В поисках нужной воды
Недавно я увидел небольшое видео, где показывалось, как в обычной индийской деревне студенты одного из западных колледжей решили сделать мини ГЭС. Электричества в той глуши нет, молодые люди бегут в города, а что произойдёт, если дать жителям свет? Реки как таковой в деревне нет, зато есть водоем. Природная чаша с огромным количеством воды расположена немного выше уровня деревни. Что придумали студенты?
Они своими умными головами сообразили, что раз нет здесь течения от Природы, его можно создать! Руками нанятых рабочих была смонтирована крытая длинная труба диаметром с метр, и один конец ее замкнулся на водоем, а другой — внизу, уходил в небольшую и тихоходную речку. За счет перепада высоты вода из водоема по трубе устремлялась вниз, разгоняясь все больше, и на выходе уже создавался довольно мощный поток, который упирался в лопасти мини ГЭС. Труба, в которую заключили воду водоема, сбегает вниз по склону холма настолько живописно, что кажется, будто огромный питон медленно ползет сверху вниз и своими размерами вселяет ужас в местных жителей. Его хочется потрогать руками, пощупать, почувствовать его мощь.
Если нечто подобное создают в индийской деревушке, то почему не попробовать сделать то же самое в российской? Если рядом нет быстротечной реки, но есть водоем, то и тут возможно строительство мини ГЭС. Нужно просто смотреть рельеф местности, но понятно одно: водоём — пусть он будет природный, или искусственный — должен быть расположен выше, нежели место, где будет установлена гидроэлектростанция. Если разница высот значительная – еще лучше! Поток воды будет бежать сильнее сверху вниз, а значит, возрастет возможная мощность получаемой электроэнергии.
Важно будет защитить сооружение. Как? Впереди мини ГЭС следует установить защитный экран из сетки, или рассеиватель, чтобы плывущие по реке обломки деревьев, а то и целые бревнышки, а также живая и мертвая рыба, всякого рода мусор не попадали на лопасти турбины, а проплывали мимо
Обобщая информацию
Полтора киловатта дают несколько мощных устройств. При переходе в режим автономного энергообеспечения, владелец коттеджа должен изменить и некоторые бытовые правила жизни и обустройства жилья, например, использовать устройства большой мощности днём, когда фотоэлементы вырабатывают максимум электроэнергии, обеспечить достойную теплоизоляцию жилища и т.п.
Расчётная цифра в 1,5 кВт, это очень большая величина. В реальной жизни, ночью хватает 500-700 Вт, в т.ч. светодиодное освещение, холодильник, ноутбук, телевизор. Поэтому на практике, одному домовладению может хватить и 1 кВт мощности.
ВЫВОД: у гидроаккумуляторов гораздо больше прав считаться автономной системой, чем у блока АКБ.
Альтернативная энергия – это энергия отличная от той, которую человечество привыкло использовать в повседневной жизни для обеспечения своих потребностей в тепле и электричестве. Источниками альтернативной энергии служат солнечные лучи, ветер, морские волны и сама наша планета.
На сайте Alter220.ru представлены все популярные источники энергии.
Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:
Автономное электроснабжение;
Аккумуляторы для солнечных батарей;
Концепция энергонезависимости в частном домостроении;
Спасибо, что дочитали до конца! Если статья Вам понравилась!
Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии
Добавляйтесь в нашу группу в ВК:
ALTER220 Портал о альтернативную энергию
и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!
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.
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.
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.
Обоснование идеи
Вначале обозначим три базовых правила:
1 Всё нижеизложенное касается только частных домохозяйств.
Частник опирается исключительно на свои силы и любая помощь для такого – подарок судьбы. Финансирование или субсидирование от госорганов – фикция.
2 Используются только возобновляемые источники энергии.
Аппетит приходит во время еды, и правительство кушает очень много. Но пока альтернативные источники энергии бесплатны.
3 Автономное электроснабжение полноценно функционирует только при комплексном подходе.
Это примерно как установка зимой шипованной резины на автомобиль. Если поменять только одно колесо, то даже если оно будет супер-нано-японским, то пользы от этого для автомобиля не будет.
Задача при таком подходе стоит не только в генерации электричества, но и в бесперебойном энергообеспечении объекта.
Преимущества воды перед солнцем и ветром
Хотя Солнце светит постоянно, ночь никто не отменял. Это слабое место фотоэлектрических преобразователей.
Ветер… с библейских времён ветер был синонимом непредсказуемости. Конечно же есть такие участки суши, где ветра дуют постоянно, но разве можно считать разумным человека, который надеется на постоянство ветра.
