Mažosios hidroenergetikos vystymo galimybių tyrimas

Gamtos turtų racionalus naudojimas, kai nedaroma žalos gamtai, yra stimulas šalies gerovei. Turimi šalies vandens ištekliai- brangus mūsų šalies turtas.
Nacionalinėje energetikos strategijoje numatyta, kad prireikus naujų galių, ekonominiu požiūriu patraukliausias bazinės elektros gamybos šaltinis būtų modulinės TE su dyzeliniais varikliais ar dujų turbinomis bei nauja dujų turbinų elektrinė. Tačiau dėl įtakos gamtinei aplinkai būtina įvertinti galimų HE konkurencingumą lyginant jas su kitomis elektrinėmis.

HE jau yra pranašesnės už kitas elektrines neįvertinus ekonomiškai:
1. Tai yra atsinaujinantis energijos šaltinis, juk organinis kuras vieną kartą baigsis.
2. Labai ilgas tarnavimo laikas, lengvas atnaujinimas bei modernizavimas.
3. Didina šalies ekonominę ir enegetinę nepriklausomybę.
4. Gerina energetinės sistemos manevringumą.
5. Padeda kompleksiškai išnaudoti vandens išteklius.
6. Mažina atmosferos taršą.

HE taip pat turi ir neigiamą poveikį:
1. Pastačius užtvanką ant upės jos tekmės parametrai ir nuotėkio kaitos laike pasikeičia. Tėkmės gylis tvenkinyje pasikeičia, t.y padidėja, o tekmės greitis sumažėja, ko pasekoje pasikeičia flora ir fauna, pasikeičia gruntinio vandens režimas, augmenija ir mikroklimatas aplink pastatytą užtvanką.
2. Žemutiniame bjefe upės debitas tampa priklausomas nuo hidroelektrinės darbo režimo, t.y upės vaga yra plaunama, jos dugnas praranda pastovumą, tokios sąlygos yra nepakenčiamos žuvims ilgame upės ruože, jos labai sumažėja arba visai išnyksta.

Mažosios hidroelektrinės pagal aplinkos apsaugos normatyvą LANO 16-96 turi būti ne didesnės kaip 10 000 kW galios, jos dar suskirstytos į pogrupius: piko- jų galia iki 50kW, mikro- iki 500 kW ir mini- iki 2 000 kW, mažosioms hidrojėgainėms įrengti taikomos teisinės lengvatos: joms nereikia gauti valstybės koncesijos. Pakanka gauti tik leidimą naudoti valstybės vandens išteklius hidroenergijai gauti.

Dar paprasčiau galima įrengti elektrinę iki 500 kW, joms taikomos aplinkosaugos lengvatos, pakanka paruošti tik trumpą įtakos aplinkai pažymą. Paprastai mažosioms hidroelektrinėms naudojami tipiniai projektai, unifikuotos schemos ir standartiniai arba nagingų meistrų pagaminti įrenginiai. MHE dabar gali būti ekonomiškos ir rentabilios, kai jose naudojami modernūs įrenginiai ir pažangios technologijos. Tai ypatingai būdinga įrengiant jas prie veikiančių tvenkinių.
Nors gamtinės sąlygos šalyje nėra labai palankios hidroenergetikos plėtrai (lygumų kalvotas reljefas), mažoji hidroenergetika Lietuvoje 1990-1999m. padvigubėjo, 2001-2005 m. patrigubėjo. 2006 m. visos mažosios HE pagamino 55 mln. kW. 2007 m. pradžioje veikė 83 mažosios HE, jų bendra instaliuota galia 25MW.
Šiuo magistriniu darbu mėginsiu išsiaiškinti mažosios hidroenegetikos vystimosi galimybes, palyginti jas su kitomis elektrinėmis, išsiaiškinti kokius upių resursus turi mūsų šalis, kokie yra gamtosauginiai reikalavimai hidroenergetikoje, generatoriai, kokie yra hidroelektrinės prijungimo prie tinklo variantai.
2.LIETUVOS UPIŲ HIDROENERGETIKOS RESURSŲ APŽVALGA 2.1 Mažųjų hidroelektrinių konstrukcijos

HE hidrotechninių įrenginių paskirtis- sudaryti reikiamą patvanką ir tiekti vandenį turbinoms. HE gali būti mažosios iki 10 MW, vidutinės- 10^2500 MW, didelės daugiau kaip 2500 MW.

Tačiau pagrindinė klasifikacija yra pagal vandens naudojimo schemą: su atskira užtvanka, vaginės, derivacinės, potvynių atoslūgių, hidroakumuliacines, mišrios.
Hidroelektrinės su atskira užtvanka (2 pav.) sudaroma dirbtinai vandens lygį pakeliant užtvanka, kuri įrengiama skersai upės vagos. HE pastatas yra prie užtvankos, kurį galime įrengti tik tais atvejais, kai vietinėmis sąlygomis galima statyti užtvanką reikiamai saugyklai sudaryti, neužtvindant pernelyg didelės teritorijos.

