Invenția poartă, firesc, un nume ingineresc – Microhidrocentrală cu două turbine contrarotitoare în curgere transversală, iar la apariția ei în peisajul tehnologic al secolului al XXI-lea au contribuit nu mai puțin de unsprezece cercetători: Nicolaie Sergiu, Mihăiescu Gheorghe Mihai, Bunea Florentina, Popescu Mihail, Chihaia Rareș-Andrei, Băbuțanu Corina Alice, Dumitru Constantin, Macamete Elena, Guțu Mihai, Ilie Cristinel Ioan, Fuiorea Ion.

„În contextul în care avem în țara noastră numeroase cursuri de apă și o tradiție în ceea ce privește valorificarea energetică a acestora, în cadrul ICPE-CA a fost inițiată o serie de cercetări legate de îmbunătățirea randamentelor energetice ale turbinelor hidraulice prin dezvoltarea unor soluții inovatoare” – ne-a explicat Gabriela Iosif, reprezentanta institutului.

Aceste instalații de conversie a energiei hidraulice în electricitate – din râurile cu debite și căderi ale apei mici și medii – ar putea crea o nișă în dezvoltarea companiilor care operează în domeniul producerii de echipamente hidroelectrice – au continuat explicațiile Gabrielei Iosif.

Generatorul electric e cheia

Principalul element inovator al acestor echipamente de conversie energetică este generatorul electric – o mașină electrică sincronă cu un număr mare de poli, cu magneți permanenți de mare energie -, care permite conectarea directă la arborii a două turbine hidraulice transversale ce se rotesc în sens contrar.

Prin această soluție se elimină multiplicatorii mecanici de turație care creează atât dificultăți în pornirea echipamentului, cât și pierderi suplimentare în lanțul de transmisie a puterii mecanice. Astfel, se poate obține o creștere semnificativă a puterii cu până la 30%.

Lecția tehnică, obligatorie pentru înțelegerea sistemului conceput, este prezentatǎ de inventatoarea dr.ing. Bunea Florentina: „Pentru utilizatorii izolați, care necesită un consum relativ redus de energie, nu există probleme deosebite cu privire la reglarea tensiunii furnizate pentru generatoarele electrice sincrone”.

Mai departe: „Energia electrică generată poate fi furnizată consumatorului prin intermediul unui modul electronic off-grid uzual. Dacă se dorește conectarea la rețeaua electrică națională, astfel încât consumatorul să devină «prosumator», echipamentul poate fi echipat cu un sistem electronic on-grid, dedicat, care să permită adaptarea parametrilor electrici specifici pentru a se conecta la rețeaua electrică”.

Ghid pentru înțelegerea unei minuni tehnologice

Echipa de cercetători ai INCDIE ICPE-CA propune o nouă soluție de microhidrocentrală, echipată cu două turbine hidraulice contrarotitoare. În figura 1 este prezentată diagrama schematică a unei microcentrale hidroelectrice cu două turbine contrarotitoare pentru curgere transversală: 1 și 2, cu clapete 3 înclinate în opoziție una față de cealaltă, în două camere laterale distincte A și B ale carcasei 4.

Conducta de aducțiune se împarte în două ramuri de secțiuni egale care alimentează fiecare câte o turbină hidraulică, ceea ce poate determina exploatarea separată a celor două turbine. Acestea sunt prevăzute cu tronsoane de intrare pe direcții oblice față de direcția de pătrundere a apei.

Apa, împărțită în două

Una dintre particularitățile noului tip de microhidrocentralǎ constă în realizarea unei construcții speciale, carenate pentru extragerea și conversia eficientă a energiei cursurilor de apă curgătoare cu căderi mici și medii și debite variabile, cu/fără acumulare de apă. Prin proiectare, carcasa împarte debitul de apă în două direcții care acționează distinct asupra fiecărei turbine cu flux încrucișat – plasate coaxial și cu paletele rotorice și subansamblurile de ghidare a apei într-un aranjament contra-rotativ. Generatorul electric e poziționat coaxial între cele două turbine, cu inductorul și indusul cuplate mecanic la ele, turația generatorului fiind suma celor două turații ale turbinelor.

Prin construcția carenată a carcasei, soluția propusă de ICPE-CA realizează divizarea debitului de apă pe două direcții care acționează distinct turbinele cu curgere transversală. La rândul lui, generatorul electric este amplasat coaxial între cele două turbine, armăturile inductor și respectiv indus fiind cuplate mecanic la acestea, astfel încât ambele sunt în mișcare contrarotitoare, turația relativă fiind suma celor două turații de la turbine. În sfârșit, conexiunile electrice spre exterior se fac prin intermediul unor inele colectoare și a unor perii.

Avantajele invenției

– Posibilitate de valorificare a energiei cursurilor de apă cu căderi reduse și debite variabile;

– Modificări nesemnificative pe cursul de apă;

– Simplitate constructiv-tehnologică a turbinelor cu curgere transversală;

– Construcție compactă și robustă cu două turbine contrarotitoare cu armăturile generatorului electric inductor și indus contrarotitoare;

– Montare simplificată în amplasamente greu accesibile;

– Turația echipamentului ca sumă a turațiilor celor două turbine conferă un spor important eficienței de conversie energetică față de soluțiile clasice cu o turbină și o reducere semnificativă a masei și gabaritului ansamblului turbină-generator electric;

– Autocurățirea impurităților la nivelul turbinelor prin forțele centrifuge și debitul de apă;

– Microhidrocentrala, conform invenției prezentate, are un gabarit redus față de o microhidrocentrală convențională cu aceeași putere nominală.

Potențialul pe piață

Dr. ing. Sergiu Nicolaie, director general al INCDIE ICPE-CA București, a subliniat: „Piața mașinilor electrice cu magneți permanenți este în continuă creștere datorită accentului pus pe economisirea surselor de energie, creșterea fiabilității și implicit reducerea costurilor de exploatare. În ultimii ani, mașinile electrice cu magneți permanenți de mare energie au dovedit performanțe tehnice superioare (eficiență energetică ridicată, masă redusă) față de mașinile electrice asincrone clasice”.

Mai mult: „Soluția oferită prin acest brevet stă la baza unei politici naționale de utilizare eficientă a energiilor regenerabile: este un produs global care trebuie realizat, atât pentru beneficiul pe plan național, cât și pentru creșterea competitivității din punct de vedere tehnic si economic. În acest fel, poate contribui la redresarea economică a companiilor (în special a IMM-urilor) pentru a dezvolta un produs de o complexitate tehnologică înaltă”.

11 invenții a prezentat Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Inginerie Electrică ICPE-CA București la EUROINVENT 2020.

Explicație foto:

O parte a echipei care a inventat microhidrocentrala cu două turbine contrarotitoare cu curgere transversală.