Каждый оператор ГЭС знает этот звук. Тон звука турбины меняется: в том, что должно быть ровным вращением, появляется лёгкая шероховатость. Эта шероховатость и есть плавающий мусор, проходящий через водозабор и на высокой скорости ударяющий по лопастям рабочего колеса. Один обломок ветки, прошедший через сопло турбины Пелтона, способен выбить борозду на поверхности ковша, на обработку которой ушли недели. Один сезон прохождения мелких наносов через рабочее колесо турбины Френсиса может снизить КПД на 2–5 %, и эта потеря сохраняется до следующего капитального ремонта [1][2].
Водозаборная решётка служит первой и наиболее важной линией защиты между рекой и турбиной. Для средне- и высоконапорных ГЭС водозаборные решётки Coanda стали основной технологией водозабора более чем на 40 европейских ГЭС: они заменили сороудерживающие решётки, донные решётки и тирольские водозаборы, которые требовали постоянной ручной очистки и всё равно пропускали мусор, способный повредить оборудование [3][4].
В этом руководстве описано, как водозаборные решётки Coanda защищают турбины ГЭС, какие типы турбин выигрывают от них больше всего и как оценить, подходит ли водозабор Coanda для вашей станции.
Оглавление
- Проблема плавающего мусора в гидроэнергетике
- Как решётки Coanda её решают
- Традиционные технологии водозабора и их ограничения
- Подбор конструкции решётки под тип турбины
- Потери напора: ключевое ограничение при проектировании
- Соблюдение требований по защите рыб в гидроэнергетике
- Холодный климат и сезонные факторы
- Работа на действующих объектах: примеры проектов в Европе
- Когда НЕ следует применять решётку Coanda в гидроэнергетике
- Процесс проектирования решёток ADENCO для ГЭС
- Часто задаваемые вопросы
- Источники
Проблема плавающего мусора в гидроэнергетике
Речная вода несёт всё, что смывается с водосборной площади: листья, прутья, ветки, пластик, наносы, водоросли, а во время паводков и Речная вода несёт всё, что смывается с водосборной площади: листья, прутья, ветки, пластик, наносы, водоросли, а во время паводков — от гравия до целых стволов деревьев. Этот плавающий мусор создаёт для эксплуатации ГЭС три проблемы:. Этот плавающий мусор создаёт для эксплуатации ГЭС три отдельные проблемы:
1. Прямое повреждение турбины (повреждение посторонними предметами: FOD)
Твёрдый мусор, доходящий до турбины, вызывает механические повреждения лопастей рабочего колеса, направляющих лопаток, сопел и уплотнений. По оценкам, посторонние предметы (FOD) ежегодно обходятся мировой гидроэнергетике в миллиарды долларов в виде повреждённого оборудования, снижения КПД и внеплановых простоев [1][5]. Один обломок ветки, прошедший через сопло турбины Пелтона, может выбить борозду на поверхности ковша, что потребует повторной механической обработки. Камень, прошедший через рабочее колесо турбины Френсиса, может выщербить входную кромку лопасти, вызвав кавитацию, которая ускоряет дальнейший эрозионный износ.
2. Эрозия наносами (абразивный износ)
Мелкие наносы (в частности кварцевый песок с твёрдостью 7 по шкале Мооса) действуют внутри турбины как жидкий абразив. Исследования на ГЭС Maneri Bhali-II зафиксировали снижение КПД на 4,97 % из-за абразивного износа наносами, а на станции Chilime (22 МВт) измеренная потеря КПД составила 1,2 % [2]. На некоторых гималайских станциях скорость износа ковшей турбин Пелтона и игл сопел достигала 3,4 мм/год: рабочее колесо приходилось менять каждые несколько сезонов [6].
Реки Гималаев (включая Непал), Анд, Альп и прибрежных хребтов Тихого океана несут одни из самых высоких в мире концентраций наносов. По мере ускорения таяния ледников эта проблема усиливается.
3. Засорение решётки и потери выработки электроэнергии
Когда плавающий мусор накапливается на традиционных водозаборных решётках, он ограничивает поток к турбине. Исследования показывают, что на плавающий мусор может приходиться около 50% общих потерь напора на сороудерживающей решётке [7]. Каждый процент потерь напора напрямую означает такой же процент потерянной выручки от продажи электроэнергии. Во время осеннего листопада или ливневых паводков традиционные решётки могут забиться за считаные часы, что требует ручной очистки граблями, часто в удалённых и труднодоступных местах.