Vaginėse (upinėse) hidroelektrinėse reikiamas vandens aukštis sudaromas, dirbtinai pakeliant vandens lygį užtvanka ir HE pastatu, kuris paprastai yra užtvankos tąsa ir įrengiamas skersai upės vagos (3 pav.). Vaginės HE statomos prie lygumos upių, turinčių plačią salpą, mažą nuolydį ir gilią vagą.

Hidroakumuliacinėje elektrinėje turbinos gali dirbti ir kaip siurbliai, o gneratoriai-kaip elektros varikliai. Šio tipo HE turi turi du vandens baseinus: viršutinį ir apatinį. Naktį, kai elektros energija yra pigi, siurbliai iš apatinio baseino kelia vandenį į viršutinį, o diena, kai reikia daug elektros energijos ir kuri yra labai brangi, iš viršutinio baseino, kuriame yra sukauptas vandens kiekis, vanduo leidžiamas žemyn pro turbinas- gaminama elektros energija. Šio tipo hidroelektrinės yra specifinės, nes jos tiesiogiai neišnaudoja hidroenergetinių išteklių.
Potvynių atoslūgių HE baseinas sudaromas, užtvenkiant įlanką arba į jūrą įtekančią upę. Lietuvoje šio tipo hidroelektrinių nėra, nes Baltijos jūroje dėl potvynių ir atoslūgių vandens lygis kinta tik keliais centimetrais.
Taip pat statomos mišraus tipo hidroelektrinės- su atskira užtvanka ir derivacija, kuriose vanduo iš aukštutinio bjefo leidžiamas į derivacinį hidroelektrinės kanalą.

2.2 Lietuvos hidroresursai

Vanduo dėl sunkio teka upėje ir atlieka darbą, kuris priklauso nuo vandens kiekio ir vandens kritimo tiriamoje atkarpoje. Šios upės atkarpos potencinė galia arba sekundinis darbas, išreikštas kilovatais, bus

P = 9,81*0* H

P-potencinė energija Q-vandens debitas
H-vandens kritimas tiriamojoje atkarpoje

Vanduo lyginamosios plokštumos (jūros paviršius, upės žiotys, ruožo pabaiga) atžvilgiu turi sukaupęs potencinės energijos, o upės vaga vanduo neša kinetinę energiją. Jų abiejų suma yra pastovi.
Hidroenergija dažniausiai tiriama dvejopai: kaip teorinė energijos apraiška gamtoje ir kaip konkretus energijos šaltinis. Dėl vandens, jo kritimo ir įrenginių naudingumo nuostolių techninė potencinė galia yra 0,815 karto mažesnė už teorinę.
Tyrimai buvo atliekami keliais etapais. Jų rezultatai pateikti 1 lentelėje ir atspindi šalies hidroenergijos išteklius įvertinus įvairias situacijas- tiek upės dydį, tiek aplinkosaugos
nuostatas, pagaliau ir technines galimybes. 1 lentelėje pateikti tik potenciniai hidroenergijos ištekliai, nes kinetinės energijos ištekliai mūsų sąlygomis yra nereikšmingi. Pateikiami 6 hidroenergijos išteklių variantai, apimant visas upes ir net paviršiaus šlaitus (1 variantas) ir baigiant hidroenergijos likučiais, nustatytais įvertinus aplinkosaugos ribojimus bei žuvų migracijos kelius. Kiekvienas variantas dvejopai atspindi gamtinius ar teorinius ir techninius hidroenergijos išteklius. Gamtinis ir teorinis hidroenergijos ryšys Et = 0,41* Eg susidarė dėl
skirtingų proporcingumo koeficientų bei dėl skirtingo priimto valandų skaičiaus per metus (8760 ir 4380 val.). Apskaičiuojant techninius metų hidroenergijos išteklius buvo priimta, kad hidroelektinės įrengta galia dirba pusę valandų per metus.

