Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

Просмотров: 164

Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, использование которого позволит получать практически бесплатное электричество, сэкономить на коммунальных услугах или решить проблему с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, гидроэлектростанция своими руками из подручных материалов – реальный выход из положения. Но прежде рассмотрим, какие могут быть варианты мини-ГЭС и как они работают.

Содержание статьи:

• Гидроэлектростанции непромышленного назначения
  • Гирляндная станция с гидровинтами
  • Вертикальный ротор Дарье
  • Подводный пропеллер-«ветряк»
  • Водяное колесо с лопастями
• Условия для установки гидроэлектростанции
  • Несколько «за» и «против»
  • Измерение силы водного потока
• Изготовление ГЭС на основе водяного колеса
  • Необходимые материалы и инструменты
  • Сборка колеса и изготовление сопла
  • Генератор своими руками
• Выводы и полезное видео по теме

Гидроэлектростанции непромышленного назначения

Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. Это могут быть плотины на больших реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен магаватт или мини-ГЭС с максимальной мощностью в 100 кВт, которых вполне достаточно для нужд частного дома. Вот о последних и узнаем подробней.

Гирляндная станция с гидровинтами

Конструкция состоит из цепи роторов, закрепленных на гибком стальном тросе, перетянутом поперек реки. Сам трос исполняет роль вращательного вала, один конец которого фиксируется на опорном подшипнике, а второй – активирует вал генератора.

Каждый гидроротор «гирлянды» способен вырабатывать около 2 кВт энергии, правда, скорость водного потока для этого должна быть не менее 2,5 метров в секунду, а глубина водоема не превышать 1,5 м.

Принцип действия гирляндной ГЭС прост: напор воды раскручивает гидровинты, а те вращают трос и заставляют генератор вырабатывать энергию

Гирляндные станции с успехом использовались еще в середине прошлого века, но роль винтов тогда играли самодельные пропеллеры и даже консервные банки. Сегодня же производители предлагают несколько видов роторов для различных условий эксплуатации. Они комплектуются лопастями разного размера, изготовленными из листового металла, и позволяют получить максимальный КПД от работы станции.

Но хотя в изготовлении этот гидрогенератор достаточно прост, его эксплуатация предполагает ряд специальных условий, не всегда осуществимых в реальной жизни. Такие сооружения перегораживают русло реки, и вряд ли соседи по берегу, не говоря уже о представителях экологических служб, разрешат использовать энергию потока для ваших целей.

Кроме того, в зимний период установку использовать можно только на незамерзающих водоемах, а в условиях сурового климата – консервировать или демонтировать. Поэтому гирляндные станции возводятся временно и преимущественно в безлюдной местности (например, около летних пастбищ).

Роторные станции мощностью от 1 до 15 кВт/час вырабатывают до 9,3 МВт за месяц и позволяют самостоятельно решить проблему с электрификацией в регионах, отдаленных от централизованных магистралей

Современный аналог гирляндной установки – погружные или наплывные рамные станции с поперечными роторами. В отличие от своей гирляндной предшественницы, эти конструкции не перегораживают всю реку, а задействуют только часть русла, причем установить их можно на понтоне/плоте или вовсе опустить на дно водоема.

Вертикальный ротор Дарье

Ротор Дарье – устройство турбины, которое получило название в честь своего изобретателя в 1931 г. Система состоит из нескольких аэродинамических лопастей, зафиксированных на радиальных балках, и работает за счет перепада давления по принципу «подъемного крыла», который широко задействован в кораблестроительстве и авиации.

Хотя такие установки больше используются для создания ветрогенераторов, они могут работать и с водой. Но в этом случае нужны точные расчеты, чтобы подобрать толщину и ширину лопастей в соответствии с силой водного потока.

Ротор Дарье напоминает «ветряк», только установленный под водой, причем работать он может вне зависимости от сезонных колебаний скорости потока

Для создания локальных гидростанций вертикальные роторы используется редко. Несмотря на неплохие показатели КПД и кажущуюся простоту конструкции, оборудование достаточно сложное в эксплуатации, так как перед началом работу систему нужно «раскрутить», зато и остановить запущенную станцию сможет только замерзание водоема. Поэтому используется ротор Дарье преимущественно на промышленных предприятиях.

Подводный пропеллер-«ветряк»

По сути, это самый простой воздушный ветряк, только устанавливается он под водой. Размеры лопастей, чтобы обеспечить максимальную скорость вращения и минимум сопротивления, рассчитываются в зависимости от силы движения потока. Например, если скорость течения не превышает 2 м/сек, то ширина лопасти должна быть в пределах 2-3 см.

Подводный пропеллер несложно сделать своими руками, но он подходит только для глубоких и быстрых рек – на мелком водоеме вращающиеся лопасти могут нанести травмы рыбакам, купальщикам, водоплавающим птицам и животным

Такой ветряк устанавливается «навстречу» потоку, но его лопасти работают не за счет давления водного напора, а благодаря возникновению подъемной силы (по принципу самолетного крыла или винта корабля).

Водяное колесо с лопастями

Водяное колесо – один из простейших вариантов гидравлического двигателя, известный еще со времен Римской Империи. Эффективность его работы во многом зависит от типа источника, на котором его установили.

Подливное колесо может вращаться только благодаря скорости потока, а наливное – с помощью напора и веса воды, ниспадающей сверху на лопасти

В зависимости от глубины и русла водотока можно установить различные типы колес:

• Подливные (или нижнебойные) – подойдут для мелководных рек с быстрым течением.
• Среднебойные – располагаются в руслах с природными каскадами так, чтобы поток попадал приблизительно на середину вращающегося барабана.
• Наливные (или верхнебойные) – устанавливаются под плотиной, трубой или в нижней части естественного порога, чтобы ниспадающая вода продолжила путь через вершину колеса.

Но принцип работы у всех вариантов один и тот же: вода попадает на лопасти и приводит в действие колесо, которое заставляет вращаться генератор для миниэлектростанции.

Производители гидрооборудования предлагают готовые турбины, лопасти которых специально адаптированы под определенную скорость водного потока. Но домашние умельцы изготавливают барабанные конструкции по старинке – из подручных материалов.

Обустройство собственной гидростанции – один из самых бюджетных и экологичных способов обеспечения энергетическими ресурсами дачи, фермерского хозяйства или туристической базы

Возможно, отсутствие оптимизации отразится на показателях КПД, зато себестоимость самодельного оборудования обойдется в разы дешевле покупного аналога. Поэтому водяное колесо наиболее популярный вариант для организации собственной мини-ГЭС.

Условия для установки гидроэлектростанции

Несмотря на заманчивую дешевизну энергии, вырабатываемую гидрогенератором, важно учесть особенности водного источника, ресурсы которого вы планируете задействовать для собственных нужд. Ведь далеко не каждый водоток подойдет для эксплуатации мини-ГЭС, тем более круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали.

Несколько «за» и «против»

Основные плюсы индивидуальной гидроэлектростанции очевидны: недорогое оборудование, которое вырабатывает дешевое электричество, да еще и природе не вредит (в отличие от плотин, перекрывающих ток реки). Хотя абсолютно безопасной систему назвать нельзя – все-таки вращающиеся элементы турбин могут нанести травмы жителям подводного мира и даже людям.

Чтобы предупредить несчастные случаи, гидростанцию нужно оградить, а если система полностью скрыта водой – установить на берегу предупреждающий знак

Преимущества мини-ГЭС:

1. В отличие от других «бесплатных» энергоисточников (солнечных батарей, ветрогенераторов), гидросистемы могут работать вне зависимости от времени суток и погоды. Единственное, что может им помешать – замерзание водоема.
2. Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса с успехом можно использовать даже в мелких (но быстрых!) ручьях.
3. Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
4. Для монтажа мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не нужно оформлять разрешительную документацию (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
5. Избыток электричества можно продавать в соседние дома.

Что касается недостатков – серьезной помехой для продуктивной эксплуатации оборудования может стать недостаточная сила течения. В этом случае придется возводить вспомогательные сооружения, что сопряжено с дополнительными затратами.

Измерение силы водного потока

Первое, что нужно сделать, чтобы задуматься о виде и способе монтажа станции – измерить скорость водного потока на облюбованном источнике. Самый простой способ – опустить на стремнину любой легкий предмет (например, теннисный мячик, кусок пенопласта или рыбацкий поплавок) и засечь секундомером время, за которое он проплывет расстояние до какого-нибудь ориентира. Стандартная дистанция для «заплыва» — 10 метров.

Если водоем находится далековато от дома, можно построить отводной канал или трубопровод, и заодно и позаботиться о перепадах высоты

Теперь нужно пройденное расстояние в метрах разделить на количество секунд – это и будет скорость течения. Но если полученное значение будет меньше 1 м/сек, потребуется возвести искусственные сооружения, чтобы ускорить поток перепадами высот. Это реально осуществить с помощью разборной плотины или неширокой сливной трубы. Но без хорошего течения от идеи с гидростанцией придется отказаться.

Изготовление ГЭС на основе водяного колеса

Разумеется, собрать «на коленке» и возвести махину, предназначенную для обслуживания предприятия или населенного пункта даже из десятка домов – идея из области фантастики. Но соорудить своими руками мини-ГЭС для экономии электричества – вполне реально. Причем задействовать можно как готовые комплектующие, так и подручные материалы.

Поэтому рассмотрим пошагово изготовление наиболее простого сооружения – водяного колеса.

Необходимые материалы и инструменты

Чтобы сделать своими руками мини-ГЭС, нужно подготовить сварочный аппарат, болгарку, дрель и набор вспомогательных инструментов — молоток, отвертку, линейку.

Из материалов понадобятся:

• Уголки и листовой металл толщиной не менее 5 мм.
• Трубы из ПВХ или оцинкованной стали для изготовления лопастей.
• Генератор (можно использовать готовый покупной или сделать самому, как в данном примере).
• Тормозные диски.
• Вал и подшипники.
• Фанера.
• Полистироловая смола для заливки ротора и статора.
• Медный провод на 15 мм для самодельного генератора.
• Неодимовые магниты.

Учтите, что конструкция колеса будет постоянно контактировать с водой, поэтому металлические и деревянные элементы необходимо выбирать с защитой от влаги (или позаботится об их пропитке и покраске самостоятельно). В идеале, фанеру можно заменить пластиком, но деревянные детали проще достать и придать им нужную форму.