Экономические последствия суммируются: прямые повреждения турбины + эрозия от наносов + простои из-за засорения + затраты труда на ручную очистку = существенная часть годовых эксплуатационных расходов многих станций.
Как решётки Coanda решают эту проблему
Водозаборная решётка Coanda использует эффект Коанда (свойство струи жидкости прилипать к искривлённой поверхности) для отделения чистой воды от плавающего мусора за один пассивный этап. Вода стекает по разгонной пластине, образует тонкий быстродвижущийся слой и проходит через наклонные Водозаборная решётка Coanda использует эффект Коанда (свойство струи жидкости прилипать к искривлённой поверхности) для отделения чистой воды от плавающего мусора без использования движущихся частей. Вода стекает по разгонной пластине, образует тонкий быстродвижущийся слой и проходит сквозь наклонные щели между колосниками из клиновидной проволоки (V-образного профиля), тогда как плавающий мусор скатывается по поверхности решётки и уносится вниз по течению [8][9]. (V-образного профиля), тогда как плавающий мусор проходит по поверхности решётки и уносится вниз по течению [8][9].
Этот механизм обеспечивает три свойства, которых обычные решётки дать не могут:
Гидравлическое удаление мусора. Высокоскоростное сдвиговое течение вдоль поверхности клиновидной проволоки непрерывно сметает плавающий мусор с полотна решётки. Полностью статичная конструкция не требует ни электропитания, ни механизма граблин. Решётка самоочищается непрерывно во время работы.
Тонкая фильтрация при большом расходе. Типичная ширина щели решётки Coanda 0,5–2,0 мм задерживает мусор, повреждающий узлы турбины. В лабораторных испытаниях щель 1,0 мм задерживала около 90% частиц крупнее щели, а щель 0,5 мм задерживала около 98%; на опытных установках в Великобритании и Швейцарии при щели 1 мм зафиксировано задержание 94% частиц размером 0,5–1,0 мм [18]. При типичном для отрасли ориентире около 140 л/с на метр ширины водослива [8] (собственные серии ADENCO имеют номинальную пропускную способность 35, 67 и 150 л/с на метр для ADENCO-45, ADENCO-70 и ADENCO-127 соответственно, в зависимости от высоты перепада: см. страницу продукции) одна панель решётки способна обеспечить водой значительную ГЭС.
Без потребления энергии. Весь процесс работает за счёт силы тяжести. Вода разгоняется по пластине под действием силы тяжести, проходит через решётку под действием силы тяжести, и плавающий мусор уносится вниз по течению под действием силы тяжести. На водозаборе нет ни насоса, ни двигателя, ни электрического подключения.
Для оператора ГЭС это означает: непрерывное поступление чистой воды к турбине без ручного вмешательства, без потребления электроэнергии и без механических узлов, требующих обслуживания.
Традиционные технологии водозабора и их ограничения
Чтобы понять, почему более 40 европейских ГЭС перешли на решётки Coanda, полезно посмотреть, что они заменили:
| Технология | Типичный размер отверстия | Самоочищающаяся? | Требуется электропитание? | Ручное обслуживание | Проходящий мусор |
|---|---|---|---|---|---|
| Грубая сороудерживающая решётка | 25–150 мм | Нет | Нет | Очистка граблями еженедельно–ежедневно | Листья, ветки, мелкие сучья, все наносы |
| Тонкая неподвижная стержневая решётка | 6–25 мм | Нет | Нет | Очистка граблями ежедневно–ежечасно | Листья, мелкие ветки, все наносы |
| Ленточная сетка | 3–10 мм | Да | Да (двигатель) | Ежемесячно | Мелкий органический мусор, все наносы |
| Барабанная/вращающаяся решётка | 0,5–3 мм | Да | Да (двигатель) | Ежемесячно | Только мелкие наносы |
| Тирольский водозабор | 20–40 мм | Частично | Нет | Периодическая промывка | Листья, органический мусор, мелкие наносы |
| Водозаборная решётка Coanda | 0,5–2,0 мм | Да | Нет | Только ежегодный осмотр | Только мелкий ил (< ширины щели) |
Сравнение показывает, почему решётки Coanda заменили более старые технологии на объектах, где плавающий мусор и обслуживание оставались постоянной проблемой. Никакая другая пассивная (работающая за счёт силы тяжести) технология не обеспечивает фильтрацию тоньше 2 мм с непрерывным удалением мусора.
