В статье исследуется низконапорная микроГЭС с нижнебойным водяным колесом, предназначенная для работы на малых водотоках при ограниченном брутто-напоре. Актуальность работы определяется тем, что в системах такого типа энергетическая эффективность зависит не только от параметров самого гидродвигателя, но и от гидравлического совершенства водоподводящего тракта. При малых напорах даже сравнительно небольшие потери в подводящих элементах могут заметно снизить полезный напор, ухудшить условия работы колеса и сузить область устойчивого функционирования установки. Целью исследования является разработка и применение расчетной модели, позволяющей количественно оценить влияние потерь по длине, местных сопротивлений и засорения водозаборной решетки на чистый напор и расчетную электрическую мощность микроГЭС. Методически работа основана на балансовом определении чистого напора, использовании расчетных уравнений для оценки гидравлических потерь в подводящем тракте и сравнительном параметрическом анализе двух конфигураций – базовой и оптимизированной. Оптимизация выполнена методом дискретного перебора 81 сочетания параметров, включающих диаметр подводящего трубопровода, живое сечение решетки и характеристики поворотных участков. Расчеты показали, что оптимизированный вариант обеспечивает расширение рабочего диапазона по расходу с 0,056 до 0,178 м?/с, увеличение максимальной расчетной мощности с 0,192 до 0,608 кВт и снижение чувствительности установки к засорению решетки. Сделан вывод о том, что рационализация водозаборного узла и водоподводящего тракта является важным условием повышения эффективности низконапорной микроГЭС.

This paper investigates a low-head micro-hydropower plant with an undershot water wheel designed for operation on small watercourses under limited gross head conditions. The relevance of the study is determined by the fact that, in systems of this type, energy efficiency depends not only on the characteristics of the hydraulic prime mover itself, but also on the hydraulic quality of the water conveyance system. Under low-head conditions, even relatively small losses in the conveying elements may significantly reduce the useful head, worsen the operating conditions of the wheel, and narrow the range of stable operation of the plant. The aim of the study is to develop and apply a computational model that makes it possible to quantitatively assess the influence of friction losses, local hydraulic resistances, and clogging of the intake trash rack on the net head and the calculated electric power output of the micro-hydropower plant. Methodologically, the work is based on the head-balance approach, the use of calculation equations for evaluating hydraulic losses in the water conveyance tract, and a comparative parametric analysis of two configurations, namely the base and the optimized variants. The optimization was carried out by means of a discrete search over 81 parameter combinations, including the diameter of the penstock, the effective open area of the trash rack, and the characteristics of bend sections. The calculations showed that the optimized variant provides an expansion of the operating discharge range from 0.056 to 0.178 m?/s, an increase in the maximum calculated power from 0.192 to 0.608 kW, and a lower sensitivity of the plant to trash rack clogging. It is concluded that the rational improvement of the intake unit and the water conveyance tract is an important condition for increasing the efficiency of a low-head micro-hydropower plant.