Сборка колеса и изготовление сопла

Основой для самого колеса могут стать два стальных диска одинакового диаметра (если есть возможность достать стальной барабан от кабеля – отлично, это намного ускорит процесс сборки).

Но если металла в подручных материалах не нашлось, можно вырезать круги и из водостойкой фанеры, хотя прочность и срок службы даже обработанного дерева не сравнится со сталью. Затем на одном из дисков нужно прорезать круглое отверстие под установку генератора.

После этого изготавливаются лопасти, а их понадобится не меньше 16 шт. Для этого оцинкованные трубы разрезаются вдоль на две или четыре части (зависит от диаметра). Затем места резки и саму поверхность лопастей нужно отшлифовать, чтобы уменьшить потери энергии при трении.

Лопасти устанавливаются под наклоном примерно в 40-45 градусов – это поможет увеличить площадь поверхности, на которую будет воздействовать сила потока

Расстояние между двумя боковыми дисками должно быть максимально приближено к длине лопастей. Чтобы наметить место для расположения будущих ступиц, рекомендуется сделать шаблон из фанеры, на котором будет обозначено место для каждой детали и отверстия для фиксации колеса к генератору. Готовую разметку можно прикрепить на внешней стороне одного из дисков.

Затем круги устанавливаются параллельно друг к другу с помощью стержней со сплошной резьбой, а лопасти привариваются или фиксируются болтами в нужных позициях. Барабан будет вращаться на подшипниках, а в качестве опоры используется рама из уголков или труб небольшого диаметра.

На этом этапе сборку барабана можно считать законченной, осталось оснастить его самодельным генератором и соплом, направляющим поток воды

Сопло предназначено для водных источников каскадного типа – такая установка позволит использовать энергию потока по максимуму. Изготавливается этот вспомогательный элемент путем выгибания листового металла с последующей сваркой швов, а после насаживается на трубу.

Однако если в вашей местности протекает равнинная река без порогов и других высотных препятствий, в этой детали нет необходимости.

Важно, чтобы ширина выходного отверстия сопла соответствовала ширине самого колеса, иначе часть потока будет идти «вхолостую», не попадая на лопасти

Теперь колесо нужно насадить на ось и установить на подпорку из сваренных или скрепленных болтами уголков. Осталось сделать генератор (или установить готовый) и можно отправляться к реке.

Генератор своими руками

Для изготовления самодельного генератора нужно сделать обмотку и заливку статора, для чего понадобятся катушки со 125-ю витками медной проволоки на каждой. После их соединения вся конструкция заливается полиэстеровой смолой.

Каждая фаза состоит из трех последовательно прикрепленных мотков, поэтому соединение можно сделать в форме звезды или треугольника с несколькими наружными выводами

Теперь нужно подготовить фанерный шаблон, совпадающий по размерам с тормозным диском. На деревянном кольце выполняется разметка и делаются прорези для установки магнитов (в данном случае использовались неодимовые магниты толщиной 1,3 см, шириной 2,5 см и длиной 5 см). Затем полученный ротор также заливается смолой, а после просушки — присоединяется к барабану колеса.

Водяное колесо с ротором из тормозных дисков и генератором из мотков медной проволоки — окрашенное, презентабельное и готовое к эксплуатации

Последним монтируется алюминиевый кожух с амперметром, закрывающий выпрямители. Задача этих элементов – преобразовывать трехфазный ток в постоянный.

После установки колеса в поток небольшой речки с каскадом или отводной трубой, можно рассчитывать на производительность мини-ГЭС в 1,9А * 12В при 110 оборотах за минуту

Чтобы в колесо не попадали листья, песок и другой мусор, принесенный с потоком, желательно поставить перед устройством защитную сетку.

Также можно поэкспериментировать с зазорами между магнитами и катушками с увеличенным количеством витков для увеличения КПД гидростанции.

Выводы и полезное видео по теме

Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного двигателя:

Мини-ГЭС, сконструированная по принципу водяного колеса:

Станция на основе велосипедного колеса – интересный вариант решения проблемы с энергообеспечением на отдыхе вдали от цивилизации:

Как видите, построить водяную миниэлектростанцию своими руками не так уж и сложно. Но так как большинство расчетов и параметров для ее комплектующих определяется «на глазок», следует быть готовым к возможным поломкам и сопутствующим затратам.

Если вы чувствуете нехватку знаний и опыта в данной сфере, стоит довериться специалистам, которые выполнят все необходимые расчеты, посоветуют оптимальное для вашего случая оборудование и качественно произведут его установку.

Гравитационно-водоворотная станция экологична и эффективна

В интернет можно найти много статей, рассказывающих об интересных идеях и проектах в области возобновляемой энергетики. Вот и сегодня мне попались на глаза две публикации о проектах в области малой гидроэнергетики, которые показались мне заслуживающими внимания. Автору идеи бесплотинной ГЭС Николаю Ивановичу Ленёву я отправил письмо с просьбой написать о том, нашла ли его идея практическое воплощение. Надеюсь, что он мне ответит и я смогу опубликовать его ответ на сайте.

Вторую из найденных статей я решил воспроизвести здесь полностью, поскольку автор живет в Австрии, а в немецком языке я не силен. Итак, ниже — статья, заимствованная из следующего источника: http://www.membrana.ru/particle/3190.

Станция-водоворот оберегает живое в маленьких реках

Леонид Попов, 4 июня 2007

Это не бассейн для купания, из которого выдернули затычку, а экспериментальная электростанция нового типа, которая работает и развивается с осени 2005-го в Австрии (фото с сайта home.tele2.at).

Создавая этот необычный проект, его автор думал в первую очередь об экосистемах, которые страдают от электростанций, например, гидравлических. Даже мини-ГЭС на маленьких речках и каналах тут небезупречны. Но изобретатель парадоксальным образом нашёл способ повысить КПД таких сооружений.

Огромные плотины, перекрывающие большие реки, очевидно, служат великолепным источником энергии. Но об экологических последствиях перегораживания рек известно всем. Малые ГЭС на небольших реках и ручейках вроде бы наносят природе куда меньший ущерб. Но вот об их высокой мощности говорить не приходится.

Казалось бы, непросто совместить эффективность ГЭС с их экологической безупречностью. Между тем, такая конструкция существует и доказала свою работоспособность на практике.

Диаметр бассейна с водоворотом составляет 5,5 метров. Максимальная высота падения воды достигает 1,6 метра. На фото внизу станция ещё не достроена (фотографии с сайта home.tele2.at).

Необычную схему для малых ГЭС нашёл австрийский изобретатель Франц Цотлётерер (Franz Zotlöterer) из местечка Оберграфендорф (Obergrafendorf) со своим проектом «Техника водоворота» (Wasserwirbeltechnik).

Прежде всего он решил, что перегораживать всю реку плотиной – нецелесообразно и вредно. Вместо этого он предложил часть потока, вблизи берега, отводить в специальный канал, направляющий воду к плотине.

Последняя тоже весьма необычна на вид. Это бетонный цилиндр, к которому вода подходит по касательной, обрушиваясь в центре в глубину. Так в центре цилиндра образуется водоворот, который и закручивает турбину.

Преимуществ у такой схемы мини-ГЭС Цотлётерер обнаружил целую кучу.

Обычно река «оснащена» меандрами, вихревое течение в которых способствует аэрации воды. В канале с плотинами мини-ГЭС этого нет. Зато, если заменить обычные плотины «водоворотными», природная аэрация восстанавливается (иллюстрация с сайта home.tele2.at).

Во-первых, КПД преобразования энергии падающей воды в ток достиг 73%, что очень хорошо. А ведь Франц использовал не самый совершенный электрический генератор.

С перерывами станция начала давать ток в общественную энергосеть ещё в сентябре 2005-го, непрерывно – с марта 2006-го.

И за последний год непрерывной работы его «Гравитационно-водоворотная станция» (так внушительно немец назвал новый тип ГЭС), установленная на каком-то ручье, выработала свыше 50 мегаватт-часов электричества при рабочем перепаде высот воды примерно в 1,3 метра (вообще-то, он колебался) и расходе примерно в 1 кубометр в секунду.

Максимальная электрическая мощность этой мини-станции достигает 9,5 киловатт. В среднем этого достаточно для питания 10-15 коттеджей (с учётом неравномерности уровня потребления).

Во-вторых, скорость вращения турбины оказалась довольно низкой, так что для рыбы, попавшей в водоворот, лопасти колеса опасности не представляют. Тем более что лопасти эти не рассекают воду, а поворачиваются синхронно с водоворотом.

Автор новации отмечает сравнительную простоту и дешевизну строительства своей ГЭС. Однако, несмотря на миниатюрность, станция, «как взрослая», участвует в энергоснабжении страны (фотографии с сайта home.tele2.at).

В-третьих, водоворот перемешивает загрязнители, одновременно хорошо аэрируя воду, что способствует интенсивной работе микроорганизмов, очищающих её естественным образом.

Это свойство станции восстанавливает процессы, идущие в обычной реке, которой присущи многочисленные повороты. В больших спрямлённых руслах каналов и водохранилищ почти ламинарное течение приводит к исчезновению аэрации воды и, как следствие, потере её способности к самоочищению.

В-четвёртых, водоворот способствует терморегуляции в водоёме. Увеличенная площадь контакта воды с воздухом приводит к её охлаждению за счёт испарения жарким летом.

Зимой же ГЭС продолжает работать подо льдом. Наиболее плотная вода (с температурой в 4 градуса) тяготеет к центру водоворота. По краям цилиндра образуется ледяная корка, которая выступает в роли утеплителя, не дающего слишком сильно охладиться центру.

Фактически водоворот действует как машина, стремящаяся, в некоторой степени, привести температуру протекающей воды зимой к 4 градусам, что, по идее, может оказывать некое благоприятное влияние на жизнь ниже по течению (тут автор ГЭС подробностей не объясняет).

Зато он приводит ещё один весомый аргумент в пользу своей конструкции. Эта станция обошлась примерно в $75 тысяч, что дешевле, чем аналогичная по мощности мини-ГЭС, построенная по классическому образцу.

Как видим, турбина примитивна по форме и устройству, однако имеет неплохой КПД. Справа: счётчик показывает почти 52 мегаватт-часа, проданных изобретателем станции энергокомпании EnergieVersorger Niederösterreichs (фотографии с сайта home.tele2.at).

