Домашняя гидроэлектростанция, сделанная своими руками. Микро ГЭС своими руками из Металла и Дерева Гидротурбина под большим давлением своими руками

Что такое мини ГЭС

Для начала определимся с принципом работы и типами небольших ГЭС. Течение реки или падающий водный поток вращает лопасти турбины и гидропровод, который соединен с электрогенератором ‑ последний и вырабатывает электроэнергию. Современные компактные ГЭС имеют автоматическое управление с возможностью мгновенного перехода на ручной режим в случае аварийной ситуации. Конструкции современных заводских ГЭС позволяют свести к минимуму производство строительных работ при монтаже оборудования.

Виды мини гидроэлектростанций

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

  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.

Мини-ГЭС – гидроэнергоблок Ленева:

Мини-ГЭС – гидроэнергоблок Ленева Н.И.

использует оригинальный, ранее не использовавшийся ни в одной из существующих конструкций, способ получения энергии как из водного потока любого вида (рек, ручьёв, приливов, морской волны и т.д.), так из движения воздушных масс. При этом используется естественный поток, без предварительного преобразования (строительства дамб, каналов, напорных труб).

Данный способ отъёма мощности водного потока является наиболее выгодным и с экологической точки зрения, так как совершенно не нарушает естественного русла реки, занимая от 1% до 10% площади, тем самым, не препятствуя свободному перемещению речной фауны и флоры в отличие от существующих ГЭС.

При скорости течения реки 1 м/с гидроэнергоблок Ленева Н.И.

размерами 1,5*0,7*0,6 м производит 11 кВт.

Как работает мини ГЭС

Принципиальную схему работы ГЭС можно выбрать из нескольких вариантов:

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

На фото мини ГЭС на основе водяного колеса

Вариант самодельной мини ГЭС с вертикальной установкой колеса

Колесо помещается в воду, это может быть вертикальная установка в плоскости перпендикулярной поверхности воды, либо горизонтальная – когда колесо погружается в воду целиком. Во втором случае необходимо учесть, что колесо должно быть погружено в воду не более чем на 2/3 толщины диска. Шкивы между собой соединяются посредством ремня, а звездочки посредством цепи.

Система готова к работе.

В том случае, если недалеко от вашего загородного дома находится небольшая река или ручей, вы можете самостоятельно построить гидрогенератор малой мощности для дома. Самодельная гидроэлектростанция позволит получать бесплатно электричество.

Возможно, это не сэкономит значительных сумм, но осмысление того, что вы обладаете собственным источником электроэнергии, стоит намного дороже. Есть случаи, когда к дому не проведено центральное электроснабжение. Тогда даже совсем незначительные мощности электроэнергии могут очень пригодиться.

Источниками электроэнергии для малой ГЭС могут быть:

  1. Реки или ручьи.
  2. Перепады высот на озёрных водосбросах.
  3. Водостоки технического назначения.

В сравнении с иными устройствами для получения электроэнергии, которые работают от возобновляемого источника, гидрогенераторы являются самыми сложными. В том случае, если вы решили построить мини-ГЭС, первым делом необходимо вымерять скорость потока реки. Легче всего это сделать, определив, за сколько секунд какой-либо предмет проплывёт 10 метров. Если скорость получилась меньше 1 метра в секунду, продуктивной гидростанции не получится. Но если искусственно заузить русло или сделать небольшую плотину, то скорость потока может немного увеличиться.

МикроГЭС требуется определенной силы напор воды – струя, падая на лопасти гидротурбины, запускает в работу генератор. Действуя по такому принципу, установка вырабатывает электроэнергию. Мощность потока воды зависит либо от естественного перепада уровней воды (деривация), либо искусственным сужением протоки с помощью плотины.

Чтобы вырабатывать некоторое количество электроэнергии, перепады высот должны составлять приблизительно 1–2 метра, а расход воды – 90 литров в секунду. В условиях холмистого рельефа минигидроэлектростанции просто незаменимы. Процесс её монтажа довольно простой и не требует особых знаний и навыков.

