ERKIN OQIMLI SUVLARDAN SAMARALI ELEKTR ENERGIYA ISHLAB CHIQARISHGA MO‘LJALLANGAN MIKRO GES TO‘G‘RISIDA

Ushbu maqolada erkin oqimli suvlardan samarali elektr energiyaishlab chiqarishga mo‘ljallangan mikro GESni takomillashtirish, kichik tezlikka egasinxron generatorni qo‘llash masalalari tadqiq etilgan. Kichik tezlikka ega sinxrongenerator uchun mo‘ljallangan mikro GES fzik tajriba qurilmasi yasalgan. Mikro GESfzik tajriba qurilmasining erkin oqimli suvlarda samarali elektr energiya ishlab chiqarishiuchun tuzilishini takomillashtirish masalasi ko‘rib chiqilgan. Mikro GES fzik tajribaqurilmasining erkin oqimli suvlarda samarali elektr energiya ishlab chiqarish jarayonlaritadqiqoti olib borilgan.

DOI: https://doi.org/10.5281/zenodo.14675513

ERKIN OQIMLI SUVLARDAN SAMARALI ELEKTR ENERGIYA ISHLAB CHIQARISHGA MO‘LJALLANGAN MIKRO GES TO‘G‘RISIDA

“TIQXMMI” Milliy tadqiqot universiteti Sherzod TOSHEV Elektr ta’minoti va qayta tiklanuvchan energiya manbalari kafedrasi dotsenti

“UZENERGYENGINEERING” AJ Shaxnoza TOSHEVA bosh mutaxassisi

Annotatsiya: Ushbu maqolada erkin oqimli suvlardan samarali elektr energiya ishlab chiqarishga mo‘ljallangan mikro GESni takomillashtirish, kichik tezlikka ega sinxron generatorni qo‘llash masalalari tadqiq etilgan. Kichik tezlikka ega sinxron generator uchun mo‘ljallangan mikro GES fizik tajriba qurilmasi yasalgan. Mikro GES fizik tajriba qurilmasining erkin oqimli suvlarda samarali elektr energiya ishlab chiqarishi uchun tuzilishini takomillashtirish masalasi ko‘rib chiqilgan. Mikro GES fizik tajriba qurilmasining erkin oqimli suvlarda samarali elektr energiya ishlab chiqarish jarayonlari tadqiqoti olib borilgan.

Kalit so‘zlar: erkin oqimli suvlar, mikro GES, mikro GES fizik tajriba qurilmasi, gidroturbina, kichik tezlikka ega sinxron generator, elektr energiya, samaradorlik.

МИКРОГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ СВОБОДНО ПОТОЧНЫХ ВОД

Шерзод ТОШЕВ Доцент кафедры Электроснабжения и возобновляемых источников энергии Национального исследовательского университета «ТИИИМСХ», к.т.н.

Шахноза ТОШЕВА Главный специалист АО «UZENERGYENGINEERING»

Аннотация: В данной статье представлены усовершенствование микроГЭС для эффективного производства электроэнергии из свободно поточных вод, использование малоскоростного синхронного генератора, а также исследования. Изготовлена физическая

MICRO HYDRO POWER PLANT DESIGNED FOR EFFICIENT PRODUCTION OF ELECTRICITY FROM FREE-FLOWING WATERS

Sherzod TOSHEV Associate Professor of the Department of Power Supply and Renewable Energy Sources at “TIIAME” National Research University

Shakhnoza TOSHEVA Chief specialist JSC “UZENERGYENGINEERING”

Abstract: In this article, the improvement of the micro-hydroelectric power plant for the efficient production of electricity from free-flowing water, the use of a small-speed synchronous generator and the research are presented. Micro-hydroelectric power plant physical experimental device designed for a lowspeed synchronous generator was made. The improvement of the structure of the physical

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 16 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 3 | 2024

экспериментальная установка микроГЭС, предназначенная для малоскоростного синхронного генератора. Рассмотрено усовершенствование конструкции физической экспериментальной установки микроГЭС для эффективного производства электроэнергии в свободно поточних водах. Проведены исследования на физической экспериментальной установке микроГЭС, эффективных процессов производства электроэнергии в свободно поточних водах.