На этом достоинства водоворота не исчерпываются. Франц отмечает лучшую ремонтопригодность, значительно меньшие сложность и периодичность обслуживания, более простую конструкцию и прочие технологические преимущества этой станции.

Изобретатель уверен, что такая схема наиболее оптимальна для возведения ГЭС мощностью до 150 киловатт. Причём конструкция начинает превосходно работать (показывает хороший КПД турбины) уже при перепаде высот воды всего в 0,7 метра.

Конечно, существуют модели малых ГЭС, работающих вообще без перепада высот (просто на течении). Но в «водоворотной» ГЭС, как уверен австриец, сочетаются очень высокая эффективность (как с точки зрения физики, так и в плане финансовых затрат) и непревзойдённая дружественность живой природе.

Тем не менее Цотлётерер ещё не вполне доволен результатами. Он продолжает совершенствовать проект и рассчитывает поднять мощность своей мини-ГЭС. Очередная реконструкция сооружения намечена на это лето.

————

Буду очень благодарен, если кто-то из читателей сможет привести дополнительные данные о проекте водоворотной ГЭС и примерах ее реализаций. Это можно сделать в виде комментариев к статье.

Мини-ГЭС. Малые гидроэлектростанции (МГЭС). Классификация, типы, достоинства и недостатки мини ГЭС



Классификация, типы, достоинства и недостатки мини ГЭС

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС) — гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии и основано на гидроэнергетических установках мощностью от 1 до 3000 кВт. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Установки для малой гидроэнергетики классифицируют по мощности на:

• оборудование для мини гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
• оборудование для микро гидроэлектростанций мощностью до 1000 кВт.

Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные мини ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств.

Типы мини ГЭС

Водяное колесо — это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная мини-ГЭС — представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье — это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер — это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

Достоинства и недостатки различных систем миниГЭС

Недостатки гирляндной МГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер.

Конструкция малой гидростанции

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

— русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;

— стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;

— МГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных объектах водного хозяйства;

— мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:

— Осевыми турбинами;

— Радиально-осевыми турбинами;

— Ковшовыми турбинами;

— Поворотно-лопастными турбинами.

МГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на:

— высоконапорные — более 60 м;

— средненапорные — от 25 м;

— низконапорные — от 3 до 25 м.

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях. На низконапорных малых гидростанциях(МГЭС) устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

Что касается принципа работы турбины мини ГЭС, то он во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды. Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте — стальной или железобетонной.

Мощность миниГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы.

При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:

— наличие надежных и удобных в эксплуатации средств управления и контроля над работой оборудования;

— управление оборудованием в автоматическом режиме с возможностью перехода при необходимости на ручное управление;

— генератор и турбина гидроагрегата должны иметь надежную защиту от вероятных аварийных ситуаций;

— площади и объемы строительных работ для установки малых ГЭС должны быть минимальными.

Выгоды использования мини-ГЭС:

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды. Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов. Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы. Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте. При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное — объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов. Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций. Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ.



Мини- и микро-гэс — популярные конструкции и применение

04.12.2017 2689

Мы побеседовали с Зульфией Мамадалиевой — исследователем Наманганского инженерно-технологического института, которая сегодня устанавливает первую экспериментальную микрогидроэлектростанцию на малом водотоке в городе Касансае Наманганской области. Именно она, маленькая и хрупкая женщина, первой заинтересовалась, как получить бесплатную энергию для жителей родного города.

— Как вы решили заняться такой еще малоизученной в Узбекистане темой ?

— В ходе научных исследований и работы с предпринимателями и фермерами Наманганской области я часто сталкивалась с недостаточной информированностью жителей нашего города об альтернативных источниках энергии.

Все связывали их только лишь с солнечными установками, но ведь существует много других интересных способов. Так и началось мое исследование микрогидроэлектростанций.

Сначала я сделала заметки, потом начала исследовать наш район с целью найти наиболее перспективные места для постройки микро-ГЭС, которые смогли бы компенсировать нужды фермерских хозяйств и частично заменять энергоснабжение.

— В чем преимущества микрогидроэлектростанций?

— Во-первых, они обладают главным плюсом для всех предпринимателей – привлекательной ценой. Конструкция, которую мы установили в качестве экспериментальной, не такая дорогая.

Возможно, она выглядит немного громоздкой, но на самом деле ее очень легко установить, снять, перенести – она мобильна. Если изменится поток воды, вы можете спокойно переместить ее в другое место и настроить там самостоятельно.

Таким образом, вы не затрачиваете ни огромных средств, ни трудовых ресурсов.

Второе преимущество нашей установки — она рассчитана именно на малые потоки воды, которые как раз протекают в нашем районе и многих других областях Узбекистана. Это арыки, саи, которые текут со скоростью от 3 до 5 метров в секунду.

То есть если предпринимателю, к примеру, на постройку крупной ГЭС требуется достаточно много финансов и сил, то наши установки можно прикрепить на обычном арыке.

Мы надеемся, что благодаря этому наши гидроэлектростанции будут популярны среди жителей областей и районов.

• Схема микро-ГЭС
• В комплект поставки входят:
• водозаборное устройство (1), водовод (2), энергоблок (турбина — 3, генератор — 5), выпускной коллектор (4) и устройство автоматического регулирования.
• — Какую пользу несут микрогидроэлектростанции для экологии?

– Прежде всего, это — чистая энергия. При работе микро-ГЭС не наносится никакого вреда экологии и воде. К примеру, чтобы выработать 1 кВт энергии, требуется много ископаемого топлива, а в случае с микро-ГЭС мы имеем возобновляемый источник энергии, который не кончается. Самое главное в этом деле – наладить работу с оборудованием и вовремя обслуживать его.

– По какому принципу работает ваша установка?

– Наша микрогидроэлектростанция – легкого типа. В чем это выражается? По сути, микро-ГЭС – это модернизированный чигирь (чархпалак) — водоподъемное устройство, широко используемое в странах Центральной Азии для полива садов, виноградников и бахчей, который был изобретен еще в III веке предками хорезмийцев.

Еще в древности дешевизна, практичность и безотказность в работе этого древнего механизма сделало его популярным не только среди фермеров, но и ученых, которые предлагают различные усовершенствованные конструкции для использования энергии потока в современных условиях.

Мы решили немного усложнить тот же чигирь, сделать его мобильнее и попробовать использовать для выработки энергии.

Как установить микро-ГЭС? Для начала нужно найти место с небольшим спуском, либо соорудить этот спуск самим. При этом повторюсь, что никаких трудоемких и затратных работ не потребуется, конструкцию спокойно можно установить на любом арыке.

Конструкция с лопастями, установленная перпендикулярно поверхности воды, погружена в нее наполовину. В процессе работы вода давит на лопасти и заставляет вращаться колесо.

Всё очень просто: с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами эта конструкция хорошо работает. Поэтому часто применяется и на практике.

Преимущества микро-ГЭС

— Какова польза, к примеру, от одной такой установки?

— Наша установка рассчитана на 10-15 кВт, то есть она может спокойно обеспечить электроэнергией два или три фермерских хозяйства. Обходится в целом эта конструкция от 20 до 25 млн сумов ($2500-$3125), вместе с установкой.

Если, к примеру, ее приобретают три семьи, то в течение 2—2,5 лет ее можно окупить. Обычно данной конструкцией пользуется не один человек, ведь производящую энергию можно использовать не только для своих нужд, но и для целого хозяйства.

В основном это цеха, фермерские хозяйства.

Кроме того, я хотела бы отметить, что в областях нашей страны очень много старых микрогидроэлектростанций, действующих ранее, старых потоков. Наши конструкции можно спокойно устанавливать и на этих сооружениях, в этом случае установка обойдется еще дешевле.

— А сколько таких установок, на ваш взгляд, потребуется, чтобы обеспечить энергией население нашей страны?

— Это зависит от нужд населения, численности и многих других факторов. Наманганская область считается густонаселенной, поэтому, чтобы обеспечить жителей энергией, понадобится, конечно, не одна конструкция. Плюс микро-ГЭС в том, что можно поставить несколько таких установок в одном кишлаке – они не будут мешать работе друг друга.

— Наверняка, среди всех плюсов данной установки, есть и недостатки?

— Первый и самый главный недостаток — отсутствие комплектующих. В Узбекистане нет действующих генераторов – все они закупаются за рубежом. А самое дорогое в этой конструкции и есть этот генератор.

Если бы их делали отечественные производители, установка обходилась бы в два раза дешевле.

Мы надеемся, что такие производители у нас обязательно появятся, более того – было бы практичнее организовать целое производство, которое занималось бы разработкой микрогидроэлектростанций исходя из потребностей заказчиков.

Гидроэнергетика Узбекистана в цифрах

Большое будущее малых ГЭС

Анна Марченко

Одно из наиболее перспективных направлений в развитии нетрадиционной энергетики в России — освоение энергии небольших водотоков с помощью микро- и мини-ГЭС. Это связано, прежде всего, со сравнительной простотой их строительства и эксплуатации, а также с большим энергетическим потенциалом малых рек.

Свободный ресурс

К малой гидроэнергетике принято относить гидроэнергетические объекты разного типа с установленной мощностью менее 25 МВт, в том числе совсем небольшие — микроГЭС мощностью от 3 до 100 кВт.

Использование гидроэлектростанций таких мощностей для нашей страны — далеко не новое явление: в 1950-1960-х гг. в СССР действовало более шести тысяч подобных станции.

Сегодня же в России их насчитывается всего несколько сотен, что явно меньше наших возможностей и потребностей.

Принципиально важно отметить, что в малой гидроэнергетике нет необходимости строить крупные гидротехнические сооружения и затапливать большие территории водохранилищами.

Маленькая станция может быть установлена практически на любой реке или даже ручье, что особенно актуально для России, где зоны децентрализованного энергоснабжения охватывают более 70% территории страны, на которой проживают около 20 млн человек.

Мини-ГЭС может применяться для энергоснабжения дачных посёлков, фермерских хозяйств, хуторов, а также небольших производств в труднодоступных районах — там, где строить и содержать электрические сети невыгодно.

Серийная ковшовая микротурбина на основе колеса Пелтона

Основные ресурсы малой гидроэнергетики России сосредоточены в горных районах республик Северного Кавказа, в Ставропольском и Краснодарском краях, на Среднем Урале, в Южной Сибири, Прибайкалье и на Дальнем Востоке.