Подробное сравнение всех технологий водозаборных решёток приведено в нашем руководстве: Решётка Coanda против стержневой решётки и барабанной решётки.
Подбор конструкции решётки под тип турбины
Разные типы турбин по-разному уязвимы к плавающему мусору и наносам. Конструкцию решётки (прежде всего ширину щели) следует подбирать по чувствительности турбины:
Турбины Пелтона (высокий напор: >200 м)
В турбинах Пелтона одна или несколько высокоскоростных струй воды ударяют по ковшеобразным лопастям колеса. Диаметр отверстия сопла обычно составляет 50–200 мм, и любая частица, способная пройти через сопло, ударяется о поверхность ковша со скоростью 30–80 м/с.
Уязвимость: крайне высокая. Из-за большой скорости струи даже мелкие частицы мусора вызывают значительные ударные повреждения. Эрозия от наносов на поверхностях ковшей и игольчатых клапанах является основной проблемой обслуживания на станциях с турбинами Пелтона в водосборах с высоким содержанием наносов [6].
Рекомендуемая ширина щели Coanda: 0,5–1,0 мм: наиболее тонкая практически достижимая фильтрация для защиты дорогостоящих сопел и ковшей.
Рекомендация ADENCO: для станций с турбинами Пелтона мы подбираем самую малую доступную ширину щели. Стоимость клиновидной проволоки с узкой щелью невелика по сравнению со стоимостью одного капитального ремонта рабочего колеса Пелтона.
Турбины Френсиса (средний напор: 30–300 м)
Турбины Френсиса относятся к реактивным турбинам: вода движется радиально внутрь через направляющие лопатки и лопасти рабочего колеса. Входные и выходные кромки лопастей рабочего колеса наиболее подвержены эрозии [2].
Уязвимость: высокая. Рабочие колёса Френсиса представляют собой прецизионные литые детали. Эрозия на входных кромках лопастей нарушает расчётную картину течения, снижая КПД и вызывая кавитацию, которая ускоряет дальнейшее разрушение.
Рекомендуемая ширина щели Coanda: 1,0–1,5 мм: баланс между задержанием мусора и более высокими расходами, характерными для станций с турбинами Френсиса.
Рекомендация ADENCO: для станций с турбинами Френсиса важнейшим проектным требованием является соответствие пропускной способности решётки расчётному расходу турбины. Многопанельные сборки Coanda широко применяются на станциях с турбинами Френсиса, где ширины одной панели недостаточно.
Турбины Каплана (низкий напор: 2–40 м)
Турбины Каплана представляют собой осевые пропеллерные турбины с поворотными лопастями. Они работают при низком напоре и большом расходе.
Уязвимость: умеренная к воздействию мусора, но высокая к наносам. Наиболее подвержены эрозии наружные выходные кромки и верхняя часть камеры рабочего колеса [5]. Большие расходы воды означают, что через систему проходит значительное количество мусора.
Рекомендуемое решение по решётке: решётки Coanda, как правило, не рекомендуются для станций с турбинами Каплана из-за потерь напора, присущих этой технологии (450–1 270 мм на стандартных решётках ADENCO и больше на исполнениях по спецзаказу). На объектах, где располагаемый напор составляет всего 2–10 м, потеря 0,45–1,3 м напора на водозаборной решётке часто неприемлема. Руководство по проектированию решёток Coanda Бюро мелиорации США (USBR) (Wahl, 2003, отчёт R-2003-03) [4] отмечает то же самое: при располагаемой высоте перепада менее примерно 1 м возможен только небольшой угол наклона решётки, а на низконапорной станции требуемая решётке высота перепада составляет значительную долю общего напора. Для станций с турбинами Каплана обычно более подходят ленточные сетки или погружённые цилиндры из клиновидной проволоки.
