

Această activitate cuprine următoarele subactivități: Executie repere si subansamble

generator electric; Executie repere si subansamble turbina;Executie repere si

subansamble regulator electric pentru interconectare cu reteaua;

2. Rezultate așteptate:

c) Metodologie de proiectare microhidroagregate ce utilizeaza numai energia cinetica a

apei, dintr-o amenajare hidroenergetică complexă, in conditii de randament maxim;

d) Documentatie de executie pentru ansamblul general microhidroagregat de tip bulb,

submersibil, cu puterea de 50KW ce utilizează energia cinetică a apei dintr-o

amenajare hidroenergetică: Documentatie de executie generator electric; Documetatie

de executie turbina; Documentatie de executie regulator electric;

Toate activitățile au fost realizate, iar rezultatele au fost cele scontate.





RST-03

HYDRO4LESS

16/16

IV. DISEMINAREA REZULTATELOR

Rezultatul cele mai important al acestui proiect (reperele microhidroagregatului energetic de

tip bulb submersibil ce utilizeaza energia cinetica a apei), a facut obiectul unor discutii si prezentari

in scopul cresterii potențialului de comercializare a acestuia dupa finalizarea cu succces a

proiectului la:

- Companii și agenți economici producători de energie electrică în centrale hidroelectrice

mari (sucurasalele Hidroelectrica SA Rm Vâlcea, Sucursala Hidrocentrale Arges);

- agenți economici care sunt apropiați de râuri, pârâuri și pot deveni partial sau total

independenți de energia electrică din SEN;

De asemenea realizările au fost prezentate pe site-ul proiectului

Întocmit, Verificat,

SC Electra Total Consulting SA București conf.dr.ing Constantin Calinoiu

ICPE SA București dr.ing Constantin Dârzan

Universitatea Politehnică București

STRAERO-(INSTITUTUL

PENTRU CALCULUL SI EXPERIMENTAREA

STRUCTURILOR AERO-ASTRONAUTICE

Documents

RAPORT STIINTIFIC SI TEHNIC - ETAPA III REDUCEREA ...hydro4less.etc.org.ro/wp-content/uploads/ETC-SA-Raport-stiintific... · Sistemul propus de acest proiect (Fig 2) ... -proiectarea