Виды станций

Конструкция типовой малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя турбину, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы задействованы малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

• русловые или приплотинные с небольшими искусственными водохранилищами;
• основанные на существующих перепадах уровней воды;
• использующие энергию свободного течения рек.

По величине напора выделяют низконапорные (Н 75 м) малые гидроэлектростанции.

Спецтурбины

Как и на крупных станциях, на малых ГЭС, используются пропеллерные, радиально-осевые и ковшовые турбины (более подробно о них см. «Энерговектор» № 5/2014 г.) соответствующих размеров и модификаций. Чаще применяются пропеллерные турбины и турбины Френсиса.

Мини-ГЭС устраивают непосредственно в потоке воды или на небольших водохранилищах, которые не могут обеспечить достаточного регулирования стока. Отсюда одна из основных проблем эксплуатации малых ГЭС — непостоянный расход воды.

В период зимней и летней межени сток реки минимален, тогда как во время весеннего половодья объём воды может быть достаточно большим.

По этой причине турбины, используемые на мини-ГЭС, должны быть способны работать как при минимальном, так и при максимальном стоке с наибольшей производительностью.

Такая микроГЭС способна полностью обеспечивать электричеством небольшой частный дом

Таким свойством обладают, например, радиальные двухкамерные проточные турбины системы Ossberger производства одноимённой немецкой компании. Стандартное соотношение размеров камер — 1:2.

Малая камера предназначена для низких расходов, большая камера открывается при средних расходах (при этом малая камера закрывается). Обе камеры работают при полном расходе.

В результате поток воды величиной 12-100% от расчётного максимума используется с наибольшей эффективностью (КПД более 80%), причём турбина запускается при расходе всего 6%.

Существует множество типов конструкций малых ГЭС, проектируемых с учётом различных условий применения. Конечно, охватить их все в этой статье не удастся, поэтому остановимся на некоторых оригинальных разработках.

Гирлянды и рукава

Советский инженер Б. С. Блинов изобрёл и в 1950-1960-х годах впервые применил гирляндные ГЭС для малых рек и рукавные ГЭС для малых рек и ручьёв с дебитом воды более 50 л/с. Гирляндная мини-ГЭС состоит из лёгких турбин — гидровингроторов, нанизанных в виде гирлянды на трос, который переброшен через реку.

Один конец троса закреплён за ось в опорном подшипнике, второй — за ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращение которого передаётся к генератору. Одна гирлянда турбин (энергоблок) обеспечивает мощность от нескольких десятков ватт до 5-15 кВт.

Такие энергоблоки можно объединять, заставляя их работать на общую нагрузку и повышая тем самым мощность гидростанции.

Труба рукавной микроГЭС укладывается по склону вдоль водотока

Для устройства рукавной микроГЭС на реке или ручье строится небольшая плотина, к отверстию в которой прикрепляется труба-шланг, уложенная вниз по склону вдоль водотока до электрогенератора. Перепад высот от плотины до генератора должен быть не менее 4-5 м.

Вход в «рукав» располагают так, чтобы захватить среднюю, самую быструю, часть течения реки, и воду по сужающемуся каналу подводят к турбинам. Установленная мощность такой станции может варьироваться от 1 до 100 кВт.

В 70-х годах прошлого века гидроагрегаты для рукавных микроГЭС выпускались серийно на предприятиях сельхозмашиностроения.

Водоворот энергии

Интересную конструкцию для малых ГЭС в 2003 г. запатентовал изобретатель из Австрии Франц Цотлётерер. Он назвал свой проект «Технический водоворот», а мини-ГЭС — «Водоворотно-гравитационной станцией».

Водоворотно-гравитационная мини-ГЭС не повредит рыбе

При строительстве станции Цотлётерера часть воды из водотока отводится в бетонный канал, проложенный вдоль береговой линии. Канал завершается бетонным цилиндром, внизу которого выполнено выпускное отверстие с жёлобом-отводом.

Вода поступает в цилиндр по касательной и, подчиняясь силе гравитации, стремится вниз, закручиваясь по спирали. В центре находится турбина, её то и раскручивает водоворот (средняя скорость вращения турбины — 30 об./мин.).

На водоворотной мини-ГЭС, построенной на ручье с перепадом высоты в 1,3 м и работающей при расходе воды 0,9 м3/с, мощность достигает 9,5 кВт, выработка за год — порядка 35000 кВт/ч. В такой мини-ГЭС КПД доходит до 74%.

Водоворотно-гравитационная ГЭС отличается от станций других видов особенно бережным отношением к биоресурсам реки: скорость вращения турбины всегда остаётся достаточно низкой, и для рыбы лопасти рабочего колеса турбины не представляют опасности.

К тому же лопасти воду не рассекают, а поворачиваются вместе с потоком. Ещё один экологический плюс этого проекта — хорошая аэрация воды и перемешивание в водовороте разного рода загрязнителей.

Всё это способствует более интенсивной жизнедеятельности микроорганизмов, которые естественным образом очищают воду.

Речные звёзды

В 2008 г. компания Bourne Energy (Калифорния) разработала генераторные установки RiverStar («Речная звезда») для устройства мини-ГЭС на небольших реках. RiverStar представляет собой капсулу с поплавком для фиксации ротора на требуемой глубине, ориентируемым глубинным стабилизатором, крыльчаткой, генератором с блоком преобразователя напряжения.

Модули RiverStar удерживаются на месте стальными тросами

Модули RiverStar удерживаются на месте стальными тросами, натянутыми под водой поперёк течения реки, поэтому они не нуждаются в установке плотин, якорей и проведении каких-либо дополнительных работ на речном дне.

Параллельно тросам на берег выходят кабели, по которым, собственно, и идёт электроэнергия. Мощность одного модуля при скорости течения реки 7,4 км/ч составляет 50 кВт.

Генераторные установки RiverStar можно устанавливать блоками по несколько штук для увеличения мощности.

Мини-ГАЭС

В середине прошлого века британский изобретатель Элвин Смит предложил оригинальную конструкцию волновой малой гидроаккумулирующей электростанции. В основе установки — два поплавка, способных двигаться друг относительно друга.

Верхний раскачивается волнами, нижний соединён с морским дном с помощью цепи и якоря.

Предусмотрена автоматическая подстройка высоты положения верхнего поплавка в зависимости от уровня моря, который постоянно меняется из-за приливов и отливов, с помощью телескопической трубы, раздвигающейся и складывающейся под действием сил Архимеда и тяжести.

Между поплавками находится «насосная станция» (цилиндр с поршнем двойного действия, который качает воду при движении вниз и вверх). Она подаёт воду на сушу, в горы. В горах устраивают бассейн, в котором вода накапливается и в часы пиковых нагрузок выпускается обратно в море, по пути вращая водяную турбину.

Установка способна поднимать морскую воду на высоту до 200 м и вырабатывать мощность 0,25 МВт.

* * *

Природные условия в России весьма благоприятны для развития малой гидроэнергетики, а при современном уровне доступности информации и всевозможных материалов умельцы могут сделать мини-ГЭС даже своими руками, была бы подходящая река или ручей. Поэтому у малых ГЭС как альтернативных источников энергии, есть все шансы вновь широко распространиться в нашей стране.

Источник: Энерговектор

Мини- и микро-ГЭС — популярные конструкции и применение

• Если взглянуть на промышленную энергетику сегодняшнего дня, если обратить внимание на динамику разработок в сфере альтернативной энергетики, то можно легко заметить, что здесь давно сформировался такой стереотип: равнинная река в принципе не пригодна для получения мощности на гидроэлектростанции.
• Крупные ГЭС возводятся с применением оборудования, изначально разработанного для получения больших электрических мощностей на крутых перепадах или на горных реках, там где скорость потока воды доходит хотя бы до 2 м/с.
• Генераторные установки для таких ГЭС не приспособлены для работы на относительно слабом течении равнинной реки. Для этих целей (для любых рек) продаются разве что походные игрушки для зарядки сотовых телефонов на пару ватт…

Конечно, возводить плотину для последующего строительства на ней промышленной ГЭС — мероприятие дорогое, окупаться будет долго, и вообще нет смысла налаживать традиционную ГЭС на равнинной реке. Если даже на равнинную реку установить обычный движитель, то его эффективность не позволит на малых оборотах получить нормальной мощности, тем более с учетом потерь на редукторе.

Наконец, те формулы, которые говорят что скорость воды менее 2 м/с не подходит для гидроэнергетики, просто не предназначены для применения к малым течениям. Здесь нужны иные формулы и иные подходы к генерации, чем на крупных промышленных ГЭС.

Представьте себе, как гидроустановки малой мощности могли бы обеспечивать электричеством труднодоступные районы нашей страны, и небольшие затраты на их возведение довольно быстро бы окупались. На небольших водотоках можно уже сейчас возводить мини- и микро-ГЭС. Как бы это повлияло на развитие альтернативной энергетики, потенциал которой в России реализован всего на долю процента?

Мини-ГЭС хватит для электроснабжения дачного поселка, усадьбы, хутора, фермерского хозяйства, расположенного недалеко от любой реки, куда однако невозможно проложить нормальную электрическую сеть.

Даже на объектах водоснабжения и водоотведения можно в принципе устраивать микро-ГЭС. Мало того, конструкции небольших ГЭС уже давно зреют и созревают в умах неравнодушных, творчески настроенных людей.

Давайте рассмотрим наиболее популярные конструкции самодельных мини-ГЭС. Итак, небольшие малогабаритные ГЭС — это всегда проточные ГЭС мощностью от нескольких сотен Вт до нескольких десятков кВт, использующие энергию свободного течения реки, роторы которых могут быть устроены по разному. Есть три основных типа роторов для мини ГЭС: водяное колесо, гирлянда и пропеллер.

Водяное колесо устанавливают перпендикулярно реке, погружая его менее чем на половину лопатками в воду. Течение вращает колесо, врезаясь в лопатки, а колесо вращает ротор генератора (через карданную, зубчатую или иную передачу). Это наиболее простой и универсальный вид турбины для мини-ГЭС: они наименее громоздки, занимают наименьшую площадь, и обладают наибольшим КПД.

Такие колеса могут быть установлены на реке или даже на небольшом горном ручье. В самодельных моделях часто можно встретить в качестве генератора переделанный на постоянные магниты автомобильный генератор. Мощность колесных моделей достигает единиц киловатт.

