Экология потребления.Наука и техника:Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы по мощности сравнимы с солнечными батареями и ветряками, но производят гораздо больший объем электроэнергии.
Поскольку тарифы на электроэнергию в последнее время начали расти, все большую актуальность среди населения приобретают возобновляемые источники электроэнергии, позволяющие получать электричество практически бесплатно. Среди известных человечеству подобных источников стоит выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, а также домашние гидроэлектростанции. Но последние являются достаточно сложными, ведь работать им приходится в очень агрессивных условиях. Хотя это вовсе не говорит, что мини-ГЭС своими руками соорудить невозможно.
Чтобы сделать все правильно и качественно, главное – подобрать правильные материалы. Они должны обеспечивать максимальную долговечность работы станции. Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы, мощность которых сравнима с аналогичной у солнечных батарей и ветряков, могут производить гораздо больший объем энергии. Но хотя от материалов и зависит многое, на них все не заканчивается.
РАЗНОВИДНОСТИ МИНИ-ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Существует большое количество разнообразных вариаций мини-ГЭС, каждая из которых имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Выделяют следующие виды этих устройств:
- гирляндную;
- пропеллерную;
- ротор Дарье;
- водяное колесо с лопастями.
Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.
Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.
Что касается пропеллерной ГЭС, то представляет она собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина лопастей у такого ветряка не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.
Что касается других условий, то параметры лопастей ротора рассчитывают отдельно. А ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
Если рассматривать гирляндную ГЭС, то у нее имеется ряд очевидных недочетов. Во-первых, длинный трос, используемый в конструкции, представляет опасность для окружающих. Также большую опасность представляют скрытые под водой роторы. Ну а вдобавок, стоит отметить низкие показатели КПД и большую материалоемкость.
Что касается недостатков ротора Дарье, то чтобы устройство начало вырабатывать электроэнергию, его нужно предварительно раскрутить. Правда, при этом отбор мощности производится прямо над водой, так что как бы ни изменился поток воды, генератор будет вырабатывать электричество.
Все вышеперечисленное является факторами, которые делают более популярными гидротурбину для мини-ГЭС и водяные колеса. Если рассматривать ручное сооружение подобных устройств, то они не так уж и сложны. А в добавок, при минимальных затратах такие мини-ГЭС способны выдавать максимальные показатели КПД. Так что критерии популярности очевидны.
С ЧЕГО НАЧИНАТЬ СТРОИТЕЛЬСТВО
Возведение мини-ГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек. Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, бросить щепку в воду, и засечь время, за которое она пройдет отмеренную дистанцию.
В конечном итоге, если 10 метров разделить на количество затраченных секунд, получится скорость реки в метрах в секунду. Стоит учитывать, что нет толку сооружать мини-ГЭС в местах, в которых скорость потока не превышает 1 м/с.
Если нужно разобраться, как делают мини-ГЭС в местности, где небольшая скорость реки, то можно попытаться добиться увеличения потока путем организации перепада высот. Сделать это можно через установку сливной трубы в водоем. При этом диаметр трубы будет непосредственно влиять на скорость потока воды. Чем меньше будет диаметр, тем быстрее будет течение.
Подобный подход позволяет организовать мини-ГЭС даже в том случае, если возле дома будет проходить небольшой ручеек. То есть на нем организовывается разборная плотина, ниже которой производится монтаж непосредственно мини-гидроэлектростанции для питания дома и бытовых приборов. опубликовано
Мини ГЭС – это малая гидроэлектростанция, которая вырабатывает не большое количество электрической энергии.
Принцип работы мини ГЭС
Принцип работы малых гидроэлектростанций ничем не отличается от принципа работы станций большой мощности. Вода водного образования, реки, озера, водохранилища, под действием напора, создаваемого своей массой, перемещается в заданном направлении и поступает на лопасти гидравлической турбины. Турбина передает свое вращательное движение на вращательное движение генератора, который вырабатывает электрический ток.