Ключевые слова: свободно поточные воды, микроГЭС, физическая экспе­ риментальная установка микроГЭС, гидротурбина, малоскоростной синх­ ронный генератор, электроэнергия, эффективность..

experimental device of the micro-hydroelectric power plant for the efficient production of electricity in free-flowing waters has been considered. Research has been conducted on the physical experimental installation micro-hydroelectric power plant of efficient processes of electricity production in free-flowing waters. Keywords: free-flowing waters, micro-hydroelectric plant, micro-hydroelectric plant physical experiment, hydro-turbine, lowspeed synchronous generator, electric power, efficiency.

Kirish Maqolada erkin oqimli suvlardan elektr energiya ishlab chiqarishga mo‘ljallangan mikro GES fizik tajriba qurilmasining tuzilishini takomillashtirish uchun bir qancha tadqiqot ishlariga asosan olingan ilmiy natijalar bayon qilingan. Ma’lumki, Respublikamizda elektr energetika tizimi markazlashtirilgan bo‘lib, elektr energiya issiqlik elektr stansiyalari va gidroelektr stansiyalar orqali ishlab chiqariladi. Bugungi kunda esa quyosh va shamol elektr stansiyalari orqali, elektr energiya ishlab chiqarilib, markazlashtirilgan elektr tarmog‘iga uzatilmoqda.

Markazlashtirilgan elektr ta’minotidan olis hududlarda, yangi yirik elektr stansiyalarini qurish va elektr uzatish tarmoqlarini olis obyektlarga olib borish, bugungi kunda qayta tiklanadigan energiya manbalarida ishlaydigan mahalliy elektr stansiyalarini qurishdan ko‘ra samarasizdir. So‘nggi paytlarda taqsimlangan energiyani rivojlantirishda barqaror tendensiya kuzatilmoqda. Klaster va fermer xo‘jaliklari, bog‘dorchilik shirkatlari, kichik tadbirkorlik korxonalari, turizm va mehmonxonalar, shuningdek, chekka qishloqlarning rivojlanishi bilan atrof-muhitga zarar keltirmaydigan va ifloslantirmaydigan ishonchli avtonom kam quvvatli energiya manbalarini yaratish va joriy etish masalalari tobora dolzarb bo‘lib bormoqda.

Ko‘pgina mamlakatlarda, 2030-yilga kelib energiya balanslarida qayta tiklanadigan energiya manbalarining ulushini 30% va undan yuqori darajaga yetkazish bo‘yicha ulkan rejalar mavjud, shu jumladan, O‘zbekiston Respublikasida ham bu borada juda katta marralar belgilangan. Energiya tannarxini pasaytirish uchun qayta tiklanadigan energiya manbalarini kengroq joriy etish maqsadga muvofiqdir – bu zarur va hal qilinishi mumkin bo‘lgan vazifadir.

Zamonaviy global energetika sanoatida qayta tiklanadigan energiya manbalarida ishlaydigan qurilmalar alohida ahamiyatga ega. Ulardan foydalanish qazib olinadigan yoqilg‘idan foydalanishni qisqartirishga va bugungi kunda ba’zi hollarda undan butunlay voz kechishga yordam beradi. Erkin oqimli suvlar, nisbatan kichik daryo va kanallar gidroenergetika salohiyatidan foydalanishni

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 3 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

rivojlantirish orqali bir qancha muammolarga yechim bera olamiz. Kichik suv oqimlarining potensialidan mikro GESlar bilan samarali elektr energiya ishlab chiqarishda foydalanish orqali, elektr energiya ishlab chiqarishdagi qayta tiklanuvchan energiya qurilmalari ulushini sezilarli ko‘paytirishga erishamiz.

Olib borilgan nazariy va amaliy ilmiy tadqiqotlar natijasida [1-5], mikro GES fizik tajriba qurilmasi tuzilishi o‘zgartirilib samaradorligi ko‘rilgan. Shuningdek, ushbu mikro GES fizik tajriba qurilmasida kichik tezlikka ega sinxron generatorning foydali tomonlari ko‘rilgan.

Bugungi kunda erkin oqimli suv enеrgiyasidan foydalanib, elеktr enеrgiya ishlab chiqaradigan mikro GESni takomillashtirish va ishlab chiqarish dolzarb vazifalardan biridir [1-7]. Buning uchun erkin oqimli suvlarga mo‘ljallangan mikro GESning ish rejimlari [1,4] fizik tajriba modeli yordamida o‘rganiladi, tahlil qilinadi.

Ushbu maqolada ko‘rilayotgan, mikro GESning tuzilishi va generatori erkin oqimli suvlarda ishlashga takomillashtirilgan [1-7].

Dunyodagi bir qancha yetakchi universitetlarda suv enеrgiyasini elеktr enеrgiyaga aylantiruvchi mikro GESlarni takomillashtirish, elektromagnit jarayonlarini o‘rganish, ulardan foydalanishning samarali tеxnologiyalarini rivoj­ lantirish hamda yaratish bo‘yicha tadqiqot ishlari olib borilmoqda [1-13].

MDH mamlakatlari ichida o‘tgan 5 yil davomida gidroenergetika sohasida yangi GESlarni foydalanishga topshirish bo‘yicha O‘zbekiston yetakchi o‘rinni egallamoqda. Tadqiqotlar shuni ko‘rsatdiki, dunyo mamlakatlaridagi erkin oqimli kanal, daryolarning energetik potensiali juda katta.

Ushbu maqolada erkin oqimli suvlar uchun mo‘ljallangan mikro GES gidroturbinasi va generatorining tuzilishi va ish rejimlari fizik tajriba qurilmasi asosida olingan ma’lumotlarga asosan tahlil qilindi. Mikro GES gidroturbina va gеnеratorlarini erkin oqimli daryo, kanallarga moslashtirib ishlab chiqish, tеxnologik jihatdan rivojlantirish hisobiga tezligini talabga qarab moslashtirish hamda samarali elektr energiya ishlab chiqarish dolzarb hisoblanadi. Shuning uchun mikro GESning tuzilishini, ishchi g‘ildirak, kichik tezlikka ega generator xossalarini, ish rejimlarini o‘rganish katta ahamiyatga ega. Maqolada ilmiy hisob-kitoblarga asosan erkin oqimli suvlarga mos gidroturbina tuzilishi, ya’ni ishchi parraklari shakli, joylashish burchagi hamda generatorining ikkita disksimon rotorida qo‘zg‘atish chulg‘amlari bilan neodimli doimiy magnitlarning birgalikda joylashtirilishi, statori esa bir yoki uch fazali stator chulg‘amlari mahkamlangan kompozitsion materialdan yasalishi ko‘rilgan. Bunda mikro GES ish rejimlari, ulardagi elektromagnit jarayonlar, samarali ishlashi, foydali ish koeffitsienti, tannarxi kabi kattaliklari tahlil qilingan.

O‘zbekistonda erkin oqimli gidroenergetik potensiallar tahlili mikro GESdan foydalanish samarali ekanligini ko‘rsatdi. Shunga asosan, erkin oqimli suvlarga mo‘ljallangan mikro GES gidroturbinasi va kichik tezlikka ega generatorini takomillashtirish bo‘yicha ilmiy tadqiqotlarimizga asosan 1-rasmdagi erkin oqimli suvlarga moslashtirilgan mikro GES ishlab chiqildi. Bunda gidroturbina va kichik tezlikka ega sinxron generator o‘zaro moslashtirilib, mikro GES ishlab

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 18 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 3 | 2024

chiqildi va ilmiy tadqiqotlar olib borildi. Ishlab chiqilgan mikro GES erkin oqimli suvlarda ham elektr energiya ishlab chiqara olishi bilan ahamiyatga ega. Mikro GESning tuzilishi, 1-kichik tezlikka ega generator, 2-ponton, 3-mikro GES ramasi, 4-generatorni ushlab turuvchi asos, 5-lopastlari, 6-ishchi g‘ildirak lopastlarni ushlab turuvchi disklardan iborat. Bu mikro GES lopastlari erkin oqimli suvlarga mo‘ljallangan bo‘lib, ishchi burchaklar shunga qarab hisoblangan. Mikro GES erkin oqimli suvda pontonlar yordamida suv sathiga moslashadi. Mikro GES gidroturbinasi bilan kichik tezlikka ega sinxron generator o‘zaro reduktorsiz mahkamlanganligi afzalliklaridan biri hisoblanadi.