Гирляндная ГЭС — это набор длинных тросов с закрепленными на них, один за другим, цилиндрическими роторами, которые переброшены с одного берега реки — на другой. Погруженные в воду роторы вращаются течением реки, приводя во вращение тросы, а тросы вращают ротор генератора через зубчатые передачи.

Такая конструкция достаточно материалоемка и в некотором роде опасна, поскольку перегораживает собой русло реки подобно плотине.

Разновидность данной идеи — роторы с лопатками на вращающейся оси, которая через кардан передает вращение на синхронный генератор. Генераторы такого рода изготавливают на единицы киловатт.

Пропеллер — похож на опрокинутый под воду, установленный в трубу, ветряк с тоненькими лопастями. Толщина лопастей и диаметр трубы зависят от скорости течения в месте монтажа ротора. Вращение здесь передается через редуктор на ротор генератора.

Этот тип турбины оказывается наиболее специализированным, поскольку турбина изготавливается строго под условия течения в месте монтажа, чтобы скорость воды в трубе увеличивалась.

Генераторы данного типа не только изготавливают самостоятельно любители, выпускаются они и промышленностью: одна японская фирма производит такие генераторы мощностью по 250 ватт.

Немаловажно энергетическое оборудование, устанавливаемое на мини-ГЭС. Оно должно работать согласованно с напором и скоростью течения, иметь стабилизацию и электронику с возможностью перехода на ручное управление, оснащенную всеми типами защит, в том числе от аварийных ситуаций.

Мини ГЭС

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

• Высоконапорные, при перепаде более 60 метров;
• Средненапорные, с перепадом от 25 до 60 метров;
• Низконапорные, с перепадом до 25 метров.

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.

Мини-ГЭС. Малые гидроэлектростанции (МГЭС). Классификация, типы, достоинства и недостатки мини ГЭС



Классификация, типы, достоинства и недостатки мини ГЭС

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС) — гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии и основано на гидроэнергетических установках мощностью от 1 до 3000 кВт. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Установки для малой гидроэнергетики классифицируют по мощности на:

• оборудование для мини гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
• оборудование для микро гидроэлектростанций мощностью до 1000 кВт.

Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные мини ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств.

Типы мини ГЭС

Водяное колесо — это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная мини-ГЭС — представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье — это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер — это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см.

При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду.

При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

Достоинства и недостатки различных систем миниГЭС

Недостатки гирляндной МГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина.

Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач.

Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер.

Конструкция малой гидростанции

• Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:
• — русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;
• — стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;
• — МГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных объектах водного хозяйства;
• — мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

1. Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:
2. — Осевыми турбинами;
3. — Радиально-осевыми турбинами;
4. — Ковшовыми турбинами;
5. — Поворотно-лопастными турбинами.
6. МГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на:
7. — высоконапорные — более 60 м;
8. — средненапорные — от 25 м;
9. — низконапорные — от 3 до 25 м.

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях.

На низконапорных малых гидростанциях(МГЭС) устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

Что касается принципа работы турбины мини ГЭС, то он во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться.

Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды.

Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте — стальной или железобетонной.

Мощность миниГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы.

• При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:
• — наличие надежных и удобных в эксплуатации средств управления и контроля над работой оборудования;
• — управление оборудованием в автоматическом режиме с возможностью перехода при необходимости на ручное управление;
• — генератор и турбина гидроагрегата должны иметь надежную защиту от вероятных аварийных ситуаций;
• — площади и объемы строительных работ для установки малых ГЭС должны быть минимальными.

Выгоды использования мини-ГЭС:

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды.

Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов.

Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы.

Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте.

При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное — объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов.

Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций.

Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ.



Мини/микро ГЭС

Мини/микро ГЭС – это один из перспективных путей развития альтернативной энергетики. В основу его заложено использование небольших природных водных потоков.

Это отличная альтернатива централизованному водо- и энергоснабжению в тех районах, где оно отсутствует совсем или испытывает постоянную нехватку.

Определение понятия мини/микро ГЭС зависит от показателя мощности:
— оборудование мощностью до 100 кВт;
— оборудование мощностью до 1000 кВт.

Гидрогенераторы имеют более технически сложную конструкции по сравнению с ветрогенераторами и гелиогенераторами. Работа их проходит в довольно агрессивной среде и наработка значительно больше за одинаковый временной интервал.

Существует четыре вида проточных Мини/микро ГЭС:
1.  Водяное колесо – представляет собой конструкцию, наполовину погруженную в воду и имеющую строение колеса с лопастями. Приводится оно в движение, когда вода попадает на лопасти и начинает его вращать. Есть более дорогие устройства этого вида, оснащенные турбиной.
2.

  Гирляндная мини/микро ГЭС – это конструкция, которая состоит из троса, который крепится на разных берегах водоема. Один конец троса соединен с подшипником, а второй – с валом генератора. На самом тросе установлены роторы. Вся конструкция напоминает гирлянду.

Роторы на тросе погружены в воду, а потоки воды вращают их, а те потом вращают трос, передавая вращение валу генератора. Вся эта конструкция является небольшой плотиной. Однако имеет не очень высокое КПД и скрывает некую опасность для окружающих наличием скрытых под водой составных частей конструкции.
3.

  Ротор Дарье – это сложное вертикальное устройство, использование его также трудоемко, как и в ветроэнергетике. В принцип его работы заложена разность давления, которая создается на лопастях. С этой целью лопасти ротора в выполнены сложной форме.

Одним из главных недостатков его есть то, что он довольно сложной конструкции и для начало его работы, ротор нужно принудительно запустить. Но использование привлекательно тем, что благодаря вертикальной оси сбор мощности не требует дополнительных передач и можно проводить напрямую. Также работа этой конструкции не зависит от направления потока воды.
4.

  Пропеллер – это своеобразный подводный вертикальный ротор с маленькими лопастями. Маленький размер лопастей оптимальный вариант чтобы значительно снизить сопротивление, и на порядок возросла скорость вращения.
У всех видов мини ГЭС электроэнергия производится по одному и тому же принципу.

Генератор начинает вырабатывать электроэнергию после того как приводится в действие передачей энергии вращения от турбины. А она приходит в движение когда лопасти начинают активизироваться под действием напора воды. Сама же мощность мини электростанции зависит от напора воды, которая воздействует на лопасти и расхода все той же воды, а также зависит напрямую от производительности непосредственно самих турбин и генераторов.

Мини/микро электростанции имеют много достоинств:
— они не безопасны для экологии;
— мини электростанции экономично выгодные, потому что просты в исполнении и практически полностью автоматизированы;
— для установки и эффективной работы электростанции не требуется наличие больших водоемов;
— их работа не нуждается в каком-либо топливе;

— и это самовозобновляемый источник энергии.

Попередня статтяПленка EVA

Архитектурная мастерская «Квадарт» — Index

Нетрадиционной энергетике последнее время уделяется пристальное внимание во всем мире.

Заинтересованность в использовании возобновляемых источников энергии — ветра, солнца, морского прилива и речной воды, — легко объяснима: нет нужды закупать дорогостоящее топливо, имеется возможность использовать небольшие станции для обеспечения электроэнергией труднодоступных районов. Последнее обстоятельство особенно важно для стран, в которых имеются малонаселенные районы или горные массивы, где прокладка электросетей экономически нецелесообразна.

Две трети территории России не подключено к энергосистеме. В России зоны децентрализованного энергоснабжения составляют более 70% территории страны.

До сих пор у нас можно встретить населенные пункты, в которых электричества не было никогда. Электрификация отдаленных и труднодоступных населенных селений — дело не такое уж и сложное.

Так, в любом уголке России найдется речка или ручей, где можно установить микроГЭС.

Малые и микроГЭС — объекты малой гидроэнергетики. Эта часть энергопроизводства занимается использованием энергии водных ресурсов и гидравлических систем с помощью гидроэнергетических установок малой мощности (от 1 до 3000 кВт).

Малая энергетика получила развитие в мире в последние десятилетия, в основном из-за стремления избежать экологического ущерба, наносимого водохранилищами крупных ГЭС, из-за возможности обеспечить энергоснабжение в труднодоступных и изолированных районах, а также, из-за небольших капитальных затрат при строительстве станций и быстрого возврата вложенных средств (в пределах 5 лет).

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

• русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;
• стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;
• ГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных объектах водного хозяйства;
• мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Водяное колесо — это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная мини-ГЭС — представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье — это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер — это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см.

При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду.

При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

Недостатки гирляндной МГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих (длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина.

Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач.

Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.

Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер.

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:

• Осевыми турбинами;
• Радиально-осевыми турбинами;
• Ковшовыми турбинами;
• Поворотно-лопастными турбинами.

ГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на:

• высоконапорные — более 60 м;
• средненапорные — от 25 м;
• низконапорные — от 3 до 25 м.

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях. На низконапорных ГЭС устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

Что касается принципа работы турбины, то он во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться.

Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды.

Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте — стальной или железобетонной.

Мощность ГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов.

Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность.

К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы. При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:

• наличие надежных и удобных в эксплуатации средств управления и контроля над работой оборудования;
• управление оборудованием в автоматическом режиме с возможностью перехода при необходимости на ручное управление;
• генератор и турбина гидроагрегата должны иметь надежную защиту от вероятных аварийных ситуаций;
• площади и объемы строительных работ для установки малых ГЭС должны быть минимальными.

Описание работы гидроэлектростанций

Источником гидроэнергии является преобразованная энергия Солнца в виде запасенной потенциальной энергии воды, которая затем преобразуется в механическую работу и электроэнергию.

Действительно под воздействием солнечного излучения вода испаряется с поверхности озер, рек, морей и океанов. Пар поднимается в верхние слои атмосферы, образуя облака; затем он, конденсируясь, выпадает в виде дождя, пополняя запасы воды в водоемах.

Преобразование потенциальной энергии воды в электрическую происходит на гидроэлектростанции. Поддержание постоянного напора осуществляется с помощью платины, которая образует водохранилище, Служащее аккумулятором гидроэнергии.

В связи с этим при строительстве ГЭС предъявляются определенные требования к рельефу местности, который должен позволить организовать водохранилище и создать требуемый напор за счет плотины. Все это связано со значительными затратами, и стоимость строительных работ может превышать стоимость оборудования ГЭС.

Вместе с тем удельная стоимость электроэнергии, генерируемой ГЭС, является самой низкой по сравнению с себестоимостью энергии, производимой другими источниками. Как правило, срок окупаемости малых ГЭС не превышает 10 лет.

Рис. 1. Машинная станция с гидротурбиной

Для преобразования энергии воды в механическую работу используются гидротурбины (рис.1). Различают активные и реактивные турбины.

В активной турбине кинетическая энергия потока преобразуется в механическую. Дополнительные устройства, обеспечивающие работу турбины, — водовод и сопло.

Из сопла выходит струя, обладающая кинетической энергией, которая направляется на лопасти турбины, находящейся в воздухе.

Сила, действующая со стороны струи на лопасти, приводит во вращение колесо турбины, с валом которого непосредственно или через привод сопряжен электрогенератор. КПД реальных турбин колеблется от 50 до 90 %. В гидротурбинах малой мощности КПД ниже.

Максимальное значение КПД, равно 100% . Оно может быть достигнуто, если струя после взаимодействия с лопатками будет двигаться вертикально вниз только под действием силы тяжести.

КПД активной гидротурбины может быть повышен за счет ограниченного увеличения числа сопел, так как при большом их количестве будет сказываться взаимное влияние струй.

В реактивной гидротурбине рабочее колесо полностью погружено в поток, который постоянно воздействует на лопасти турбины.

В наиболее распространенной турбине Френсиса вращение колеса осуществляется за счет разности давления потока на входе и на выходе вода поступает в рабочее колесо радиально. Зазор между рабочим колесом и камерой – переменный.

После взаимодействия потока с колесом он разворачивается на 90°. Переменный зазор и поворот потока повышает эффективность турбины.

Выгоды использования мини-ГЭС

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды.

Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов.

Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы.

Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте.

При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное — объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов.

Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций.

Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ.

Выводы о целесообразности применения малых ГЭС

Развитие малой гидроэнергетики в регионах может обеспечить:

• создание собственных региональных генерирующих мощностей и снижение дефицита электроэнергии в регионе;
• надежное электроснабжение качественной электроэнергией населенных пунктов в удаленных районах и на концевых участках магистральных линий электропередачи;
• достижение экономической и социальной стабильности в населенных пунктах, которые до настоящего времени не подключены к единой энергетической системе;
• снижение дотационности регионов, связанной с закупкой и завозом топлива в труднодоступные районы.

Природа дает нам самый неприхотливый способ добычи энергии, но мы им почти не пользуемся. Несмотря на все преимущества развития в России малой гидроэнергетики в настоящее время нет. Главной проблемой для развития малых ГЭС являются бюрократические и юридические преграды.

Так как для надежного обеспечения какого-либо населенного пункта электроэнергией необходимо подключение ГЭС в общую электрическую систему, т.е.

в ночное время когда разбор электрической энергии минимален малая ГЭС должна отдавать электроэнергию в сеть, а в дневное время, когда нагрузка возрастает многократно недостаток электроэнергии должен компенсироваться из общей сети. Если построить ГЭС на полную максимальную нагрузку, то большую часть суток она будет работать с минимальной загрузкой, т.е.

вложения в постройку ГЭС будут не эффективны и окупаться они будут в разы дольше. Решить вопрос подключения малой ГЭС в общую сеть практически не реально, т.к. имея свою ГЭС вы становитесь поставщиком электроэнергии в сбытовую компанию со всеми вытекающими из этого техническими и юридическими проблемами.

Второй основной проблемой при строительстве малой ГЭС является использование водоемов, т.е. необходимо получить согласования в различных инстанциях связанные с природоохранной, что для частных лиц или небольших организаций не обладающих административным ресурсом задача длительная и крайне сложная.

Гидрогенераторы для малых ГЭС

Гидрогенераторы для малых ГЭС

Наши конкурентные преимущества:

• концерн разрабатывает и изготавливает электрические машины по индивидуальным заказам без увеличения сроков изготовления
• более высокий КПД относительно продукции иных производителей России и стран СНГ
• изготовление электродвигателей с промежуточной нестандартной мощностью, что сокращает издержки без потери качества и гарантийного срока
• показатель уровня обслуживания покупателей 95%
• изготовление электродвигателей под вашей торговой маркой
• условия оплаты и поставки с учетом особенностей склада на вашей территории
• процедура trade in, которая распространяется не только на двигатели, но и на агрегаты

При заказе вы можете выбрать:

• изготовление сертифицированных двигателей для работы в составе частотно-регулируемого привода
• подшипники различных производителей – SKF, FAG или отечественные. При необходимости в двигателе могут устанавливаться токоизолированные подшипники
• смазку различных производителей. Унификация еще на этапе поставки смазки с принятой на предприятии эксплуатации позволяет запускать в эксплуатацию двигатель без замены смазки и требующейся при этом промывки подшипник
• необходимую конфигурацию мест под датчики вибрации. Наиболее частыми являются заказы двигателей с местами под датчики вибрации и датчики ударных испульсов SPM, SLD. При заказе нами предлагается удобная графическая схема выбора осей измерения вибрации. Для установки уровней вибрации «Предупреждение» и «Отключение» рекомендуется использовать нормы, установленные ГОСТ Р ИСО 10816-3
• диаметр кабельного ввода силовой коробки выводов
• овальные установочные размеры в лапах
• необходимый цвет двигателя или поставку в загрунтованном виде
• протокол приемо-сдаточных испытаний

Гидравлический генератор по лучшей цене — Выгодные предложения на гидравлический генератор от мировых продавцов гидравлических генераторов

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для гидрогенератора. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший гидравлический генератор в кратчайшие сроки станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели гидравлический генератор на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в гидравлическом генераторе и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести гидравлический генератор по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Лучшая цена на мощность гидрогенератора — Выгодные предложения по мощности гидрогенератора от мировых продавцов энергии гидрогенератора

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте, чтобы приобрести мощность гидрогенератора.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот мощный гидрогенератор должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели мощность гидрогенератора на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в мощности гидрогенератора и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести hydro generator power по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Гидрогенератор 10 Вт по лучшей цене — Выгодные предложения на гидрогенератор 10 Вт от глобальных продавцов гидрогенераторов 10 Вт

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для гидрогенератора 10 Вт.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы будете находить новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший гидрогенератор мощностью 10 Вт должен в кратчайшие сроки стать одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели гидрогенератор мощностью 10 Вт на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в гидрогенераторе 10 Вт и думаете о выборе аналогичного продукта, AliExpress — отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококачественную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.А если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово — просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны — и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести Hydro generator 10w по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Гидрогенераторы — на испытании

Если вы планируете отправиться в круиз на дальние расстояния, вы, скорее всего, захотите установить одну или несколько форм выработки энергии, чтобы избежать работы двигательного двигателя.

Благодаря современной конструкции генераторов, которые обеспечивают повышенную мощность при более низких оборотах, гидрогенераторы становятся выгодным вложением средств для яхтсменов, регулярно курсирующих на дальние расстояния.Да, они действительно создают небольшое сопротивление движущейся яхте, но только около 0,25 узлов, что вряд ли вызовет беспокойство у большинства дальнобойных круизеров.

Как они работают?

Гидрогенератор имеет крыльчатку (реверсивный винт), которая вращается при буксировке за яхтой. Это вращение применяется к генератору переменного тока, который вырабатывает переменный ток, который выпрямляется для создания заряда постоянного тока для ваших батарей, аналогично зарядному устройству с береговым питанием.

Ранние модели буксировали крыльчатку на длинной веревке позади лодки, которая была прикреплена к генератору переменного тока на борту.Но их задние крыльчатки часто кусались крупной рыбой, и они часто запутывались при загрязнении или неправильном извлечении. Современные устройства имеют крыльчатку, прикрепленную к погружаемой опоре, что очень похоже на подвесной мотор.

Современные бесщеточные генераторы с магнитами имеют пониженное сопротивление вращению и повышенный КПД, что позволяет им вырабатывать больше мощности при более низких оборотах. Гидрогенератор — это эффективный способ обеспечить постоянный электрический заряд на большом расстоянии.На 40-футовой яхте один из них может производить около 200 Ач заряда каждые 24 часа при мощности 6 кВт, что достаточно для работы большинства электрических устройств на борту.

Они также не требуют особого обслуживания, кроме очистки от сорняков и периодической проверки электрических соединений.

Гидравлический нагнетатель Swi-Tec

по адресу

Сначала этот HG генерировал большой ток, хотя и не стабильный, поскольку он значительно колебался между показаниями. Следовательно, уровни заряда в нашей таблице результатов получены из среднего значения между самым низким и самым высоким показаниями для каждой скорости.Блок управления подвержен перегреву, так как вентилятор может выйти из строя. Наша испытательная группа сочла коробку более сложной, чем нужно.

Ватт и море

Мы попробовали модель мощностью 600 Вт с рабочим колесом среднего диапазона, поскольку она была более совместима с другими тестируемыми. Хотя они не такие мощные, как Save Marine и Swi-TEC HG на самых низких и самых высоких скоростях, на типичной крейсерской скорости 5-6 узлов мощность остается высокой и, что важно, стабильной.

Нам понравилась простота установки и простота эксплуатации, в том числе простой контроллер заряда «plug-and-play».

SailGen

SailGen легко монтируется и, имея тяжелый генератор на конце лодки, легок и легко развертывается и поднимается. Идея самолета для погружения работает хорошо, и, хотя его производительность в реальном времени меньше, чем у других, всегда поддерживается правильная глубина, что означает, что его уровень заряда гораздо более постоянный.

DuoGen

Мощность немного ниже, чем у SailGen, которая сама по себе находится в середине диапазона по сравнению со всеми другими, но наличие ветрогенератора 2-в-1 может быть настоящим бонусом для тех, кто планирует совершать длинные переходы. прибрежный круиз в ветреных районах, таких как Трейдс.

Сохранить Марин

Нам понравилась легкость и простота использования устройства Save, особенно рука, которая обеспечивала аккуратность и безопасность строп.Мы также думали, что конструкция турбины будет инновационной, тихой и очень эффективной. Наконец, нам понравилась идея удаленного мониторинга на интеллектуальном устройстве, особенно потому, что контроллер заряда полностью автоматический, поэтому нет переключателей, которые нужно щелкнуть, или звуковых сигналов, которые нужно слушать.