Напор воды создается путем строительства плотины или естественным течением воды, либо обоими способами одновременно.
Классификация устройств
Малыми считаются гидроэлектростанции вырабатывающие мощность до 5,0 МВт.
Существующие малые гидроэлектростанции классифицируются по:
1. Принципу действия
- Использование «водяного колеса» – в этом случае приемное колесо помещается в водную среду параллельно поверхности воды, при этом погружается лишь частично. Водные массы осуществляя давление на лопасти колеса, приводят его во вращательное движение, которое передается на вращательное движение генератора.
- Гирляндная конструкция – в данной варианте устройства с противоположных берегов прокладывается трос, на который жестко крепятся роторы. Массы воды поступательно перемещаясь вращают роторы. Вращательное движение роторов передается на трос, который, в свою очередь, вращаясь передает свое вращательное движение на вращательное движение генератора. Генератор устанавливается на берегу.
- С ротором Дарье – основой работы устройств данного типа является разность давлений на лопастях ротора. Разность давлений создается путем обтекания водой сложных поверхностей ротора.
- С пропеллером – принцип действия аналогичен работе ветрового генератора, с разницей в том, что в случае мини ГЭС лопасти помещены в водную среду.
2. Возможности применения
- Промышленное использование (180 кВт и выше) — используются для электроснабжения предприятий или реализации потребителям.
- Коммерческое использование (до 180 кВт) — используют для электроснабжения мало энергоемких предприятий и группы домов.
- Бытовое использование (до 15 кВт) — используются для электроснабжения индивидуальных домов и малых объектов.
3. По конструкции турбины
- Осевые – в агрегатах этой конструкции вода движется вдоль оси турбины и попадет на лопасти, которые приходят во вращение.
- Радиально-осевые – в этой конструкции вода изначально движется радиально по отношению оси турбины, а затем в соответствии с осью ее вращения.
- Ковшовые — вода поступает на поверхность ковша (лопатки) через сопла, благодаря которым скорость воды увеличивается, она ударяется о лопатку турбины, турбина вращается, в работу вступает следующая лопатка и процесс продолжается
- Поворотно-лопастные — лопасти поворачиваются вокруг своей оси одновременно с вращением турбины.
4. По условиям монтажа
Плюсы и минусы устройства
К преимуществам использования можно отнести:
- Экологическую безопасность установок для окружающей среды;
- Неисчерпаемый источник энергии;
- Низкая стоимость вырабатываемой энергии;
- Автономность работы установок;
- Надежность установок;
- Продолжительный срок эксплуатации.
К минусам использования относятся:
- Потенциальная опасность для обитателей водных объектов;
- Ограниченная возможность условий монтажа установки.
Производители установок и оборудования
Производством оборудования для мини ГЭС занимается ограниченное количество предприятий как в нашей стране, так и за рубежом. Объясняется это ограниченностью применения малых гидроэлектростанций обусловленную малым наличием необходимых водных объектов, а также тенденциями развития энергетики в разных странах.
Из зарубежных фирм успешно работающих в этой области бизнеса это
- «CINK Hydro-Energy» Республика Чехия – выполняет весь комплекс работ от проектирования и поставки оборудования, до монтажа и запуска установок в работу.
- «Micro hydro power» Китай – производит и реализует комплекты оборудования для небольших установок бытового применения.
- Инженерно-техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан. Компания производит и реализует гидрогенераторы для малых ГЭС.
В России на этом рынке работают
- ООО «АЭнерджи» г. Москва. Компания занимается поддержкой развития альтернативных источников энергии. В области малой гидроэнергетики компания предлагает весь спектр услуг от проектирования до сервисного обслуживания сданных установок.
- Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» г. Санкт-Петербург. Фирма занимается проектированием и разработкой оборудования для мини ГЭС, изготовлением и монтажом своей продукции. В линейке выпускаемой продукции имеется:
- Мини ГЭС с пропеллерным рабочим колесом мощность от 5,0 до 100 кВт;
- Мини ГЭС с диагональным рабочим колесом, мощностью 20,0 кВт;
- Мини ГЭС с ковшовым рабочим колесом мощностью до 180 кВт;
- Гидроагрегаты для малых ГЭС.
- Компания «НПО Инверсия» г. Екатеринбург. Фирма производит оборудование и комплекты мини ГЭС мощностью до 10 кВт.
Мини ГЭС своими руками
Для того чтобы изготовить своими руками необходима смекалка, умение работать руками и водный объект, 
да кое-что по мелочам, как то автомобильный генератор, колесо от любого средства передвижения и передаточный механизм (шкивы, шестерни, зубчатая передача).
В начале необходимо изготовить водяное колесо. Для этого берется колесо от велосипеда, мотоцикла или автомобиля. По диаметру колеса крепятся лопасти, для это можно использовать любой материал, лишь бы он был прочным и не гнулся – железо, фанера, твердый пластик, эбонит и т.д. Крепить лучше всего болтовым соединением, чтобы была возможность заменить поврежденные в процесс работы лопасти. Лопасти располагаются на равном расстоянии друг от друга.
Изготавливается каркас, на котором закрепляется колесо. В местах крепления к каркасу необходимо предусмотреть установку подшипников в которые вставляется ось вращения колеса. На один конец оси монтируется большой шкив или большая по размеру звездочка. На ось генератора насаживается малый шкив или меньшая звездочка.
Вариант самодельной мини ГЭС с вертикальной установкой колеса
Колесо помещается в воду, это может быть вертикальная установка в плоскости перпендикулярной поверхности воды, либо горизонтальная – когда колесо погружается в воду целиком. Во втором случае необходимо учесть, что колесо должно быть погружено в воду не более чем на 2/3 толщины диска.
Шкивы между собой соединяются посредством ремня, а звездочки посредством цепи.
Система готова к работе.
Независимый источник электроэнергии в загородном особняке - первая необходимость. Рынок электротоваров предлагает широкий ассортимент генераторов электрического тока различных конструкций: газовые, инверторные, бензиновые, дизельные. Среди них водяные электрогенераторы занимают особое место, благодаря своим преимуществам и экономии в расходовании топлива. Выработка электричества из природных источников - наиболее экологичный и малозатратный способ производства энергетического ресурса.
Область применения и особенности устройства
Различная область применения
Данные гидравлические устройства могут применяться для различных бытовых и хозяйственных потребностей:
- В сельском хозяйстве;
- Городках геологов;
- В речном транспорте;
- На базах отдыха;
- В горнодобывающей промышленности;
- На дачных и загородных участках.
Для преобразования разного рода энергии в электрическую. Устройство прибора простое: двигатель, сам генератор и корпус.
Смотрим видео, область применения генераторных установок и их виды:
В зависимости от типа силовой установки генераторы разделяются на:
Также генераторы бывают водяные и на солнечных батареях. Водяной электрогенератор отличается от дизельного или бензинового большей экономичностью в эксплуатации и абсолютной экологичностью. Если рядом с загородным домом протекает река или ручей, расходная сумма на обслуживание станции равняется нулю.
Принцип работы
Производство энергии посредством вращения конструктивного элемента применялось с давних пор, достаточно вспомнить водяные мельницы. Водяной генератор для производства электрической энергии мало отличается от старинных приспособлений.
Смотрим видео, простейший механизм работы:
Вам нужно подсоединить шланг устройства к источнику воды (ручей, водопроводный кран, бак кабинки для душа), а вращение лопастей колеса под напором воды будет передавать энергию на сам генератор. В свою очередь, генератор будет перерабатывать полученную энергию в ток соответствующей частоты (переменный либо постоянный).
Виды гидрогенераторов
Промышленные изделия различаются по параметрам производимой мощности. Для бытовых нужд используют маломощные гидросистемы (10-100 кВт) с вертикальным положением оси вращения ротора, работающие на основе небольших водотоков. Для нужд промышленности аппараты конструируют с горизонтальным вращательным движением оси.
