發電 | 為農村地區通電

對世界上許多農村和偏遠地區來說，獲得可靠的供電來滿足照明和加熱這樣的基本功能，仍是一個大難題。對于許多社區來說，擁有清潔的電能來支持諸如計算機和通信設備等電子產品這樣的愿望，目前還不能滿足，只能有待日后實現。

泵作為渦輪機來使用

然而，這種情況有望結束了。有一種古老卻有用的機械工程技術，目前得到了業內人士的關注。它使用離心泵作為渦輪機來發電，成本低廉又環保。這就是泵行業里廣為人知的PaT（泵作為渦輪機來使用）技術——在一定條件下，使離心泵按照反向旋轉模式運轉可以產生渦輪機的工作效果，進而利用它來發電。

發電站為偏遠社區提供一種高性價比的發電方法，來實現清潔的離線發電

將離心泵當作渦輪機來工作，液體會從排出口流動到吸入口，以便葉輪反向旋轉。當壓頭高到足以能克服葉輪和軸二者的起動扭矩時，就可利用扭矩來驅動發電機。這樣泵就能作為渦輪機來運行。

通過計算泵反向運轉時的渦輪機性能曲線，泵制造商KSB公司發現泵作為渦輪機運轉時的工作情況非常好。因為輸出的能量高于為了使泵運轉而輸入的能量。

高性價比的替代方案

受此鼓舞，KSB公司一直積極為供水公司提供PaTs，將其作為一種高性價比的替代方案來代替多年來用于發電的水輪機。在歐洲，已有超過3000臺PaT投入使用。

KSB公司還積極關注應用該技術來為缺電的小社區發電。他們還做了一些深入研究，對現有技術做了進一步優化改進，并基于此研發出了一種小型的可立即使用的水力發電設備，為偏遠社區提供一種高性價比方法來產生潔凈的電能。

發電站是一種集裝箱式水電機組。

KSB公司啟動項目的副總裁turnkey說：“對于那些供水相對持續但供電不可靠或甚至沒有電的地方，PaTs是一種簡單而經濟的發電方法。通過對世界上部分沒有供電的地區進行深入的研究，我們已能開發出一套標準的PaT設備組件，用它們來管理水源的能量并將其轉換為干凈電力。最重要的是，它可以滿足偏遠農村社區正在擴大的電力需求。”

電站成套設備

電站包括兩套主要設備; 集裝箱式水電機組和一個可選的水渠，后者用于盛裝驅動PaT（泵作為渦輪機來使用的系統）。電站包括PaT、電子控制元件、轉換器和管理電源輸出的變壓器。利用電站提供的模板，即可便捷地在工作現場用混凝土當場澆筑水渠。建成之后，將水渠和電站通過給水管道連接起來。

水渠內裝有為PaT提供的水。

重力流對PaT的運行至關重要，且靜壓頭必須至少高于發電站10米以上。根據PaT的類型和大小，靜壓頭可高達640米。建議從水渠到發電站的這段距離最大不超過1800米。水渠和電站之間的水管有兩種尺寸，管徑為250毫米或400毫米。

必須保證給PaT的供水潔凈且不含碎片，因此在水渠的出口處安裝了過濾網。它采用了一種極為創新的焊接網狀結構，允許水流過表面之后通過1.00毫米的小孔落入水池，最后流經管道供給PaT。所有包含在水流中的固體會從濾網表面滑落，因此不會滲透或積聚在濾網表面，這就是自清潔。

該電站是一個安全的集裝箱式水電機組，可立即投入使用，輸出功率范圍在30千瓦~750千瓦?？刂坪捅O控面板位于內部。由于是全自動工作模式，除了維修平時不需要打開。唯一容易受磨損的組件是泵軸承和機械密封件，而它們的使用壽命很長，所以發電站只需要極少量的維護工作。