Малая гидроэнергетика для гидроэнергетики

Малая гидроэнергетика для гидроэнергетики Статья Учебники по альтернативной энергии 20.06.2010 08.02.2020 Учебники по альтернативной энергии

Поделитесь / добавьте в закладки с:

Малая гидроэлектростанция для дома

Малая гидроэнергетика — важный источник энергии с множеством преимуществ по сравнению с другими формами возобновляемой энергии, и при правильной конструкции и установке он имеет очень мало экологических рисков.Поскольку потенциальная энергия проточной воды легко доступна, системы малых гидроэлектростанций могут использовать эту бесплатную энергию, обеспечивая недорогой и надежный источник «зеленой электроэнергии».

Как правило, все, что вам нужно для системы «малой гидроэнергетики», — это ручей или река с достаточным количеством воды, протекающей через них с нужным объемом или давлением, которая может питать водяную турбину, подключенную к генератору, который будет обеспечивать электроэнергией ваш дом. Так же, как вы можете с солнечной или ветровой возобновляемой системой, вы также можете спроектировать небольшую гидроэнергетическую систему, которая либо подключена к сети, либо подключена к сети с резервным аккумулятором, либо автономна.

Но что мы подразумеваем под «малой гидроэнергетикой». Маломасштабные гидроэнергетические системы представляют собой уменьшенные версии гораздо более крупных гидроэлектростанций, которые мы видим, используя большие плотины и водохранилища для снабжения энергией миллионов людей. В зависимости от физического размера, высоты напора и генерирующей мощности малые гидроэлектростанции можно разделить на малые, мини- и микромасштабные гидроэлектростанции следующим образом:

• Малая гидроэнергетика: — это схема, которая генерирует электрическую мощность от 100 кВт (киловатт) до 1 МВт (мегаватт), подавая эту генерируемую мощность непосредственно в энергосистему или как часть большой автономной схемы энергоснабжения. более одной семьи.
• Mini Scale Hydro Power: — это схема, которая вырабатывает мощность от 5 до 100 кВт, подавая ее непосредственно в энергосистему или как часть автономной системы зарядки аккумулятора или переменного тока.
• Micro Scale Hydro Power: обычно представляет собой классификацию небольшой самодельной схемы руслового типа, в которой используются конструкции генератора постоянного тока для производства электроэнергии от нескольких сотен ватт до 5 кВт как часть автономной зарядной станции. система.

Пример маломасштабной гидроэлектростанции

Малые гидроэнергетические системы, а также Mini Hydro Systems или Micro Hydro Systems могут быть спроектированы с использованием водяных колес или гидротурбин импульсного типа.Потенциал генерации на конкретном участке будет зависеть от количества потока воды, доступного напора, который, в свою очередь, зависит от условий и местоположения участка, а также характеристик осадков на участке.

При достаточном напоре и потоке малые гидроэлектростанции могут приводиться в движение непосредственно из реки или ручья, что называется «русловой» системой, встроенной в или на берегу реки или ручья, без необходимости строительства плотины. , отклоните или измените поток воды любым способом.Сделать их самым дешевым решением для выработки электроэнергии.

В русловой гидросхеме поток воды не изменяется, поэтому минимальный расход воды должен быть таким же или выше, чем предложенная выходная мощность турбины, чтобы обеспечить максимальную эффективность. В результате затраты, связанные с русловой схемой, намного ниже и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем другие малые гидроэлектростанции. Недостатком является то, что расход воды меняется в течение года, и система не может хранить энергию воды.

Разработка небольших гидроэлектростанций, использующих небольшую плотину или плотину, водохранилище (водохранилище) или требующее отвода речного стока через туннели или каналы, требует гораздо большего использования воды в целом, а также большего комплексные строительные и наземные инженерные работы в соответствии с высотой площадки, не говоря уже о воздействии на окружающую среду, пропорциональном размеру схемы.

Тем не менее, система водохранилища или система с высоким напором имеет гораздо более высокий потенциал выработки электроэнергии, чем у гораздо меньшей русловой схемы из-за увеличенного объема и скорости пригодной для использования воды, что компенсирует большие капитальные вложения, но затраты могут быть снижены с помощью простой конструкции и практичных, легко возводимых строительных и механических работ.

Сколько энергии мы можем извлечь из воды

Водяные колеса и водяные турбины отлично подходят для любой малой гидроэнергетической схемы, поскольку они извлекают кинетическую энергию из движущейся воды и преобразуют эту энергию в механическую энергию, которая приводит в действие электрический генератор, вырабатывающий выходную мощность. Максимальное количество электроэнергии, которое может быть получено из реки или ручья текущей воды, зависит от количества энергии в текущей воде в этой конкретной точке.По мере движения воды гидроэлектрическая система преобразует эту кинетическую входную мощность в электрическую выходную мощность.

Для определения энергетического потенциала воды, текущей в реке или ручье, необходимо определить как расход воды, проходящей через точку в данный момент времени, так и высоту вертикального напора, через которую вода должна упасть. Теоретическая мощность в воде может быть рассчитана следующим образом:

Мощность (P) = Расход (Q) x Напор (H) x Плотность (г) x Плотность воды (ρ)

Где Q в м ³ / с, H в метрах и g — гравитационная постоянная, 9.81 м / с ² и ρ — плотность воды, 1000 кг / м ³ или 1,0 кг / литр.

Тогда мы можем видеть, что максимальная теоретическая мощность, доступная в воде, пропорциональна произведению «Напор на расход», поскольку сила тяжести на воде и плотность воды всегда постоянны. Следовательно, P = 1,0 x 9,81 x Q x H (кВт).

Но водяная турбина не идеальна, и часть входной мощности теряется внутри турбины из-за трения и других подобных недостатков.Большинство современных гидротурбин имеют КПД от 80 до 95%, в зависимости от типа, реакция или импульс , поэтому эффективная мощность небольшой гидроэнергетической системы может быть задана как:

Доступная мощность от гидросистемы

Где: η (eta) — коэффициент полезного действия турбины или водяного колеса.

Пример малой гидроэнергетики №1

Небольшой ручей падает на 20 метров вниз по склону горы, производя 500 литров воды в минуту мимо фиксированной точки.Сколько мощности может вырабатывать малая гидроэлектростанция в киловаттах, если используемый тип водяной турбины имеет максимальный КПД (η) 85%.

Приведенные данные: напор = 20 м, расход = 500 л / мин, КПД = 0,85 и сила тяжести = 9,81 м / с ² . Но сначала мы должны преобразовать расход воды 500 литров в минуту в ^м / сек.

1000 литров равны 1 м ³ , поэтому 500 литров равны 0,5 м ³ . Одна минута равна 60 секундам, затем расход равен 0.5 м ³ в минуту равно 0,00833 м ³ в секунду.

Сейчас 1,4 кВт может показаться немного, но это эквивалентно более 12 000 кВтч (1,4 x 24 x 365) бесплатной гидроэлектроэнергии в год. Поскольку мощность пропорциональна произведению «Напор на расход», увеличение любого из этих двух факторов и / или эффективности гидросистемы приведет к увеличению вырабатываемой мощности. Тем не менее, годовое производство электроэнергии зависит от того, будет ли доступное водоснабжение достаточно постоянным в течение года.

Компоненты маломасштабной гидроэнергетической схемы

Типичная схема малой гидроэлектростанции требует ручья, водозаборной системы для отвода воды, канала или канала, называемого напорным водоводом для отвода отводимой воды, водяной турбины или водяного колеса для преобразования кинетической энергии воды в вращательная механическая энергия и электрический генератор для преобразования этой вращательной энергии колеса в электричество.

Хотя фактические компоненты будут различаться для каждой схемы малой гидроэнергетики, тип выбранной схемы будет определять необходимость строительства водослива, дамбы или форбека, что в конечном итоге будет зависеть от имеющегося «статического напора» воды и показана типичная схема малой гидроэнергетики.

Если вы не уверены в географическом окружении, покупка карты местности для съемки местности позволит вам получить представление о величине напора, доступного от реки до турбины, путем измерения деталей контуров на карте.

Низкий напор до 20 метров (65 футов) позволяет использовать ряд вариантов гидроэнергетики от одиночной пластиковой водопроводной трубы до желоба, спускающегося по склону от водозабора над струей воды непосредственно на турбину (вероятно, в стиле Пелтона) турбина, вращающая генератор.

Тогда малые энергетические системы масштаба гидро состоят из канала, трубопровода или трубопровода под давлением (напорный трубопровод), который подает воду. Турбина или водяное колесо преобразует энергию текущей воды в энергию вращения, а генератор переменного тока или генератор преобразует энергию вращения в электричество.

Малые гидрогенераторы

Помимо строительных работ, одной из самых сложных частей проектирования небольшой, мини- или микрогидросистемы для производства электроэнергии является выбор правильного генератора, который будет использоваться вместе с водяной турбиной или водяным колесом.Вообще говоря, водяные колеса вращаются с меньшей скоростью, чем водяные турбины, поэтому, если выбран высокоскоростной генератор, то может потребоваться система редуктора или шкива, использующая ремень или замену. Доступно множество стандартных электрических машин, и все они имеют свои преимущества и недостатки, но генераторы с постоянными магнитами, безусловно, являются наиболее популярным выбором для успешных проектов малых гидроэнергетических установок.

Малые гидрогенераторы постоянного тока — они имеют размер от нескольких сотен ватт до более 3000 ватт и могут использоваться для зарядки батарейных блоков для хранения электроэнергии, вырабатываемой системой, подобно зарядке автомобильного аккумулятора.Самый распространенный тип генератора постоянного тока с постоянными магнитами (PMDC) — это Dynamo . Динамо-машины — хороший выбор для новичков в гидроэнергетике, поскольку они большие, тяжелые и, как правило, имеют очень хорошие подшипники на валу шкива.

Дизельные динамо-машины для грузовиков или автобусов старого образца лучше подходят для водяных колес, поскольку они предназначены для выработки необходимого напряжения и тока на более низких скоростях с упором на эффективность, а не на максимальную мощность. Кроме того, большинство динамо-машин для автобусов и грузовиков могут генерировать мощность до 500 Вт при напряжении 24 В, чего более чем достаточно для зарядки аккумуляторов и питания фонарей для небольшой гидросистемы низкого напряжения.

