Мини гидроэлектростанции


Мини ГЭС представляет собой небольшую гидроэлектростанцию, которая вырабатывает относительно малое количество электрической энергии. Данное оборудование не имеет четко обозначенного понятия, единственной его характеристикой выступает мощность. По своему принципу работы малые гидроэлектростанции практически ничем не отличаются от станций, которые вырабатывают большую мощность. Вода здесь также выступает в качестве источника силы, которая и вращает лопасти турбины.

Необходимость использования подобного оборудования часто вызвана отсутствием полноценного снабжения электричеством, а также ростом тарифов на электрическую энергию. При наличии реки или даже речки и грамотном подходе к установке данного оборудования вполне можно обеспечить электроэнергией целый дом или даже небольшого поселения. В некоторых случаях даже при небольшой скорости речки можно создать необходимый поток воды с помощью создания перепадов высот.

Виды

Мини ГЭС может выдавать разную мощность электрической энергии, это зависит от ее типа и разновидности применяемого оборудования.

Исходя из типа водяных потоков, могут применяться следующие виды гидроэлектростанций:
  • Русловые. В большинстве случаев их можно наблюдать на равнинах. Их ставят на реках, где вода имеет небольшой поток.

Мини гидроэлектростанции

  • Стационарные. Их применение свойственно местам, где реки имеют быстрый поток воды. Это позволяет рассчитывать на получение большей энергии воды.

Мини гидроэлектростанции

  • Гидроэлектростанции, которые ставятся в точках перепада водяного потока. В большинстве случаев их можно наблюдать поблизости от промышленных предприятий и организаций.

Мини гидроэлектростанции

  • Мобильные установки. В большей части случаев они сооружаются с использованием рукава из армированных материалов. Для мобильных гидроэлектростанций часто достаточно лишь небольшого ручейка.

Мини гидроэлектростанции

По принципу функционирования Мини ГЭС бывают:
  • «Водяное колесо». Это значит, что колесо с лопатками располагается параллельно текущей поверхности воды, но в то же время в воде находится только часть колеса. Водная масса оказывает давление, в результате чего колесо начинает вращаться. Указанное вращение заставляется вращаться генератор.

Мини гидроэлектростанции

  • Мини ГЭС в виде гирляндной конструкции предполагает укладку троса или оси между двумя берегами. На нем жестко устанавливаются роторы. Под действием перемещения водных масс роторы начинают вращаться. Их вращение также передается тросу, оно же в итоге передается генераторной установке. Она стоит на поверхности берега.
  • Установка с ротором Дарье. Принцип данного устройства базируется на использовании разности давлений, возникающих на лопастях ротора. Вызывается такая разность вследствие обтекания водой сложно устроенных плоскостей ротора.

Мини гидроэлектростанции

  • Установка с пропеллером. Данное устройство напоминает ветрогенератор, однако в данном случае лопасти установки находятся в воде.

Мини гидроэлектростанции

По разновидности конструкций устройства турбины могут быть:
  • Осевыми. В них вода направляется по оси турбины и идет на лопасти, что и приводит во вращение турбину.
  • Радиально-осевыми. Здесь вода первоначально направляется радиально к оси, а впоследствии по оси ее вращения.
  • Ковшовыми. В данном случае вода направляется на лопатки (ковш) посредством сопел, где происходит увеличение скорости воды. Ударяясь о лопатки, турбина приводится во вращение.
  • Поворотно-лопастными. В данном случае лопасти вращаются вокруг оси вместе с турбиной.
В зависимости от условий монтажа данное оборудование может быть:
  • Низконапорными, они предполагают перепад высот до 25 м.
  • Средненапорными, они предполагают перепад высот в пределах 25-60 м.
  • Высоконапорными, они предполагают перепад высот выше 60 м.
Устройство

Гирляндная гидроэлектростанция выполнена из турбин, которые имеют небольшой вес. Они нанизываются на трос в виде гирлянды. Данный трос перебрасывается через реку и крепится в опорных подшипниках. Эти подшипники обеспечивают свободное вращение и возможность раскручивания вала генератора.


Мини гидроэлектростанции

Турбины, которые также называют гидровингроторами, выполнены в виде двух полуцилиндров со смещенными осями. Когда они погружаются в воду, то течение воды обеспечивает создание крутящего момента. В результате течения потока воды трос выгибается и натягивается, что обеспечивает его свободное вращение. Концами трос соединяется с редуктором, именно ему передается мощность крутящегося троса. В результате трос выполняет функцию вала, который передает мощность генератору.

В обычной промышленной или бытовой сети постоянство частоты тока поддерживается сетью и специальным оборудованием. Однако для потребителя генератор может выдавать большую мощность, в зависимости от скорости течения воды. Поэтому в генераторе предусматриваются дополнительные регулировочные механизмы. К примеру, в схему может быть введена регулируемая балластная нагрузка, она может использоваться для подогрева воды в случае выработки излишней мощности. В промышленных установках мини ГЭС для этого специально предусматривается дополнительное оборудование.

Схема электрогенерирующей установки в целом предполагает наличие следующих элементов:
  • Гидротурбина с лопатками, которая соединяется с валом генератора.
  • Генератор. Используется для создания переменного тока. Он подсоединяется к валу турбины. Так как параметры создаваемого тока являются сравнительно нестабильными, то применяется дополнительное оборудование.

  • При помощи блока управления турбиной можно запускать и останавливать агрегат, синхронизировать работы, контролировать режимы работы и аварийно останавливать установку.
  • Блок балластной нагрузки, который используется для рассеивания неприменяемой мощности, то есть энергии, которую потребитель в данный момент не использует. Это дает возможность избежать выхода из строя генератора, а также системы контроля и управления.
  • Контроллер заряда или стабилизатор. Данные устройства необходимы, чтобы управлять зарядом аккумуляторов, преобразования напряжения.
  • Аккумуляторные батареи, которые накапливают заряд и обеспечивают автономность работы устройства.
  • Инверторная система, используемая для преобразования напряжения.
Принцип действия мини ГЭС

Принцип действия  аналогичен функционированию крупных электрических станций. Отличие кроется только в мощности установок и объема создаваемого электричества.

Напор воды может создаваться обычным течением водоема или образовываться путем возведения плотины или другого сооружения. К примеру, может быть создан искусственный перепад высот, что позволяет за счет силы тяжести усилить поток воды. В свою очередь, благодаря силе тяжести гидравлическая турбина будет вращаться быстрее, а значит, будет вращаться быстрее и генератор. В ряде случаев могут применяться одновременно два способа создания напора.


Под действием напора вода направляется в необходимом направлении, где и устанавливается турбина. На ее лопасти попадают водные массы, которые передают им свою энергию. Источником водной энергии могут являться реки и речки, перепады высот, расположенные на всевозможных водяных сбросах, трубопроводов разного назначения и так далее. Указанная водная энергия преобразовывается при помощи гидротурбины в движение вращения. Далее, проходя через редуктор или другую механическую передачу, эта энергия направляется на вал генератора.

Применение

Мини гидроэлектростанции

Мини ГЭС могут применяться повсеместно. Ограничением их применения может быть только отсутствие рек и речек. Если возле дома течет маленькая река, в том числе имеются плотины, высотные перепады на водяных сбросах, то это значит, что в данной местности созданы все условия для монтирования мини гидроэлектростанции. Естественно, что на ее покупку, монтаж или создание своими руками потребуется вложение денег. Однако, необходимо отметить, что такая установка сможет довольно быстро окупиться. В любой момент времени Вы будете иметь дешевую электроэнергию, за которую не нужно будет платить. Вы не будете зависеть от всевозможных внешних факторов.

Мини ГЭС могут использоваться в следующих целях:

  • Для промышленно применения. Это установки мощностью 200 кВт и выше. Данное оборудование производится специализированными предприятиями, однако их не так много. Данные гидроэлектростанции применяются для электрического снабжения промышленных предприятий и организаций, а также реализации электрической энергии потребителям.
  • Для коммерческого применения. Это установки мощностью до 200 кВт. Данные гидроэлектростанции применяются для электрического снабжения мало энергоемких предприятий, поселений, а также небольших групп домов.
  • Для бытового применения. Это установки мощностью до 20 кВт. Данные гидроэлектростанции применяются для электрического снабжения небольших всевозможных объектов, а также загородных домов.