В зависимости от конструкции и принципа действия, можно выделить несколько главных типов самодельных гидроэлектростанций

  1. Гирлянда. Состоит из троса, который протянут с одного берега реки на другой. На нем зафиксированы роторы, которые вращаются благодаря потоку воды. В свою очередь, роторы вращают трос, один конец которого связан с подшипником, а другой с валом генератора.
  2. Водяное колесо. Важная деталь для самодельной ГЭС. На колесе размещены лопасти, которые находятся перпендикулярно к поверхности воды. Вода производит давление на лопасти, вследствие чего вращается само колесо.
  3. Пропеллер. Отличный вариант для мини-ГЭС в том случае, если русло реки имеет ширину больше 10 м. Ротор пропеллера установлен в вертикальном положении. Пропеллер имеет небольшие лопасти, приблизительно 2 см. Если скорость потока реки больше 2 метров в секунду, рекомендуется подобрать другие размеры лопастей.
  4. Ротор Дарье. Представляет собой вертикально установленный ротор, который вращается благодаря разнице давления на его лопасти.

Данные разновидности мини-ГЭС объединяет то, что для их сооружений не требуется постройка плотины. Плотина является высокоточным и дорогостоящим объектом, цена возведения которого в несколько раз больше, чем стоимость самоделки. Следует обратить внимание, что мощность мини-ГЭС должна соответствовать потребностям в электрической энергии.

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 увеличить эффективность ГЭС

Если вам нужно немного увеличить количество генерируемой электроэнергии, можно организовать увеличение потока путём формирования перепада высот. Самое простое решение данной проблемы – установить в водоём сливную трубу. При этом необходимо учитывать диаметр самой трубы, ведь он напрямую будет сказываться на скорости потока. Чем он меньше – тем больше скорость. Данный способ позволяет установить минигидроэлектростанцию даже в том случае, если возле дома протекает небольшой ручей. Используя качественные материалы при создании генератора, мини-ГЭС можно успешно эксплуатировать это оборудование для домашних потребностей.

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.

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 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.

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Всегда хотел получить электричество из ручья, протекающего по периметру моего дома. Около трех лет назад я установил временную турбину, чтобы проверить, будет ли работоспособным турбинное колесо большего размера.

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Демо-версия этого колеса была сделана из старых подставок для абразивных кругов и деревянных паллет в качестве лопастей. В качестве генератора я использовал старую ленту постоянного тока из приводного двигателя Ametec. Чтобы приготовить все полностью, я использовал мини-мотоцепь и звездочки с 70 и 9 зубцами (для вращения колеса и на двигателе). Стоимость всех предметов вылилась примерно в 30 фунтов стерлингов. Максимально оно генерировало 25 Вт и проработало где-то в течение года, главным образом из-за ограничений двигателя Ametec и размера колеса, и подтолкнуло меня к созданию турбины большего размера. В первую очередь мне нужно было запрудить воду ручья, так, чтобы уровень воды был примерно мне по грудь. Не дожидаясь конца лета, я, с помощью водооткачивающего насоса отвел воду, сделал запруду из цемента.

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция

Перевод: Ярослав Николаевич

Выводы

Суммарные расходы на изготовление составят около 10-15 тысяч рублей. Основная статья расходов – заработная плата сварщику и рабочему, помогающим сделать и собрать конструкцию.

Главными преимуществами такого оборудования являются низкая стоимость электроэнергии, экологическая безопасность, неисчерпаемость источника энергии и простота конструкции.

Регулярный рост цен на электроэнергию заставляет многих задумываться над вопросом альтернативных источников получения электричества. Одно из лучших решений в данном случае – гидроэлектростанция. Поиски решения данного вопроса касаются не только масштабов страны. Все чаще можно увидеть мини-гидроэлектростанции для дома (дачи). Затраты в таком случае будут только на строительство и техническое обслуживание. Минус подобного сооружения в том, что его возведение возможно только в определенных условиях. Необходимо наличие водяного потока. К тому же возведение данной конструкции у себя во дворе требует разрешения местных органов власти.