Водяное колесо
В бытовых целях используют бесплотинный вид мини-ГЭС, который разделяют на 4 вида:
- Водяное колесо;
- Гирлянда ГЭС;
- Ротор Дарье;
- Пропеллер.
Водяное колесо представляет собой вращающийся элемент с лопастями, который устанавливают перпендикулярно движению воды, погружая наполовину или чуть меньше. Посредством водного давления на лопасти создается вращение колеса и преобразование энергии.
Конструкция гирлянды для генератора водяного представляет собой трос с зафиксированными роторами, перекинутый с одного на другой берег реки. Один конец троса прикреплен к генератору, а второй - закреплен подшипником. Погруженные в воду роторы начинают вращаться под напором потока, вызывая вращение троса. В результате генерируется электроэнергия.
Ротор Дарье
Ротор Дарье представляет собой вертикальный вращающийся элемент, который приводится в движение за счет изменения давлений на лопастях сложной конструкции. Именно обтекание потоком сложной поверхности и создает перепад давлений.
Водяной генератор-пропеллер напоминает собой «ветряк», оснащенный ротором, но установленный под водой. Ширина лопастей (2 см) имеет необходимые размеры для создания максимальной скорости вращения при минимальной нагрузке сопротивления. Однако размеры лопастей нужно подбирать в соответствии с течением водного потока, их показатели могут разниться.
В быту получили распространение гидроустановки пропеллерного типа и колеса. Преимущество данных приборов - высокий КПД при минимуме затрат.
Обзор продукции
Производители выпускают мини гидростанции бытового использования для генерирования тока постоянной и переменной частоты в трехфазном и однофазном исполнении. Для выработки электричества необходим небольшой напор воды - до 12 л/сек. Как правило, данные гидроустановки применяются в местах с протеканием небольших рек или в местности с природным/искусственным водопадом, а также с построенной плотиной.
Мини генератор Ct-02 (Китай)
- Мощность - 5 кВт;
- Вырабатываемый ток - 50 Гц;
- Скорость вращения - 30-3000 об/мин;
- Ток - переменный.
Продукцию можно приобрести под заказ, обозначив необходимые параметры. Начальная цена - 30 000 рублей.
Мини генератор для дома xj13 (Китай)
- Мощность - 8,5 кВт;
- Вырабатываемый ток - 50 Гц;
- Скорость вращения - 145-1920 об/мин;
- Ток - переменный.
Данная модель горизонтальной установки имеет свои преимущества, малый вес и небольшие объемы. Аппарат можно легко установить в приусадебном участке. Цена - от 16 000 рублей.
Гидрогенератор LPWG
Гидрогенератор LPWG
- Мощность - 5 кВт;
- Вырабатываемый ток - 50 Гц;
- Скорость вращения - 500 об/мин;
- Ток - переменный.
Данная гидросистема с горизонтальной подачей воды обеспечит током приусадебное хозяйство либо загородный дом. Покупка водяного генератора электрического тока обойдется в 49 596 рублей.
Как сделать гидроэлектростанцию самостоятельно
Создание водяного электрогенератора своими руками - процесс увлекательный. Можно сконструировать на основе обычного велосипедного генератора. Во-первых, следует определить скорость течения водного потока с помощью секундомера. Если скорость будет недостаточная, придется создать перепад высот, например, установив сливную трубу.
Смотрим видео, делаем поэтапно своими руками:
Вам нужно вырезать из алюминиевого листа несколько лопастей шириной 2-4 см. Длина лопастей должна совпадать с диаметром велосипедного колеса (от обода до втулки). Затем лопасти устанавливаются между спицами и фиксируются при помощи плоскогубцев. Колесо погружается в воду на треть. Очень неплохой вариант выработки электроэнергии в походе для освещения палатки и зарядки телефонов.