Gamtosauginiai reikalavimai hidroenergetikoje

Aplinkosauga yra būtinas socialinis reiškinys. Kalbant apie hidroenergijos panaudojimo sukeliamas poveikio aplinkai problemas, reikia turėti omenyje tų problemų kurias sukelia didžiosios ir mažosios hidroelektrinės skirtumą.
Šis skirtumas- poveikio aplinkai mastas. Didžiųjų HE poveikis daug kartų viršija biosferos galimybes apsivalyti ir atkurti gamtoje susiklosčiusių procesų pusiausvyrą. Dėl to
gamtoje pradeda vykti negrįžtami procesai. Tvenkiant sausumos upes, negrįžtamai užliejami didžiuliai dirbamos žemės plotai, iškeliami gyventojai.
Ekologinį didelės patvankos poveikį nesunku pajusti ir prie Kauno marių. Po vandeniu esanti augalija pūva ir išskiria metaną, ypač įvairių dumblių puvimo metu vasaros pradžioje, kai šie gausiai išskiria metaną, tada tvenkinys pavirsta užteršta ir dvokiančia bala: net ir saulėtą dieną smėlėtose pakrantėse nesutiksi nei poilsiautojo nei besimaudančiojo.
Mažosios HE taip pat turi poveikį aplinkai, tačiau jis, viena, neviršija galimybių apsivalyti, antra, tą poveikį dėl jo nedidelio masto galima valdyti tiek eksploatacijos metu, tiek parenkant tinkamus sprendimus projektavimo metu.
Mažųjų HE poveikis aplinkai skirstomas į 5 grupes:
1. Kraštovaizdžiui- vizualinis įsibrovimas.
2. Vandens išteklių naudojimas.
3. Florai ir faunai, ypač vandens ekosistemai.
4. Upės vandens kokybei.
5. Kitoks poveikis- triukšmas.
Tačiau visose išvardytose srityse galimos ir taikomos priemonės, šį poveikį neutralizuojančios arba minimizuojančios iki nepavojingo lygio. Bet kuris statinys įterptas į gamtinę aplinką, ją veikia. Pirmiausiai keičiamas susiformavęs vietovės reljefas, dirvožemio struktūra, vietovės mikroklimatinės sąlygos ir vandens režimas, augalijos danga ir pagaliau gyvūnijos pasaulis. Taigi iš dalies pasikeičia negyvosios ir gyvosios gamtos komponentai. Pasikeičia ekosistema.
Įtaka kraštovaizdžiui sprendžiama projektinėmis priemonėmis, paslepiant ar išryškinant kai kurias detales, atitinkamai apželdinant teritorija ir pan.
Vandens išteklių vartojimo požiūriu HE nėra vandens vartotojas, HE yra tik vandens naudotojas, kuris perskirsto natūralaus vandens srautus. Šiuo aspektu labai svarbu, kad nebūtų pakenkta upės apatiniam ruožui dėl vandens srauto laikino neleistino sumažėjimo arba visiško sustabdymo reguliuojant vandens lygį patvankoje. Kad to neatsitiktų, valstybiniai normatyviniai aktai reglamentuoja privalomo minimalaus aplinkosauginio debito praleidimą pro užtvanką bet kuriuo atveju.
Poveikis florai ir faunai pasireiškia dvejopai: galimi atvejai, kad patvanka užtveria kelius žuvų neršto migracijai ir sužalojmos žuvys, patenkančios į turbinas. Pirmuoju atveju reikalaujama, kad užtvankoje būtų įrengti žuvų praleidimo takai.

LR aplinkos ministro 2000 m, vasario 23 d. Įsakymu Nr. „Dėl žuvų apsaugos priemonių mažosiose hidroelektrinėse” apibendrinus sukauptą informaciją apie MHE žalą žuvininkystei bei įvertinus mokslo tiriamujų darbų išvadas ir rekomendacijas dėl esamų žuvų apsaugos priemonių MHE efektyvumo ir tobulinimo nustatyta: kad visuose MHE vandens paėmimo antgaliuose būtų įrengtos grotos su ne didesniais kaip 30-35 mm tarpais, jeigu intencyvios žuvų migracijos metu HE turbinuose per parą žūva ar sužalojama iki 10 vnt veringų žuvų.
LR įstatymai riboja ūkinę veiklą parkuose, draustiniuose, rezervatuose, prie vandens telkinių, išskirtinės reikšmės upėse ar jų dalyse. LR Vyriausybė 1995 m. liepos 5 d. Priėmė nutarimą, kuriame buvo nustatyta esamų tvenkinių nuomos tvarka HE įrengti. Žinoma, šis nutarimas skatino mažųjų HE statybą. 1997 m. Aplinkos ministerija išleido nutarimą dėl aplinkosaugos reikalavimų mažoms HE projektuoti, statyti ir eksploatuoti. 1999 m. gruodžio 21 d. Aplinkos ministro įsakymu buvo apribota HE ir užtvankų statyba 132 svarbiausiose upėse ir jų ruožuose, tačiau išvardyti 140 tvenkinių ir 49 buvusios hidrojėgainės, prie kurių pirmiausia rekomenduojama statyti mažąsias HE . 2003 m. sausio 16 d. LR aplinkos ir žemės

