水泵用作水轮机反向运转发电

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)世界泵业 作者:world-pumps

  离心泵反向运转发电的概念早在多年前就已被泵制造商所接受,可是在那些无实力购买水轮机的地区,供水行业开发和应用这个概念的程度还很有限。作为一种有效的发电手段,同时又能实现能源再利用和节能,供水行业、小型水电厂经营者及泵制造商并没有对“用作水轮机的泵(PaT)”置之不理。在节能减耗成为当务之急的全球经济大环境下,PaT开始引起人们的高度关注。

  KSB是活跃于PaT应用领域的公司之一,已经在全球几个地区为客户提供了众多成功的解决方案。

  KSB小型水电部门的高级项目经理Sander Klos说:“我们在过去的几年一直为客户提供蜗壳泵和节段式多级泵用作水轮机,主要针对的是小型水电市场,一般输出电力在100kW以下。如果他们去采购传统的水电设备,不但初期投资高,而且回收期可能会长达15年之久。不过,如果采用我们的PaT方案,这一周期可缩短到3年。此外还有一个好处,就是泵的操作不像水轮机那么复杂。

在一个泵站内,KSB的Etanorm泵被用作水轮机

图1. 在一个泵站内,KSB的Etanorm泵被用作水轮机

  他还补充说,对于水力供给相对稳定,但电力供给状况不可靠甚至根本没有电力供给的场合,PaT恰好是一种简单经济的发电手段。不仅如此,PaT在具备可靠电力供给的地方也同样有其用武之地。

  目前KSB正向大型供水基础设施领域进军,而这些领域采用的主要是传统的水轮机。使用PaT不但缩减了泵站的总运营成本,而且还可以将产生的电并入国家电网。

  水行业用户最初只是想了解 “倘若泵停机然后反向运转会对系统产生怎样的影响”,后来这竟成为探求PaT应用的初衷。KSB提出了这一想法,因此其水力工程部门就此展开了分析和计算,试图得出泵以水轮机模式反向运转时的性能曲线。结果发现,将泵用作水轮机来运行的性能非常之好,因为其能源产出高于原来运行所需要的能源投入。

  从水力学角度来说,PaT模式下所能处理的水量高于泵以传统模式运转时的水量。水量较高也就意味着能源产出值较高。另外的一个优点就是,用作水轮机的水泵比传统模式下的效率更高。节段式多级泵和蜗壳泵的应用范围如图2所示。

节段式多级泵和蜗壳泵作为水轮机的应用范围

图2. 节段式多级泵和蜗壳泵作为水轮机的应用范围

经济的电力

  当泵反向运转时,有多种方式利用轴的扭矩。如果与发电机相联,决定转速的是电源频率。所以如果发电频率是50 Hz,用作水轮机的泵必须在1515 rpm的转速下运转(有一些过快)。如果结合变频器和适宜的电源馈电电路可大大提高转速的调节范围,又无需增加很多的设备投资。因此显而易见,即使与高效的传统水轮机比较,PaT仍是一项经济的发电手段。

  另一种方法是将PaT直接和驱动设备相连,比方说另一台未配备恒速电机或发电机的泵。KSB已经在全球许多地区成功应用了这种机械连接方案,它适用于那些有足够的水能可以驱动PaT,却没有电力来运行输水泵的场合。

  为使这种配置高效工作,PaT和泵在轴的两端必须具备“相同的输出功率”,也就是说它们必须通过联轴器或齿轮箱紧密相连。若PaT强度不足,与之相连的泵就不能产生较高的排放压头。反之,如果强度过大,PaT则会浪费能耗或使泵过载。

图3. 用作水轮机的Etanorm泵剖面图:当水流从出水口流向吸入口时,叶轮反向旋转。若压头足够克服叶轮和泵轴的启动扭矩,这个扭矩就可以用来驱动发电机

  KSB在全世界供水行业的各领域都已崭露头角,因而其产品也经过了多年的实践考验。凭借这些产品系列及其运行能力,KSB专门成立了一个业务部门,致力于单级和多级PaT模块的设计。

  多级PaT运行性能的优劣与当地供水状况的稳定性密切相关。与传统水轮机不同,PaT不具备可调节的导流叶轮来适应不稳定的供水,这也是它们的不足。不过,通过使用不同尺寸的设备来合理分配总水量,这个难题就可迎刃而解。

  KSB表示,同时运行几个单元只需极少的控制。此外,虽然PaT这种配置相比单个水轮机在投资成本上占了下风,但其在技术方面却有着过人之处。简言之,在运行和维护的简易程度上,泵比传统水轮机更胜一筹。

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