Если батареи включены в конструкцию малой гидроэнергетики, они должны быть расположены как можно ближе к генератору, поскольку может быть затруднительно передавать энергию низкого напряжения по длинным кабелям. Кроме того, маломасштабные гидрогенераторы всегда вырабатывают энергию при включении, даже если батареи полностью заряжены, тогда для поглощения и рассеивания этой избыточной мощности требуется фиктивная резистивная нагрузка, такая как электрический пожарный элемент. Эта фиктивная резистивная нагрузка может рассеивать много энергии, поэтому может сильно нагреваться, поэтому ее следует размещать так, чтобы к ней нельзя было прикоснуться.

Автомобильные генераторы

также являются еще одним популярным выбором среди многих мастеров для изготовления низковольтных турбинных генераторов, однако они требуют высоких скоростей вращения и не всегда очень эффективны. Автомобильные генераторы переменного тока также требуют внешнего источника питания для питания электромагнитов, создающих магнитное поле.

Автомобильные генераторы переменного тока ограничивают собственный ток с помощью встроенной схемы регулятора. Это предотвращает перезарядку подключенных аккумуляторов генератором. Тем не менее, автомобильный генератор переменного тока никогда не должен подключаться к аккумуляторной батарее задним ходом или запускать генератор на высоких оборотах без подключенной батареи, поскольку выходное напряжение поднимется до высоких уровней (намного больше 12 вольт) и разрушит внутренний выпрямитель.

Во многих системах постоянного тока также используются выпрямители для преобразования электроэнергии постоянного тока низкого напряжения (DC), производимой системой, в электрическую сеть переменного тока напряжением 120 или 240 вольт для бытовых приборов и телевизоров, работающих от сети переменного тока. Гидрогенераторы постоянного тока могут подавать энергию в подключенную к сети систему через инвертор и стабилизатор мощности, но для постоянно подключенной к сети системы лучше установить гидрогенератор переменного тока.

Малые гидрогенераторы переменного тока — используются для схем с подключением к сети и могут быть однофазными или трехфазными.Гидрогенераторы переменного тока имеют мощность от 500 Вт до 10 кВт с использованием высокоскоростных синхронных или асинхронных машин. Гидрогенераторы переменного тока постоянно подключены к системе электропроводки дома, питая нагрузки напрямую. Система должна включать стабилизатор мощности, чтобы обеспечить постоянный выход в энергосистему с правильным напряжением и частотой независимо от скорости турбины.

Если вам посчастливилось жить рядом с рекой или ручьем, инвестирование в малую гидроэнергетическую систему может снизить вашу потребность в ископаемом топливе, что поможет снизить загрязнение воздуха.При проектировании гидроэнергетической системы следует учитывать множество факторов, но с правильным участком и оборудованием, тщательным планированием и вниманием к местным законам и требуемым разрешениям маломасштабные гидроэнергетические системы могут предоставить вам чистые, надежные и обслуживаемые бесплатный источник энергии на долгие годы вперед.

Помимо преимуществ, связанных с продажей собственной генерируемой бесплатной электроэнергии обратно местной коммунальной компании, подключенные к сети гидроэлектрические системы будут поставлять дополнительную мощность, которая вам нужна, когда ваша гидроэнергетическая система не может удовлетворить все ваши потребности в электроэнергии.

Для получения дополнительной информации о Small Scale Hydro Power и о том, как использовать двигатели в качестве генераторов для выработки собственной электроэнергии с использованием энергии воды, или получить дополнительную информацию о гидроэнергетике о различных доступных малых гидроэнергетических системах, или изучить преимущества и недостатки гидроэнергетики, затем щелкните здесь, чтобы заказать копию на Amazon сегодня и узнать, как использовать электродвигатели в качестве генераторов как часть вашей собственной гидрогенерирующей системы.

Типы гидроэлектростанций или гидроэлектростанций

Типы гидроэлектростанций или гидроэлектростанции могут быть классифицированы по различным категориям в зависимости от расхода воды, напора воды и потребности в подаче нагрузки в разное время года.Сначала мы видим блок-схему разных типов ГЭС :

1. В зависимости от степени регулирования расхода воды:

По степени регулирования расхода воды гидроэлектростанции можно разделить на три категории:

а. Речные ГЭС без водоема

г.р. Водостоки с водоема

г. Резервуарные электростанции

а. Речные ГЭС без пруда

Это гидроэлектростанция типа , вода не постоянно.Таким образом, этот тип электростанции не подходит для постоянной устойчивой нагрузки. На электростанции такого типа нет пруда или хранилища. Растение размещают в таком месте, где вода поступает прямо из реки или пруда. Этот тип гидроэлектростанции называется водосточной без водоема. Электростанция производит гидроэлектроэнергию только при наличии воды. Этот тип плана нельзя использовать все время. Во время периода высокого расхода и низкой нагрузки вода расходуется впустую, а в периоды обедненного потока производительность плана очень мала.Способность выработки энергии у этого типа плана очень мала, и он производит энергию случайно. Стоимость разработки такой электростанции относительно дешевле, чем строительство гидроэлектростанции на постоянной основе. Хотя она не используется для обеспечения постоянной стабильной нагрузки, ее цель — вырабатывать электроэнергию за счет чрезмерного расхода воды во время паводков, сезона дождей или любой доступный поток для экономии некоторых видов наших природных ресурсов энергии, таких как уголь и т. д., дизельное топливо и т. д.

г.р.Водостоки с водоема

Этот тип установки используется для увеличения емкости пруда. Пруд используется в качестве накопителя воды для гидроэлектростанции. Увеличенный размер пруда означает, что в установке доступно больше воды, поэтому такой тип гидроэлектростанции является использовался период колебаний нагрузки в зависимости от размера водоема. С определенным ограничением, этот тип электростанции может быть частью кривой нагрузки, и он более надежен, чем гидроэлектростанция без водоема. Такой тип электростанции подходит как для базовой нагрузки. или период пиковой нагрузки.В период высокого потока эта установка подходит для периодов базовой нагрузки и периода обедненного потока, она может использоваться только для обеспечения пиковых нагрузок. В период высокого паводка следует помнить одну вещь, что наводнение не должно повышать уровень воды в хвостовой части. электростанции сохранить сохранение угля.

г. Резервуарные электростанции

Самая гидроэлектростанция в мире — это водохранилище. В этом типе электростанции вода накапливается за плотиной, и вода доступна круглый год даже в засушливый сезон.Этот тип электростанции очень эффективен и используется как в период базовой, так и в пиковой нагрузке в соответствии с требованиями. Что наиболее важно, он также может принимать участие в кривой нагрузки в энергосистеме.

2. По наличию расхода воды

По высоте воды или напору гидроэлектростанции можно разделить на три категории:

а. Низкий напор

г.р. Средняя голова

г. Высокая голова

Низкий, средний, высокий напор. Несмотря на то, что нет никаких правил относительно высоты напора, ниже 30 метров считается низким напором, от 30 до 300 метров называется средним напором, а выше 300 метров называется высоким напором гидроэлектрического электростанция.

а. Низконапорная гидроэлектростанция

Блок-схема с низким головной гидро электростанции приведена на рис:

Фрэнсис, Каплан или пропеллерные турбины используются для этого типа гидроэлектростанции. Для создания низкого напора необходимо строительство плотины. Водозаборник или водоем размещается сразу за плотиной для создания необходимого уровня напора. Вода поступает в турбину через напорный водовод. Этот тип гидроэлектростанции расположен чуть ниже плотины и также создает полезный уровень воды.Для этой станции не требуется уравнительный бак, сама дамба сбрасывает излишки воды из реки. Научный напор низкий, требуется огромное количество воды для вывода желаемой продукции, поэтому для данной установки используются трубы большого диаметра и небольшой длины. Электростанции используют генераторы малой скорости и большого диаметра.

г.р. ГЭС средней высоты

Блок-схема средней головки гидро электростанции показана ниже:

Передний край предназначен для гидроэлектростанции среднего напора.Это бьеф работаться как всплеск tank.Forebay сливает с рекой, и вода привела к турбине через penstock.Forebay только начало penstock.For низкого завода головы бьефа служит сами расширительным бачком.

г. Высоконапорная ГЭС

Напор этой электростанции составляет более 300 метров. Плотина построена на таком уровне, что образуется максимальный резервный уровень воды. Построен напорный туннель, который соединен с гидрораспределителем. Вода поступает из резервуара в гидрораспределитель по нему. туннель давление, и это является запуск водовода.Уравнительный резервуар также построен до клапана дома, который уменьшает гидравлический удар в напорный трубопровод в случае внезапного закрытия основных ворот воды turbine.Surge бака также хранить некоторую дополнительную воду, которая полезна для спроса выбора нагрузки, потому что он будет служить дополнительную водой к turbine.Valve дом состоит из главных клапана шлюзовых клапанов и автоматических запорных клапанов, которые работают на разрывание напорного и отсечной дальнейшую подачу воды к penstock.The напорному является соединительной трубой, которая подает воду из клапана дома в турбин.Для высокого напора более 500 метров используется турбина с колесом Пелтона, а для более низкого напора — турбина Фрэнсиса.

3. По видам питания

а. Базовая нагрузка

г.р. Пиковая нагрузка

г. ГАЗ на пиковую нагрузку

а. Базовая нагрузка ГЭС

Это электростанция большой мощности. Эта установка работает как базовая часть кривой нагрузки энергосистемы, поэтому ее называют установками базовой нагрузки. Станция базовой нагрузки подходит для постоянной нагрузки.Коэффициент загрузки этой установки высокий и она выполняется как блочная. В качестве установок базовой нагрузки используются речные установки без пруда и водохранилища.

г.р. Пиковая нагрузка ГЭС

Эта установка подходит для кривой пиковой нагрузки энергосистемы. При высоком спросе этот тип установки отлично справляется со своей работой. Водосбросные установки с водоемами могут использоваться в качестве установок пиковой нагрузки. При наличии водоснабжения они генерируют большая часть нагрузки в период пиковой нагрузки.Ей нужны огромные складские площади. Резервуары могут использоваться как станции пиковой нагрузки. Этот тип станции может обеспечивать электроэнергию в течение всего года.

г. Насосная ГЭС на пиковую нагрузку

Это уникальная конструкция установок пиковой нагрузки. Здесь используются два типа водоема, называемые верхним водным прудом и нижним водоемом. Два водоема соединены между собой водопроводным затвором.