Плюсы и минусы

Использования микро – ГЭС, позволяет получить положительный эффект от их использования в экономической и социальной сферах и экологической безопасности территорий, где строятся подобные сооружения. Производство электрической энергии позволяет обеспечить энергетическую независимость и безопасность территории, отдельного предприятия или объекта недвижимости. При строительстве не требуется сооружение больших гидротехнических сооружений, и как следствие, снижение стоимости строительно-монтажных работ. Важным достоинством малой гидроэнергетики является экологическая безопасность подобных установок. На флору и фауну не оказывается каких-либо вредных воздействий, качество воды остается неизменным.

Суммируя плюсы использования микро – ГЭС, к их положительным свойствам можно отнести следующие:

  • Экологичность и безопасность установок;
  • Энергия воды – это возобновляемый и неисчерпаемый источник энергии;
  • Способность установок работать в автономном режиме;
  • Вырабатываемая электрическая энергия обладает низкой себестоимостью;
  • Продолжительные сроки эксплуатации;
  • Техническая надежность установок.

плюсы

У любого технического объекта, на ряду с положительными свойствами, всегда есть и отрицательные. Для сложных технических сооружений, которыми являются микро – ГЭС, возможно наличие нештатных ситуаций, в результате которых, производство электрической энергии может быть прекращено, в связи с чем, потребители будут обесточены. Сезонность работы станций, также является недостатком подобных установок. Это определяет регионы использования или необходимость устройства специальных устройств и конструкций.

Объединяя минусы использования микро – ГЭС, к их отрицательным свойствам можно отности:

  • Васокая стоимость оборудования и выполнения строительно-монтажных работ;
  • Выведение из общего пользования значительных площадей (затопление, при строительстве плотин и водохранилищ);
  • Ограниченность использования, обусловленная возможностью монтажа установок и климатом региона установки оборудования;
  • Наличие потенциальной опасности для живых организмов, обитающих в водоемах.

Использование малых гидроэлектростанций является одним из направлений развития возобновляемых источников энергии и уже сегодня конкурирует с традиционными источниками получения электрической энергии, являясь эффективным направлением развития альтернативной энергетики.

Схема мини-гидроэлектростанции

Принцип работы гидроэлектростанции для дома достаточно прост. Схема сооружения выглядит следующим образом. На турбину падает вода, заставляя вращаться лопасти. Они, в свою очередь, за счет крутящего момента или перепада давления приводят в движение гидропривод. От него передается полученная мощность на электрогенератор, который и вырабатывает электричество.

В настоящее время схема ГЭС чаще всего укомплектовывается системой управления. Это позволяет конструкции работать в автоматическом режиме. В случае необходимости (к примеру, аварии) имеется возможность перехода на ручное управление.

Разновидности мини-ГЭС

Стоит понимать, что мини-гидроэлектростанции позволяют получать не более трех тысяч киловатт. Это максимальная мощность подобного сооружения. Точное значение будет зависеть от типа ГЭС и конструкции используемого оборудования.

В зависимости от вида водяного потока выделяют следующие типы станций:

  • Русловые, характерные для равнин. Они устанавливаются на реках с несильным потоком.
  • Стационарные используют энергию водных рек с быстрым потоком воды.
  • ГЭС, устанавливающиеся в местах перепада водного потока. Встречаются чаще всего в промышленных организациях.
  • Мобильные, которые строятся с применением армированного рукава.

Для строительства ГЭС достаточно даже небольшого ручья, протекающего по участку. Владельцы домов с центральным водоснабжением не должны отчаиваться.

Одной из американских компаний разработана станция, которую можно встраивать в водоснабжающую систему дома. В водопровод встраивается турбина маленьких размеров, которая приходит в движение за счет потока воды, двигающегося самотеком. Это снижает скорость потока воды, но снижает себестоимость электроэнергии. К тому же данная установка полностью безопасна.