Сводка: конструкция решётки по типам турбин
| Тип турбины | Типичный напор | Чувствительность к мусору | Рекомендуемая ширина щели | Подходит ли Coanda? |
|---|---|---|---|---|
| Пелтона | >200 м | Экстремальная | 0,5–1,0 мм | Идеально: потери напора пренебрежимо малы относительно полного напора |
| Френсиса | 30–300 м | Высокая | 1,0–1,5 мм | Да: потери напора приемлемы при полном напоре выше ~50 м |
| Тюрго | 50–250 м | Высокая | 0,5–1,0 мм | Да: аналогично применениям турбин Пелтона |
| Двукратная (crossflow) | 5–200 м | Умеренная | 1,0–2,0 мм | Да для объектов с напором >30 м; на грани при меньшем напоре |
| Каплана | 2–40 м | Умеренная | Н/д | Как правило, нет: потери напора слишком существенны |
Потери напора: ключевое проектное ограничение
Потери напора между гребнем водослива и нижней кромкой водозаборной решётки Coanda составляют, по данным опубликованной литературы, обычно 450–1 300 мм [3][8]; стандартные решётки ADENCO имеют высоту перепада 450, 700 и 1 270 мм, а по индивидуальному заказу могут изготавливаться решётки с большей высотой перепада. Это неотъемлемая характеристика технологии: вода должна разгоняться на пластине и под действием силы тяжести проходить по всей длине решётки.
Для станции с турбиной Пелтона и напором 200 м потери напора 1,0 м на водозаборе составляют 0,5 % полного напора: пренебрежимо мало. Для станции с турбиной Френсиса и напором 50 м это 2,0 %: приемлемо для большинства эксплуатирующих организаций с учётом экономии на техническом обслуживании. Для станции с турбиной Каплана и напором 10 м это 10 %: серьёзное снижение КПД, которое обычно исключает применение технологии Coanda.
Практическое правило: водозаборные решётки Coanda экономически оправданы на станциях с полным напором примерно выше 30 м, где потери напора составляют менее 3–4 % полного располагаемого напора. Ниже этого порога недовыработка электроэнергии из-за напора, расходуемого решёткой, обычно превышает экономию на техническом обслуживании.
При оценке влияния потерь напора на конкретной станции используйте соотношение:
Влияние на годовую выручку (%) ≈ (потери напора на решётке ÷ полный напор) × 100
Для станции с напором 100 м и годовой выручкой от продажи электроэнергии 200 000 £ потери напора 1,0 м обходятся примерно в 2 000 £ в год: это легко оправдывается в сравнении с затратами на ручную очистку решётки, обслуживание турбины из-за повреждений мусором и недовыработку электроэнергии при засорении решётки.
Соответствие требованиям по защите рыб в гидроэнергетике
Рыбозащита в гидроэнергетике больше не является необязательной. Нормативные требования на всех основных рынках теперь предписывают на водозаборах установку решёток, предотвращающих попадание и прижатие рыбы:
- Водная рамочная директива ЕС (EU WFD): требует достижения «хорошего экологического состояния» всеми внутренними водами, что всё чаще влечёт за собой требования по защите рыб на водозаборах [10]
- Агентство по охране окружающей среды Великобритании (EA): максимальная ширина щели решётки 3 мм для горных водосборов; 1 мм вблизи границы приливного влияния для защиты стекловидного угря [11][12]
- Eels Regulations 2009 (Великобритания): обязательная установка решёток на водозаборах для предотвращения попадания угря [12]
- Раздел 316(b) EPA США: максимальная скорость на водозаборе 0,5 фута в секунду (0,15 м/с) и смертность от прижатия к решётке ниже 24 % [13]
- Natural Resources Wales: особые требования к рыбозащитным решёткам для всех водозаборов ГЭС [14]
Водозаборные решётки Coanda могут быть поставлены с соблюдением большинства требований по защите рыб, поскольку:
- Ширина щели 0,5–2,0 мм физически исключает попадание всех рыб, кроме самых мелких личиночных стадий
- Отсутствие подсоса и прижатия: рыба не притягивается к поверхности решётки; плавающий мусор и рыба сносятся по решётке и уносятся вниз по течению
- Низкие скорости подхода достигаются за счёт правильного подбора решётки
Подробные нормативные указания приведены в нашем руководстве по соответствию требованиям рыбозащиты: Рыбозащитные водозаборные решётки: соответствие Разделу 316(b) и нормам ЕС.
На многих объектах гидроэнергетики одно только требование по рыбозащите оправдывает вложение в Coanda: соблюдение того же нормативного стандарта обычными решётками, как правило, требует механических систем с приводом, капитальные и эксплуатационные затраты которых значительно выше.