А вот реки текут постоянно, притом в строго известном направлении.
Это и есть базовое преимущество рек для выработки электроэнергии. Но река, это собирательный термин в рамках данного проекта. Ручей, родник или водоотводной канал, также входят в эту категорию.
В расходе воды микро-ГЭС прослеживается прямая зависимость – чем больше перепад высот, тем меньше расход воды. Этот аспект несколько регулируется разными конструкциями микро-ГЭС, но всё равно эти требования приходится соблюдать.
Условия для установки гидроэлектростанции
Несмотря на заманчивую дешевизну энергии, вырабатываемую гидрогенератором, важно учесть особенности водного источника, ресурсы которого вы планируете задействовать для собственных нужд. Ведь далеко не каждый водоток подойдет для эксплуатации мини-ГЭС, тем более круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали. Ведь далеко не каждый водоток подойдет для эксплуатации мини-ГЭС, тем более круглогодичной, поэтому не помешает иметь в резерве возможность подключения к централизованной магистрали
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:
- 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.
- Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса с успехом можно использовать даже в мелких (но быстрых!) ручьях.
- Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
- Для монтажа мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не нужно оформлять разрешительную документацию (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
- 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.
Как я строил электростанцию
Сделал ее из подручного материала: вместо мельничного колеса взял вал шахтного вентилятора, воздушные лопатки срезал и приварил лопасти-ковшики. Получилась ковшовая турбина.
Редуктор взял от старого трактора, вместо вала использовал мост «Газели», поставил асинхронный генератор для передачи тока в сеть. Контрольный щиток нашел готовый – из старой мастерской. Сделал водозаборный шлюз на месте, где начинается водопропускной канал – чтобы можно было контролировать объем и напор воды.
Кстати, сама мельница не пропала – я перенес ее в дом и поставил на электропривод
На самом канале установил защитные решетки – от домашнего скота и чтобы мусор или листья не попадали в воду – их тогда легко затянет в турбину. Берега, там где это было надо, дополнительно укрепил 10-15-тонными валунами – чтобы края не осыпались.
Достоинства и недостатки различных систем для создания самодельной ГЭС
Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих ( длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина. Ротор Дарье сложен в изготовлении, в начале работы его нужно раскрутить. Но он привлекателен тем, что ось ротора расположена вертикально и отбор мощности можно производить над водой, без дополнительных передач. Такой ротор будет вращаться при любом изменении направления потока.
Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер. Большинство самоделок используют именно эти варианты.
Применение генератора
- экологическая чистота;
- низкие капитальные расходы.
Примечание. По данным Евразийского Банка Развития, инвестиционные затраты для микроГЭС равняются 1 000-4 000 $ на 1 кВт установленной мощности. Нижний предел относится к маломощным агрегатам, работающим без подпорных плотин. Ежегодные эксплуатационные расходы при этом составляют от 1,5 % до 2,5 % от инвестиционных затрат.
Сейчас китайские производители выпускают и поставляют на рынок ряд устройств мощностью от 0,6 кВт до 20 кВт. Например, модель «Тюрго 5000» стоимостью 143 000 руб. представляет собой гидротурбину с соосно установленным электрогенератором мощностью 5 кВт. Состоит из направляющего аппарата, ротора и регулировочного вентиля.
Устройство наиболее эффективно можно использовать с деривационным трубопроводом, который соединяется с патрубком агрегата. Вода поступает к направляющему аппарату, через который попадает на лопатки турбины, вращает ее и сливается наружу.
Кстати. Инвестиционные затраты на оборудование деривационной микроэлектростанции с таким турбогенератором мощностью 5 кВт составят 1 000 $/кВт × 5 кВт = 5 000 $ = 320 000 руб.
Аппараты можно применять для нужд малого бизнеса в удаленных от стационарных электросетей районах. Например, предприниматели, имеющие портативные пилорамы, осуществляют распиловку леса зимой, когда разрешен вывоз древесины. Установка микроГЭС мощностью 5 кВт может существенно снизить затраты.
В дневное время основной потребитель — пилорама, в остальные часы электроэнергия идет на отопление помещения. Таким образом, в холодные периоды задействуется полная мощность гидрогенератора, летом нагрузка значительно ниже и учитывается коэффициент сезонности 0,5.
Пример. Годовое потребление электроэнергии ориентировочно составит 5 кВт × 24 часа/сутки × 365 дней × 0,5=21900 кВт·ч, где 0,5 — показатель сезонности. Тогда, при среднем тарифе 5 руб./кВт·ч, получаем годовые затраты в сумме 21900 кВт·ч × 5 руб./кВт·ч = 109 500 руб.