Выбираем электрогенератор
Мощность
- Для постоянного обеспечения энергией частного загородного дома вполне хватит мощности 20-30 кВт.
- Чтобы точно определить требуемую мощность, нужно сложить показатели потребляемой мощности всех бытовых приборов и добавить лампы освещения.
- Следует учитывать, что к общей сумме мощности нужно добавить еще процентов 20 сверху с учетом пусковых токов.
- Если вы работаете с электроприборами строительного назначения, величина требуемой мощности должна быть в три раза больше (до 100 кВт).
Цены и производители
Рынок товаров обеспечивается разными поставщиками и компаниями-производителями. Ценовой фактор формируется в зависимости от раскрученности бренда. В последнее время хорошо себя зарекомендовали китайские производители. Благоприятное сочетание качества и цены заслуживает внимания.
Для начала определимся с принципом работы и типами небольших ГЭС. Течение реки или падающий водный поток вращает лопасти турбины и гидропровод, который соединен с электрогенератором ‑ последний и вырабатывает электроэнергию. Современные компактные ГЭС имеют автоматическое управление с возможностью мгновенного перехода на ручной режим в случае аварийной ситуации. Конструкции современных заводских ГЭС позволяют свести к минимуму производство строительных работ при монтаже оборудования.
Виды мини гидроэлектростанций
К мини электростанциям относятся генерирующие устройства мощностью от 1 до 3000 кВт. Принципиально ТЭС состоит из:
- турбины (водозаборного устройства);
- генерирующего блока;
- системы управления.
По типу водных ресурсов, используемых для генерации, мини ГЭС бывают:
- Русловые. Такие станции строятся на небольших равнинных реках с водохранилищами.
- Горные. Стационарные станции, которые используют энергию быстрого горного течения.
- Промышленные. Станции, использующие перепады потока воды на промпредприятиях.
- Мобильные. Станции, использующие для водного потока армированные рукава.
Плотинные типы станций отличаются высокой мощностью, но строительство плотины обходится дорого, да и без разрешений в этом случае не обойтись. Связываться с чиновниками в нашей стране – не просто усложнить себе жизнь, а ставить под сомнение реализацию самых благих намерений, поэтому откажемся от этой затеи сразу.
Как работает мини ГЭС
Принципиальную схему работы ГЭС можно выбрать из нескольких вариантов:
- Гирляндная ГЭС. С одного берега реки на другой под водой проложен трос с нанизанными на него роторами. Течение вращает роторы и, соответственно, сам трос. Один конец троса в подшипнике, другой соединен с генератором.
- Пропеллер. Подводная конструкция, напоминающая ветряк с узкими лопастями и вертикальным ротором. Лопасть шириной всего 20 мм при большой скорости вращения обеспечит минимальное сопротивление. Лопасть такой ширины выбирается при скорости потока 0,8–2, 0 м в сек.
- Водяное колесо. Колесо с лопастями, частично погруженное в поток, и расположенное под прямым углом к поверхности воды. Поток воды давит на лопасти, вращая колесо.
- Ротор Дарье. Вертикальный ротор со сложными поверхностями лопастей. Жидкость, обтекая лопасти, создает разное давление, за счет чего происходит вращение.
На фото мини ГЭС на основе водяного колеса
Как оценить потенциальную мощность мини ГЭС
До строительства мини гидроэлектростанции своими руками нужно определить мощность, на которую можно рассчитывать. Существует справочное соотношение между скоростью потока воды и мощностью, которая может сниматься с вала в кВт при диаметре винта 1 м.
Скорость потока определяется замером времени, за которое щепка, брошенная в воду, пройдет определенное расстояние. Сделав несложные расчеты, получим скорость потока в метрах в секунду. Если в данном случае скорость менее 1 м/сек, то строительство ГЭС будет экономически нецелесообразно.