Холодный климат и сезонные факторы
Многие ГЭС работают в холодном климате, где шуга (мелкие кристаллы льда, переносимые потоком воды), накопление снега и отрицательные температуры создают проблемы для водозабора с ноября по март.
Исследования в NTNU (Норвежский университет естественных и технических наук) задокументировали два различных механизма обледенения решёток Coanda [15]:
- Тип I: мягкий лёд, налипающий на поверхности клиновидной проволоки: как правило, устраняется при достаточном расходе воды
- Тип II: сплошной лёд, образующийся между клиновидными проволоками при экстремальных температурах (ниже -14 °C): требует активного вмешательства
Для ГЭС в холодном климате ADENCO проектирует решётки с оборудованием против обледенения: электрическими нагревательными элементами, встроенными в раму решётки, рециркуляцией тёплой воды или системами диффузоров подогретого воздуха. Низкоуглеродистые марки L устойчивы к сенсибилизации при термоциклировании обогреваемых решёток, а выбор марки для обогреваемых решёток подтверждается при проверке инженером ADENCO.
На конструкцию влияет и сезонная нагрузка плавающим мусором. Осенний листопад в лесистых водосборах представляет наибольший риск засорения для любой водозаборной решётки. На ГЭС Lodore Falls в Великобритании (лесистый водосбор) решётка из проволочной корзины засорялась осенью за считаные часы, пока не была установлена водозаборная решётка Coanda [3]. После монтажа решётки Coanda омываемая потоком поверхность решётки справлялась с нагрузкой листвой без вмешательства.
Подробное обсуждение технологий защиты от обледенения см. в статье: Технологии защиты от обледенения для водозаборных решёток.
Показатели на действующих объектах: примеры проектов в Европе
Более 40 ГЭС среднего и высокого напора в Европе сегодня используют водозаборные решётки Coanda, главным образом в Альпах и Великобритании [3][4]. Опубликованные примеры проектов документируют стабильное улучшение показателей:
Lodore Falls, Великобритания: ГЭС 170 кВт с турбиной Тюрго
- Напор: 150 м брутто
- Расход воды: 235 л/с
- Турбина: Тюрго
- Прежний водозабор: решётка из проволочной корзины: засорялась за считаные часы во время осеннего листопада
- Результат Coanda: самоочищающаяся работа во все сезоны. Эксплуатирующая организация оценила прирост годовой выработки на 15 % (от базового уровня 700–800 МВт·ч), что даёт более 7 000 долл. США дополнительной годовой выручки и двухлетний срок окупаемости решётки Coanda [3][4].
Объекты в Альпах: несколько станций
На объектах в Альпах в Австрии, Швейцарии и на севере Италии водозаборные решётки Coanda устанавливались в рамках модернизации там, где традиционные тирольские водозаборы и неподвижные стержневые решётки не справлялись с высоким содержанием наносов во время весеннего снеготаяния и летних ливневых паводков. На этих объектах отмечают:
- Резкое сокращение ручного обслуживания: от еженедельной или ежедневной очистки граблями до только ежегодного осмотра
- Улучшение состояния турбины: увеличение интервалов между капитальными ремонтами рабочего колеса благодаря сокращению поступления наносов
- Рост годовой выработки электроэнергии: меньше вынужденных остановов из-за засорения решётки в периоды высокой нагрузки плавающим мусором
Модернизация в Великобритании: станция, спасённая от вывода из эксплуатации
На одной документированной станции в Великобритании существующий водозабор создавал столько проблем, что эксплуатирующая организация рассматривала полный вывод станции из эксплуатации. Модернизация с установкой решётки Coanda восстановила надёжную работу, и станция продолжает вырабатывать электроэнергию [3].
Эти результаты согласуются с тем, что мы наблюдаем на объектах гидроэнергетики ADENCO: сочетание пассивного удаления плавающего мусора, тонкой фильтрации и работы за счёт силы тяжести даёт экономическую отдачу, которая на большинстве объектов оправдывает вложения; опубликованная оценка по Lodore Falls определила срок окупаемости этой станции примерно в два года, а для каждого конкретного объекта этот показатель рассчитывается по его собственным данным о выработке электроэнергии и техническом обслуживании.