ūkio ministrai paskelbė įsakymą, saugantį ir globojantį migruojančių žuvų kelius . Tie keliai -tai 147 upės ar jų ruožai, kurių bendras ilgis 4500 km. Dokumente pateiktas ir sąrašas tvenkinių, prie kurių galima mažųjų HE statyba (atstatymas). Prie 30 tvenkinių siūloma įrengti žuvitakius. Kaip tik dėl šio dokumento ir kilo diskusijos dėl jo mokslinio pagrįstumo sprendžiant ne tik žuvų apsaugos, bet ir vandens išteklių kompleksinio naudojimo problemą. Netrukus šį klausimą ėmėsi spręsti LR Seimas, kuris 2004 m. kovo 30 d. priėmė įstatymą, keičiantį Vandens įstatymo 14 str. 3 dalies nuostatas . Uždraudė statyti užtvankas Nemuno upėje bei ekologiniu ir kultūriniu požiūriu vertingose upėse. Ekologiniu ir kultūriniu požiūriu vertingų upių ar jų ruožų sąrašą patvirtino LR Vyriausybė 2004 m. rugsėjo 8 d.. Rengiant šio sąrašo projektą šiek tiek atsižvelgta į Lietuvos hidroenergetikų asociacijos motyvuotas pastabas. Hidroenergetikai buvo palikti kai kurių upių (Jūros, Šešupės, Mūšos, Nevėžio, Nemunėlio, Šaltuonos ir kt.) efektyvūs hidroenergetikos požiūriu ruožai.
Mažųjų HE poveikis aplinkai, viena vertus, minimalus, valdomas ir neperžengia biosferos galimybių apsivalyti ir išlaikyti natūraliųjų gamtinių procesų pusiausvyros, kita vertus, jeigu pagaminta elektros energija pakeičia organinį kurą naudojančiose elektrinėse, teikia kitokią ekologinę naudą: išvengiami tam tikro kiekio į aplinką išmetamų teršalų.
Vertinama, kad HE, dirbdama per metus vidutiniu 100 kW galingumu, leidžia išvengti į atmosferą išmetamų teršalų kiekį kg:
1. Anglies dioksido dujų 710
2. Sieros dioksido 2,37
3. Azoto oksidų 2,01
4. Lakiųjų pelenų 43,8

Hidroelektrinėje gamybinis procesas vyksta šitaip. Užtvankos palaikomas aukštutiniame bjefe vanduo pro vandens praleidimo įrenginius patenka į turbinos kamerą, o iš jos – į turbinos protorių. Vandens veikiama, turbina sukasi, ir sujungtas su ja generatorius gamina elektros energiją, kuri tiekiama vartotojams elektros tiekimo linijomis. Atidavęs turbinai didesnę savo energijos dalį, vandens srautas patenka į žemutinį užtvankos bjefą.
Hidroelektrinės galingumas priklauso nuo patvankos aukščio ( vandens lygių prieš užtvanką ir už jos skirtumo) ir pro turbinas praleidžiamo vandens kiekio, kuris savo ruožtu priklauso nuo vandens saugyklos apimties ir jos pripildymo sąlygų.
Elektros energijos gamybos reguliavimas hidroelektrinėse gali būti sezoninis ir paros. Esant sezoniniam reguliavimui, vanduo kaupiamas vandens saugykloje pavasarį ir rudenį (vandeningais laikotarpiais) ir per metus eikvojamas pagal poreikius. Esant paros reguliavimui, per parą sukauptas vandens saugykloje vanduo išeikvojamas per keletą valandų, kai būna didžiausias apkrovimas. Paros reguliavimas taikomas hidroelektinėse, kurių vandens saugyklos yra mažos.
Vandens energija išnaudojama geriausiai, kai hidroelektinės ir šiluminės elektrinės sujungiamos į bendrą tinklą. Vandeningais laikotarpiais kuro taupymo sumetimais pagrindinis apkrovimas tenka hidroelektrinėms. Kitais laikotarpiais labiau apkraunamos šiluminės elektrinės, o hidroelektrinės gali kaupti vandenį saugyklose.

Dabartiniu metu ir didžiosios, ir mažosios HE, nepriklausomai nuo galingumo, dirba ne tik sinchroniškai su bendraisiais elektros tinklais, bet ir yra įjungtos į tuos tinklus. Todėl ir HE generatoriams keliami reikalavimai, kad jų parametrai atitiktų tinklų parametrus.
HE naudojami kintamos srovės 50 Hz dažnio trifaziai sinchroniniai ir asinchroniai generatoriai. Sinchroniai generatoriai naudojami tik 5000 kVA ir didesnės galios HE. Sinchroniniai generatoriai turi galimybę reguliuoti dažnį, tinklo įtampą ir reaktyvios energijos generavimą ar kompensavimą. HE su sinchroniniais generatoriais prireikus gali dirbti ir automatiškai, jei dėl kai kurių nors priežasčių dingsta ryšys su pagrindiniu elektros tinklu. Jų valdymas reikalauja papildomų techninių priemonių, sudėtingesnė jų eksploatacija, todėl jų panaudojimui reikia didesnių investicijų.
Tačiau pagrindiniai HE hidroelektriniai agregatai yra vandens turbinos ir hidrogeneratoriai.