При скорости потока 2,5 м/с мощность составит 0,86 кВт, при 3 м/с – 1,24 кВт, при 4 м/с – 2,2 кВт. Соотношение описывается зависимостью: мощность ГЭС пропорциональна кубу скорости потока воды. Если скорость потока на участке предполагаемого строительства мала, ее можно попытаться увеличить устройством перепада высот потока или установкой сливной трубы с изменяемым диаметром на выходе из водоема. Чем меньше будет диаметр трубы на выходе, тем больше получится скорость потока.
Как сделать мини ГЭС в домашних условиях
Принцип работы небольшой самодельной ГЭС можно понять на примере велосипеда с фарой и динамо-машиной (генератором).
- Из кровельного железа делаем три лопасти длиной, равной радиусу велосипедного колеса (расстоянию от центральной втулки до обода колеса) и шириной 3-4 см.
- Устанавливаем лопасти между спицами колеса, загнув для крепления край лопасти вокруг спиц. Лопасти должны быть выставлены равномерно с сохранением одинаковых углов между ними.
- Погружаем колесо с лопастями в быструю реку на глубину от трети до половины диаметра колеса. Вырабатываемой электроэнергии будет достаточно, например, для освещения палатки.
Чертеж одного из вариантов строительства мини ГЭС
Примером может служить небольшая ГЭС для фермерского хозяйства мощностью 3-5 кВт из подручных материалов:
- Ротор можно сделать из старого металлического кабельного барабана диаметром 2,2 м. При помощи болгарки и сварки под углом 45 градусов к радиусу нужно вварить 18 лопастей. Вращается ротор на подшипниках. Опора – труба металлическая или уголок.
- На роторе нужно установить цепной редуктор с передаточным числом (коэффициентом передачи) 4. Далее вращение будет передаваться через карданный вал ВАЗ 2101. Использование кардана уменьшит вибрацию, а также соосность привода и генератора при использовании вала будет некритичной.
- Понадобятся повышающий редуктор (коэффициент – 40) и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора около 3000 об/мин. Общий коэффициент редукции двух редукторов составит 40 х 4 = 160. Генератор следует закрыть кожухом для защиты от влаги и безопасности. Расчетное вращение водяного колеса должно составить около 20 оборотов в минуту.
- Под генератор можно приспособить асинхронный двигатель, а блок управления взять от любого небольшого станка. Понадобится кабель ВВГ НГ 2х4 длиной от ротора до фермерских построек.
Выводы
Суммарные расходы на изготовление составят около 10-15 тысяч рублей. Основная статья расходов – заработная плата сварщику и рабочему, помогающим сделать и собрать конструкцию.
Главными преимуществами такого оборудования являются низкая стоимость электроэнергии, экологическая безопасность, неисчерпаемость источника энергии и простота конструкции.
Подробно описывать, для чего может понадобиться микро-ГЭС , смысла нет – ответы на этот вопрос очевидны. Коротко скажем лишь, что из общеизвестных альтернативных источников энергии – солнечные генераторы, ветро- и гидроэлектростанции – последние являются потенциально наиболее мощными при меньшей себестоимости. Кроме того, вы не зависите от погодных факторов – ветра или солнца.
Значимым плюсом самодельной микро-ГЭС является также относительная дешевизна и доступность материалов. Покупка заводской ГЭС может обойтись вам в 1000-10000$,
Однако именно мини-ГЭС являются наиболее сложными в проектировании и изготовлении, особенно для неподготовленного человека. Например, энтузиасту Лукмону Ахмедову (Таджикистан) для изготовления собственного варианта электростанции потребовалось около 2 лет. При написании данной статьи мы постарались изложить достаточно подробно и наглядно весь процесс, по шагам. Надеемся, с нашей помощью у вас это займет гораздо меньше времени.
Виды микро ГЭС
Отметим сразу, что в этой статье речь будет идти об изготовлении бесплотинных микро-ГЭС своими руками. Устройство плотины – сложная и дорогостоящая задача, также вам придется потратить немало времени на согласование с властями. С бесплотинными ГЭС все гораздо проще: они экологичнее, а их основной недостаток – меньшая мощность – не критичен, ведь энергия нам нужна для частных, относительно небольших, нужд.
