Какой генератор использовать для самодельной гэс: Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция. Самодельная гидроэлектростанция на водяном колесе Самодельная гэс гидроэлектростанция на маленькой речке

Как сделать гидростанцию своими руками. Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых…

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых способов получения электроэнергии является гидроэлектростанция для дома, затраты на которую сводятся к первичному строительству и техническому обслуживанию оборудования. Но не каждая местность имеет природные возможности для строительства подобных сооружений, для которых необходим мощный водный поток и большой перепад высот, создаваемых плотиной, в этом случае на помощь энергетикам приходят мини ГЭС.

Принцип работы и мини ГЭС

Принцип работы этого оборудования достаточно прост, что добавляет ему надежности. Водный поток, попадая на лопасти турбины, вращает гидропривод, сопряженный с электрогенератором, который и обеспечивает выработку электроэнергии под управлением контролирующей системы.

Современные мини ГЭС оборудованы системой управления, дающей возможность осуществлять работу в автоматическом режиме с мгновенным переходом на ручное управление в случае возникновения аварийной ситуации. Многоуровневая система защиты позволяет избежать перегрузок оборудования при изменении внешних условий. Конструкция станций позволяет минимизировать проведение строительных работ во время установки необходимого оборудования.

Разновидности мини ГЭС

Мини гидроэлектростанция – это оборудование мощностью от 1 до 3000 кВт, которое включает в себя водозаборное устройство (турбину), генерирующий энергоблок и систему управления оборудованием.
В зависимости от используемых водных ресурсов мини ГЭС делятся на несколько категорий:

• русловые станции, использующие энергию небольших рек с организованными водохранилищами.
  Применяются в основном на равнинной местности;
• стационарные станции, использующие энергию быстрого течения при эксплуатации горных рек;
• станции, использующие перепады водного потока на промышленных предприятиях;
• мобильные станции, использующие для организации потока армированные рукава.

Согласно ожидаемому напору водного потока проектируется соответствие гидроагрегата и его турбины мощности электрогенерирующего блока для обеспечения необходимой частоты вращения генератора и облегчения создания необходимой частоты тока.

Для различных условий работы мини ГЭС разработаны соответствующие конструкции турбин:

• при большом напоре водяного потока более 60 м применяют радиально-осевые и ковшовые турбины;
• при средней интенсивности потока 25 – 60 м хорошо зарекомендовали себя турбины поворотно-лопастной и радиально-осевой конструкции;
• на низконапорных потоках выгодней использовать поворотно-лопастные и пропеллерные конструкции, помещенные в железобетонные камеры.

Видео домашней гидроэлектростанции сделанной своими руками

Особенности подключения мини ГЭС

Устройство этого оборудования позволяет подключать станции непосредственно к сети электроснабжения, в этом случае используется синхронный генератор. Для создания локальной сети используют асинхронный агрегат, который комплектуется блоком балластной нагрузки, необходимой для рассеивания избыточной мощности во избежание выхода из строя систем подачи электроэнергии и скачкообразных изменений основных параметров сети.

Преимущества и недостатки мини ГЭС

К преимуществам работы подобных систем можно отнести:

• экологическую безопасность оборудования и отсутствие необходимости затопления больших площадей;
• низкую стоимость получаемой электроэнергии, которая в разы дешевле вырабатываемой на ТЭС;
• простоту и надежность применяемого оборудования и возможность его работы в автономном режиме;
• неисчерпаемость используемого природного ресурса

К недостаткам относятся:

• перебои в электроснабжении определенных регионов при выходе оборудования из строя, с случае использования мини ГЭС, как локального источника. Это компенсируется наличием аварийного источника энергоснабжения, подключаемого автоматически;
• слабая производственная и ремонтная база этой отрасли энергообеспечения в нашей стране.

Если неподалеку от населенного пункта протекает небольшая река, то на ней можно расположить мини-ГЭС. С ее помощью можно получать недорогую электроэнергию. Это необходимо для загородного дачного пункта, если там отсутствует электроснабжение.

Для этого нужно сделать следующее:

1. Выполнить измерение скорости потока речки. Это не так сложно, как кажется. Для этого рекомендуется бросить небольшой кусок ткани, а затем замерить, за какое время он проплывет участок в 10 метров. В случае если замеры не превысят 1 м/с, то эффективности от такой мини-ГЭС не будет, поэтому нет смысла ее устанавливать.
2. Можно исправить ситуацию, если русло немного заузить или устроить плотину. Чтобы правильно сориентироваться, рекомендуется использовать отношение скорости потока и показателя мощности электрического вала. Согласно произведенным расчетам, мощность имеет прямо пропорциональную зависимость от скорости потока реки.

Малые гидроэлектростанции сегодня очень популярны в силу ряда причин.

О типах мини-ГЭС

Малая гидроэнергетика сегодня развивается, и это отличное решение экономии энергетических ресурсов. Генератор для мини-ГЭС можно приобрести в магазине, а можно изготовить самим.

Всего существует несколько вариантов изготовления МГЭС:

Портативная гидроэлектростанция удобна в использовании, их конструкции просты.

Достоинства мини-ГЭС

Малые ГЭС обладают рядом преимуществ:

• мини-гидротурбина работает тихо, без шума;
• отсутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу при функционировании;
• никаким образом не влияет на качественные характеристики воды;
• не зависит от внешних условий;
• малые ГЭС вырабатывают энергию в течение суток бесперебойно;
• для обеспечения работы можно воспользоваться даже небольшим ручьем;
• при наличии излишков энергии, ее можно реализовывать и получать доход;
• для обеспечения выработки энергии гидростанциями не нужно оформлять разрешение.

Сегодня малые ГЭС России пользуются небывалой популярностью. Их несложно выполнить самостоятельно, а можно приобрести в магазине. Малая гидроэнергетика – это прибыльное дело.