1-rasm. Mikro GES fizik tajriba qurilmasi. 1-kichik tezlikka ega generator, 2-ponton, 3-mikro GES ramasi, 4-generatorni ushlab turuvchi asos, 5-lopastlari, 6-ishchi g‘ildirak lopastlarini ushlab turuvchi disklar.

Erkin oqimli suvlarga moslashtirilgan mikro GESning, kichik tezlikka ega sinxron generatori bilan unga moslashtirilgan gidroturbina tuzilishi takomillashtirilgan bo‘lib, erkin oqimli suvlarda ham samarali elektr energiya ishlab chiqarish imkonini beradi.

1-jadvalda mikro GESining o‘lchamlari berilgan. 1-jadval.

Mikro GES Soni Quvvati Og‘irligi Uzunligi Kengligi texnik (kg) (sm) (sm) (dona) (kWt) kattaliklari

Ishchi g‘ildirak 40 135 70 8 parraklari Pontonlari 100 80 50 4

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 3 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

Kichik tezlikka ega sinxron generatorning og‘irligi va o‘lchami uning stator va rotor diametri D va uzunligi l orqali aniqlanadi [1,2]:

generator uchun Arnold doimiysi CA=6.1∙107 / αi ∙kF ∙ kO ∙ A ∙ Bδ formula yordamida topiladi. Hisoblangan quvvat quyidagi formula yordamida aniqlanadi:

Bu Buyerda yerdakek=e =EiE/ iU /Un– n –yakor yakorchulg‘ami chulg‘ami EYuKini EYuKini xarakterlovchi xarakterlovchi koeffitsiyent. koeffitsiyent. DoimiyDoimiy magnitmagnit hamdahamdako‘ndalang ko‘ndalang o‘q o‘q bo‘yicha bo‘yicha joylashgan joylashganqo‘shimcha qo‘shimcha qo‘zg‘atish qo‘zg‘atish chulg‘mli, chulg‘amli, kichik kichik tezlikli ega tezlikka sinxron sinxrongenerator ichki quvvat generator isroflariisroflari ichki quvvat ΔP ΔP kichikligi tufayli energetik samaradorligi yuqoriligi bilan ajralib turadi. kichikligi tufayli energetik samaradorligi yuqoriligi bilan ajralib turadi. Generator Generator ichki isroflari quyidagi formula yordamida hisoblanadi: ichki isroflari quyidagi formula yordamida hisoblanadi: ΔPΔP = ΔP = ΔP + ΔP mismis + ΔP po‘iat + ΔP po‘lat + ΔP qo‘sh qo‘sh

2-rasm. Generatorning umumiy ko‘rinishi. 8-val, 9-korpus 2-rasm. Generatorning umumiy ko‘rinishi. 8-val, 9-korpus. Doimiy magnit hamda ko‘ndalang o‘q bo‘yicha joylashgan qo‘shimcha qo‘zg‘atish chulg‘mli, kichik tezlikli sinxron generator texnik kattalikari Doimiy magnit hamda ko‘ndalang o‘q bo‘yicha joylashgan qo‘shimcha 2-jadvalda berilgan. qo‘zg‘atish chulg‘amli, kichik tezlikka ega sinxron generator texnik kattalikari 2-jadvalda berilgan. 2-jadval. P [W] 800 2-jadval. U [V] 24 P [W] I [A] 34 800 n [ayl/daq] 167 U [V] m [kg] 6 24 l [mm] 110 I [A] 34 D [mm] 175 n [ayl/daq] 2p 18 167 τ [mm] 29 m [kg] 6 cosφ 0,8

Erkin oqimli suvlardan elektr energiya ishlab chiqarishga mo‘ljallangan O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 20 mikro GES sinxron generatorining ish rejimi bo‘yicha Prak-Gorev tenglamalari УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА asosidagi matematik modeli ifodalangan model yordamida UZBEKHYDROPOWER VOLUME tadqiqot6 o‘tkazilib, | ISSUE 3 | 2024 tok va kuchlanishlar xarakteristikalari olingan.