它與其他PaT系統不同的地方，就在于包含了一個定制的自控設備，克服了阻礙技術發展的兩大主要難題。

小型水電系統的第一個難題是發電機組被設計為離網運行。為此通常采用配有永磁體的同步發電機，相當昂貴。替代方法是使用異步發電機。它本質上就是一臺電動機，但缺點是當異步發電機轉動時不會產生任何電力，因為它也需要能量，例如用小型柴油發電機組或一組電池來使其轉動。

KSB公司解決了這兩大難題，發電站機組的工作不僅可行且效率高，它摒棄了昂貴的同步發電機，解決了啟動異步發電機的問題。他們用一個電池供電的小型電子控制裝置來完成啟動。該裝置僅在必要時向異步發電機提供微小的能量。

將離心泵當作渦輪機來工作，那么液體會從排出口流動到吸入口。

Ulrich解釋說：“例如，如果您運行的是30千瓦離網發電機，那么可能需要高達27千瓦的電力來啟動發電機。通過預先編程，我們的電子控制裝置能準確知道該在何時提供多大的能量來啟動發電機，且所用能量極少。通過這種方式，我們已不需要柴油發電機組。因此發電站不需要任何外部供電就能工作?！?br/>
泵反向運行

發電站里最重要的組成部分就是反向運行充當異步發電機的泵。KSB公司選用了三種不同類型的泵，它們都是最適合該應用的泵，分別是Etanorm、Omega單級臥式中開泵和Multi-Tec臥式環形泵。這些泵都被批準用于渦輪操作，且在世界各地都能購買到。

當泵作為渦輪機運行時，入口流量會高出大約三分之一，所以必須考慮更高的扭矩，正是因為這個原因才會在遇到較高流量和壓力的地方使用Omega、Etanorm及Multi-Tec泵。Omega泵可處理高達250米的揚程，Multi-Tec泵可處理高達640米的揚程。

總控制

啟動PaT的電子控制裝置由小巧的不間斷電源（UPS）供電。該UPS包含一個智能電池，不管從中消耗了多少電量，在任何時候都能保持完全充電，且在50個周期里可提供230伏電壓。如果控制設備檢測到PaT已經停止工作，它會在必要時指示UPS再次啟動工作。

控制裝置還有第二個作用。Ulrich解釋說：“無論你運營任何類型的電廠，都能準確地提供所需要的電量。如果發電量過多，就有必要打開額外的電路，從而消耗掉電能。如果發電量過少，那么它就不能支持整個負載?？刂蒲b置與變壓器結合工作即可平衡功率輸出。”

如果提供給渦輪機的供水中斷，那么PaT就會自動關閉，使它不能干運行。當供水恢復后，電子控制裝置將通過UPS模塊自動使其恢復工作。

為了支持所有先進的電子產品，如電腦和手機，發電的質量必須符合最高的國際標準。因此，需要對電進行濾波，還需要一臺變壓器來確保所發的電達到合適的電壓。另外，有兩臺變頻器連接到變壓器和異步發電機上。需要使用變壓器來從客戶供電端斷開與發電端的連接，并確保電壓和電流100％與靈敏設備一致。

“發電站最大優勢在于發電機是電子控制的”，Ulrich說。“其他的PaTs依靠機械方法控制，而這些方法不僅成本高昂，而且可能不可靠，此外，當渦輪需要對靜態壓頭的變化做出響應時，它們也不夠靈活。通過采用兩個變頻器就可以控制發電機的輸出，只提供實際負載所需的電能。因為發電機始終工作在最佳效率點，所以發電站完全不受入口水流量變化的影響。但機械控制系統則不然?！?br/>
“KSB公司已有成功建立超過200個小型水電系統的經驗，所以就PaT而言，數量已超過了3000臺，”Ulrich繼續說，“發電站成功的關鍵在于它的可靠性。我們相當多的研究已經證實，撒哈拉以南非洲、南美洲和東歐更偏遠的地區都是適合建立發電站的潛在市場。我們已經建立了一個試驗系統，打算先在沒有可靠電源的地方將這個系統試運行6個月。該系統的功率輸出為40千瓦，足以滿足一個小村莊的電力需求?！?/p>