8 pav. Hidrogeneratorius
Vandens turbina yra hidraulinis variklis, paverčiantis vandens energija mechanine veleno sukimosi energija. Vandens turbiną sudaro turbinos kamera, kreipratis, rotorius ir įsiurbimo vamzdis.
Rotorius yra darbo ratas su kreivalinijinėmis mentėmis. Iš kreipračio vanduo su didele jėga veržiasi į darbo ratą. Tekėdama mentėmis, vandens srovė jas slegia ir darbo ratas pradeda suktis. Naudojant specialų mechanizmą, kuris vadinamas greičio reguliatoriumi, galima
reguliuoti vandens tiekimą į turbiną ir palaikyti pastovų apsisukimų skaičių, keičiantis apkrovimui.
Vandens turbina yra viena tobuliausių mašinų, kurių valdymas visiškai automatizuotas.
Pagal išnaudojamą vandens energijos tipą vandens turbinos skirstomos į reaktyvines ir aktyvines. Turbinos kurios išnaudoja ir kinetinę ir potencinę energijas vadinamos reaktyvinėmis. Slėgis prieš jų turbinratį didesnis negu slėgis už jo. Turbinos kurios išnaudoja tik kinetinę energiją, vadinamos aktyvinėmis. Čia vienu metu slegiama tik dalis menčių, ir energijos kitimo procesas vyksta atmosferos slėgio aplinkoje.
Konkrečiai HE turbinos parenkamos pagal šiuos kriterijus:
1. Vandens slėgį.
2. Vandens srauto debitą.
3. Sukimosi dažnį.
4. Kavitacijos problemas.

Hidraulinės turbinos sukimosi dažnis ir generatoriaus sukimosi dažnis yra skirtingi. HE naudojami elektros generatoriai, kurių sinchroninis sukimosi dažnis 1000 arba 1500 aps/min. tuo tarpu hidraulinės turbinos sukimosi dažnis mažesnis nei 400 aps/min.. Šiems dažniams suderinti reikalingas tarpinis elementas- mechaninė pavara, vadinama greičio multiplikatoriumi.
ŠU, Technologijų fakultetas, Elektros inžinerijos katedra 3.2 Asinchroninio generatoriaus įrengimas ir eksploatavimas

HE naudojant asinchroninius generatorius, nutrūkus elektriniam ryšiui su pagrindiniu elektros tinklu, savarankiškai dirbti negali, kadangi asinshroniniam generatoriui žadinti reikalinga reaktyvioji elektros energija iš tinklo, todėl yra įrengiamos kondensatorių baterijos.
Asinchroninių generatorių naudingumo koeficientas taip pat 2-4 % mažesnis negu sinchroninių. Tačiau asinchroniniai generatoriai turi kai kurių kitų privalumų, kurie atsveria jų trūkumus ir dėl kurių jie naudojami tik mažose HE. Kaip asinchroninius generatorius galime naudoti paprasčiausius asinchroninius variklius. Jie yra paprastos konstrukcijos, todėl žymiai pigesni. Asinchroniniai generatoriai nereikalauja specialių valdymo ir sinchronizavimo su tinklu įrenginių. Jų paleidimas paprastas. Paleidus hidroturbiną, ji pradeda sukti neįjungtą į tinklą generatorių. Sukimosi dažniui priartėjus prie vardinio, generatorius jungiamas prie elektros tinklo. Šis gavęs reaktyviąją srovę, susižadina ir savaime sinchronizuojasi su elektros tinklu.
Iki 1250kV *A generatoriai turi būti apsaugoti nuo daugiafazės sujungimų statoriaus apvijoje, nuo statoriaus apvijos įžemėjimų, nuo trumpųjų jungimų generatoriaus išorėje, nuo įtampos padidėjimo hidrogeneratorių statoriaus apvijoje. Stambiems generatoriams -galingesniems kaip 1250kV *A – numatoma apsauga ir nuo jungimų tarp tos pačios fazės vijų ir apsauga nuo jungimų žadinimo grandinėje dviejuose taškuose.
Be apsaugos nuo įvairių gedimų, vartojama nemažai signalinių įtaisų, kurie veikia, sutrikus normaliam darbo režimui.
Avarijai pačiame generatoriuje likviduoti nepakanka tik atjungti generatorių nuo tinklo. Įsibėgėjęs generatorius laisvai gali suktis ilgokai. Jeigu tuomet išlieka magnetinis žadinimo laukas, generatorius evj palaikoma tokio lygio, kuris yra pakankamas išsilaikytų elektros lankas gedimo vietoje. Todėl, atjungiant generatorius, pirmiausia turi būti prislopintas žadinimo laukas. Tam tikslui generatoriaus relinė apsauga papildoma automatinio lauko slopinimo įtaisu. Lauką taip pat reikia slopinti, numetus apkrovą, esant normaliam režimui, nes pirmojo variklio sukimosi greitis gali padidėti, ir padidėjusi evj gali sugadinti apvijos izoliaciją.
Labiausiai paplitusi lauko slopinimo priemonė – varžos generatoriaus žadinio apvijoje ir žadintuvo žadinimo apvijoje. O varža gali būti, kad ir paprasta vandens pripildyta statinė, kurioje yra du elektrodai.
ŠU, Technologijų fakultetas, Elektros inžinerijos katedra 3.3 Mažųjų hidroelektrinių principinės schemos

Galingose hidroelektrinėse (HE) pagaminta elektra atiduodama paaukštinta įtampa. HE generatorinės įtampos skirstyklos įrengiamos retai. Jos gali būti įrengtos mažos galios elektrinėse arba kai elektros vartotojai yra arti. Visais atvejais HE generatorinės įtampos skirstyklos įrengimą reikia finansiškai pagrįsti. HE projektuojama ir statoma maksimaliai galiai, todėl jos plėsti, o kartu ir keisti schemą beveik niekuomet nereikia. HE potvynio metu tikslinga dirbti bazinėje elektros sistemos grafiko dalyje tam, kad maksimaliai naudingai panaudoti vandens energiją. Kitu metu dalis agregatų dirba pagal sanitarinio vandens debito grafiką bazinėje grafiko dalyje, o kita dalis dirba pikinėje elektros sistemos grafiko dalyje, todėl dažnai reikia komutuoti agregatus. HE skirstykloms įrengti trūksta vietos. Pagrindiniai galios transformatoriai statomi šalia pagrindinio pastato sienos, o atviroji skirstykla dažnai įrengiama krante, pakankamai toli nuo transformatorių. HE schemos turi būti pakankamai patikimos, ekonomiškos ir lanksčios. Galingų HE schemos panašios į KE schemas. Jei HE vis dėlto turi generatorinės įtampos vartotojų ir nėra galinga, tai jos schema gali būti panaši į TE schemas. HE dažniau negu kitose elektrinėse generatoriai jungiami į sustambintą bloką ir dėl vietos stokos transformatorių skaičius esti minimalus, o paaukštintųjų įtampų skirstyklos dažnai įrengiamos pagal supaprastintas schemas. Schemos gali būti daugiakampio su suporintais elementais, dviguboji schema su tiesiogiu transformatorių arba linijų jungiamu prie šynų, paprasto ir dvigubo tiltelių schemos ir atšakos nuo magistralinės linijos schemos

HE paaukštintos įtampos skirstykloms naudojamos taip pat generatoriaus, transformatoriaus ir linijos bloko, trikampio, kvadrato, dvigubo daugiakampio schemos, vienšynė schema su apeinamąja šyna, dvišynė schema su apeinamąja šyna, pusantrinė ir keturių trečiųjų (4/3) schemos.
Dažniausiai HE pagamintą elektrą atiduoda viena paaukštintąja įtampa. Kai yra dvi paaukštintos įtampos, skirstyklų ryšiui ir generatoriaus prijungimui naudotinas trijų apvijų autotransformatorius arba autotransformatorius, prie kurio žemosios įtampos apvijos jungiamas generatorius.
Šiuolaikinė hidrojėgainė yra sudėtingas ir brangus įrenginys. Čia apie 60% bendrų kaštų sudaro hidroturbinos įrengimo kaina. Anot. Habil. Dr. Prof. N. Ždankaus, yra visos galimybės gaminti nesudėtingas hidroturbinas Lietuvoje. Atsisakius reguliavimo elementų ir supaprastinus kai kuriuos mazgus, mažos galios turbiną gali pagaminti bet kuris nagingas mechanikas.
Tokias nereguliuojamas hidroturbinas būtų racionalu panaudoti kintamojo sukimosi greičio režimu. Tokiu būdu ne tik supaprastėtų hidrojėgainės machaninės dalies struktūra, bet ir ženkliai geriau būtų išnaudojamas upės hidroenergijos potencialas.
Tačiau klasikinėje elektromechaninėje hidrojėgainės struktūroje to padaryti negalima, nes turbinos greitis yra glaudžiai susietas su elektros generatoriaus kintamos srovės dažniu.
Dauguma šiuo metu įrengiamų tradicinių mažųjų hidrojėgainių yra elektromechaninės sistemos. Jos turi mechaninę ir elektrinę posistemes. Savo energijos konversijos sistemose jos neturi galios elektronikos modulių. Čia dažniausiai naudojami asinchroniai arba sinchroniai generatoriai.
Nors vandens energijos parametrai kinta ne taip sparčiai, kaip, tarkim vėjo, bet visgi daro neigiamą įtaką hidroelektrinės darbui. Tada atitinkamai kinta ir generatoriaus gaminamos elektros energijos parametrai.
Stabilus hidroturbinos greitis yra būtinas, kad būtų sudarytos galimybės stabiliam kintamos srovės trifaziui dažniui ir stabiliam sinchroniniam darbui su elektros tinklu. Mechaninėmis priemonėmis stabilizuojamas turbinos sukimosi greitis, tačiau tada turbina tampa sudėtingesnė ir brangesnė, nepakankamai išnaudojamas hidroenergijos potencialas.
Nereguliuojamas hidroturbinas būtų racionalu naudoti kintamo sukimosi greičio režimu. Tokiu būdu būtų ne tik supaprastinama hidrojėgainės mechaninės dalies struktūra, bet ir ženkliai geriau būtų išnaudojamas upės hidroenergijos potencialas.
Šias problemas konceptualiai galima išspręsti panaudojus elektromechatroninę hidrojėgainės struktūrą, kurios galimo panaudojimo tiriamieji darbai ir gauti rezultatai buvo pateikti tarptautinėje mokslinėje konferencijoje „Lietuvos hidroenergetikai-100″ ir publikuoti šios konferencijos mokslo darbuose. Čia buvo išnagrinėta nauja mechaninės energijos konversijos struktūrų savybės, dualinių elektros energijos sistemų suderinamumo tyrimo pagrindinės nuostatos bei kai kurie jos praktinio realizavimo aspektai ir problemos.
Elektromechatroninė MHEJ galima vadinti todėl, kad jos sandaroje yra galios elektronikos modulių, naudojamų stabiliems standartiniams gaminamos elektros energijos paramertams palaikyti, t.y. joje yra elektrotechnikos, mechanikos ir galios elektronikos posistemės.
Elektromechatroninėje MHEJ turbina sukasi mechaniškai nevaldoma. Čia apkrova gali būti valdoma elektriškai, keičiant generatoriaus į tinklą tiekiamą elektros srovę. Tarkime, kad MHEJ dirba į elektros tinklą. Šioje sistemoje lygiagrečiai dirba du šaltiniai: elektroninis ciklokonverteris CK ir energetikos sistemos elektros tinklas ESET. Tokiu atveju ši elektromechatroninė sistema kartu yra ir dualinė energetikos sistema, kurioje lygiagrečiai ir sinchroniškai dirba srovės ir įtampos sistemų energijos šaltiniai.
Elektros energijos konversijos sistemos čia reikalingos, nes jei gaunama elektros energija yra kintanti nestandartinių ir nestabilių parametrų, vartotojo tai netenkins. Šios sistemos paskirtis- nuolat tiekti kokybiškų parametrų elektros energiją.
Priklausomai nuo energijos konversijos sistemoje naudojamo elektros generatoriaus tipo ir MHEJ darbo pobūdžio (autonominė ar įjungta į energetikos sistemos tinklą), tokios sistemos struktūroje gali būti reikalingas vienoks ar kitoks šių modulių rinkinys.

Čia VT- vandens turbina veikianti n = var rėžimu. PD- mechaninė pavarų dėžė. IG -sinchroninis arba indukcinis generatorius, veikiantis f = var .Trifazis lygintuvas L- išlygina generatoriaus IG – trifazę įtampą. Inverteris I nuolatinę srovę paverčia kintamojo dažnio kintamąja srove. Ciklokonverteris CK – aukšto dažnio vienfazę kintamąją srovę paverčia pramoninio dažnio trifaze kintamąją srove. Harmonikų aukštojo dažnio dedamųjų slopinimo filtras F suteikia pramoninio dažnio srovei kokybinius parametrus, kurie tenkina standartų reikalavimus, teikiant elektros energiją į integruotos sistemos elektros tinklą. Inverterio ir ciklokonverterio valdymo sistema VS reguliuoja IG žadinimo srovę ir formuoja aukštojo dažnio ir stabilaus pramoninio dažnio valdymo impulsus inverterio I ir cikloverterio CK tranzistoriams valdyti. Žadinimo lygintuvas ŽL išlygina kintamąją srovę ir per valdymo sistemą VS tiekia nuolatinę srovę IG žadinimo grandinei.
Jei hidroelektrinės kaiminystėje yra energetikos schemos elektros tinklas ET, tai
jis gali atlikti įtampos stabilizavimo ir energijos kaupiklio funkcijas. Be to, šiuo atveju yra
EM-7 gr. magistro Aurimo Kniuro Magistro darbas 2009 24
galimybė realizuoti pagamintą elektros energiją, o taip pat esant būtinybei pasinaudoti rezervine elektros energija iš tinklo.

3.4 Nuo ko pradėti statant mažą hidroelektrinę

1. Vieta
Tai nėra paprasta.Taigi pirmiausia rengiantis statyti elektrinę reikia pasidomėti, ar tas upelis arba upelio ruožas nėra įrašytas į draudžiamųjų sąrašą. Jeigu jis yra sąraše, laukia beprasmiai kryžiaus keliai norint gauti Aplinkos ministerijos sutikimą ir Ūkio ministerijos leidimą statyti. Jeigu draudžiamųjų sąraše nėra – procesas paprastesnis. Tada jau prasideda konkrečios vietos paieškos. Geriausia rasti vietą, kur jau yra arba buvo užtvanka. Tokiu atveju lengviau numatyti, kiek pakils vandens lygis, kokie plotai bus užlieti pastačius užtvanką, kokio elektrinės galingumo galima tikėtis. Jei ne – geriau pasiieškoti hidroenergetikos specialisto, kuris gali profesionaliai patarti. Pavyzdžiui, žvelgiant nepatyrusiu žvilgsniu, gali atrodyti, kad geriausia būtų statytis vienoje vietoje, o profesionalas gali patarti statybą perkelti už kelių dešimčių ar kelių šimtų metrų į vieną ar kitą pusę. Būsimos elektrinės galingumas priklausys nuo upės sraunumo, vandens kiekio, perkričio.

2. Techninė dokumentacija
Pasirinkus vietovę, metas pradėti kaupti techninę dokumentaciją. Ją sudaro: pirminis projektas, užliejamos teritorijos apskaičiavimas, Ūkio ministerijos leidimas gaminti elektros energiją, susitarimas su skirstomaisiais tinklais dėl galimybės prisijungti prie tinklo, techninės sąlygos, kuriomis reikės elektros energiją perduoti, poveikio aplinkai studija, kad neišsigąstų visuomenė, leidimo keisti žemės sklypo paskirtį. Reikia ir su Aplinkos ministerija suderintų sąlygų dėl papildomų darbų konkrečioje vietovėje (pavyzdžiui, gali būti nurodyta įrengti žuvitakį, vandens lygį kelti ne aukščiau kaip iki nurodytos ribos ir pan.).

3. Projektavimas
Tik pražygiavus visus koridorius ir reikalingus kabinetus, žinant visus dokumentais užfiksuotus reikalavimus ir sąlygas galima pradėti projektuoti konkretų objektą.

4. Įranga
Svarbiausias hidroelektrinės, kaip ir kiekvienos jėgainės, įrenginys – žinoma, turbina.
Nuo to, kokią turbiną pasirinksite, priklausys ir elektrinės našumas, ir daugeliu atvejų
EM-7 gr. magistro Aurimo Kniuro Magistro darbas 2009 25

ilgaamžiškumas. Galima rinktis tokių garsių gamintojų kaip Vokietijos „Vatex”, čekų „Marel” turbinas. Jų techniniai duomenys pavydėtini. Tačiau jau ir Lietuvoje yra mažųjų elektrinių turbinų gamintojų, ir jų produkcija ne ką tenusileidžia garsiesiems konkurentams. O kaina skiriasi iš esmės.
Kita vertus, renkantis pagrindinę elektrinės įrangą, derėtų įvertinti planuojamą elektrinės galingumą, ketinamos pirkti įrangos kainos ir kokybės santykį bei savo kišenės turinį – kaip ir kiekvienoje prekyvietėje.
Pagaliau pravartu pagalvoti, ar siekiama išgauti elektros energijos maksimumą pagal teoriškai apskaičiuotas galimybes, ar norima tik atributo, butaforinio priedo, tarkim, prie poilsiavietės. Pastaruoju atveju tokia investicija – labai brangus „malonumas”.Nemaža dalis lėšų tenka betonavimo darbams, automatikai, elektrinei daliai. Bet tai, palyginti su turbina, nežymu.
Statybos darbams derėtų ieškotis statybos bendrovės, kuri specializuojasi statyti hidroenergetikos pastatus.

IŠVADOS:
1. HE yra atsinaujinantis energijos šaltinis, kurio Lietuvoje panaudojimo resursai nėra panaudoti.
2. HE yra energijos gamybos verslas. HE statybai palankių vietų Lietuvoje jau nėra labai daug. Ypač didelius suvaržymus kelia žuvininkystės specialistai. Aplinkosaugos reikalavimai, energetikų nuomone yra perdėtai griežti.
3. Veikiančių HE elektros energijos supirkimas Lietuvos sistemos operatoriams yra privalomas, nes jos yra nacionalinio intereso dalis.
4. Ateityje, pasikeitus elektros energijos kainoms ir iškasamo kuro prieinamumui, HE bus vėl plačiai statomos.

Darbo autorius: A. Kniuras
Atsisiųsti pilną darbą hidroenergetika