水泵用作水輪機反向運轉發(fā)電

2009-10-16 world-pumps 世界泵業(yè)

　　離心泵反向運轉發(fā)電的概念早在多年前就已被泵制造商所接受，可是在那些無實力購買水輪機的地區(qū)，供水行業(yè)開發(fā)和應用這個概念的程度還很有限。作為一種有效的發(fā)電手段，同時又能實現(xiàn)能源再利用和節(jié)能，供水行業(yè)、小型水電廠經(jīng)營者及泵制造商并沒有對“用作水輪機的泵（PaT）”置之不理。在節(jié)能減耗成為當務之急的全球經(jīng)濟大環(huán)境下，PaT開始引起人們的高度關注。

　　KSB是活躍于PaT應用領域的公司之一，已經(jīng)在全球幾個地區(qū)為客戶提供了眾多成功的解決方案。

　　KSB小型水電部門的高級項目經(jīng)理Sander Klos說：“我們在過去的幾年一直為客戶提供蝸殼泵和節(jié)段式多級泵用作水輪機，主要針對的是小型水電市場，一般輸出電力在100kW以下。如果他們?nèi)ゲ少弬鹘y(tǒng)的水電設備，不但初期投資高，而且回收期可能會長達15年之久。不過，如果采用我們的PaT方案，這一周期可縮短到3年。此外還有一個好處，就是泵的操作不像水輪機那么復雜。

在一個泵站內(nèi)，KSB的Etanorm泵被用作水輪機

圖1. 在一個泵站內(nèi)，KSB的Etanorm泵被用作水輪機

　　他還補充說，對于水力供給相對穩(wěn)定，但電力供給狀況不可靠甚至根本沒有電力供給的場合，PaT恰好是一種簡單經(jīng)濟的發(fā)電手段。不僅如此，PaT在具備可靠電力供給的地方也同樣有其用武之地。

　　目前KSB正向大型供水基礎設施領域進軍，而這些領域采用的主要是傳統(tǒng)的水輪機。使用PaT不但縮減了泵站的總運營成本，而且還可以將產(chǎn)生的電并入國家電網(wǎng)。

　　水行業(yè)用戶最初只是想了解 “倘若泵停機然后反向運轉會對系統(tǒng)產(chǎn)生怎樣的影響”，后來這竟成為探求PaT應用的初衷。KSB提出了這一想法，因此其水力工程部門就此展開了分析和計算，試圖得出泵以水輪機模式反向運轉時的性能曲線。結果發(fā)現(xiàn)，將泵用作水輪機來運行的性能非常之好，因為其能源產(chǎn)出高于原來運行所需要的能源投入。

　　從水力學角度來說，PaT模式下所能處理的水量高于泵以傳統(tǒng)模式運轉時的水量。水量較高也就意味著能源產(chǎn)出值較高。另外的一個優(yōu)點就是，用作水輪機的水泵比傳統(tǒng)模式下的效率更高。節(jié)段式多級泵和蝸殼泵的應用范圍如圖2所示。

節(jié)段式多級泵和蝸殼泵作為水輪機的應用范圍

圖2. 節(jié)段式多級泵和蝸殼泵作為水輪機的應用范圍

經(jīng)濟的電力

　　當泵反向運轉時，有多種方式利用軸的扭矩。如果與發(fā)電機相聯(lián)，決定轉速的是電源頻率。所以如果發(fā)電頻率是50 Hz，用作水輪機的泵必須在1515 rpm的轉速下運轉（有一些過快）。如果結合變頻器和適宜的電源饋電電路可大大提高轉速的調(diào)節(jié)范圍，又無需增加很多的設備投資。因此顯而易見，即使與高效的傳統(tǒng)水輪機比較，PaT仍是一項經(jīng)濟的發(fā)電手段。

　　另一種方法是將PaT直接和驅動設備相連，比方說另一臺未配備恒速電機或發(fā)電機的泵。KSB已經(jīng)在全球許多地區(qū)成功應用了這種機械連接方案，它適用于那些有足夠的水能可以驅動PaT，卻沒有電力來運行輸水泵的場合。

　　為使這種配置高效工作，PaT和泵在軸的兩端必須具備“相同的輸出功率”，也就是說它們必須通過聯(lián)軸器或齒輪箱緊密相連。若PaT強度不足，與之相連的泵就不能產(chǎn)生較高的排放壓頭。反之，如果強度過大，PaT則會浪費能耗或使泵過載。