Экономическую эффективность такой схемы можно определить как срок окупаемости микрогидроэлектростанции. Легко подсчитать, что при гарантии 15 лет и более показатель ориентировочно составляет 300 000 руб./109 500 руб. = 3,3 года. Это приемлемая цифра для аналогичных проектов.
Перспективным направлением повышения эффективности применения микроГЭС является сохранение вырабатываемой энергии в периоды, когда генератор загружен не полностью. Применение тепловых аккумуляторов на основе смеси солей щелочных металлов с высокой теплоемкостью может значительно улучшить эффективность отопительных систем в домах в зимнее время.
Какими они бывают
В соответствии с генерируемой мощностью ГЭС принято делить на категории. Это связано с расходом воды и силой ее напора, а также эффективностью установленных на станции генераторов и водяных турбин. Станции, дающие 25 и более МВт, считаются мощными. К среднемощностным относят те, которые производят менее 25 МВт. Производительность станций, относящихся к маломощным, не превышает 5 МВт.
ГЭС бывают высоконапорными, когда вода поступает с высоты свыше 60 м, среднего напора высотой от 25 м и низконапорными, где высота воды может быть от трех до 25 метров. Их турбины располагаются в железобетонных или стальных камерах. У них могут быть разные конструкции и технические параметры, связанные с показателями рабочего напора воды.
На станциях высокого напора эксплуатируются радиально-осевые и ковшовые турбины. Их устанавливают в специальных спиралевидных камерах из металла. Радиально-осевые и поворотнолопастные турбины применяют преимущественно на станциях, где средние показатели напора. Низконапорные ГЭС в основном оборудуются турбинами с поворачивающимися лопастями.
В зависимости от схемы использования водных ресурсов ГЭС подразделяются на:
- Русловые.
- Приплотинные.
- Деривационные.
- Гидроаккумулирующие.
В первом варианте плотиной река перегораживается полностью. Уровень воды в ней поднимается на проектную высоту. С нее вода сбрасывается прямо к гидротурбинам. Такая станция удобна там, где русло реки сужается, и на реках, протекающих через горы.
В приплотинной схеме также присутствует плотина, однако производственный корпус ГЭС располагается в нижней ее части. Здесь давление воды сильнее, чем в русловом варианте. Это требует сооружения специальных напорных тоннелей для ее подвода к турбинам.
В станциях деривационного типа вода протекает непосредственно через здание ГЭС, где установлены турбины.
Позволяют аккумулировать гидроэнергию для использования ее в периоды пиковых нагрузок гидроаккумулирующие ГЭС. В ненапряженном режиме, например, ночью ее гидротурбины функционируют как насосы, перекачивая воду в верхнее водохранилище. Когда появляются пиковые нагрузки, вода из него направляется в трубопровод, подающий ее на лопасти турбин.
Гидроэлектростанции непромышленного назначения
Гидроэлектростанции могут быть непромышленные частные сооружения. Они могут вырабатывать до 100 кВт. Этого вполне достаточно для обеспечения энергией одного частного дома.
Существуют несколько видов мГЭС по принципу действия гидротурбины.
Гирляндная станция с гидровинтами
Гирляндная ГЭС устанавливается на реках или речных участках, скорость водного потока в которых не менее 2,5 м/с, а глубина – не более 1,5 м. ГЭС состоит из перетянутого через реку гибкого стального троса и закрепленных на нем цепи роторов. Один конец троса закрепляется на опорном подшипнике, а другой крепится к валу генератора, который он активирует. Подшипники обеспечивают свободное вращение и способствуют раскручиванию вала.
Вся конструкция напоминает гирлянду, и каждое звено ее – ротор – способно вырабатывать 2 кВт. Водный напор раскручивает погруженные в воду гидровинты, они, в свою очередь, заставляют вращаться трос. Вращение троса через зубчатую передачу активирует работу генератора.
Гирляндные мини-ГЭС устанавливаются на ограниченный промежуток времени и только в ненаселенных местностях.
Вертикальный ротор Дарье
Ротор Дарье состоит из нескольких аэродинамических лопастей, закрепленных на горизонтальных перекладинах. Тип, используемый для ГЭС похож на ветрогенератор, только установленный под водой.
За счет обтекания водой поверхностей создается разница в давлении на лопасти пропеллера. Такой эффект приводит к вращению ротора.
Для начала работы ротора, всю систему нужно заставить крутиться. Остановить движение сможет только замерзание водоема.
Подводный винтовой пропеллер
Подводный винтовой пропеллер является гидроаналогом воздушного генератора, его лопасти полностью погружены в воду.