Отдельно отметим, что под «микро-ГЭС» подразумевают агрегат мощностью до 100КВт.
Итак, бесплотинные ГЭС бывают 4 видов: «гирляндная» ГЭС, «водяное колесо», ротор Дарье и «пропеллерная». Также бесплотинные ГЭС часто называют «проточными» или «свободнопроточными».
- Гирляндная ГЭС была разработана советским инженером Блиновым в середине XX века. Она состоит из небольших турбин — гидровингроторов, нанизанных в виде бус на тросе, который переброшен через реку. Один конец троса прикреплен к опорному подшипнику, а второй — вращает вал генератора. Трос в данном агрегате выполняет задачу вала, чье вращение которого передается к валу генератора. К минусам гирляндной ГЭС можно отнести относительную дороговизну, опасность для окружающих (вполне вероятно, такой проект придется согласовывать с властями, соседями) и невысокую выходную мощность.
- Водяное колесо устанавливается перпендикулярно поверхности воды и погружено в воду менее, чем наполовину. Приводить его в действие можно двумя способами: либо течение воды давит на лопасти в нижней части колеса, заставляя его вращаться, либо же поток воды падает на колесо сверху (см. фото ниже). КПД последнего варианта намного выше. При изготовлении турбины этого типа основным вопросом является грамотный выбор формы лопастей, которая позволит наиболее эффективно использовать энергию воды.
- Ротор Дарье представляет собой вертикальный ротор с лопастями специальной конструкции. Благодаря ей поток воды давит на лопасти с разной силой, за счет чего и происходит вращение. Данный эффект можно сравнить с подъемной силой крыла самолета, которая возникает вследствие разности давлений над и под крылом.
- Пропеллер по своей конструкции схож с пропеллером ветрогенератора (отсюда, собственно, и название) или винтом корабля. Однако лопасти подводного пропеллера, как правило, намного уже, что позволяет использовать энергию потока более эффективно. Например, для реки со скорость течения 1-2 м/с достаточно ширины в 2 сантиметра. Подобная конструкция хорошо подходит для быстрых и глубоких рек. Важный момент: для безопасности купальщиков и туристов обязательно установите заграждение и предупреждающий буй. Установка крутится достаточно быстро и может нанести серьезные травмы
На наш взгляд, для изготовления микро-ГЭС своими руками оптимально использовать пропеллерную конструкцию или конструкцию типа «водяное колесо». Отметим, что в агрегатах заводского производства турбины обоих типов имеют достаточно сложную форму (т.н. «турбина Каплана, «турбина Пелтона» и др.), позволяющую получить максимум КПД для различных типов потока. Однако при «домашнем» производстве изготовить такие турбины сложно.
Немного теории о микро ГЭС и базовые расчеты.
Следующим шагом является расчет и измерение скорости потока. Определять ее на глазок весьма рискованно – очень легко ошибиться, поэтому отмерьте вдоль берега 10-20 метров, бросьте в воду поплавок (щепку, небольшой мячик) и отмерьте время, за которое щепка проплывет дистанцию. Делим дистанцию на время – получаем скорость течения. Как показывает практика, если она меньше 1 м/с – устройство микро-ГЭС в данном потоке может быть неоправданным. Если мы планируем получать энергию за счет перепада высот, то мощность можно примерно рассчитать по следующей формуле:
Мощность N=k*9.81*1000*Q*H,
где k — КПД системы (обычно составляет 20%-50%); 9,81 (м/сек2) — ускорение свободного падения; H – перепад высот;
Q — расход воды (м3/сек); 1000 — плотность воды (кг/м3).
Как видно из формулы, мощность прямо пропорционально зависит от скорости. Если река имеет несколько рукавов, ответвлений, то стоит измерить скорость во всех и выбрать поток, имеющий наибольшую скорость и глубину. Учтите, что измерения необходимо делать в безветренную погоду.
