Проекты в области гидроэнергетики обычно являются очень масштабными. Возводимые в рамках них гидроэлектростанции (ГЭС), в свою очередь, зачастую можно назвать весьма крупными и мощными. Они рассчитаны на функционирование в течение десятилетий. После завершения срока эксплуатации такие ГЭС нередко подвергаются модернизации.
Из-за огромных затрат, а также необходимости достижения наилучших результатов и эффективности требуются обширные испытания гидроэнергетических характеристик всех узлов ГЭС – как новых, так и модернизированных. И проводить комплексное тестирование гидроэнергетических проектов помогают отраслевые стандарты – включая документы за авторством экспертов Международной электротехнической комиссии (International Electrotechnical Commission; IEC; МЭК).
Гидроэлектростанции, на долю которых в настоящее время приходится около 16% от общего количества вырабатываемой на мировом уровне электроэнергии, проектируются таким образом, чтобы соответствовали условиям конкретного участка реки или иного водоема. В частности, строительство ГЭС требует индивидуального расчета разница между уровнем воды резервуара и уровнем, на котором устанавливаются турбины.
Каждый проект проходит конкурсный тендерный процесс, предназначенный для определения максимальной отдачи, которая может быть получена с использованием доступных гидроресурсов. Это помогает поставщикам оборудования для гидроэлектростанций максимально сократить время разработки, проектирования, изготовления и монтажа гидротурбинных агрегатов.
Для проектирования турбин используются автоматизированные инструменты, в то время как для проверки соответствия конструкции ожидаемым характеристикам ГЭС проводятся испытания на уменьшенных физических моделях турбин.
Эта стадия тестирования уменьшенных физических моделей является ключевой вехой на этапе разработки и должна осуществляться в соответствии с международными стандартами, разработанными техническим комитетом МЭК ТК 4 "Гидротурбины".
Одной из особенностей любой современной гидроэнергетической турбины, которая часто удивляет гуманитариев и прочих непосвященных, является уникальная форма лопастей. Их гидротехническая компоновка оптимизирована и адаптирована для условий эксплуатации в рамках конкретного проекта. Этому моменту уделяется повышенное внимание, поскольку ошибки при проектировании лопастей ведут к снижению КПД гидроэлектростанций и уменьшению их мощности на десятки и даже сотни мегаватт.
Анализ рисков с использованием уменьшенных физических моделей позволяет смягчить последствия дальнейших неожиданных проблем во время работы прототипа - например, более низкий КПД, чем тот, который гарантирован поставщиком турбины, слишком высокие уровни колебаний давления или кавитации, которые ограничивают рабочий диапазон турбин. Тесты также позволяют подтвердить, что критическое число оборотов в минуту для турбины (т.е. максимальная скорость при полном потоке рабочего тела) не превышает максимальный предел скорости для генератора.
При модернизации ГЭС риски, связанные с неожиданными отключениями турбин и падением их КПД, увеличиваются. Ведь при модернизации приходится создавать новые физические узлы с учетом строго проекта и частичного использования старых комплектующих. Такие машины и узлы в большинстве своем были спроектированы и изготовлены 30-90 лет назад, и их чертежи к настоящему моменту уже могут быть потеряны.
Чтобы решить подобные проблемы, специалисты используют испытательные стенды универсального типа, соответствующие требованиям стандарта МЭК 60193:1999 "Гидротурбины, агрегаты гидроаккумулирующих электростанций и насосы-гидротурбины - Приемочные испытания конструкций при помощи модели".
Этот документ позволяет проводить приемочные испытания в замкнутом контуре с применением уменьшенных моделей гидроэнергетических механизмов любых типов, таких как турбины с вертикальной или горизонтальной осью.
Стандарт распространяется на тесты эффективности и кавитационные испытания. Последние особенно важны, так как кавитация повышает риск снижения устойчивости гидросистемы и разрушения лопастей. Кавитационные потоки обычно наблюдаются на гидроэлектростанциях, когда генерирующий агрегат работает в нестандартных условиях (то есть, когда выходная мощность ниже или выше номинальной величины).
По оценкам экспертов, к 2050 году мощность ГЭС по всей планете увеличится за счет новых генерирующих мощностей на дополнительные в 1 тыс. ГВт. Соответствующие ГЭС будут развернуты главным образом в Африке, Азии и Южной Америке. Это создает огромный потенциал для расширения бизнеса поставщиков оборудования для гидроэлектростанций. Кроме того, в течение следующих нескольких десятилетий будут модернизированы ГЭС общей мощностью на уровне все той же 1 тыс. ГВт. Все это повышает актуальность стандарта МЭК 60193:1999.
Последние новости