Erkin oqimli suvlardan elektr energiya ishlab chiqarishga mo‘ljallangan mikro GES sinxron generatorining ish rejimi bo‘yicha Prak-Gorev tenglamalari asosidagi matematik modeli ifodalangan model yordamida tadqiqot o‘tkazilib, tok va kuchlanishlar xarakteristikalari olingan.

Bu mikro GES boshqa analoglaridan generatori, gidroturbinasining kichik tezlikga moslashtirilganligi bilan ahamiyatga ega. Bunda mikro GES generatori stator chulg‘amining barcha qismi elеktr enеrgiya ishlab chiqarishda foydali ishlashi, ya’ni stator chulg‘amining barcha qismi aktiv bo‘lib, magnit maydon kuch chiziqlari kеsib o‘tishiga erishildi. Bu kichik tеzlikli gеnеrator suv oqimining kichik va yuqori tеzliklarida ishlay olishi uning yana bir afzalliklaridan hisoblanadi.

3-rasm. Mikro GES generatorini yig‘ish jarayoni.

Mikro GESning ish rejimlarini tadqiq qilish uchun MatLab dasturi Simulink paketi imitatsion modelini quramiz.

PRINT ISSN 3060-4672 O‘ZBEKGIDROENERGETIKA

VOLUME 6 | ISSUE 3 | 2024 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER

4-rasm. Mikro GESning ish rejimlarini tadqiq qilish imitatsion modeli. 4-rasmda, mikro GES Simulink paketi asosidagi imitatsion modeli kel­ tirilgan. Mikro GESning bu imitatsion modeli yordamida ish rejimlaridagi elektr kattaliklarini tahlil qilish imkoniyati yaratilgan. Quyida imitatsion model yordamida olib borilgan mikro GES tadqiqoti natijasida 5, 6, 7-rasmlarda qisqa tutashuv toklari va ochiq fazadagi o‘ta kuchlanish grafiklari olingan.

5-rasm. Mikro GESning ikki fazali qisqa tutashish rejimidagi faza toklari grafigi.

6-rasm. Mikro GESning ikki fazali nol qisqa tutashish rejimidagi faza toklari grafigi.

O‘ZBEKGIDROENERGETIKA PRINT ISSN 3060-4672 22 УЗБЕKГИДРОЭНЕРГЕТИКА UZBEKHYDROPOWER VOLUME 6 | ISSUE 3 | 2024

ТЕОРИЯ 6-rasm. ИMikro ПРАКТИКА THEORY GESning ikki fazali nol qisqa tutashish rejimidagi faza AND toklari PRACTICE grafigi

7rasm. Mikro GESning bir fazali qisqa tutashish rejimidagi faza kuchlanishlari grafigi 7-rasm. Mikro GESning bir fazali qisqa tutashish rejimidagi faza kuchlanishlari grafigi. Xulosalar Maqolada keltirilgan mikro GESning asosiy qismlari yangi kichik tezlikli Xulosalar gidroturbina va generatorlarning tan narxi xorijiy analoglaridan 50% arzon, ulardan Maqolada yengil, tuzilishi soddamikro keltirilgan qilib tayyorlangan. 1-4qismlari GESning asosiy m/sek erkin yangioqimli kichiksuvlarda tezlikka samarali elektr energiya ega gidroturbina ishlab chqarishga tannarxi va generatorlarning moslashtirilgan. xorijiy analoglaridan 50% arzon, ulardan yengil, tuzilishi sodda qilib tayyorlangan. 1-4 m/sek erkin oqimli suvlarda samarali elektr energiya ishlab chqarishga moslashtirilgan.

Sinxron generatorning tuzilishi takomillashtirilganligi, ya’ni doimiy magnit bilan birgalikda qo‘shimcha chulg‘amning qo‘llanilishi natijasida kichik tezlikdagi ega shamol oqimlarida samarali elektr energiya ishlab chiqarish imkonini beradi.

Mikro GESning fizik tajriba qurilmasi yordamida uning elektromagnit jarayonlari va ish rejimlari tadqiq qilindi. Mazkur mikro GESning fizik tajriba qurilmasi yordamida olib borilgan tadqiqot natijalariga ko‘ra erkin oqimli suvlardan elektr energiya ishlab chiqirish samaradorligi yuqori ekanligi aniqlandi.