Устраиваются даже мини-гидроэлектростанции в канализационной трубе. Но их строительство требует создания определенных условий. Вода по трубе должна стекать естественным образом за счет уклона. Второе требование – диаметр трубы должен быть подходящим для устройства оборудования. А это невозможно сделать в отдельно стоящем доме.

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.

Независимый источник электроэнергии в загородном особняке — первая необходимость. Рынок электротоваров предлагает широкий ассортимент генераторов электрического тока различных конструкций: газовые, инверторные, бензиновые, дизельные. Среди них водяные электрогенераторы занимают особое место, благодаря своим преимуществам и экономии в расходовании топлива. Выработка электричества из природных источников — наиболее экологичный и малозатратный способ производства энергетического ресурса.

Классификация мини-ГЭС

Мини-гидроэлектростанции (дома, в которых они используются, в большинстве относятся к частному сектору) чаще всего относятся к одному из следующих типов, которые различаются принципом работы:

  • Водяное колесо – традиционный тип, который наиболее прост в исполнении.
  • Пропеллер. Используют в тех случаях, когда река имеет русло шириной более десяти метров.
  • Гирлянда устанавливается на реках с несильным потоком. Для усиления скорости течения воды используют дополнительные сооружения.
  • Ротор Дарье устанавливается обычно на промышленных предприятиях.

Распространенность этих вариантов обусловлена тем, что они не требуют строительства плотины.

Пропеллерная станция

На раме в вертикальном положении располагается ротор и подводный ветряк, опускаемый под воду. Ветряк имеет лопасти, которые вращаются под воздействием потока воды. Лучшее сопротивление оказывают лопасти шириной два сантиметра (при быстром потоке, скорость которого, тем не менее, не превышает двух метров в секунду).

В данном случае лопасти приводятся в движение за счет возникающей подъемной силы, а не за счет давления воды. Причем направление движения лопастей перпендикулярно направлению течения потока. Этот процесс похож на работу ветровых электростанций, только работает под водой.

Гирляндная ГЭС

Данного типа мини-гидроэлектростанции представляют собой трос, натянутый над руслом и закрепленный в опорном подшипнике. На нем в виде гирлянды навешены и жестко закреплены турбины небольшого размера и веса (гидровингроторы). Они состоят из двух полуцилиндров. За счет совмещения осей при опускании в воду в них создается крутящий момент. Это приводит к тому, что трос изгибается, натягивается и начинает вращаться. В данной ситуации трос можно сравнивать с валом, который служит для передачи мощности. Один из концов троса соединен с редуктором. На него и передается мощность от вращения троса и гидровингроторов.

Ротор Дарье

Мини-гидроэлектростанция для частного дома данного вида названа так в честь ее разработчика — Жоржа Дарье. Запатентована данная конструкция была еще в 1931 году. Представляет собой ротор, на котором находятся лопасти. Для каждой из лопастей в индивидуальном порядке подбираются нужные параметры. Ротор опускается под воду в вертикальном положении. Лопасти вращаются за счет перепада давления, возникающего под действием протекания по их поверхности воды. Этот процесс подобен подъемной силе, заставляющей самолеты взлетать.

Данный вид ГЭС имеет хороший показатель КПД. Втрое преимущество – направление потока не имеет значение.

Из недостатков данного вида электростанций можно выделить сложную конструкцию и непростой монтаж.

Преимущества мини-ГЭС

Независимо от вида конструкции мини-гидроэлектростанции обладают рядом преимуществ:

  • Экологически безопасны, не вырабатывают вредных для атмосферы веществ.
  • Процесс получения электричества проходит без образования шума.
  • Вода остается чистой.
  • Электричество вырабатывается постоянно, вне зависимости от времени суток или погодных условий.
  • Для обустройства станции достаточно даже небольшого ручья.
  • Излишек электроэнергии можно продать соседям.
  • Не нужно много разрешающей документации.

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.