Для того чтобы получить максимальную скорость вращения при минимальном сопротивлении, размеры лопастей должны соответствовать силе движения водного потока. Например, при скорости движения воды 2 м/с ширина лопасти должна быть 2-3 см.
Подводный пропеллер устанавливается навстречу потоку. Принцип работы состоит не в давлении воды, а за счет образования подъемной силы, например, как у винта корабля.
Водное колесо с лопастями
Самый простой тип водного генератора. Колесо может устанавливать вертикально в плоскости перпендикулярной поверхности воды или горизонтально, когда колесо погружается в воду на 2/3 толщины диска.
В зависимости от русла водоема и глубины можно установить 3 вида водного колеса:
- Подливные (нижнебойные) – вращается за счет скорости потока. Подходят для быстры, но мелководных рек.
- Среднебойные – устанавливаются так, чтобы поток попадал на середину вращающегося колеса. Подходит для рек с несколькими разными уровнями русла.
- Наливные (верхнебойные) – вращаются за счет напора воды, попадающей на верхние лопасти. Установка должна располагаться под плотинами трубами или естественными порогами так, чтобы вода падали на лопасти сверху.
Колесо соединяется с генератором и приводит его в движение для выработки энергии.
Производители предлагают готовые турбины, лопасти которых приспособлены под определенные мощности водного потока.
Принцип действия
Принцип действия микро — ГЭС аналогичен действию больших и малых гидроэлектростанций. Разница заключается лишь в мощности установленного оборудования и количества вырабатываемой электрической энергии.
Производство электрического тока осуществляет генератор, вращательное движение ротора которому, передается с гидравлической турбины.
Для того, чтобы турбина пришла во вращательное движение, создается напор воды, на водоеме, где установлена мини ГЭС. Это может быть напор, создаваемый естественным течением водных масс, либо создаваемый путем строительства плотины или иного технического сооружения. В определенных случаях, могут быть использованы оба способа создания напора одновременно.
Под действием напора, потоки воды устремляются в требуемом направлении, в створе их движения монтируется турбина, на лопасти которой и поступает энергия движущихся водных масс. Эта кинетическая энергия воды, преобразуется турбиной, во вращательное движение, которое посредством механической передачи (редуктор) и передается на вал генератора.
Источником энергии могут служить:
- реки различных размеров и интенсивности течения и ручьи,
- перепады высот на водосбросах водоемов различного назначения;
- технологические водотоки;
- перепады высот на трубопроводах различного назначения.
В зависимости от вида используемого оборудования и способа его установки, принцип работы гидроэлектростанции, может различаться. Это могут быть следующие варианты:
- Принцип «водяного колеса» – при этом варианте, приемное колесо частично погружается в воду параллельное ее поверхности. Водные потоки, перемещаясь по естественному руслу, давят на лопасти, размещенные на колесе, и приводят его во вращение. Колесо, в свою очередь, посредством редуктора и прочих механических устройств, создает вращательное движение генератора.
- Конструкция в виде гирлянды – с противоположных берегов монтируется трос, на котором установлены специальные роторы. Вода, перемещаясь вращает роторы, вращательное движение которых передается на трос. Трос вращаясь, передает вращательное движение на генератор, установленный на берегу.
- С использованием ротора Дарье – в принцип работы турбины, заложено использование разности давлений на лопастях ротора.
- С использованием принципа пропеллера – лопасти устройства помещены в воду и под воздействие воды приходят во вращательное движение, которое и передается на вал генератора, вырабатывающего электрический ток.
Преимущества использования микро — ГЭС:
- Отсутствует необходимость в изменении естественного ландшафта местности;
- На качество воду не оказывается стороннее воздействие, она сохраняет свои свойства;
- Не зависимость от воздействия природных явлений;
- Возможность использования в круглогодичном цикле работы;
- Нет необходимости в строительстве дорогостоящих гидротехнических сооружений.
Мини ГЭС своими руками
Для того чтобы изготовить своими руками необходима смекалка, умение работать руками и водный объект, да кое-что по мелочам, как то автомобильный генератор, колесо от любого средства передвижения и передаточный механизм (шкивы, шестерни, зубчатая передача).
В начале необходимо изготовить водяное колесо. Для этого берется колесо от велосипеда, мотоцикла или автомобиля. По диаметру колеса крепятся лопасти, для это можно использовать любой материал, лишь бы он был прочным и не гнулся – железо, фанера, твердый пластик, эбонит и т.д. Крепить лучше всего болтовым соединением, чтобы была возможность заменить поврежденные в процесс работы лопасти. Лопасти располагаются на равном расстоянии друг от друга.