Мини ГЭС для личного потребления вполне можно соорудить собственными руками. Для этого можно использовать как готовые комплектующие, так и подручные материалы.

Источник: electrosam.ru

Среди всех альтернативных источников энергии, наибольшей популярностью пользуются гидроэлектростанции. Этот факт объясняется достаточно просто — при тех же капиталовложениях, отдача значительно больше. Единственный недостаток в том, что для стабильной работы необходима река или ручей.

Оглавление:

  1. Классификация мини ГЭС
  2. Преимущества мини ГЭС
  3. Сравнение самодельной и заводской мини ГЭС
  4. Обзор производителей мини ГЭС
  5. В какой компании заказать мини ГЭС

Классификация мини ГЭС

В зависимости от принципа работы выделяют четыре основных типа гидроэлектростанций:


  • ГЭС гирлянда, для усиления потока воды используются дополнительные гидросооружения;
  • классическое водяное колесо, наиболее простой вариант, для самодельной ГЭС;
  • пропеллер, подходит в том случае, если русло реки более 10 м в ширину;
  • ротор Даоье применяется для изготовления промышленных микро ГЭС.

Мини гидроэлектростанции

Объединяет все эти разновидности гидростанций то, что для их работы не нужно строить плотину. Данная конструкция — это высокоточный и дорогостоящий инженерный объект, возведение которого стоит в разы больше, чем сама ГЭС.

Второй критерий, по которому следует разделить маленькие гидроэлектростанции — возможность применения в бытовых и промышленных целях. Речь идет о том, что один и тот же тип ГЭС может иметь несколько вариантов подачи и отвода воды. Это делает возможным, создание электростанций, которые могут работать в закрытой системе трубопроводов. Актуальны они для фабрик и предприятий, производственный процесс, которых связан с большими затратами воды. Кроме того, мощность установки должна соответствовать потребности в электричестве.

Бытовые установки намного проще и дешевле. Но их монтаж возможен только в том случае, если есть постоянный источник воды. При этом речь не идет о муниципальном водопроводе.

Преимущества мини ГЭС


  • работает практически бесшумно и не загрязняет атмосферу;
  • никак не влияет на качество воды, при желании, на водоотводе устанавливается фильтры, что делает воду пригодной для питья;
  • работа станции не зависит от погодных условий, электричество вырабатывается 24 часа в сутки;
  • для работы ГЭС достаточно даже небольшого ручья;
  • есть возможность продавать излишек электроэнергии соседям;
  • нет необходимости собирать справки и разрешения.

Мини гидроэлектростанции

Сравнение самодельной и заводской мини ГЭС

Для бытового использования нужно не более 20 кВт в сутки. Это не так много, поэтому целесообразность покупки ГЭС, изготовленной промышленным способом, ставится под сомнение. Кажется, что нет никаких сложностей в том, чтобы изготовить гидростанцию колесного или пропеллерного типа. Но на практике возникает ряд проблем.

Во-первых, сложно произвести необходимые расчеты, во-вторых, толщина и размер деталей подбираются исключительно опытным путем, в-третьих, самодельные ГЭС изготавливаются без защитных элементов, что приводит к постоянным поломкам и, как следствие, дополнительным растратам.


Если нет опыта в гидроэнергетике, от идеи самодельной установки лучше отказаться. Намного проще и надежнее обговорить вопрос с соседями и совместными усилиями приобрести фабричную ГЭС с гарантией качества. Кроме того, компании, продающие данные установки, осуществляют их монтаж.

Мини гидроэлектростанции

Обзор производителей мини ГЭС

На самом деле, производством мини ГЭС занимается не так много фирм. Компании-посредники стараются не разглашать эту информацию, поскольку потеряют львиную долю доходов. Среди тех фабрик, которым действительно стоит доверять, нужно выделить CINK Hydro-Energy. Это признанный мировой лидер в сфере разработок гидрооборудования.

Тем не менее, перед тем, как связываться с менеджером компании, необходимо подсчитать затраты на обработку информации, логистику и установку. В большинстве случаев сумма получится не на много меньше, чем у посредников.

Мини гидроэлектростанции

В какой компании заказать мини ГЭС

Учитывая, что техника достаточно дорогая и для изготовления требуются точные математические расчеты, имеет смысл обратиться к компаниям, которые положительно зарекомендовали себя на рынке. Альтернативная энергетика — это новое направление для нашей страны, поэтому список достаточно небольшой.

1. AEnergy крупнейший поставщик качественных ГЭС, компания оказывает полный спектр услуг от сбора и обработки информации, до установки гидростанции.

2. ИНСЭТ — это компания из Петербурга. Она самостоятельно занимается изготовлением ГЭС, поэтому за качество отвечает лично. Преимущества сотрудничества в том, что есть возможность заказать микро ГЭС на 5-10 кВт.

Мини гидроэлектростанции

3. Гидропоника — еще одна отечественная компания, которая самостоятельно изготавливает ГЭС. Гарантия на всю продукцию 10 лет. Наиболее интересная модель Шар-Булак с мощностью в 5 кВт.

4. НПО Инверсия — конструкторское бюро, специализирующиеся на разработке альтернативных и стандартных источников энергии. Отличительные черты — наличие нестандартных ГЭС с мощностью в 7,5 и 12,5 кВт.

5. Micro hydro power — китайская компания, продающая несколько относительно недорогих бытовых установок.

Источник: strport.ru

Виды мини гидроэлектростанций

К мини электростанциям относятся генерирующие устройства мощностью от 1 до 3000 кВт. Принципиально ТЭС состоит из:

  1. турбины (водозаборного устройства);
  2. генерирующего блока;
  3. системы управления.

По типу водных ресурсов, используемых для генерации, мини ГЭС бывают:

  • Русловые. Такие станции строятся на небольших равнинных реках с водохранилищами.
  • Горные. Стационарные станции, которые используют энергию быстрого горного течения.
  • Промышленные. Станции, использующие перепады потока воды на промпредприятиях.
  • Мобильные. Станции, использующие для водного потока армированные рукава.

Плотинные типы станций отличаются высокой мощностью, но строительство плотины обходится дорого, да и без разрешений в этом случае не обойтись. Связываться с чиновниками в нашей стране – не просто усложнить себе жизнь, а ставить под сомнение реализацию самых благих намерений, поэтому откажемся от этой затеи сразу.

Как работает мини ГЭС 

Принципиальную схему работы ГЭС можно выбрать из нескольких вариантов:

  • Гирляндная ГЭС. С одного берега реки на другой под водой проложен трос с нанизанными на него роторами. Течение вращает роторы и, соответственно, сам трос. Один конец троса в подшипнике, другой соединен с генератором.
  • Пропеллер. Подводная конструкция, напоминающая ветряк с узкими лопастями и вертикальным ротором. Лопасть шириной всего 20 мм при большой скорости вращения обеспечит минимальное сопротивление. Лопасть такой ширины выбирается при скорости потока 0,8–2, 0 м в сек.
  • Водяное колесо. Колесо с лопастями, частично погруженное в поток, и расположенное под прямым углом к поверхности воды. Поток воды давит на лопасти, вращая колесо.
  • Ротор Дарье. Вертикальный ротор со сложными поверхностями лопастей. Жидкость, обтекая лопасти, создает разное давление, за счет чего происходит вращение.

мини ГЭС на основе водяного колеса
На фото мини ГЭС на основе водяного колеса

Как оценить потенциальную мощность мини ГЭС

До строительства мини гидроэлектростанции своими руками нужно определить мощность, на которую можно рассчитывать. Существует справочное соотношение между скоростью потока воды и мощностью, которая может сниматься с вала в кВт при диаметре винта 1 м.

Скорость потока определяется замером времени, за которое щепка, брошенная в воду, пройдет определенное расстояние. Сделав несложные расчеты, получим скорость потока в метрах в секунду. Если в данном случае скорость менее 1 м/сек, то строительство ГЭС будет экономически нецелесообразно.

При скорости потока 2,5 м/с мощность составит 0,86 кВт, при 3 м/с – 1,24 кВт, при 4 м/с – 2,2 кВт. Соотношение описывается зависимостью: мощность ГЭС пропорциональна кубу скорости потока воды. Если скорость потока на участке предполагаемого строительства мала, ее можно попытаться увеличить устройством перепада высот потока или установкой сливной трубы с изменяемым диаметром на выходе из водоема. Чем меньше будет диаметр трубы на выходе, тем больше получится скорость потока.

Как сделать мини ГЭС в домашних условиях

Принцип работы небольшой самодельной ГЭС можно понять на примере велосипеда с фарой и динамо-машиной (генератором).

  1. Из кровельного железа делаем три лопасти длиной, равной радиусу велосипедного колеса (расстоянию от центральной втулки до обода колеса) и шириной 3-4 см.
  2. Устанавливаем лопасти между спицами колеса, загнув для крепления край лопасти вокруг спиц. Лопасти должны быть выставлены равномерно с сохранением одинаковых углов между ними.
  3. Погружаем колесо с лопастями в быструю реку на глубину от трети до половины диаметра колеса. Вырабатываемой электроэнергии будет достаточно, например, для освещения палатки.

Чертеж строительства мини ГЭС
Чертеж одного из вариантов строительства мини ГЭС

Примером может служить небольшая ГЭС для фермерского хозяйства мощностью 3-5 кВт из подручных материалов:

  1. Ротор можно сделать из старого металлического кабельного барабана диаметром 2,2 м. При помощи болгарки и сварки под углом 45 градусов к радиусу нужно вварить 18 лопастей. Вращается ротор на подшипниках. Опора – труба металлическая или уголок.
  2. На роторе нужно установить цепной редуктор с передаточным числом (коэффициентом передачи) 4. Далее вращение будет передаваться через карданный вал ВАЗ 2101. Использование кардана уменьшит вибрацию, а также соосность привода и генератора при использовании вала будет некритичной.
  3. Понадобятся повышающий редуктор (коэффициент – 40) и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора около 3000 об/мин. Общий коэффициент редукции двух редукторов составит 40 х 4 = 160. Генератор следует закрыть кожухом для защиты от влаги и безопасности. Расчетное вращение водяного колеса должно составить около 20 оборотов в минуту.
  4. Под генератор можно приспособить асинхронный двигатель, а блок управления взять от любого небольшого станка. Понадобится кабель ВВГ НГ 2х4 длиной от ротора до фермерских построек.

Источник: otlad.ru

Мини гидроэлектростанция. Причины роста популярности

Мини ГЭС Небольшая гидроэлектростанция не является таким уж сложнейшим сооружением. Напротив, состав необходимого оборудования, принцип работы ее незамысловаты. Чем проще механизм, тем дольше он, как правило, служит, и наоборот, сложные приборы ломаются куда чаще, а починить их своими руками непросто. В нашем случае изобретатель использует силу водного потока обычной быстрой алтайской реки, энергия воды передается на лопасти мини-турбины, затем на гидропривод и на генератор. Вот уже мы и получаем электроэнергию.

С каждым годом заветные киловатты стоят для конечного потребителя все дороже и дороже. Вот поэтому некоторые рачительные хозяева домов стали присматриваться к альтернативным способам получения электрического тока. Кто-то ставит генераторы на дизеле, если имеет выход на дешевую солярку. Кто- то использует энергию ветра, а кто-то, кто живет на быстрой воде, догадался пустить в дело небольшую гидроэлектростанцию.

С чего начать?

Мы уже упомянули о необходимости быстрой воды рядом с домом для того, чтобы использовать небольшую гидроэлектростанцию. Своими лопастями она будет захватывать речной поток, давать людям свет. Сейчас в России не проблема купить подобную продукцию, из Китая например. Есть в ограниченной продаже и отечественные мини-образцы. Но с чего следует начать? Нужно знать скорость потока. Рек в России великое множество, но далеко не везде можно будет установить гидроэлектростанцию для своего дома.

Существуют специальные приборчики для измерения скорости потока, но чаще всего у обычного человека, не специалиста, этой машинки нет. Не беда! На помощь придет обычная смекалка и математика со своими точными вычислениями.

Отмеряем десять метров по течению реки вверх. Ставим метки. Дальше нам потребуется секундомер (есть сейчас почти в каждом телефоне), помощник (подойдёт даже «сопливый» пацандевчонка), да кусочек деревяшки. Просим помощника взять в руки кусочек деревяшки (отломать заранее от доски щепку) и пройти вверх по реке до отметки. Сами становитесь где-то посередине, говорите помощнику опустить деревяшку в воду ровно на уровне верхней метки в 10 метров. По вашей команде «Отпускай!» помощник выпускает щепку, а вы тут же включаете секундомер.

Деревяшка плывет по течению реки вниз, вы ее сопровождаете. Руками крепко держите секундомер и когда деревяшка достигает нижней отметки пути в 10 метров, нажимаете «отбой» отсчета. Щепка плывет себе дальше, она своим примером оказала нам содействие в научном эксперименте, а у вас теперь есть нужные данные для математических расчетов: 10 метров делим на то количество секунд, которое показал секундомер. В итоге и получаем искомую СКОРОСТЬ потока.

Тут уж как повезет. Но если скорость потока менее 1 метрасек., то игра не стоит свеч. Конечно, есть пути, как увеличить скорость и использовать энергию падающей воды, но для этого придется создавать своими руками мини-плотину, перекрывать поток, а это уже большие затраты и, мягко скажем, недовольство соседей, да и живности в самой реке. Надо помнить, что вода – среда агрессивная, и подвергает коррозии и разрушению любой металл. Так что чем больше оборудования используется, тем дороже выйдет гидроэлектростанция. А значит, придется чаще ремонт делать собственными руками или звать специалистов со стороны, да и сама энергия выйдет дорогой.

Варианты миниГЭС

Как же тогда быть? Как использовать течение реки без масштабных вложений? Тогда нам нужен обычный проточный аппарат. В настоящее время разработано четыре типа компактных гидроэлектростанций, не требующих перекрывания рек.

Пропеллер

Пропеллер для миниГЭСУ Карлосона мини-пропеллер был на спине, и он прекрасно справлялся со своими обязанностями. Поправит толстячок своими небольшими руками свой костюмчик, и летит на крышу. Пропеллер – как разновидность гидроэлектростанции — тоже хорошо работает и представляет собой вертикальный ротор, с лопастями в два сантиметра примерно. Если увеличить ширину лопастей, то сопротивление возрастет, и нужная скорость вращения не будет достигнута.

Ротор помещают под воду. Пропеллер рассчитан на скорость воды в реке до 2 метра/секунду. Гидроэлектростанция на основе пропеллера – одна из доступнейших разновидностей альтернативной гидроэнергетики в условиях личного домохозяйства. Однако, нужно помнить, что своими пусть и небольшими «руками – лопастями» пропеллер может нанести вред животному миру реки.

Дардье — ротор

Этот ротор также помещается под воду, но на сей раз используется сила разности давлений на различных его лопастях. Рельеф ротора Дардье сложен, вода его обтекает по-особому, за счет этого и происходит его вращение. Жорж Дардье — французский изобретатель, он и изобрел этот аппарат. Изготовить ротор Дардье сложнее, чем пропеллер, но зато он выдает довольно высокую мощность.

Гирлянда

МиниГЭС-гирляндаНебольшая гидроэлектростанция с гирляндой – это не новогодняя шутка, хотя скоро Новый Год. Гирлянда в нашем случае — длинный трос, с нанизанными на него роторами. Вся конструкция опускается в поток воды полностью, и роторы начинают крутиться. При этом они же вращают сам трос, который с одного конца закреплен в подшипнике, а с другого подсоединен к генератору. Вот вам и электричество.
Но есть и минус: гирлянда перекрывает всю реку, с одного ее берега до другого, а значит, может покалечить ребенка, к примеру, если тот полезет руками в воду в поисках красивого камешка. Гирляндная гидроэлектростанция весьма опасна! Место ее размещения желательно как то обозначить, огородить.

Источник: altenergiya.ru


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.