Мини-гидроэлектростанция своими руками

Построить водяную станцию для получения электроэнергии можно самостоятельно. Для частного дома достаточно двадцати киловатт в сутки. С таким значением справится даже мини-ГЭС, собранная своими руками. Но при этом следует помнить, что данный процесс характеризуется рядом особенностей:

  • Точные расчеты провести достаточно трудно.
  • Размеры, толщина элементов выбирается «на глаз», только опытным путем.
  • Самодельные сооружения не имеют защитных элементов, что приводит к частым поломкам и связанным с этим затратам.

Поэтому если нет опыта и определенных знаний в данной сфере, лучше отказаться от идеи подобного рода. Дешевле может оказаться приобретение уже готовой станции.

Если все же решаетесь делать все своими руками, то начинать необходимо с измерения скорости потока воды в реке. Ведь от этого зависит мощность, которую можно получить. Если скорость будет меньше одного метра в секунду, то строительство мини-гидроэлектростанции в данном месте не оправдает себя.

Еще один этап, который нельзя опускать – это расчеты. Необходимо тщательно рассчитать размер затрат, которые уйдут на строительство станции. В результате может оказаться, что гидроэлектростанция – не лучший вариант. Тогда стоит обратить внимание на другие виды альтернативной электроэнергии.

Мини-гидроэлектростанция может стать оптимальным решением в вопросе экономии затрат на электроэнергию. Для ее строительства необходимо наличие реки недалеко от дома. В зависимости от желаемых характеристик можно подобрать подходящий вариант ГЭС. При правильном подходе выполнить подобное сооружение можно даже своими руками.

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).

Микро ГЭС своими руками

Для разработки и реализации проекта самодельной электростанции конструктору-любителю потребуется предварительно проанализировать особенности объекта, который должен снабжаться электроэнергией (отдельное строение, усадьба, туристическая база, несколько домов и т.п.), а также дебит воды и возможность получения перепада уровня её с помощью гидротехнического оборудования.

Если выясняется, что микроГЭС должна работать на постоянную нагрузку, с неизменной (в течение суток) мощностью потребления, расход воды регулируется ограничителем дебита. В простейшем случае это может быть закреплённая между двумя направляющими пластина (доска и т.д.). В зависимости от складывающейся ситуации она легко ставится в положение ниже или выше «нормы». И здесь нет настоятельной необходимости в использовании накопительных аккумуляторов. В случае же существенной разницы в потреблении электроэнергии (особенно когда «ножницы» превышают киловатт-час) крайне желательной становится аккумуляторная батарея.

Дебит воды и высота, с которой поток устремляется к турбине, являются главными факторами мощности, отдаваемой ГЭС в нагрузку. Без них и в наших расчётах, как говорится, не обойтись.

Измерение дебита воды проводится с помощью секундомера и поплавка, на фиксированном участке реки (канала и т.д.). Контрольная длина этого участка — около 10 м. Поплавковая деталь измерения (лёгкий мяч, кусочек пенопласта и т.п.), установленная на стремнине, будет перемещаться без наталкивания на препятствия. А захронометрированная величина, в течение которой поплавок пройдет эти 10 м, позволит легко вычислить скорость самого потока.

Но каково же поперечное сечение русла?

Соответствующие промеры выполняют в трёх пунктах. По усреднённым данным находят поперечное сечение. Зная к тому же и скорость, рассчитывают сам дебит.

Создание нужного перепада уровней воды (транспортного канала) требует определённых гидротехнических работ; достаточно объёмных, но совершенно необходимых соответствующих конструкций (см. рис.). Энергетический же потенциал гидропотока вычисляют по формуле:

, где,

— Wn — потенциальная энергия; — m — масса воды, которая обрушивается за одну секунду на турбину (вот где пригодится найденный ранее дебит!); — g — ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2; h — высота падения воды (до выхода из турбины).

Рис.1. Схема расположения и состав микроГЭС: 1 — река с дебитом основного потока (вариант) 1,2 т/с, 2 — ограничитель дебита (подробности см. в тексте), 3 — канал транспортный с дебитом 0,4 т/с, 4 — лоток-направляющая на сваях (из подручных материалов: например, плах соответствующих типоразмеров и пород древесины), 5 — техническое помещение (из бруса и вагонки), 6 — стояк электропередачи (с укреплёнными на нём фарфоровыми изоляторами), 7 — линия электропередачи (двухпроводная воздушная), 8 — гидроэлектроагрегат в работе (а — ниспадающий поток воды, б — турбина в сборе, в — передача клиноременная двухступенчатая, г — узел промежуточного вала, д — электрогенератор, е — плита-основание стальная, ж — сваи лиственничные или дубовые), 9 — сток отработанной воды.

Рис.2. Гидротурбина: 1 — кольцо-венец (5-мм листовая сталь, 2 шт.), 2 — лопатка (5-мм, нержавейка, 12 шт.), 3 — барабан (1,5-мм, жесть), 4 — спица (из 500-мм отрезка 26-мм стальной рифлёной арматуры, 8 шт.), 5 — болт М12 (2 шт.), 6 — втулка-ступица (из отрезка трубы 100×20 стальной бесшовной), 7 — вал турбины (Ст 45), 8 — шарикоподшипник в корпусе (от сельхозтехники, самоустанавливающийся, 2 шт.), 9 — плита опорная (из отрезка швеллера № 18, 2 шт.), 10 — болт М20 с гайкой самоконтрящейся (4 шт.), 11 — шуруп крупногабаритный с потайной головкой (16 шт.), 12 — свая (из акации, дуба или лиственницы, 2150 мм, 4 шт.).

Рис.3. Кинематика одного из вариантов самодельной гидростанции с деталировкой основных узлов (рабочее колесо турбины условно не показано):

1 — вал гидротурбины (Сталь 45), 2 — ступица маховика-шкива (Ст 5), 3 — болт М12, 4 — маховик-шкив ведущий первой ступени клиноременной передачи (Сталь 20), 5 — болт М10 (4 шт.), 6 — гайка М10 самоконтрящаяся (4 шт.), 7 — ремень кордотканый клиновой (2 шт.), 8 — шкив промежуточного вала (Сталь 20), 9 — шпонка клиновая, 10 — вал промежуточный (Сталь 45), 11 — плита стальная, 12 — корпус подшипникового узла с крышками (Ст 3), 13 — шарикоподшипник 180206 (2 шт.), 14 — болт М8(8шт.), 15 — шайба (8 шт.), 16 — гайка М8 (8 шт.), 17 — генератор постоянного тока (800 Вт, 24 В, 700об/мин.), 18 — шуруп крупногабаритный с шайбой (6 шт.), 19 — шкив генератора (Сталь 20).

Мощность, которую можно в идеале получить от турбины, предлагаемой для самостоятельного изготовления,- приблизительно 10 кВт. Работая в реальной микроГЭС, вариант которой изображён на рисунке, такая турбина способна отдать в нагрузку (с учётом неизбежных здесь потерь) 800 Вт. Исходя из этого выбран и генератор. У него следующие параметры: 800 Вт, 24 В, 700 об/мин. Если принять во внимание тот факт, что вечером и ночью электроэнергия идет в основном на освещение (не потребляется только в течение 3-4 часов), а днем используется для электропитания 1-2 холодильников, то есть, видимо, имеет смысл накапливать её в аккумуляторах, соединённых для зарядки и работы в сети с напряжением 24 В. Но требуется, чтобы аккумуляторы находились как можно ближе к распределительному щиту. Ведь потери здесь растут пропорционально протяжённости линии и сечению электрокабеля.

К счастью, они не выходят за «норму» в нашей 150-метровой линии, где используется кабель, суммарное сечение алюминиевых жил которого составляет 25 мм2.

