经过四年的综合分析和测试, 宾夕法尼亚州立大学(Penn State)成功制造并测试了快速部署, 高效水轮发电系统样机. 这种模块化和可扩展的涡轮发电机是为各种低水头站点的发电而开发的,具有显著降低能源水平成本的潜力. 该大学的设计使用了基于状态的健康监测系统来降低O&M和使先进的控制汽轮发电机系统的性能. 基于状态的维护和优化控制的结合可能会提高水电机组的可靠性和运行可用性.

WPTO支持PSU的项目专注于生产一种能够以更低的成本灵活部署的设备. 0.直径2米的原型设计可用于广泛的低水头水电应用, 头长10-30米不等, 输出功率在100千瓦到1兆瓦之间. 低水头水力发电站往往比高水头水力发电站表现出更高的流量变异性, 宾夕法尼亚州立大学开发了其变速永磁发电机系统,以在宽工作范围内实现高效率. 使用传统和增材制造技术, 由于材料强度的原因,宾夕法尼亚州立大学在选择316L-a型不锈钢作为原型叶片合金之前生产了几个叶片, 耐蚀性, 可焊性, 和成本.

 

产品的先进制造和验证测试.
产品的先进制造和验证测试.
由宾夕法尼亚州立大学提供

涡轮机原型是在该大学的应用研究实验室水洞中制造和测试的. 该团队在隧道测试过程中模拟了典型的故障情况,以生成真实的故障数据,并验证系统识别问题的能力. 结果表明,宾州州立大学设计的初始资本成本与现有的商业解决方案相比具有竞争力, 在广泛的流量范围内,液压效率接近90%. 该团队还展示了增材制造的关键优势,例如额外的设计自由度, 初始材料采购最小化, 最小的后处理加工, 并消除固定工装. 未来的工作将主要集中在将该设备商业化以获得更广泛的应用.

如需更多信息,请联系 Nicholas A Jaffa.

低影响水电发展的创新成功案例