Мини–гэс

Принцип действия

Принцип действия микро — ГЭС аналогичен действию больших и малых гидроэлектростанций. Разница заключается лишь в мощности установленного оборудования и количества вырабатываемой электрической энергии.
Производство электрического тока осуществляет генератор, вращательное движение ротора которому, передается с гидравлической турбины.
Для того, чтобы турбина пришла во вращательное движение, создается напор воды, на водоеме, где установлена мини ГЭС. Это может быть напор, создаваемый естественным течением водных масс, либо создаваемый путем строительства плотины или иного технического сооружения. В определенных случаях, могут быть использованы оба способа создания напора одновременно.
Под действием напора, потоки воды устремляются в требуемом направлении, в створе их движения монтируется турбина, на лопасти которой и поступает энергия движущихся водных масс. Эта кинетическая энергия воды, преобразуется турбиной, во вращательное движение, которое посредством механической передачи (редуктор) и передается на вал генератора.

Источником энергии могут служить:

  • реки различных размеров и интенсивности течения и ручьи,
  • перепады высот на водосбросах водоемов различного назначения;
  • технологические водотоки;
  • перепады высот на трубопроводах различного назначения.

В зависимости от вида используемого оборудования и способа его установки, принцип работы гидроэлектростанции, может различаться. Это могут быть следующие варианты:

  1. Принцип «водяного колеса» – при этом варианте, приемное колесо частично погружается в воду параллельное ее поверхности. Водные потоки, перемещаясь по естественному руслу, давят на лопасти, размещенные на колесе, и приводят его во вращение. Колесо, в свою очередь, посредством редуктора и прочих механических устройств, создает вращательное движение генератора.
  2. Конструкция в виде гирлянды – с противоположных берегов монтируется трос, на котором установлены специальные роторы. Вода, перемещаясь вращает роторы, вращательное движение которых передается на трос. Трос вращаясь, передает вращательное движение на генератор, установленный на берегу.
  3. С использованием ротора Дарье – в принцип работы турбины, заложено использование разности давлений на лопастях ротора.
  4. С использованием принципа пропеллера – лопасти устройства помещены в воду и под воздействие воды приходят во вращательное движение, которое и передается на вал генератора, вырабатывающего электрический ток.

Преимущества использования микро — ГЭС:

  • Отсутствует необходимость в изменении естественного ландшафта местности;
  • На качество воду не оказывается стороннее воздействие, она сохраняет свои свойства;
  • Не зависимость от воздействия природных явлений;
  • Возможность использования в круглогодичном цикле работы;
  • Нет необходимости в строительстве дорогостоящих гидротехнических сооружений.

Гидроаккумулирующие электростанции

Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. За счет потребляемой энергии она перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Принципиальная схема ГАЭС

В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как ГЭС. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбины в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему. В процессе работы ГАЭС за счет разности тарифов потребляет дешевую электроэнергию, а выдает более дорогую в период пика нагрузки (ночью себестоимость электроэнергии ниже из-за небольшого спроса, а днем электроэнергии не хватает). Заполняя провалы нагрузки в энергосистеме, ГАЭС позволяет эксплуатировать тепловые и атомные электростанции в наиболее экономичном и безопасном режиме, резко снижая при этом удельный расход топлива на производство 1 кВт · ч электроэнергии в энергосистеме.

Таким образом, ГАЭС не вырабатывает энергию, а лишь перераспределяет ее во времени перекачкой воды из нижнего бассейна в верхний в ночное время и использования запасенной энергии в периоды максимальной нагрузки путем пропуска воды из верхнего бассейна в нижний через турбины ГАЭС.

Достоинством ГАЭС является малый объем требуемых удельных капиталовложений и численности обслуживающего персонала. Они не требуют наличия крупных рек, оказывают меньшее влияние на окружающую среду по сравнению с другими энергоисточниками, хорошо работают и широко используются в режиме синхронного компенсатора, вырабатывая реактивную мощность.

На ГАЭС используют преимущественно обратимые гидромашины, работающие как в насосном, так и в турбинном режиме, и реверсивные электромашины, работающие как генератор или электродвигатель. Обратимые гидромашины создают для напоров до 1000 м.

Эффективность ГАЭС в значительной степени зависит от величины используемого напора: чем он выше, тем эффективнее ГАЭС, что связано прежде всего с уменьшением емкости бассейнов. Так, удельные капиталовложения в ГАЭС при увеличении напора со 100 до 500 м снижаются на 20–25 %.

В промышленно развитых странах интенсивный ввод новых гидроэнергетических мощностей обеспечивается, как правило, строительством ГАЭС.

Загорская ГАЭС-1 является первой и пока единственной ГАЭС в России. ГАЭС-1 располагается в 100 км севернее Москвы на реке Кунья, подпитывающей нижний бассейн ГАЭС. При ее строительстве был использован природный перепад высот между верхним и нижним бассейнами, достигающий 100 м. С пуском последнего агрегата в 2000 г. ГАЭС-1 вышла на проектную мощность 1200 МВт. Для решения энергообеспечения Центрального региона России необходимо построить еще четыре аналогичные станции.

В отличие от ГЭС, ГАЭС использует для выработки электроэнергии воду в замкнутом цикле и наносят минимальный ущерб окружающей среде. Для восполнения потерь воды на испарение и просачивание в грунт осуществляется подпитка воды, циркулирующей между обоими бассейнами. Подпитка осуществляется из открытого источника и ее расход намного ниже циркуляционного расхода.

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» пацан\девчонка), 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 метра\сек., 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.

Мини-гидроэлектростанция своими руками

Конструкция ГЭС достаточно сложная, поэтому самостоятельно удастся построить лишь небольшую станцию, которая позволит сэкономить на электричестве или обеспечит энергией скромное хозяйство. Ниже приведены два примера реализации самодельной ГЭС.

Как сделать мини-ГЭС из велосипеда

Этот вариант ГЭС идеален для велопоходов. Он компактный и легкий, но сможет обеспечить энергией небольшой лагерь, разбитый на берегу ручья или реки. Полученного электричества хватит на вечернее освещение и зарядку мобильных устройств.

Для монтажа станции понадобится:

  • Переднее колесо от велосипеда.
  • Велогенератор, который используется для питания велосипедных фонарей.
  • Самодельные лопасти. Их вырезают заранее из листового алюминия. Ширина лопастей должна быть от двух до четырех сантиметров, а длина — от втулки колеса до его обода. Лопастей может быть любое количество, располагать их нужно на одинаковом расстоянии друг от друга.

Чтобы запустить подобную станцию, достаточно погрузить колесо в воду. Глубина погружения определяется экспериментально, примерно от трети до половины колеса.

Как построить мини-ГЭС на основе водяного колеса

Для постройки более мощной станции для постоянного использования понадобятся более прочные материалы. Лучше всего подойдут металлические и пластиковые элементы, которые легче защитить от воздействия водной среды. Но годятся и деревянные детали, если пропитать их специальным раствором и покрасить водостойкой краской.

Для станции необходимы следующие элементы:

  • Стальной барабан от кабеля (2,2 метра в диаметре). Из него изготавливается ротор-колесо. Для этого барабан разрезается на части и сваривается заново на расстоянии в 30 сантиметров. Из остатков барабана делают лопасти (18 штук). Их приваривают к радиусу под углом в 45 градусов. Для поддержки всей конструкции из уголков или труб изготавливают раму. Колесо вращается на подшипниках.
  • На колесо устанавливается цепной редуктор (коэффициент передачи должен равняться четырем). Чтобы легче свести оси привода и генератора, а также снизить вибрацию, вращение передается через кардан от старого автомобиля.
  • Для генератора подходит асинхронный двигатель. К нему следует добавить еще один шестеренчатый редуктор с коэффициентом около 40. Тогда для трехфазного генератора с 3000 оборотами в секунду при общем коэффициенте редуцирования 160 количество оборотов снизится до 20 оборотов в минуту.
  • Поместите всю электрику в водонепроницаемую емкость.

Описанные исходные материалы легко найти на свалке или у знакомых. За резку стального барабана болгаркой и за сварку можно заплатить специалистам (или же сделать все самостоятельно). В итоге ГЭС мощностью до 5 кВт обойдется в незначительную сумму.

Получить электричество из воды не так и сложно. Труднее выстроить автономную систему электроснабжения на основе самодельной ГЭС, поддерживать станцию в рабочем состоянии и обеспечивать безопасность людей и животных вокруг нее.

Рождение идеи

Борис Блинов был прирождённым изобретателем и большую часть жизни посвятил изучению аэродинамических явлений, самолёто- и вертолётостроению (сказывалось случайное знакомство с Константином Циолковским в детстве во время отдыха в пионерском лагере). Однако изобретателя манило не только небо, круг его интересов был необычайно широк. Помимо прочего он занимался и конструированием гидросиловых установок для малых рек.

Сам Блинов писал: «Громадная доля гидроэнергетического потенциала СССР приходится на малые реки и почти не используется». Изобретатель понимал, что строительство небольших ГЭС с традиционными турбинами и плотинами экономически нецелесообразно и потому предположил: «Если мощность одной небольшой силовой установки мала и эта установка становится невыгодной, то можно выйти из положения, объединив несколько маломощных установок».

Изобретатель сравнивал свою гидроэлектростанцию с якутской собачьей упряжкой: одна собака сможет протянуть разве что санки, и то недалеко, а вот упряжка из десяти собак – и санки, и каюра, и небольшой груз! Осталось только правильно выбрать «собаку» и «упряжь».

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

У 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

Небольшая 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.

Водяное колесо

Здесь мы говорим о мини — варианте электростанции, использующей энергию проточной воды. Именно такое колесо и установил Николай Петрович из Алтая в начале нашего повествования. Колесо не утопают под воду полностью, оно возвышается над ней, а лопасти погружены частично, до половины. Сооружение ставится поперёк течения и за счет энергии потока колесо вращается, оно соединено с мини – генератором и… Вот вам и электричество! Сделать такое водное колесо своими руками не столь сложно.

В целом у данного типа гидроэлектростанций небольшого размера для бытовых нужд имеется хорошее будущее. Небольшие габариты и относительная легкость развертывания позволят использовать их почти везде, где есть река и достаточный по силе водный поток. Эти аппараты способны давать чуть ли не бесплатное электричество для конечного потребителя. Однако, пока массового производства таких гидроэлектростанций в РФ не налажено, хотя интерес к ним все возрастает и возрастает.

М. Берсенев

Сорокалетний житель одного из районов северного Таджикистана изобрел Мини-ГЭС. Теперь 20 дворов получают электричество бесплатно:

https://youtube.com/watch?v=uChNzJ2d3Jo

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

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.

Если потенциальной энергии расположенной рядом реки при приблизительном расчете не хватит на выработку электричества в объеме, достаточном для практического применения, стоит обратить внимание на способы сооружения ветрогенераторов. Ветряк послужит эффективным дополнением

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.

Обобщая информацию

Полтора киловатта дают несколько мощных устройств. При переходе в режим автономного энергообеспечения, владелец коттеджа должен изменить и некоторые бытовые правила жизни и обустройства жилья, например, использовать устройства большой мощности днём, когда фотоэлементы вырабатывают максимум электроэнергии, обеспечить достойную теплоизоляцию жилища и т.п.

Расчётная цифра в 1,5 кВт, это очень большая величина. В реальной жизни, ночью хватает 500-700 Вт, в т.ч. светодиодное освещение, холодильник, ноутбук, телевизор. Поэтому на практике, одному домовладению может хватить и 1 кВт мощности.

ВЫВОД: у гидроаккумуляторов гораздо больше прав считаться автономной системой, чем у блока АКБ.

Альтернативная энергия – это энергия отличная от той, которую человечество привыкло использовать в повседневной жизни для обеспечения своих потребностей в тепле и электричестве. Источниками альтернативной энергии служат солнечные лучи, ветер, морские волны и сама наша планета.

На сайте Alter220.ru представлены все популярные источники энергии.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Автономное электроснабжение;

Аккумуляторы для солнечных батарей;

Концепция энергонезависимости в частном домостроении;

Спасибо, что дочитали до конца! Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Производители и цены

В настоящее время, все большее количество людей интересуется альтернативными источниками энергии, а соответственно и спрос, на оборудование, используемое для производства энергии возрастает. В связи с этим, производством подобного оборудования, занимаются компании во многих странах мира, в том числе и в России.

Оборудование для микро — ГЭС, как по отдельным узлам, так и комплектами, в нашей стране занимаются:

  1. Компания ООО «АЭнерджи», г. Москва.
    Предприятие производит оборудование для различных направлений производства электрической энергии с использованием альтернативных источников (ветрогенраторы, солнечные электростанции и т.д.). В линейке выпускаемых товаров, энергетическое оборудование для микро и мини – ГЭС.
  2. Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» г. Санкт-Петербург.
    Компания выполняет весь комплекс работ от проектирования до сдачи под ключ готового
    объекта строительства. В линейке выпускаемой продукции микро – ГЭС с различными
    видами рабочего колеса и мощностью от 5,0 до 180,0 кВт, а также разнообразные
    гидроагрегаты.

Стоимость комплекта оборудования, в зависимости от типа электростанции и ее мощности – от 350000,00 рублей.

Среди зарубежных производителей, наиболее известна продукция таких компаний, как:

  1. «CINK Hydro-Energy» Республика Чехия.
    Компания производит комплекты гидроэлектростанции с горизонтальными и вертикальными турбинами, мощностью от 5,0 до 3000 кВт, а также микротурбины.
    Стоимость комплектов от 500000,00 рублей.
  2. «Micro hydro power» Китай.
    Компания производит комплекты гидроэлектростанции мощностью от 1,0 до 3000 кВт. Стоимость составляет от 300000,00 до 4000000,00 рублей.
  3. Инженерно-техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан.
    Фирма производит гидроэлектростанции мощностью от 0,5 до 5,0 кВт. Стоимость составляет от 60000,00 до 300000,00 рублей.

От водяных колёс

В России для производства электроэнергии малые реки активно использовали со второй половины XIX века. Сначала гидравлическую энергию преобразовывали в механическую с помощью водяных колёс, а позже, с появлением водяных турбин, водяные мельницы были замещены гидроэлектростанциями.

Вопрос о том, когда была построена первая ГЭС, достаточно спорный, но в ряде источников указано, что это была Зыряновская ГЭС на речке Берёзовке в Алтайском крае, созданная в 1892 г. под руководством инженера Николая Кокшарова. Предназначалась она для шахтного водоотлива из Зыряновского рудника. На станции были установлены четыре горизонтальные гидравлических турбины общей мощностью 150 кВт. Эта и многие другие первые ГЭС сооружались для обслуживания локальных потребителей – шахт, рудников, лесопилок и пр.

Первой же отраслевой ГЭС, т. е. работающей в энергосистеме, стала гидроэлектростанция «Белый уголь» на реке Подкумок. Она была построена в 1903 г. управлением Владикавказской железной дороги для энергоснабжения курортов Кавказских Минеральных Вод. Руководили строительством учёные, ставшие впоследствии знаменитыми: академики Генрих Осипович Графтио и Михаил Андреевич Шателен. Расчётный напор станции – около 15 м. Мощность станции была небольшой и на момент пуска составляла всего 990 л. с. (примерно 740 кВт). Тем не менее, её хватало на освещение четырёх городов, энергоснабжение трамвайных линий в Пятигорске и Кисловодске, а также питание насосов, качавших минеральную воду в санатории. В 1913 г. в параллель с «Белым углем» была включена Пятигорская тепловая электростанция.

В первые годы Советской власти особое внимание было уделено укреплению энергетической базы страны. Важная роль в этом отводилась гидроэлектростанциям, дающим электроэнергию независимо от доступности топлива и состояния транспорта

К 1917 г. мощность всех 78 ГЭС России составляла около 16 тыс. кВт (из них только две имели мощность более 1 тыс. кВт – Алавердинская, 1,1 тыс. кВт, на р. Дебед и Гиндукушская, 13 тыс. кВт, на р. Мургаб). Кроме того, в стране насчитывалось до 2 тыс. мелких гидротурбинных установок общей мощностью около 90 тыс. кВт, работавших на механические приводы, и около 40 тыс. мельниц с водяными колёсами примерно по 10 л. с. каждая.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий