Одним з основних факторів, що визначають ефективність використання джерела гідроелектроенергії, є локальний енергетичний потенціал потоку води. При виборі оптимального місця розміщення мікро ГЕС доводиться вирішувати комплексну задачу, пов'язану з визначенням кількості енергії, яке можливо отримати при використанні даного водотоку і його достатність для задоволення потреб споживачів; натиск або висоту падіння, що є в розпорядженні дане джерело води; об'ємна витрата і швидкість; розміри напірного трубопроводу; відстані і потужності, що передаються по лініях електропередач від робочого колеса до генератора і від генератора до споживачів, наявність системи резервування енергії і систем регулювання витрати і т.п.
Основними розрахунковими параметрами при визначенні потужності і типу мікро гідроелектростанції є натиск і об'ємна витрата. відповідно потенційна і кінетична складова гідроенергії.
Потужність ГЕС можна визначити з виразу:
де
Q - витрата води через певний перетин, м 3 / с;
Н - напір води, підведеної до гідротурбіни, м;
η - ККД гідроелектростанції.
При визначенні напору необхідно враховувати повний (статичний) натиск і робочий (динамічний) натиск. Повний напір - це відстань по вертикалі між верхньою точкою труби, що підводить (позначки Водозаборник) і точкою, де вода звільняється з турбіни. Робочий тиск - це повний напір мінус тиск або гідравлічні втрати, пов'язані з тертям і явищем турбулентності в трубопроводі. Ці втрати залежать від типу, матеріалу труби, діаметра, довжини труби, кількості вигинів і ін. Для визначення реальної потужності рекомендується вести розрахунок по робочому натиску Н.
де hтр - втрати на тертя в водоводі; hдоп - додаткові або місцеві втрати, пов'язані із засміченням водозабору, біфуркацією на сужениях і розширеннях, засувках, клапанах і т.д.
Величину втрат напору на тертя в водоводі можна визначити за виразом:
де J - гідравлічний градієнт; L - довжина водоводу, м.
Для визначення гідравлічного градієнта можна використовувати наступну практичну формулу:
де V - швидкість потоку, м; D - діаметр водоводу, м; a, n, m - коефіцієнти матеріалу, з якого виготовлений водовід (враховують шорсткість поверхонь стін і захисту внутрішніх поверхонь).
В водоводах закритого типу для розрахунку втрат на тертя:
1. сталева труба 0,885 (а), 1,8 (n), 1,17 (m)
2. бетонна труба 0,917 (а), 2,0 (n), 1,25 (m)
В водоводах закритого типу для розрахунку втрат на тертя рекомендується використовувати рівняння Дарсі-Вейсбаха:
де R - гідравлічний радіус (в метрах); V - середня швидкість потоку, м / с; f - безрозмірний коефіцієнт (наводиться в гідрологічних таблицях, в залежності від ступеня шорсткості водоводу і числа Рейнольдса).
Додаткові або місцеві втрати в водоводі визначаються з виразу:
Значення коефіцієнта εх наводяться в довідниках гідравлічних опорів (втрати на згинах, сужениях і т.д.).
При визначенні потужності гідроагрегату і проектуванні гідроелектростанції слід враховувати кліматичні особливості регіону та місцеве законодавство в області гідроенергетичних ресурсів. Наприклад, при використанні системи з напірним трубопроводом, вироблення електроенергії можлива в період відкритого русла, тому важливим критерієм є дати початку і кінця льодових явищ. У багатьох країнах світу строго регулюються питання, пов'язані з використанням стоку річок. Будь-яка зміна русла річки або берега може вплинути на якість і рівень води і середовище проживання живої природи, незалежно від того, знаходиться річка на приватній території чи ні. У зв'язку з цим при виборі місця будівництва мікро ГЕС потрібно прагнути використовувати не більше 10% від наявного мінімального потоку (межень).
Фахівці компанії WESWEN рекомендують використовувати для вибору типу і потужності гідроагрегату максимально повну інформацію по використовуваному джерела енергії. Дані можуть бути визначені з кадастру гідроенергетичних ресурсів (середній ухил річки, середня витрата води водотоку в період літньої межені, середня швидкість течії в період літньої межені, число годин на рік з відкритим руслом і ін.) Або заміряні вручну - відомими методами визначення напору ( метод рівнів) і витрати (метод гребель, відра, поплавковий метод). Ручний метод завжди має похибкою вимірювань і використовується, як правило, для вибору мікро ГЕС потужністю не більше 10 кВт.
Визначення напору (метод рівнів)
Метод гребель для вимірювання потоку
Замір витрати води
Компанії WESWEN пропонує кілька типів універсальних мікро ГЕС невеликої потужності, які можуть бути використані при стандартному діапазоні напору і витрати.
При індивідуальному проектуванні і виборі потужності і типу гідротурбіни фахівцям компанії необхідно надати максимально повну інформацію, зазначену в даній статті.