Когда НЕ следует применять решётку Coanda в гидроэнергетике
ADENCO является производителем водозаборных решёток Coanda, но мы не рекомендуем свою продукцию для любого гидроэнергетического проекта. Водозаборные решётки Coanda не являются правильным выбором, когда:
-
Общий напор ниже 30 м. Потери напора на решётке в 450–1 270 мм (стандартные высоты перепада ADENCO) расходуют слишком большую долю располагаемого напора. Для низконапорных станций (Каплан, низконапорные Френсис) более подходят ленточные сетки или погружные цилиндрические решётки.
-
Исходная вода несёт очень мало плавающего мусора. Если водосбор каменистый, со скудной растительностью и небольшим количеством органического мусора, обычной грубой сороудерживающей решётки может быть вполне достаточно, и стоит она дешевле.
-
Требуется очень большой расход воды при малом напоре. Водозаборные решётки Coanda обеспечивают примерно 140 л/с на метр ширины водослива при эталонной геометрии USBR [8] и 150 л/с на метр для ADENCO-127. Для станций, которым требуются тысячи литров в секунду при малом напоре, необходимая ширина решётки может оказаться практически неосуществимой.
-
На объекте нет естественного водослива или перепада высот. Водозаборным решёткам Coanda необходимо, чтобы вода переливалась через гребень водослива. Если водозабор бокового или погружного типа и естественного перепада высот нет, строительные работы по созданию подходящего водослива могут оказаться неоправданно дорогими.
-
Экстремальные условия образования шуги при отсутствии бюджета на противообледенительные меры. В наиболее суровом холодном климате (устойчивые температуры ниже -14°C) водозаборным решёткам Coanda требуется противообледенительное оборудование. Если бюджет проекта не позволяет предусмотреть противообледенительную защиту, более практичным решением может быть погружной водозабор.
Честность в отношении этих ограничений вызывает у наших заказчиков в гидроэнергетике больше доверия, чем обещания того, что мы не можем выполнить.
Процесс проектирования решёток ADENCO для гидроэнергетики
Каждая решётка ADENCO для гидроэнергетики проектируется под конкретную площадку. Наш процесс:
Шаг 1: Оценка площадки
Мы анализируем полный напор станции, расчётный расход воды, характеристики водосбора (растительность, содержание наносов, климатическая зона) и нормативные требования (рыбозащита, природоохранные разрешения).
Шаг 2: Конструкция, подобранная под турбину
Исходя из типа турбины, мы подбираем ширину щели, профиль проволоки и угол наклона, которые обеспечивают требуемое задержание плавающего мусора при максимальной пропускной способности.
Шаг 3: Подбор решётки
По расчётному расходу воды и удельной пропускной способности на метр ширины для конкретного объекта (с поправкой на ширину щели, угол наклона и располагаемый напор) мы рассчитываем требуемую ширину решётки. Для более крупных станций мы проектируем многопанельные сборки с независимыми сборными камерами. Подробная методика подбора: Как подобрать водозаборную решётку Coanda.
Шаг 4: Выбор материала
Исходя из химического состава воды (в частности, концентрации хлоридов, pH и диапазона температур) мы выбираем одну из наших шести марок нержавеющей стали. Гидроэнергетические объекты на пресной воде поставляются в стандартной марке 304. Объекты с влиянием хлоридов или морской воды (эстуарные или прибрежные) требуют 316L или выше. Рекомендации по выбору материала см.: Нержавеющая сталь 304 против 316 для водозаборных решёток.
Шаг 5: Меры для холодного климата
Для объектов в зонах холодного климата мы подбираем варианты противообледенительной защиты (электрообогрев, рециркуляция тёплой воды или диффузор подогретого воздуха) и выбираем марки нержавеющей стали, пригодные для решёток, которые многократно нагреваются и охлаждаются.
Шаг 6: Изготовление и поставка
Каждая решётка изготавливается по требованиям проекта и поставляется с указаниями по монтажу. ADENCO оказывает техническую поддержку вплоть до ввода в эксплуатацию включительно.
Часто задаваемые вопросы
Какая водозаборная решётка лучше всего подходит для коммерческой и крупной гидроэнергетики?
Для средне- и высоконапорных ГЭС (общий напор примерно выше 30 м) водозаборные решётки Coanda дают наилучшее сочетание тонкой фильтрации плавающего мусора, пассивной работы и низкой стоимости жизненного цикла. Более 40 коммерческих ГЭС в Европе используют водозаборные решётки Coanda. Для низконапорных станций (ниже 30 м) обычно больше подходят ленточные сетки или погружные цилиндры из клиновидной проволоки. Прямое сравнение всех технологий водозабора: Решётка Coanda, стержневая решётка и барабанная сетка.
Сколько мусора удаляют решётки Coanda?
Водозаборные решётки Coanda с типичной шириной щели 0,5–2,0 мм задерживают практически весь мусор крупнее ширины щели: листья, веточки, ветви, гравий и большую часть органического материала. Проходят только мелкий ил и растворённые вещества размером меньше ширины щели. На ГЭС документально подтверждено, что это резко снижает потребность в техническом обслуживании турбин и увеличивает интервалы между капитальными ремонтами рабочего колеса.
Работают ли решётки Coanda зимой на гидроэнергетических объектах?
Да, при наличии соответствующего противообледенительного оборудования. ADENCO предусматривает противообледенительную защиту для всех ГЭС в зонах холодного климата. Полное руководство по физике шуги и 5 методам её предотвращения: Противообледенительные технологии для водозаборных решёток.
Каковы потери напора на водозаборной решётке Coanda?
Потери напора между гребнем водослива и нижней кромкой водозаборной решётки Coanda на стандартных решётках ADENCO составляют обычно 450–1 270 мм (высота перепада 450, 700 или 1 270 мм; для нестандартных решёток больше) в зависимости от длины решётки, ширины щели и расчётного расхода. Для высоконапорных станций с турбинами Пелтона (200+ м) это менее 0,5 % общего напора, то есть пренебрежимо мало. Для средненапорных станций с турбинами Френсиса (50–100 м) это 1–2 %. Для низконапорных станций с турбинами Каплана потери напора могут превышать 5–10 % общего напора, что обычно неприемлемо.
Являются ли решётки Coanda рыбозащитными для водозаборов ГЭС?
Да. Водозаборные решётки Coanda физически не пропускают рыбу за счёт узкой ширины щели и не создают ни подсоса, ни прижатия к поверхности: рыба скользит по поверхности и уносится вниз по течению с избыточным потоком. Подробные рекомендации по соответствию требованиям Section 316(b), EU WFD, UK EA и нормам по угрю: Рыбозащитные водозаборные решётки.
Какого объёма технического обслуживания требует решётка Coanda на гидроэнергетическом объекте?
Ежегодный визуальный осмотр и периодическая мойка под давлением (каждые 2–5 лет): по сравнению с ежедневной или еженедельной очисткой граблинами у обычных сороудерживающих решёток. На станции Lodore Falls в Великобритании прежняя проволочная корзинчатая решётка засорялась за считанные часы осенью; заменившая её водозаборная решётка Coanda работает непрерывно без вмешательства. Полный график технического обслуживания, основанный на данных эксплуатации за 10+ лет, см.: Техническое обслуживание водозаборных решёток Coanda.
Можно ли установить водозаборную решётку Coanda на существующий водозабор ГЭС в порядке модернизации?
Да, при условии что существующий водослив достаточно широк для размещения панели решётки и достаточно высок, чтобы обеспечить необходимую решётке высоту перепада (от 450 до 1 270 мм для стандартных решёток ADENCO). Решётка Lodore Falls в Великобритании представляла собой модернизацию существующего водослива и потребовала только сборной камеры, восстановления гребня водослива и небольшой корректировки трубопровода. Однако если существующее гидравлическое решение находится на грани допустимого (особенно если располагаемый напор ограничен), модернизация может оказаться неосуществимой. ADENCO оценивает пригодность объекта к модернизации в рамках первичного обследования площадки.
Сколько стоит водозаборная решётка Coanda для ГЭС?
Стоимость зависит от ширины решётки (определяемой расчётным расходом), ширины щели, марки нержавеющей стали, а также от мер для холодного климата. Подробный разбор факторов ценообразования см.: Сколько стоит водозаборная решётка Coanda?. Опубликованные примеры проектов показывают срок окупаемости около двух лет на станциях, где водозаборные решётки Coanda заменили проблемные традиционные водозаборы, с учётом роста годовой выручки от продажи электроэнергии и снижения затрат на техническое обслуживание.
Источники
-
"Silt Erosion and Cavitation Impact on Hydraulic Turbines Performance: An In-Depth Analysis and Preventative Strategies." PMC/MDPI, 2024. Дата обращения: апрель 2026 г., https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11033088/
-
"Common Failures in Hydraulic Kaplan Turbine Blades and Practical Solutions." PMC/MDPI, 2023. Дата обращения: апрель 2026 г., https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10179411/
-
"The Coanda Effect." International Water Power & Dam Construction Magazine. Дата обращения: апрель 2026 г., http://www.waterpowermagazine.com/features/featurethe-coanda-effect/
-
Wahl, T.L. (2003). Design Guidance for Coanda-Effect Screens. U.S. Bureau of Reclamation, научный отчёт R-2003-03. Денвер, штат Колорадо.
-
"Trash Racks: Minimise Downtime & Maximise Generation." Hydro Maintain. Дата обращения: апрель 2026 г., https://www.hydropowermaintenance.com/trash-racks-minimise-downtime/
-
"Sediment Erosion in Pelton Turbines: A Review." Chinese Journal of Mechanical Engineering, Springer, 2023. Дата обращения: апрель 2026 г., https://link.springer.com/article/10.1186/s10033-023-00880-y
-
"Trash Racks & Bar Screens." Water Screen Systems. Дата обращения: апрель 2026 г., https://waterscreensystems.com/trash-racks-bar-screens/
-
Wahl, T.L. (2001). "Hydraulic Performance of Coanda-Effect Screens." Journal of Hydraulic Engineering, т. 127, № 6. ASCE.
-
Wahl, T.L. и др. (2021). "Surface Tension Effects on Discharge Capacity of Coanda-Effect Screens." Journal of Hydraulic Engineering, т. 147, № 8. ASCE.
-
Европейская комиссия. "Water Framework Directive." Дата обращения: апрель 2026 г., https://environment.ec.europa.eu/topics/water/water-framework-directive_en
-
Агентство по охране окружающей среды Великобритании. "Screening for Intake and Outfalls: A Best Practice Guide." Дата обращения: апрель 2026 г., https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a7c9293ed915d6969f45d2d/scho0205bioc-e-e.pdf
-
Natural Resources Wales. "Intake Screening for Fish: Hydropower." Дата обращения: апрель 2026 г., https://naturalresources.wales/permits-and-permissions/water-abstraction-and-impoundment/hydropower/intake-screening-for-fish/?lang=en
-
U.S. EPA. "Section 316(b) Final Regulations." Federal Register, 2014. Дата обращения: апрель 2026 г., https://www.federalregister.gov/documents/2014/08/15/2014-12164/
-
"Testing the Effectiveness of Fish Screens for Hydropower Intakes." Агентство по охране окружающей среды Великобритании, 2013. Дата обращения: апрель 2026 г., https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a80a356e5274a2e87dbaf65/Testing_the_effectiveness_of_fish_screens_for_hydropower_intakes_-_report.pdf
-
"Performance of Coanda-Effect Screens in a Cold Climate." Journal of Cold Regions Engineering, т. 28, № 4, ASCE, 2014.
-
FIThydro: Fish-Friendly Innovative Technologies for Hydropower. Проект ЕС Horizon 2020. Дата обращения: апрель 2026 г., https://www.fithydro.wiki/
-
"Passive Water Intake Screen to Reduce Entrainment of Debris and Aquatic Organisms." MDPI Water, т. 17, № 23, декабрь 2025.
-
Huber, D. Coanda-Effect Screens: Laboratory Tests of 1.0, 0.5 and 0.2 mm Slot Panels (дипломная работа, NTNU, проект BEDUIN); Howarth, W. (2001). Пилотное исследование в Кесуике, Великобритания; ENTEC AG (1998). Пилотное исследование в Швейцарии. Эффективность отсева наносов по размеру частиц для решёток с шириной щели 1 мм и 0,5 мм.
Публикация ADENCO: Advanced Engineering Coanda Intake Screens. ADENCO проектирует и изготавливает водозаборные решётки Coanda под конкретный проект для ГЭС по всему миру: от микро-ГЭС мощностью 10 кВт до станций мощностью в несколько МВт. Каждая решётка проектируется под ваш тип турбины, условия площадки и нормативные требования. Запросить консультацию по водозабору для ГЭС →