水泵用作水輪機反向運轉發(fā)電
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(wú)實(shí)力購買(mǎi)水輪機的地區，供水行業(yè)開(kāi)發(fā)和應用這個(gè)概念的程度還很有限。作為一種有效的發(fā)電手段，同時(shí)又能實(shí)現能源再利用和節能，供水行業(yè)、小型水電廠(chǎng)經(jīng)營(yíng)者及泵制造商并沒(méi)有對“用作水輪機的泵（PaT）”置之不理。在節能減耗成為當務(wù)之急的全球經(jīng)濟大環(huán)境下，PaT開(kāi)始引起人們的高度關(guān)注。
KSB是活躍于PaT應用領(lǐng)域的公司之一，已經(jīng)在全球幾個(gè)地區為客戶(hù)提供了眾多成功的解決方案。
KSB小型水電部門(mén)的高級項目經(jīng)理Sander Klos說(shuō)：“我們在過(guò)去的幾年一直為客戶(hù)提供蝸殼泵和節段式多級泵用作水輪機，主要針對的是小型水電市場(chǎng)，一般輸出電力在100kW以下。如果他們去采購傳統的水電設備，不但初期投資高，而且回收期可能會(huì )長(cháng)達15年之久。不過(guò)，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(gè)好處，就是泵的操作不像水輪機那么復雜。
圖1. 在一個(gè)泵站內，KSB的Etanorm泵被用作水輪機
他還補充說(shuō)，對于水力供給相對穩定，但電力供給狀況不可靠甚至根本沒(méi)有電力供給的場(chǎng)合，PaT恰好是一種簡(jiǎn)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(lǐng)域進(jìn)軍，而這些領(lǐng)域采用的主要是傳統的水輪機。使用PaT不但縮減了泵站的總運營(yíng)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(hù)最初只是想了解 “倘若泵停機然后反向運轉會(huì )對系統產(chǎn)生怎樣的影響”，后來(lái)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(mén)就此展開(kāi)了分析和計算，試圖得出泵以水輪機模式反向運轉時(shí)的性能曲線(xiàn)。結果發(fā)現，將泵用作水輪機來(lái)運行的性能非常之好，因為其能源產(chǎn)出高于原來(lái)運行所需要的能源投入。
從水力學(xué)角度來(lái)說(shuō)，PaT模式下所能處理的水量高于泵以傳統模式運轉時(shí)的水量。水量較高也就意味著(zhù)能源產(chǎn)出值較高。另外的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，用作水輪機的水泵比傳統模式下的效率更高。節段式多級泵和蝸殼泵的應用范圍如圖2所示。
圖2. 節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(shí)，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(guò)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節范圍，又無(wú)需增加很多的設備投資。因此顯而易見(jiàn)，即使與高效的傳統水輪機比較，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(dòng)設備相連，比方說(shuō)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(dòng)PaT，卻沒(méi)有電力來(lái)運行輸水泵的場(chǎng)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(shuō)它們必須通過(guò)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(guò)大，PaT則會(huì )浪費能耗或使泵過(guò)載。
圖3. 用作水輪機的Etanorm泵剖面圖：當水流從出水口流向吸入口時(shí)，葉輪反向旋轉。若壓頭足夠克服葉輪和泵軸的啟動(dòng)扭矩，這個(gè)扭矩就可以用來(lái)驅動(dòng)發(fā)電機
KSB在全世界供水行業(yè)的各領(lǐng)域都已嶄露頭角，因而其產(chǎn)品也經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)踐考驗。憑借這些產(chǎn)品系列及其運行能力，KSB專(zhuān)門(mén)成立了一個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)，致力于單級和多級PaT模塊的設計。
多級PaT運行性能的優(yōu)劣與當地供水狀況的穩定性密切相關(guān)。與傳統水輪機不同，PaT不具備可調節的導流葉輪來(lái)適應不穩定的供水，這也是它們的不足。不過(guò)，通過(guò)使用不同尺寸的設備來(lái)合理分配總水量，這個(gè)難題就可迎刃而解。
KSB表示，同時(shí)運行幾個(gè)單元只需極少的控制。此外，雖然PaT這種配置相比單個(gè)水輪機在投資成本上占了下風(fēng)，但其在技術(shù)方面卻有著(zhù)過(guò)人之處。簡(jiǎn)言之，在運行和維護的簡(jiǎn)易程度上，泵比傳統水輪機更勝一籌。