Найти ширину и глубину реки в метрах. Упрощенно принимаем, что поток в сечении имеет форму прямоугольника, тогда умножив площадь сечения на его скорость, получаем расход:
Q = a*b*v. Т.к. на самом деле сечение водяного потока имеет меньшую площадь, то полученное значение стоит умножить на 70%-80%.
Если у нас уже есть готовый генератор, то можно оценить возможный рабочий радиус колеса и необходимый коэффициент мультипликации.
Радиус колеса (м) = Скорость потока (м/с) / Частота вращения колеса (Гц). Частоту вращения колеса мы можем оценить, зная рабочую частоту генератора (обычно в «об/мин») и предполагаемый коэффициент редукции.
Практика: строим микро-ГЭС сами
Теперь пришла очередь спроектировать и изготовить турбину. Ниже мы опишем особенности постройки микро-ГЭС типа «водяное колесо». Данную конструкцию выгодно использовать, если у нас есть возможность организовать перепад высот для потока (или такой перепад уже существует, например, это сточная труба из пруда). Как уже было сказано выше, особое внимание следует обратить на форму лопастей. Если использовать колесо с лопастями в виде плашек (см. фото ниже, в данном случае лопасти установлены под углом 45 градусов), то КПД такой установки будет очень невелик.
Лучше использовать лопасти вогнутой формы, которые можно получить, например, из ПВХ или металлической трубы, разрезав ее вдоль на 2 или 4 части. Как показывает практика, лопастей должно быть не меньше 16. Чтобы разрезать трубу максимально прямо, проведите вдоль поверхности маркировочные линии. Также можно прикрепить 2 параллельно расположенных деревянных бруска и использовать их как направляющие. Поверхность лопаток следует отшлифовать, иначе часть энергии воды будет тратиться на трение.
В качестве самого колеса можно использовать пустую катушку из-под кабеля, либо же просто изготовить диски соответствующего диаметра. Расстояние между дисками соответствует длине лопастей. Соединяем диски вместе и вырезаем полукруглые пазы для установки лопастей. Как вариант, лопасти можно приварить. Если конструкция небольшого размера, то для защиты от мусора можно использовать сетку, прикрепленную перед колесом. В случае, когда вода падает на лопасти сверху, но при этом поток достаточно широкий есть смысл изготовить сопло (см. фото ниже), благодаря которому будет использоваться вся энергия потока. На фотографии выше видно, что сточная труба узкая сама по себе, поэтому необходимости в применении сопла нет. В любом случае поток должен падать на водяное колесо сверху, примерно на 10 часов, если представить колесо в виде циферблата часов.
В качестве опорной конструкции можно использовать сварную металлическую раму. Для повышения КПД попробуйте, если есть такая возможность, поварьировать расположение колеса: ближе-дальше, выше-ниже относительно входящего потока.
Теперь нам необходимо смонтировать повышающий редуктор (мультипликатор). Подойдет как шестеренчатый, так и цепной. Какой именно мультипликатор применить, и какой коэффициент редуцирования необходим – зависит от мощности потока, эксплуатационных характеристик колеса и генератора. Рассчитать коэффициент очень просто – рабочее количество оборотов генератора делим на количество оборотов колеса в минуту. Иногда приходится использовать 2 редуктора разных типов. Для передачи вращения от колеса на редуктор или генератор используется труба, карданный вал или другой похожий элемент.
В качестве генератора подбирается любой подходящий двигатель, при этом желательно, чтобы он был синхронным. Для асинхронного придется добавлять конденсаторы, работающие по схеме «звезда» или «треугольник». Характеристики конденсаторов зависят от напряжения сети и параметров двигателя. Основной проблемой при использовании асинхронного двигателя будет поддержание постоянного количества оборотов. Если же оно изменяется – придется менять и конденсаторы, что может быть весьма хлопотным.