Изготавливается каркас, на котором закрепляется колесо. В местах крепления к каркасу необходимо предусмотреть установку подшипников в которые вставляется ось вращения колеса. На один конец оси монтируется большой шкив или большая по размеру звездочка. На ось генератора насаживается малый шкив или меньшая звездочка.
Расчет мощности и выбор конструкции
Приводной механизм из запчастей
В сущности, электрическая часть устройства ветрогенератора не отличается от гидрогенератора, принцип аналогичный преобразовать механическую энергию вращения в электрическую.
Отличие в движущей силе ветер или вода, принципиально будут отличаться устройства привода. Вместо пропеллера в гидрогенераторах применяются колеса барабанного типа с лопастями.
Гидрогенератор своими руками, если они растут из нужного места собрать не сложно, при наличии ветрового генератора, остается сконструировать и собрать гидропривод для его вращения.
Просчитано что мощность наливного колеса существенно больше, чем подливного, наливное это когда поток воды падает на лопасти приводного колеса сверху, подливное колесо вращается потоком снизу.
Поэтому, исходя из своих условий, используйте по возможности конструкцию наливного колеса. Однако такое колесо имеет и свои недостатки:
- вращение его медленнее
- требует возведение дополнительных конструкций
На фото выше используется наливное колесо с прямым приводом на самодельный дисковый генератор с постоянными магнитами, конструкцию которого рассмотрим ниже.
В конструкциях приводного механизма можно использовать элементы транспортных средств:
- валы
- диски
- звездочки
- шестерни
- цепи и ремни
В некоторых случаях применяют даже коробки передач от мопедов и мотоциклов, на диски больших тракторных колес приваривают лопасти.
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.
Расчёт энергии воды.
Кинетическая энергия потока рассчитывается по формуле из школьного учебника физики E= MV/2 где М- масса воды в килограммах, протекающая через установку, за одну секунду. V- Скорость этой воды в КВАДРАТЕ(!), в метрах за секунду. E- Энергия в джоулях. (один джоуль это одна ватсекунда, сколько джоулей получим за одну секунду, столько ват мощность). К стати не путать ваты и киловатты с ватсекундами и киловатчасми. Ваты и киловатты это мощность, а ватсекунды и киловатчасы, это количество энергии или же работы. (Энергия и работа имеют одну и ту же размерность).
Потенциальная энергия потока. Тоже по школьной формуле ( mgh), где m- масса воды (В килограммах!) протекающая через установку за каждую одну секунду. g- ускорение силы тяжести = 9,8 метра за секунду в квадрате ( в квадрате слово секунда, а не число9,8 !), h- перепад высот (в метрах!).
Скорость потока вырывающегося из сопла v= корень!!! из 2gh. Где v- искомая скорость струи (в метрах за секунду!), g- число 9,8 м/сек, h- высота столба воды, (в метрах!) (разность между верхним и нижним уровнями).
Таким образом, измерив количество воды протекающее в русле за одну секунду, и измерив разность между верхним уровнем, откуда поступает вода, и нижним, где сливается вода из установки, можно вычислить максимальную энергию которая выделяется за одну секунду, в джоулях. Численно это будет мощность потока в ватах. Умножив эту цифру на кпд, получим величину электрической мощности в ватах. А поделив на1000, величину в киловатах.
Зная скорость струи при выходе из сопла, можно задать касательную скорость вращения турбины, она должна быть в половину скорости струи, или ещё на несколько процентов меньше. А зная диаметр и касательную скорость, можно вычислить скорость в оборотах за секунду. Из чего уже рассчитывать трансмиссию. Примечание по регулировке мощности. Если имеется круто наклоненная речушечка с постоянным расходом воды. И нет возможности сделать водохранилище, то выгодно создать разницу высот заключив наклонный участок речушки в трубу. В таком случае труба оказывается довольно длинной, и столб воды, движущийся в ней, имеет порядочную инерцию. Потому регулировать мощность простым перекрытием заслонок на сопле нельзя. Для этого рядом с соплом необходимо поставить подпружиненную заслонку (аналог редукционного клапана) и отрегулировать усилие пружины так, чтоб при малейшем повышении давления выше рабочего, это давление открывало заслонку и вода сливалась мимо сопла. Таким образом, скорость воды в трубе будет сохраняться постоянной при любой нагрузке на турбину.
Мощность турбины можно регулировать не только перекрывая поток из сопла, а так же поворотом сопла, уводя в сторону от турбины поток. А в некоторых случаях регулируют, меняя нагрузку на генератор, грея электричеством ту же воду, энергия то «дармовая», но так возрастает износ трансмиссии.