Недостатки

Наряду с достоинствами, малые ГЭС имеют некоторые недостатки:

1. Гирляндная малая ГЭС несет в себе опасность для окружающих: подвижные части скрыты в воде, трос имеет большую длину.
2. Невысокий КПД.
3. Ротор Дарье. Этот водяной генератор сложен в изготовлении.

Меня всегда привлекало получение бесплатной энергии из природных ресурсов. И как-то у меня зародилась идея сделать простую мини электростанцию, которая бы вырабатывала электричество из проходящего мимо водяного ручья.

Все началось с идеи использовать барабан старой стиральной машины в качестве водяного колеса – миниатюрной самодельной гидроэлектростанции.

К барабану с помощью металлических уголков были прикреплены прямые лопасти из влагостойкой фанеры.

Крутящий момент с водяного колеса передается за счет ремня на велосипедную динамо-машину (генератор постоянного тока). Выработанная электроэнергия поступает на светодиод. Достаточно рукой слегка прокрутить колесо, и светодиод начнет мигать.

Основа всей конструкции – велосипедная рама.

Два подшипника позволяют водяному колесу свободно крутится.

Первые испытания на маленькой речке показали, что водяное колесо на раме установлено слишком высоко, что не дает потоку воды его нормально раскручивать.
После небольших изменений в конструкции рамы колесо стало располагаться ниже и скорость вращения резко возросла. Как результат, начала вращаться динамо-машина и светодиод на 4,5 В загорелся.

Вот так из старого хлама получилась самодельная гидроэлектростанция.
Далее мини ГЭС в сборе была установлена на небольшой ручей.

Вырабатывает она всего несколько вольт, но их достаточно для свечения светодиода.

Это был неплохой эксперимент для начала.

Дальнейшее усовершенствование в проекте

Дальнейшее усовершенствование водяного колеса должны затронуть:

• Построить мини-дамбу для увеличения напора воды. При этом полностью речку не планируется перегораживать, чтобы рыба могла уходить во втором потоке.
• Под дамбой установить трубу, по которой вода будет поступать на самодельную турбину. В трубе устроить кожух из транспортерной резиновой ленты. Перекрыв поток воды через трубу можно провести обслуживание механизмов.
• По расчетам, турбина будет выдавать мощность примерно в два раза больше, чем водяное колесо. Кроме того, замена водяного колеса на турбину должна снять проблему замерзания в зимнее время.
• Поток воды будет раскручивать турбину, передавая крутящий момент генератору. Держаться турбина будет на двух подшипниках, изготовленных из массива дерева. При регулярном смазывании они прослужат долго. Упорная шайба будет удерживать механизм от бокового смещения.
• Изготовить металлические лопатки, рассчитав угол, под которым их нужно загнуть (от этого параметра зависит мощность гидроэлектростанции). Лопатки прикрутить нужно будет с использованием резиновых прокладок, чтобы избежать их отрыва.
• Для передачи крутящего момента использовать собранный из труб вал.
• Установить генератор. На генератор поставить шкив меньшего размера, чем установленный на валу. Это позволит повысить обороты, что необходимо для эффективной работы генератора.

Генератор должен выдавать порядка 600 Вт электроэнергии. Это даст возможность подключать бытовую технику. Если следующий этап эксперимента завершится удачно, можно будет подумать о дальнейшей модернизации с тем, чтобы вырабатывать несколько киловатт электроэнергии.

Малые гидротурбины весьма специфичны в принципе своего действия в отличие от турбин обычных ГЭС. Процесс работы микро гидротурбины интересен тем, что свойства ее строения могут обеспечить под конкретный объект тот объем водных масс, который будет поступать на части гидротурбины (лопасти), приводить в рабочее состояние генератор (генератор играет роль выработки электроэнергии).

Процесс усиления напора воды обеспечивается образованием «деривации» – сходов воды в свободном течении (при условии, что эта микро ГЭС деривационного типа) или плотиной (условие – мини ТЭС по типу плотины).

Мощность мини ГЭС

Уровень мощности мини ГЭС напрямую зависит от условий, в которых ее гидротехнические свойства находятся:

1. Расход воды – это тот объем водных масс (л), который проходит через турбину за определенный промежуток времени. Принято за этот промежуток принимать 1-2 секунды.
2. Напор воды – расстояние между двумя противоположными точками водной массы (одна расположена вверху, другая в нижней части). Напор имеет ряд характерных особенностей, от которых зависят и виды микро ГЭС (высокий напор, средний напор, низкий напор)

Особенность работы микро ГЭС оценивается с точки зрения ее территориального размещения. Например, напорная микро ГЭС осуществляет работу по типу отведения водных потоков по особому каналу, сделанному из дерева, находящегося под определенным углом наклона, что позволяет воде быстрее протекать. Напор воды в таком ГЭС зависит от того, насколько этот канал длинный. Далее вода перетекает в напорный трубопровод, после чего попадает в гидроагрегат, который располагается в нижней части. Затем переработанная вода путем выдавливания направляется обратно место истока.

Расположение мини ГЭС

Важно заметить, что положение гидротурбины в зависимости от вида построения может быть разным:

1. Горизонтальное положение. Такое положение гидротурбины приводит к естественному увеличению размеров самой мини ГЭС (с помощью турбинного вала, который так же увеличивает размер, системы энергии при вращении, а так же изменение масштабов машинного зала). Однако стоит отметить, что строительство подобных гидротурбин не является более сложным в сравнении с остальными, а даже наоборот, упрощает его.
2. Вертикальное расположение. Данный вид расположения способствует уменьшению размеров ГЭС, позволяет улучшить баланс осевых линий, ее компактности. Такое размещение более сложное в построении, так как создается необходимость детального баланса оси во вращательном элементе. Так же в такой ситуации важно более тщательно отнестись к обязательному положению рабочего пола, когда он будет в одну горизонтальную линию и его прочностных характеристик, что бы они были в состоянии выдержать вес всего построения. Вертикальное расположение усиливает давление на ось конструкции.

Применение мини ГЭС

В общем и целом установки малых ГЭС используются в основном для применения их в отдаленных районах жилых объектов. Они не могу являться серьезными конкурентами крупным электростанциям, а скорее служат для обеспечения экономии энергии. С недавних пор количество людей, использующих , как гидроэлектростанции, батареи солнечного типа и различные установки ветряного регулирования. Турбины, описываемые в этой статье в скором времени могут стать единым целым с этими новаторскими источниками энергии, что в итоге приведет к созданию новых электрических схем и моделей.

Для чего могут быть использованы данные сооружения?

• для обеспечения электроэнергией объектов частной собственности;
• для отдаленных промышленных районов;
• для электрических зарядных станций;
• для временного использования.

Преимущества мини ГЭС

У малых ГЭС есть ряд особых преимуществ:

• они выпускаются в двух вариантах: закрепленные на дне водоема, а так же с особыми крючками, которые позволяют проводить работы на поверхности
• установка может достигать мощности, равной 5 КВ, дабы увеличить мощность и КПД ГЭС турбины устанавливаются как модули
• ГЭС негативно никак не влияют на окружающую среду в процесс строительства, т.к. для ее создания используется природная вода, которая направляется в определенный поток и приводит в движение лопасти.

Турбины для мини ГЭС

Теперь поговорим непосредственно о гидротурбинах для мини ГЭС и о том, что нам необходимо для ее строительства. Характеристики и особенности эксплуатации гидротурбины:

1. Температура воды, которая подается в турбину, должна превышать +4 °С.
2. Температура, которая должна быть в блоковом модуле +15 °С и выше.
3. Звуковое давление, источник которого находится за 1 м от гидротурбины, составляет 80 дБ и не более.
4. Наружная поверхность гидротурбины должна быть разогрета до температуры не выше +45°С при условии, что температура воздуха вокруг +25°С.

Рассмотрим пример хорошо сбалансированной и работающей гидротурбиной в идеальных условиях.

Допустим, что мы имеем проточную гидротурбину, радиальную, напоростурйную со средним напором, которая обеспечивает тангенциальную подачу воды на лопасти, вал горизонтальный. Такие типы труб относят к классу «тихих». Они имеют особенность приспособления к окружающей среде, месту установки и различным перепадам высотных давлений. Если расход воды резко меняется, то в турбине применяется конструкция двухкамерного мешка, что делает работу устройства более качественной.

Корпус любой гидротурбины изготавливается из стали конструкционного типа, она прочная и надежная. Затраты на материалы, строительство значительно снижены по сравнению с гидротурбинами для обычных ГЭС. Самый распространенный материал, используемый для строительства гидротурбины, будет выдерживать перепады от 90 до 120 метров, некоторые детали изготавливаются из нержавеющей стали (корпус, трубопроводы).

В гидротурбинах нового поколения есть возможность заменять генератор и рабочее колесо без сильной деформации и перебирания. Стоит отметить, что рабочее колесо имеет свойство самоочищаться благодаря водным потокам, которые в процессе своей работы проходят через область рабочего колеса. Во время проектирования генератора и самой гидротурбины принимается рад мер, позволяющий снизить кавитационный уровень. Нынешние гидротурбины на 100 процентов лишены этой проблемы.

Главная часть гидротурбины – это рабочее колесо. Материалом для изготовления лопаток зачастую является сталь профильного типа. Лопатки в силу своих свойств могу создавать усилие осевого уровня, облегчая работу подшипникам, а сами рабочие колеса находятся на постоянном балансе. Продолжительность работы оси рабочего колеса определяется ее положением, для более долгой работы ее устанавливают на подшипниковый уровень.

Особенности гидротурбин для мини ГЭС

1. Могут быть использованы в системах очистки для получения качественной питьевой воды.
2. Возможно подключение промышленного генератора.
3. Повышенные требования к надежности генератора.

Некоторые характеристики технического плана:

1. Перепад высот: 3 – 200 м
2. Водорасход: 0,03 – 13 кубических метра в секунду
3. Мощность: 5 – 3 000 кВт
4. Число лопаток, расположенных на осевом секторе: 37
5. КПД: 84% – 87%

Конечно, мини ГЭС вряд ли смогут стать основным источником энергии, однако их использование вполне целесообразно в качестве средства уменьшения нагрузки на основную питающую энергосеть, особенно в периоды пикового потребления.

Поскольку тарифы на электроэнергию в последнее время начали расти, все большую актуальность среди населения приобретают возобновляемые источники электроэнергии, позволяющие получать электричество практически бесплатно. Среди известных человечеству подобных источников стоит выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, а также домашние гидроэлектростанции. Но последние являются достаточно сложными, ведь работать им приходится в очень агрессивных условиях. Хотя это вовсе не говорит, что мини-ГЭС своими руками соорудить невозможно.

Чтобы сделать все правильно и качественно, главное – подобрать правильные материалы. Они должны обеспечивать максимальную долговечность работы станции. Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы, мощность которых сравнима с аналогичной у солнечных батарей и ветряков, могут производить гораздо больший объем энергии. Но хотя от материалов и зависит многое, на них все не заканчивается.

Разновидности мини-гидроэлектростанций

Существует большое количество разнообразных вариаций мини-ГЭС, каждая из которых имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Выделяют следующие виды этих устройств:

• гирляндную;
• пропеллерную;
• ротор Дарье;
• водяное колесо с лопастями.

Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.

Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.

Классическое водяное колесо – хорошо забытое старое

Что касается пропеллерной ГЭС, то представляет она собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.

Что касается других условий, то параметры лопастей ротора рассчитывают отдельно. А ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.

Преимущества и недостатки

Если рассматривать гирляндную ГЭС, то у нее имеется ряд очевидных недочетов. Во-первых, длинный трос, используемый в конструкции, представляет опасность для окружающих. Также большую опасность представляют скрытые под водой роторы. Ну а вдобавок, стоит отметить низкие показатели КПД и большую материалоемкость.

Что касается недостатков ротора Дарье, то чтобы устройство начало вырабатывать электроэнергию, его нужно предварительно раскрутить. Правда, при этом отбор мощности производится прямо над водой, так что как бы ни изменился поток воды, генератор будет вырабатывать электричество.

Все вышеперечисленное является факторами, которые делают более популярными гидротурбину для мини-ГЭС и водяные колеса. Если рассматривать ручное сооружение подобных устройств, то они не так уж и сложны. А в добавок, при минимальных затратах такие мини-ГЭС способны выдавать максимальные показатели КПД. Так что критерии популярности очевидны.

С чего начинать строительство

Возведение мини-ГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек. Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, бросить щепку в воду, и засечь время, за которое она пройдет отмеренную дистанцию.

В конечном итоге, если 10 метров разделить на количество затраченных секунд, получится скорость реки в метрах в секунду. Стоит учитывать, что нет толку сооружать мини-ГЭС в местах, в которых скорость потока не превышает 1 м/с.

Если водоем находится далеко, можно соорудить обходной канал

Если нужно разобраться, как делают мини-ГЭС в местности, где небольшая скорость реки, то можно попытаться добиться увеличения потока путем организации перепада высот. Сделать это можно через установку сливной трубы в водоем. При этом диаметр трубы будет непосредственно влиять на скорость потока воды. Чем меньше будет диаметр, тем быстрее будет течение.

Подобный подход позволяет организовать мини-ГЭС даже в том случае, если возле дома будет проходить небольшой ручеек. То есть на нем организовывается разборная плотина, ниже которой производится монтаж непосредственно мини-гидроэлектростанции для питания дома и бытовых приборов.

Гидроэлектростанция своими руками: как соорудить автономную мини-ГЭС

Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.

В представленной статье детально описаны технологии изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что потребуется для устройства системы и подключения ее к потребителям. У нас вы узнаете о всех вариантах миниатюрных поставщиков энергии, собранных из подручных материалов.

Гидроэлектростанции непромышленного назначения

Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. Альтернативные «зеленые» поставщики электроэнергии пока активно эксплуатируются только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль лишь делает первые робкие шаги.

Использование воды для получения электроэнергии

Один из традиционных вариантов малой гидроэнергетики

Сужение канала для извлечения энергии

Устройство направленного на лопасти канала

Приплотинный вариант с небольшим водохранилищем

Разница высоты в русле ручья или речки

Искусственно сооруженное завихрение

Шнековый тип турбины с повышенным КПД

Небольшими частными гидроэлектростанциями могут быть плотины на больших реках, вырабатывающие от десятка до нескольких сотен мегаватт 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.

Перед началом работы систему нужно «раскрутить», зато и остановить запущенную станцию сможет только замерзание водоема. Поэтому используется ротор Дарье преимущественно на промышленных предприятиях.

Интересное решение в сфере проектирования малых ГЭС с вертикально работающей турбиной предложил австрийский изобретатель Франц Цотлётерер:

Мини станция водоворотно-гравитационного действия

Сооружение отдельного канала с водоворотом

Турбина в центре вращения

Устройства для сбора вырабатываемой энергии

Веским плюсом водоворотных станций вполне обоснованно считается сохранение рыбных ресурсов. Работа вертикальной турбины не наносит вреда живым организмам реки. К тому же на стенках сооружений не задерживается тина из-за специфического движения потока воды.

Подводный винтовой пропеллер

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.

Ознакомиться с шагами сооружения простейшего варианта мини ГЭС поможет следующая фото-подборка:

Шаг 1: Сужение русло и формирование перепада

Шаг 2: Раскрой деталей для сборки турбины

Шаг 3: Фиксация лопастей в самодельной турбине

Шаг 5: Установка опоры в русле ручья

Шаг 5: Установка турбины на опорную конструкцию

Шаг 6: Подключение генератора и аккумуляторов

Шаг 7: Устройство ременной передачи

Шаг 8: Тестирование устройства после сборки

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.

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.

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.

О всех видах альтернативных источников энергии вы узнаете, ознакомившись со статьей, посвященной внедрению в быт «зеленых технологий».

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного двигателя:

Видео #2. Мини-ГЭС, сконструированная по принципу водяного колеса:

Видео #3. 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.

Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Делитесь интересными сведениями и полезными рекомендациями, оставляйте тематические фото. Возможно, вы хотите рассказать, как соорудили собственными руками действующую гидроэлектростанцию на загородном участке? Будем рады прочитать ваш рассказ о процессе устройства и эксплуатации.

Ноя 27, 2022Werri

Собери свой собственный гидрогенератор

Учреждения-источники

Учреждения-источники

• GreenLearning Canada

---

Добавить в список Перейти к активности
Ссылка на активность не работает? Посмотрите, есть ли он в интернет-архиве

Учащиеся следуют инструкциям по сборке электрического генератора на воде с помощью турбины, сделанной из пластиковых ложек. Модель вырабатывает удивительное количество электроэнергии, достаточное для того, чтобы зажечь небольшую лампочку, и очень напоминает настоящие микрогидроэлектростанции. Используйте это задание, чтобы познакомить учащихся с возобновляемыми источниками энергии и водой как источником энергии. Основная веб-страница содержит ссылки на другие связанные ресурсы. Рекомендуется наблюдение взрослых.

Краткое руководство

---

Время подготовки:

от 5 до 10 минут

---

Время обучения:

от 1 до 2 часов

---

Ориентировочная стоимость материалов:

10–20 долларов США за учащегося

---

Возрастной диапазон:

Возраст от 11 до 18 лет

---

Типы ресурсов:

Деятельность, Модель

---

Язык:

Английский

Список материалов (на одного учащегося)

---

• Электрическая дрель со сверлом 1/4 дюйма
• Ножницы
• Изолента
• Линейка
• Гвоздь или шило 10 см (3,5 дюйма)
• Пистолет для горячего клея с 3 клеевыми стержнями
• Белый клей
• Универсальный нож
• Точилка для карандашей
• Перманентный фломастер
• Магнитный компас
• Кусачки
• Перчатки
• Защитные очки
• Бумажные шаблоны
• Пластиковый кувшин объемом 4 л (прямоугольной формы, для уксуса, жидкости для омывания ветрового стекла и т. п. — см. иллюстрацию)
• 10 пластиковых ложек
• 1 большая пробка (от 3,5 до 5 см)
• Эмалированный магнитопровод, калибр 24 (около 100 м)
• Пенопласт или плотный гофрированный картон (прибл. 22 см на 30 см)
• Деревянный дюбель диаметром 6 мм (1/4 дюйма) (длиной 20 см)
• 4 керамических или редкоземельных магнита (18 мм или больше)
• Трубка из прозрачного винила (длина 6 см, внутренний диаметр 1/4 дюйма)
• 4 латунные бумажные застежки

Ключевые слова

---

• электричество
• турбина
• возобновляемая энергия
• микро-гидро
• прямоточная гидросистема
• малоударная гидросистема
• цепь
• магниты
• переменный ток
• плотин
• чистая энергия

Субъекты

---

• Науки о Земле и космосе
  • Земляная конструкция
    • Океаны и вода
• Инженерия и технологии
  • Машиностроение
    • Электротехника
    • Экологическая инженерия
  • Технология
• Физические науки
  • Электричество и магнетизм
    • Электрические заряды и токи
    • Электромагнитные поля
    • Электрические цепи
  • Энергия
    • Работа и машины
  • Движение и силы
    • Машины
    • Вращательное движение
• Природа технологии
  • Технология и общество
    • Технологии и окружающая среда

Неформальные категории

---

Аудитория

---

Чтобы использовать это задание, учащимся необходимо:

• см.
• сенсорный

Поддерживаемые стили обучения:

• Использует STEM для решения реальных задач
• Включает практические или лабораторные занятия

Другое

---

Компоненты, входящие в состав этого ресурса:

• Энергия воды
• Шаблон гидроэлектрического генератора
• Справочная информация по основам возобновляемых источников энергии
• Справочная информация о других чистых энергетических технологиях

Этот ресурс является частью:

• Создайте главную страницу гидрогенератора

Права доступа:

• Свободный доступ

Автор:

• GreenLearning Canada

Права:

• Все права защищены, GreenLearning Canada, 2011 г.

Micro Hydro Power для автономных домов. Малый гидроэлектрический генератор для дома

Гидроэнергетика для дома: это вариант?

Возобновляемые источники энергии сейчас очень важны. Для многих людей просто имеет смысл создавать энергию из солнца или ветра . Это экономит ресурсы и меньше загрязняет окружающую среду.

Стремление к возобновляемым источникам энергии настолько велико, что многие штаты создали стимулы в виде налоговых льгот и обратного выкупа электроэнергии для поощрения установки солнечных электростанций PV .

Домашние ветряные турбины также могут использоваться в определенных местах, а гибридные солнечные и ветряные системы становятся все более распространенными. А как же гидроэнергетика ?

Можно ли использовать гидроэнергетику в домах и на предприятиях?

Как правило, дома, фермы и предприятия малого бизнеса могут питаться от гидроэлектростанций мощностью от 5 до 10 кВт. Турбина мощностью 10 кВт называется микрогидросистемой. Наиболее распространенной турбиной для использования с микро-ГЭС является турбина импульсного типа, такая как конструкции Pelton Wheel или Turgo Wheel.

Как можно использовать воду для производства электроэнергии?

Основной принцип прост – давление воды в гидроэлектрогенераторе воздействует на рабочее колесо турбины, которая вращает генератор для выработки электроэнергии .

В этой базовой концепции есть много вопросов. Прежде чем мы углубимся в ответы, видео ниже дает очень полезную информацию о гидроэлектростанции .

Если вы предпочитаете читать, расшифровку видео можно найти ниже. Если вы хотите вообще пропустить это, просто перейдите к следующему разделу.

Микрогидроэлектростанция для дома, фермы или ранчо PDF

Видео – Как работают гидроэлектростанции?

Термины гидроэнергетика или гидроэнергетика подразумевают извлечение энергии из проточной или проточной воды.

Эти термины также используются в отношении пресной, а не морской воды. Процесс производства гидроэлектроэнергии требует создания преграды на пути протекающей воды. Затем воду направляют и заставляют капать, когда ее потенциальная энергия преобразуется в кинетическая энергия.

Затем эта энергия извлекается с помощью турбины. Масштабы гидроэнергетики чрезвычайно широки. Энергия может быть получена от нескольких ватт до нескольких гигаватт. На самом деле крупнейшая в мире электростанция — это гидроэнергетический проект под названием «Три ущелья» в Китае.

Источник: Britannica.com

Его номинальная мощность составляет колоссальные 22 гигаватт. Крупномасштабные гидропроекты могут обеспечить электроэнергией не только города, но и всю страну!

Проекты гидроэнергетики классифицируются следующим образом:

• Пико гидроэнергетика включает проекты мощностью 5 киловатт или менее.
• Микро ГЭС означает мощность от 5 до 100 кВт
• Малая ГЭС означает мощность 10 МВт или менее странах, сильно зависящих от гидроэнергетики. Например, Норвегия получает более 98% энергии за счет гидроэнергетики. Даже по сей день гидроэнергетика является одним из 90 259 самых дешевых 90 260 видов производства электроэнергии.

  Кроме того, извлекаемая энергия является возобновляемой энергией. Вода постоянно пополняется природой из-за круговорота воды. При преобразовании кинетической энергии воды в электричество не происходит выбросов CO2 .

  Это, однако, не означает, что гидроэнергетика не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду, что будет рассмотрено позже. Ручьи и реки имеют разный уровень водности.

  Скорость потока пресной воды также меняется в течение года, поэтому для извлечения энергии существует различных типов турбин , некоторые из которых более подходят, чем другие, в зависимости от напора воды и жидкости.

  Напор воды является мерой гидростатической энергии воды. Это просто высота воды над определенной точкой. Для гидроэнергетики это мера высоты над турбиной.

  Еще есть расход. расход — это объем воды, пересекающий определенную точку за секунду. В зависимости от напора воды и скорости потока в определенном месте выбирается турбина типа .

  Home Hydro Generator – гидроэлектростанция

  Существует четыре основных типа турбин, следующие:

  1. Kaplan Turbine
  2. Francis Turbine
  3. FRANCIS Turbine

99266926692669768

9768

9768

9768

9768.0008

“File:Waterturborunners.jpg” от Meisam под лицензией CC BY-SA 3.0

• Колесо Пелтона — удельная скорость 5,0 об/мин
• Турбина Фрэнсиса — удельная скорость 30 об/мин
• Турбина Каплана – удельная скорость 113 об/мин

Диаграмма в видео показывает рабочий диапазон турбин в зависимости от скорости потока и напора воды.

Например, при высоком напоре и низком расходе Используется ковшовое колесо . С другой стороны, когда напор воды низкий, а скорость потока высокая, используются турбины Kaplan .

Колесо Пелтона представляет собой импульсную турбину, тогда как турбина Каплана представляет собой реактивную турбину. Есть также турбина Фрэнсиса, которая находится посередине. Турбины Фрэнсиса используются для среднего уровня напора и среднего расхода.

Рабочий диапазон турбины Фрэнсиса очень широк. Это гибридная турбина, поскольку она использует как импульс силы, так и действие силы. Еще одним преимуществом является то, что он также может выступать в качестве насоса для насосных аккумулирующих систем , которые будут рассмотрены позже.

Интересно отметить, что как турбины Каплана, так и турбины Фрэнсиса могут достигать эффективности работы более 90% , что делает их наиболее эффективными устройствами на рынке возобновляемых источников энергии .

Наконец, есть турбина с поперечным потоком или турбина Bank II. Это тихоходная машина, которая хорошо подходит для мест с низким напором воды, но с высокой скоростью потока. Поскольку турбина работает медленно, ее легче обслуживать, так как подшипники не нужно часто заменять.

Кроме того, турбина является самоочищающейся и реже засоряется по сравнению с другими турбинами. КПД турбин с поперечным потоком и колеса Пелтона ниже, чем у турбин Фрэнсиса и турбины Каплана.

Водяной генератор для домашнего использования

Теперь доступны и другие разновидности турбин, особенно в микромасштабе. Есть турбины со спиральными лопастями, которые могут работать в самой мелкой и самой медленной проточной воде. Например, роторная турбина может использовать воду на скорости 2 мили в час .

Одним из преимуществ гидроэнергетики является ее использование в проектах гидроаккумулирования . Идея этих проектов заключается в том, чтобы удовлетворить высокий спрос на электроэнергию в часы пик.

Следует отметить, что наши потребности в электроэнергии меняются в течение дня. Аккумулятор насоса обеспечивает буфер энергии в периоды затишья, когда потребление электроэнергии низкое, а в сети имеется избыток электроэнергии.

В это время вода перекачивается из нижнего резервуара в верхний резервуар. Это делается с помощью электроэнергии из сети и , запускающей турбину в обратном направлении , что позволяет ей действовать как насос.

«Русловая турбина Fitzsimmons Creek приводится в движение водой из ручья, которая затем попадает в трубу на расстоянии 3,5 км вверх в гору» компании Green Energy Futures имеется лицензия CC BY-NC-SA 2.0

. вода увеличивает водохранилище вместимостью и напором воды. Эта дополнительная вода затем используется в периоды пиковой потребности в энергии, которые могут возникать днем ​​или вечером.

Вода, которая была перекачана обратно, затем может быть использована вместе с существующей и поступающей водой для запуска турбин на их пиковую мощность. Помимо множества положительных сторон гидроэнергетики, есть и несколько отрицательных сторон .

Например, для использования гидроэнергии, особенно в крупных масштабах, плотины должны быть построены, что обходится очень дорого. Создание барьера на пути проточной воды затопляет земли вверх по течению.

Это означает, что природная окружающая среда разрушается и затрагивается среда обитания не только растений и животных, но и людей, живущих поблизости, приходится переселять. Есть много видов рыб, которые нерестятся вверх по течению реки.

Строительство плотины блокирует путь их миграции, хотя установка трапа для рыбы может в значительной степени решить эту проблему. Точно так же есть много видов пресноводных рыб, которые не могут мигрировать вниз по течению из-за барьера.

Накопление ила, мусора и валежной древесины может со временем снизить пропускную способность плотины. Кроме того, гниющая плантация, которая застаивается выше по течению от барьера, также производит выбросы. Наконец, строительство большой плотины также может изменить естественный уровень грунтовых вод в землях, расположенных ниже по течению.

Следует отметить, что из-за строгого природоохранного законодательства в настоящее время трудно строить крупномасштабные гидроэнергетические проекты. Поэтому наилучшей практикой является наличие нескольких небольших русловых схем, чем несколько крупных.

Домашний гидротурбинный генератор

В русловом проекте часть воды из реки или ручья направляется в трубы, по которым вода доставляется к электростанции. В электростанции расположена турбина, которая использует перекачиваемую воду для выработки электроэнергии.

Электростанция расположена на гораздо более низкой высоте, чем место, где вода берется из реки или ручья. Русловые схемы относительно экологически чистые , хотя их окупаемость ниже, чем у крупномасштабных проектов.

Другим преимуществом схемы доставки туннелей является то, что их легко построить по заказу, и они могут быть завершены в течение дней или недель, в отличие от крупномасштабных проектов, на строительство которых может уйти несколько лет.

Теперь давайте посмотрим на оценку гидроэнергетики в данном месте. Общее количество мощности , которое может быть извлечено турбиной, можно определить по простой формуле.

Формула:

P = Nu x Rho x Q x G x H

• • где P – мощность в ваттах
  • nu – безразмерный КПД турбины и турбины Каплана это почти 92%)
  • Rho это плотность воды в кг на кубический метр
  • Q это скорость потока в кубических метрах в секунду
  • G это ускорение под действием силы тяжести и
  • H — перепад высот между входом и выходом в метрах.

Может ли водяная турбина питать дом?

Все возобновляемые «альтернативные» системы выработки энергии могут питать дом, но размер зависит от энергопотребления вашего дома в киловатт-часах ( кВтч ). Это первый шаг для определения того, сколько энергии дом использует в течение года.

Один из способов состоит в том, чтобы сложить номинальную мощность всех бытовых приборов и умножить номинальную мощность в ваттах на 9.0259 расчетное количество часов использования каждого прибора в течение года.

Это не очень хороший метод по двум причинам. Во-первых, использование — это всего лишь оценка, и вы можете быть в любом случае слишком много или недостаточно.

Во-вторых, некоторые приборы нелегко оценить. Например, кондиционеры, холодильники и морозильники имеют встроенные двигатели компрессоров, которые запускаются и останавливаются циклами в соответствии с заданными настройками температуры.

Двигатель Импульсные токи в 3 раза превышают рабочий ток двигателя, что не отражено в паспортной табличке. Кроме того, плохой коэффициент мощности также может ввести вас в заблуждение, заставив думать, что Вольты x Амперы всегда равны Ваттам. В цепях переменного тока его часто нет.

Лучше обратиться к счету за коммунальные услуги за предыдущий год (см. рисунок ниже):

Comed Utility, Illinos

Как только вы узнаете, сколько киловатт-часов использовал ваш дом в предыдущем году, вы можете размер вашей турбины номинал необходимая (или солнечная, или ветряная турбина.)

Среднее количество энергии, используемой средним американским домохозяйством, составляет около 11000 кВтч в год .

Гидроэлектрическая турбина мощностью 5 кВт с постоянным напором и расходом потенциально будет генерировать:

5кВтч x 8760 часов (в году) = 43800 кВтч

5кВтч x 1825 (пиковое количество солнечных часов в год) = 9125 кВтч

Теоретически, домашняя гидроэнергетическая система намного превосходит солнечную , даже учитывая существенные потери системы в кабелях и колебания потока воды.

В чем сходство гидроэлектроэнергии и солнечной энергии?

Тремя основными системами возобновляемой электроэнергии, доступными для домашнего использования, являются:

1. Солнечная энергия Электрические фотоэлектрические панели
2. Ветер Турбины
3. Водяные Турбины (небольшой гидрогенератор)

Как вы можете себе представить, солнечные панели являются наиболее распространенными . Ветряные турбины не всегда жизнеспособны в некоторых районах, в то время как гидроэнергетика полностью зависит от подачи проточной воды.

В основном это означает, что использование гидротурбин в основном ограничивается сельскими районами, приусадебными участками и фермами. Однако, когда условия подходящие, гидроэлектроэнергия очень эффективна.

Следует отметить большие различия между тремя источниками питания – выход солнечной энергии зависит от освещенности (пиковые солнечные часы) для местоположения, в то время как выходная мощность ветряной турбины может быть очень изменчивой, и для ее работы требуется скорость ветра, превышающая 5 м/с !

С другой стороны, водяная турбина работает с постоянной скоростью (более или менее), поэтому ее электрическая мощность всегда максимальна .

Гидроэлектроэнергия дешевле солнечной?

В более широком масштабе это, безусловно, верно – солнечная энергия стоит 10 центов/кВтч , а гидроэлектроэнергия вырабатывает энергию вдвое дешевле по 5 центов/кВтч . Но верно ли это для всех шкал мощности производства?

Take a look at the chart below:

​​ (Based on 5kW output rating)	SOLAR PANELS	WIND TURBINE	HYDROELECTRIC
Стоимость установленного кВт	3130 долл. США	3000 USD	2750 USD
Cost per kW DIY	1700 USD	1800 USD
System Life	25-30 yr warranty	20 yrs	25 yrs
Maintenance Cost/yr
Payback time	8 years average (U. S.)	11 average years	7 to 10 yrs
Efficiency Compared	20% max (monocrystalline panels)	35% (high оценка для турбины 5кВт)
Выход стабилен?	Нет (затенение, ночь, пыль и слабое освещение)	Нет – сильно зависит от скорости ветра	Yes –  full output (with constant flow)
Time to install	3 days	2 to 3 days	3 to 5 days
Grid Галстук способен?
Можно ли использовать автономный режим?
Аккумуляторный блок нужен автономный?

Подробнее

 

Из приведенного выше следует отметить несколько моментов: что не является постоянным. Он наиболее сильный в середине дня и самый низкий по утрам и вечерам. Очевидно, что ночью нет солнца и невозможно производство электроэнергии .

Выходная мощность ветряной турбины может сильно различаться, так как выходная мощность 9 Вт0259 увеличивается в 8 раз каждый раз, когда скорость ветра удваивается!

Если какая-либо система подключена к сети ( grid-tie ), то избыточная мощность автоматически возвращается в коммунальную компанию. Если это автономная система, то нужны аккумуляторы для обеспечения электроснабжения в ночное время, или в случае отключения электричества.

Выходная мощность домашней гидроэлектростанции

При условии постоянного напора воды или речного стока гидроэлектростанция всегда будет производить ватт максимум. Если нагрузка меньше, чем выходная мощность ГЭС, эта избыточная выработка электроэнергии должна куда-то деваться!

Если система привязана к сети, то она может течь обратно в сеть. Если он не подключен к сети, то он должен быть отведен на фиктивную нагрузку , часто в виде водяных или воздушных нагревательных элементов.

Вам нужны аккумуляторы для гидроэнергетики?

При постоянном расходе воды нет. Однако, если система привязана к сети, это может быть целесообразно. В случае отключения электроэнергии система отключен от сети и также не может питать дом.

Это делается автоматически для предотвращения «островков», когда независимые системы генерации могут возвращаться в сеть, подвергая опасности персонал, работающий на линии.

Что такое гидроаккумулятор с микронасосами?

Это интригующая идея, которая работает в любом масштабе. Представьте, что вы живете у озера или большого пруда с уклоном на более высокий уровень рядом с вашим домом. Ваша цель — жить вне сети, и у вас есть Установлены солнечные панели мощностью 8 кВт.

Из соображений экологии вы пытаетесь не использовать большой аккумуляторный блок , который очень дорог и в любом случае имеет ограниченный срок службы. Несмотря на это, ночью у вас нет электричества от солнечных батарей.

Одним из решений является создание гидроаккумулирующей системы .

В гидроаккумуляторе используется турбина в качестве насоса и генератора

Когда в дневное время имеется избыток электроэнергии от солнечной энергии вода перекачивается из озера в резервуар на более высоком уровне.

В ночное время, когда нет солнечной энергии, вода в резервуаре выпускается и подается самотеком через турбину, которая теперь действует как генератор.

Устройство в основном представляет собой замену банка химических батарей, но не загрязняет окружающую среду и не использует драгоценные ресурсы.

Какой расход воды необходим для производства электроэнергии?

У вас может быть ручей, протекающий через вашу землю, но достаточно ли напора и расхода для выработки достаточного количества электроэнергии для ваших нужд?

Я опишу самые простые методы, но полагаю, что профессиональный геодезист даст вам наиболее точные измерения. Вероятно, хорошая идея , если вы тратите несколько тысяч долларов на микрогидроэнергетическую систему для нашего дома.

Измерение напора воды в ручье или реке

Протяните отрезок шланга между самой высокой отметкой, откуда течет ручей, и другим концом к предполагаемому местоположению турбины. Подсоедините манометр к нижнему концу и считайте psi.

2,31 фута напора можно принять за 1 psi.

Измерение расхода

Самый простой способ (если поток воды у вас не больше ручья или небольшой реки) — просто наполнить ведро известной вместимости и замерить количество секунд , необходимое для его заполнения.

Вам нужно это в галлонах/минуту, поэтому вопрос о расходе выглядит следующим образом:

60/секунд x вместимость ковша в галлонах = расход в галлонах/минуту

Пример: A 10 галлонов ведро наполняется 15 секунд:

Расход воды = 60/15 x 10 = 40 галлонов/минуту расход

Большинство микрогидроэнергетических систем имеют КПД от 50% до 60%. Приведенное ниже уравнение представляет собой упрощенный способ расчета возможной мощности с использованием значений напора и расхода с использованием КПД 53%

(напор (футы) × расход (гал/мин)) ÷ 10 = мощность в ваттах

Давайте заменим некоторые цифры и посмотрим, как выглядят числа:

Пример: Напор = 38 Расход = 76 галлонов/мин

Напор в футах от показаний в фунтах на квадратный дюйм = 38 x 2,31 = 87,78 футов

Мощность турбины в ваттах = напор x расход / 10 = 87,78 x 76 / 10 = 667 Вт

Как вырабатывать электричество из воды в домашних условиях1

4 На рынке представлено множество микрогидроэлектрических турбин стандартного размера. Приведенный ниже генератор поставляется компанией Suneco и является примером типичного 9-цилиндрового генератора.0259 Блок 5кВт.

Приведенная ниже диаграмма дает отличное представление о конфигурации установки и требуемой конструкции.

Микрогидроэлектростанции для автономных домов

Несмотря на то, что я рекомендую полный проект от изучения, проектирования до завершения, выполняется профессиональным монтажником , многие владельцы домов построили и установили свои собственные системы. Все выполнимо! Просто использование профессионала исключает любые дорогостоящих ошибок.

Домашние микро-гидроэлектростанции намного эффективнее, чем солнечные или ветряные турбины. Они имеют такой же срок службы, если не дольше, и обеспечивают более высокую и стабильную производительность.

 

Предоставлено Suneco Hydro Turbines

Схема установки турбины домашней микрогидроэлектростанции

Домашняя гидроэлектростанция Вопросы по теме

Можно ли использовать гидроэлектроэнергию в домах?

Домашняя гидроэлектростанция — отличный вариант для дома, при очевидном условии, что имеется достаточный запас воды с достаточным напором и расходом для обеспечения потребностей в электроэнергии.