Дабы от энергии воды на микроГЭС не был потерян ни один ватт, прибегают к тому, что турбина снабжается лопастями, закреплёнными под углом, благоприятствующим максимальному использованию кинетики ниспадающего потока. Следующие друг за другом лопасти не смогут быть заторможены «усталой», отработавшей своё водой. И трение здесь сведено к минимуму. Ведь внутренняя поверхность у каждой из сформированных лопастями (лопатками) и барабаном турбины (своеобразных «чаш») заботливо отполирована. Предельно снижены и потери в клиноременной передаче, доводящей число оборотов у генератора до оптимального значения. Все валы — на шарикоподшипниках. Ремни не проскальзывают (их натяжение регулируется по месту крепления опор).

Теперь — о других конкретностях предлагаемой конструкции. Трёхсоткилограммовая турбина (см. рис.) выполнена из двух колец-венцов (листовая сталь), двенадцати лопаток (нержавейка), жестяного барабана, восьми спиц из стальной арматуры (диаметром 26 мм) и втулки-ступицы, закреплённой на рабочем валу с помощью двух болтовых соединений М12. Вал вращается на двух самоустанавливающихся (и обязательно герметичных — для предохранения от воды) шарикоподшипниках.

Всё это располагается на двух опорах, которые способны выдерживать нагрузку до тонны. Последние крепятся на четырёх, вбитых в грунт на 1,5 метра, сваях диаметром 200-250 мм (из акации). На валу турбины размещается маховик (диаметр 700 мм, масса около 80 кг), одновременно являющийся и ведущим шкивом двухступенчатой клиноременной передачи. Скорость его вращения — 80 об/мин (режим холостого хода) и 60 об/мин (под нагрузкой).

Для получения нужных генератору 700 об/мин введён промежуточный вал со шкивами: ведомым (D=150 мм) и ведущим (D=350 мм). С последнего крутящий момент передается уже на вал генератора постоянного тока. Шкив здесь, можно считать, ходовой (Z=130). А потому лучше взять его для нашей микроГЭС готовым. Например, подобрать подходящий со списанной сельхозтехники. Как, впрочем, и всё предыдущее. Но можно также изготовить самостоятельно. По методике, неоднократно и с достаточной полнотой публиковавшейся в журнале, а потому — хорошо знакомой многим нашим самодельщикам.

Остальное в рассматриваемой конструкции, думается, ясно из самих иллюстраций.

Следует также отметить, что данная разработка микроГЭС (на 24 В и 800 Вт) с успехом была реализована на территории лесничества Кошава для обеспечения электроэнергией палаток туристской лесной базы в долине Шаса (600 метров над уровнем моря).

МК 01 1996

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.

Область применения и особенности устройства

Различная область применения

Данные гидравлические устройства могут применяться для различных бытовых и хозяйственных потребностей:

  • В сельском хозяйстве;
  • Городках геологов;
  • В речном транспорте;
  • На базах отдыха;
  • В горнодобывающей промышленности;
  • На дачных и загородных участках.

Для преобразования разного рода энергии в электрическую. Устройство прибора простое: двигатель, сам генератор и корпус.

Смотрим видео, область применения генераторных установок и их виды:

В зависимости от типа силовой установки генераторы разделяются на:

Также генераторы бывают водяные и на солнечных батареях. Водяной электрогенератор отличается от дизельного или бензинового большей экономичностью в эксплуатации и абсолютной экологичностью. Если рядом с загородным домом протекает река или ручей, расходная сумма на обслуживание станции равняется нулю.

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.

Описание принципа работы мини-ГЭС:

Гидроэнергоблок Ленева Н.И.

создаёт перед собой небольшой подпор сантиметров 10 при скорости потока 1 м/сек., а за собой – разряжение и потому на лопасть вода, падая с этого подпора, воздействует уже с иной скоростью, чем в окружающем потоке. При наличии ещё и разряжения на выходе установки мини-ГЭС поток под действием центробежной силы и гравитационной постоянной увеличивает свою скорость! В чём не трудно убедиться на представленных фотографиях по выходящему потоку и буруну, который он создаёт. Гидроэнергоблок работает, как насос.

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: