Бесплотинные гидроэлектростанции (ГЭС) своими руками

Самодельная мини-ГЭС и ее промышленные аналоги

В статье приведено описание и опыт применения различных самодельных и промышленных мини-ГЭС.

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

При изготовлении самодельного гидрогенератора нужно больше потрудиться и выбрать более качественные материалы, чтобы обеспечить его долговечность. Зато такой генератор (при равной мощности с ветряком и солнечной батареей) выдаст, за равный промежуток времени, гораздо больше энергии.

Что и как делать?

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств: водяное колесо, гирляндная ГЭС, ротор Дарье и пропеллер.

Типы мини-ГЭС

Водяное колесо, это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная ГЭС представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье, это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер – это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

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.

С чего начать?

Если вы решились построить свою мини-ГЭС, то первое, что нужно сделать – это измерить скорость течения реки. Осуществить это довольно просто: вооружитесь секундомером, отмерьте шагами 10 метров вверх по течению, бросьте в воду щепку и замерьте время прохождения этих 10 метров. Поделив метры на секунды, вы получите скорость потока. Опыт показал, что если скорость меньше 1 м/с, то эффективной ГЭС не получится.

Для примера, можно привести соотношение, полученное экспериментальным путем, между скоростью потока м/с и мощностью снимаемой с вала винта кВт (диаметр винта 1 метр). Итак: 0.5 м/с – 0.03 кВт, 0.7 м/с – 0.07 кВт, 1 – 0.14, 1.5 – 0.31, 2 – 0.55, 2.5 – 0.86, 3 -1.24, 4 – 2.2 и т.д. Мощность пропорциональна кубу скорости потока. Если скорость потока в вашем водоеме недостаточная, попробуйте организовать достаточный перепад высот для потока жидкости.

Это можно сделать, установив сливную трубу из пруда или заключив ручеек в трубу и организовав плавное изменение диаметра трубы. Чем меньше будет диаметр в конце трубы, тем больше будет скорость потока. Если рядом с вами протекает только небольшой ручей, то можно сделать маленькую разборную плотину, а за плотиной поставить вашу ГЭС.

Примеры изготовления

Можно привести несколько примеров самодельных мини-ГЭС. Начнем с простейшего, который не отнимет у вас много времени, но поможет создать представление, как это работает.

Возьмем обычный велосипед с велогенератором (динамо машиной) и велофарой. Из кровельного железа или из листового алюминия вырежем несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см. Лопасти устанавливаются между спицами, для крепления их края загибают плоскогубцами вокруг спиц. Так как металл лопастей тонкий, это не сложно сделать.

Если вы используете две лопасти, то установите их напротив друг друга. Если захотите добавить большее количество лопастей, то разделите окружность колеса на число лопастей и установите их через равные промежутки.

Такая микро ГЭС, зто большое подспорье велотуристам, если они остановились на берегу реки с быстрым течением. Вода поможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны. С глубиной погружения колеса можно поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.

Другой пример гидрогенератора – это микро-ГЭС для электроснабжения небольшого фермерского хозяйства, мощностью 3-5 кВт. Мощность потока, вращающего колесо, составляет примерно 100 литров в секунду. Для изготовления использовались только подручные материалы, из тех. Что можно найти на свалке.

Ротор-колесо был сделан из металлического барабана от кабеля. Диаметр барабана 2200 мм. Барабан разрезали болгаркой и переварили. Расстояние между щечками составило 300 мм. Под углом 45 градусов к радиусу вварили 18 лопастей. Материал лопастей – это остатки от разрезанного барабана. Барабан вращается на подшипниках, в качестве опоры для конструкции применена рама из труб или уголков.

На колесе смонтирован цепной редуктор, с коэффициентом передачи равным четырем. Далее вращение передается через карданный вал от «Жигулей» ВАЗ 2101. Кардан позволяет уменьшить вибрацию и снизить требования к соосности привода и генератора. Генератор и прочая электрика и механика, связанная с ним, закрыты водонепроницаемым кожухом (контейнером). Это сделано из соображений безопасности и долговечности.

Внутри кожуха установлен повышающий редуктор с коэффициентом 40 и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора примерно 3000 оборотов в минуту. Общий коэффициент редуцирования двух редукторов (цепного и шестеренчатого) 160. Таким образом, водяное колесо вращается со скоростью около 18-20 оборотов в минуту.

В качестве генератора был использован списанный асинхронный двигатель, блок управления взят от старой списанной кормодробилки 1953 года выпуска. От генератора до фермы протянут кабель ВВГ НГ 2х4 квадрата. Кабель закреплен на самодельных столбах.

Материалы и изготовление обошлись в 10000 рублей. Большая часть денег это зарплата рабочих и сварщика. Сумма может быть и меньше, ведь в России так много свалок, куда выбрасывают вполне работоспособное оборудование и собственные голова и руки помогут вам экономить деньги.

Что предлагает промышленность

В настоящий момент мало отечественных предприятий предлагают мини ГЭС по приемлемым ценам. Наприрмер, аналогичная миниГЭС (3-5кВт) обошлась бы в 300-400 тысяч рублей. Более подробно с конкретикой вопроса можно ознакомиться по ссылкам:

http://www.intersolar.ru/catalog/hydro/renewable/ – каталог материалов,

http://energyservice.sitecity.ru/stext_1101130058.phtml – гидророгенераторы и гидроэнергетика от ОсОО “Гидропоника”,

http://www.inversiya.com/alternativ/001.htm – мини-гидроэлектростанции от “НПО Инверсия”,

http://www.inset.ru/r_offers/MHPP-10Pr.htm – микроГЭС10Пр от “МНТО ИНСЭТ”,

http://www.avante.com.ua/rus/price/catalog/tmc_el01937.htm – микрогидроэлектростанция ПР-5-Г-20 от фирмы “Аванте”,

http://iis97.narod.ru/pr12.htm – интересные рукавные всесезонные гидроэлектростанции Луч-1 и Луч-2,

http://promcomplex.ru/rukavnaya_perenosnaya_gi – рукавная переносная гидроэлектростанция РПГЭС-1,5,

http://www.powerpal.com/ – гидрогенераторы в Канаде,

http://www.rusphysics.ru/articles/221/ – необычные бесплотинные ГЭС нового поколения,

http://www.ntpo.com/techno/techno2_2/10.shtml – ещё о бесплотинных ГЭС,

http://the-mostly.narod.ru/misc/garland_hydro_electrical_plant.html – гирляндная гэс,

http://www.sgp.uz/userfiles/MikroGES%20rus-new.pdf – пособие по применению,

http://www.lpelectric.ro/ro/products/hydro/turbine_ro.html – микро гидротурбина,

http://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Hydro_Turbine.html – гидрогенераторы, произведенные в Китае.

http://alt-energy.org.ua/2009/08/19/barzhi-generatory-gidrokineticheskoj-energii/ – баржи, генераторы гидрокинетической энергии.

Выводы

Чем дольше живешь, тем больше понимаешь, что кризис гнездится в головах наших руководителей. Россия самодостаточная страна, т.к. в ней есть все – ресурсы, талантливые люди и миллион направлений для желающих что-то изменить к лучшему. Нам есть, к чему стремится – самый длинный путь начинается с первого шага. Сделайте его и опишите свои достижения. Поделитесь своим опытом.

Как на ручей сделать мини ГЭС с высоким КПД, не требующую высокого напора

Электроэнергия постоянно дорожает, а в некоторых местах ее просто нет. Если на даче или на подворье протекает ручей, то из простых материалов можно построить мини ГЭС и получать бесплатное электричество. Впрочем, ручей можно заменить искусственным водоемом с перепадом уровня воды.

Турбина ГЭС, благодаря конструкции, имеет высокий КПД и не требует сильного напора воды.

Понадобится

  • кирпичи кладочные;
  • строительный раствор;
  • пластиковые трубы и фитинги;
  • обечайка (основание под турбину);
  • клей и герметик для пластика;
  • пластиковый лист;
  • кран прямоточный;
  • электродвигатель;
  • преобразователь тока и др.

Инструменты: строительный мастерок, уровнемер, болгарка, наждачная бумага, дремель, нож, дрель.

Процесс изготовления мини ГЭС на ручье своими руками

Поперек будущего русла водного потока выполняем углубление по его дну и боковым сторонам примерно на глубину стандартного кирпича. На цементный раствор укладываем кирпичи, т. е. возводим плотину.

Между вторым и третьим рядом кирпичей по центру и поперек плотины замуровываем пластиковую трубу с сужением наружу. Возводим дамбу до уровня берегов русла, оштукатуриваем цементным раствором и бетонируем дно нижнего бьефа.

В центре дна нижнего бьефа впечатываем в бетон обечайку со спицами, которая будет в дальнейшем выполнять функцию основания для «генератора».

Укорачиваем все пластиковые повороты на расчетную величину.

Временно из трубок и фитингов собираем контур с сужающимся проходным сечением.

В трубах с вогнутой стороны вырезаем овальные отверстия, к которым приклеиваем и укрепляем герметиком трубки с косым срезом.

На конце большой по диаметру трубы сверлим равномерно по окружности 6 отверстий и вставляем в них на клей и герметик под углом 60 градусов согнутые трубки.

Концы изнутри срезаем заподлицо с внутренней стенкой трубы, а на наружные надеваем пластиковые колпачки, рассверлив в донцах отверстия.

Из трубок и фитингов собираем контур с сужающимся проходным сечением так, чтобы приклеенные трубочки-отростки оказались внутри. На большой пластиковый круг приклеиваем по центру малый.

Затем под углом к первому приклеиваем 7 пластин из пластика с упором внутренних концов во второй без выхода наружных концов за пределы большого круга.

Этот сборный узел, с просверленными внизу по кругу множеством отверстий, устанавливаем в обечайку-основание до упора.

Отростки сужающегося контура заводим в колпачки изогнутых труб, а входное сечение с помощью прямоточного крана подключаем к выходу трубы, замурованной в плотине.

На вал электродвигателя насаживаем крыльчатку и вставляем в большую трубу. Провода электромотора подсоединяем к преобразователю тока и далее к потребителю – светодиодам или аккумуляторам.

Заполняем верхний бьеф водой, открываем кран и вода, перетекая в нижний бьеф по контуру, вращает через крыльчатку электродвигатель, который вырабатывает переменный ток.

ГЭС отлично подойдет для подзарядки переносных аккумуляторов.

Смотрите видео

Мощная универсальная бесплотинная микро–ГЭС своими руками

Дата публикации: 14 марта 2017

В настоящее время всё больше стран в мире выделяют колоссальные средства на развитие и внедрение возобновляемых источников энергии, понимая, что получать её посредством сжигания углеводородов – это всё равно, что пилить сук, на котором сидишь. К тому же, этот вид генерации достаточно дорогой и малоэффективный.

Кроме того, мировые торги нефтью контролируются правительством США, значит, развитие собственных источников ВИЭ способствует частичному уходу от долларовой зависимости.

Наиболее популярными являются солнечные и ветровые установки, хотя КПД последних не превышает 15 — 20% — солнце светит только днём, а ветер дует не всегда. Малая гидроэнергетика даёт энергию круглосуточно и стабильно, но несправедливо отодвинута на последнее место.

Доминирует предвзятое мнение, что течение равнинной реки не способно выдать большую мощность, а получать приличную можно лишь при наличии перепада воды, в виде плотины, или скорости течения не менее 2 – х м/с, как в случае горных рек. Практически все конструкции гидроустановок, предлагаемые современным рынком, адаптированы именно к таким условиям эксплуатации, других просто нет. Есть небольшой сегмент в виде нано — ГЭС, но их мощность рассчитана лишь на зарядку сотового телефона. К сожалению, наличие подобных условий в нашей стране весьма ограничено, и равнинные реки, которых подавляющее большинство, никак не подпадают под эту категорию.

Существует три причины, по которым гидроэнергетика признана дорогой и малоэффективной:

  • Первая — озвучена выше. Сооружение плотин занятие дорогое и долгосрочное, с большим периодом окупаемости, а желающих жить в горах очень мало.
  • Вторая — использование традиционных видов движителей, КПД которых не превышает 30 — 40%, при этом имеют малые обороты вращения, что чревато большими потерями на повышающем редукторе;
  • Третья – расчёт мощности потока производиться по старой академической формуле, которая в корне не соответствует истинному положению дел, именно для текущей воды. Официальная наука утверждает, что скорость ветра менее 6,0 м/с и воды менее 1,0 м/с не рентабельны. Ветер при скорости 10,0 м/с и вода при 1,0 м/с способны выдать лишь 0,5 кВт/м2. Это полный абсурд.

Нашей команде удалось выявить и устранить выше перечисленные недостатки в процессе практических испытаний собственных установок. Результаты наших скромных достижений представлены ниже.

Верторная микро – ГЭС

Разработана для эксплуатации на равнинных реках с малыми скоростями течения 0,6 – 0,9 м/с, а с применением ускорителей – от 0,4 м/с. Вес 12 кг, КПД до 70%, в отличие от ортогональной схемы и традиционного винта вращается в два раза быстрее, развивая 90 – 120 об/мин. на холостом ходу.

При скорости воды 0,7 м/с уверенно выдаёт 1,0 кВт/м2 чистой мощности. В реке располагается горизонтально (минимальная глубина 0,5м) или вертикально, если позволяют условия. Обороты основного вала регулируются ступенчато, а мощность — путём увеличения или уменьшения количества рабочих секций. Себестоимость изготовления, в среднем, 3000 рублей за киловатт, без генератора и редуктора.

Семкленовая микро – ГЭС

Представляет из себя новый вид винта, и в отличие от традиционного, вращается в 2,0 – 2,5 раза быстрее. Работает на реках со средними скоростями течения 0,9 – 1,5 м/с, а с ускорителями от 0,6 м/с. Вес 6 кг, КПД 50%, при скорости течения 1,0 м/с уверенно выдаёт 1,7 кВт/м2 чистой мощности.

Обороты вала регулируются ступенчато, а мощность только размерами винта или скоростью течения. Себестоимость изготовления, в среднем, 1000 рублей/1,0 кВт, без генератора и редуктора.

Дополнительная функции и оснастка для эксплуатации микро – ГЭС

1. Из вышесказанного, очевидно, что данные установки способны генерировать большую мощность при малых скоростях течения. Этот факт подтолкнул нас к созданию дополнительной оснастки для работы микро – ГЭС в условиях спокойной воды, т.е. озеро, пруд, залив и т.д. Установка, вращаясь по кругу при определённой постоянной скорости посредством маломощного мотор – редуктора, приводит во вращение движитель, который, в свою очередь, соединён с генератором. Конечная мощность на порядок больше, чем привод.

2. Наши установки, помимо выработки электроэнергии, могут быть использованы как мощный вращательный привод для множества агрегатов и оборудования, например:

  • — качать воду из реки с производительностью от нескольких десятков литров до 3 – х м3/час, давление может достигать 2 атмосфер (то есть 2 кг/см.кв.);
  • — вращать наждак, сверлильный станок, бетономешалку, дробилку, мини–пилораму, дерево- и металло-обрабатывающие станки максимальной мощностью до 10 кВт, при наличии соответствующих условий эксплуатации. КПД данного привода в 2 – 3 раза выше, чем применение электроинструмента, и безопасно.

3. Большинство равнинных рек имеют слабое течение 0,4 – 0,6 м/с. Для увеличения скорости на нужном участке реки разработаны ускорители потока. Данные конструкции способны ускорить его на 30 – 300%, соответственно, мощность возрастёт в геометрической прогрессии. По форме просты, но достаточно габаритны, можно устанавливать как временно, так и постоянно.

4. Кроме того, обе конструкции адаптированы для работы в зимний период, непосредственно подо льдом. Разработана специальная оснастка, позволяющая функционировать в морозы до — 40 0 .

Подводя итог, следует перечислить все достоинства и преимущества данных микро – ГЭС:

  • большая выходная мощность при малых скоростях течения, от 0,4 м/с и более, работают практически на любых равнинных реках;
  • способность генерировать электроэнергию в условиях спокойной воды;
  • возможность вращения различных видов агрегатов без электроэнергии;
  • высокий КПД установок, до 70%;
  • малый вес, от 12 кг;
  • низкая себестоимость изготовления, от 1000 рублей за 1,0 кВт, без генератора и редуктора;
  • способность работать круглый год, зимой и летом.

Серийное производство и реализация данных установок не встретит на рынке жёсткой конкуренции, фактически она отсутствует.

Подобного универсального оборудования нет ни в России, ни в мире.

Мини ГЭС своими руками. Промышленные аналоги.

В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии. Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС) (Мини ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

При изготовлении самодельного гидрогенератора нужно больше потрудиться и выбрать более качественные материалы, чтобы обеспечить его долговечность. Зато такой генератор (при равной мощности с ветряком и солнечной батареей) выдаст, за равный промежуток времени, гораздо больше энергии.

Что и как делать?

Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств: водяное колесо, гирляндная ГЭС, ротор Дарье и пропеллер.

Типы мини-ГЭС

Водяное колесо

Это колесо с лопастями, установленное перпендикулярно поверхности воды. Колесо погружено в поток меньше чем наполовину. Вода давит на лопасти и вращает колесо. Существуют также колеса-турбины со специальными лопатками, оптимизированными под струю жидкости. Но это достаточно сложные конструкции скорее заводского, чем самодельного изготовления.

Гирляндная ГЭС

Представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье

Это вертикальный ротор, который вращается за счет разности давлений на его лопастях. Разница давлений создается за счет обтекания жидкостью сложных поверхностей. Эффект подобен подъемной силе судов на подводных крыльях или подъемной силе крыла самолета.

Пропеллер

Это подводный «ветряк» с вертикальным ротором. В отличие от воздушного, подводный пропеллер имеет лопасти минимальной ширины. Для воды достаточно ширины лопасти всего в 2 см. При такой ширине будет минимальное сопротивление и максимальная скорость вращения. Такая ширина лопастей выбиралась для скорости потока 0.8-2 метра в секунду. При больших скоростях, возможно, оптимальны другие размеры.

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.

С чего начать?

Если вы решились построить свою мини ГЭС, то первое, что нужно сделать – это измерить скорость течения реки. Осуществить это довольно просто: вооружитесь секундомером, отмерьте шагами 10 метров вверх по течению, бросьте в воду щепку и замерьте время прохождения этих 10 метров. Поделив метры на секунды, вы получите скорость потока. Опыт показал, что если скорость меньше 1 м/с, то эффективной ГЭС не получится.

Для примера, можно привести соотношение, полученное экспериментальным путем, между скоростью потока м/с и мощностью снимаемой с вала винта кВт (диаметр винта 1 метр). Итак: 0.5 м/с – 0.03 кВт, 0.7 м/с – 0.07 кВт, 1 м/с – 0.14 кВт, 1.5 м/с – 0.31 кВт, 2 м/с – 0.55 кВт, 2.5 м/с – 0.86 кВт, 3 м/с -1.24 кВт, 4 м/с – 2.2 кВт и т.д. Мощность пропорциональна кубу скорости потока. Если скорость потока в вашем водоеме недостаточная, попробуйте организовать достаточный перепад высот для потока жидкости. Это можно сделать, установив сливную трубу из пруда или заключив ручеек в трубу и организовав плавное изменение диаметра трубы. Чем меньше будет диаметр в конце трубы, тем больше будет скорость потока. Если рядом с вами протекает только небольшой ручей, то можно сделать маленькую разборную плотину, а за плотиной поставить вашу ГЭС.

Примеры изготовления

Можно привести несколько примеров самодельных мини ГЭС. Начнем с простейшего, который не отнимет у вас много времени, но поможет создать представление, как это работает.

Возьмем обычный велосипед с велогенератором (динамо машиной) и велофарой. Из кровельного железа или из листового алюминия вырежем несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см. Лопасти устанавливаются между спицами, для крепления их края загибают плоскогубцами вокруг спиц. Так как металл лопастей тонкий, это не сложно сделать.

Если вы используете две лопасти, то установите их напротив друг друга. Если захотите добавить большее количество лопастей, то разделите окружность колеса на число лопастей и установите их через равные промежутки.

Такая мини ГЭС, зто большое подспорье велотуристам, если они остановились на берегу реки с быстрым течением. Вода поможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны. С глубиной погружения колеса можно поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.

Другой пример гидрогенератора – это мини ГЭС для электроснабжения небольшого фермерского хозяйства, мощностью 3-5 кВт. Мощность потока, вращающего колесо, составляет примерно 100 литров в секунду. Для изготовления использовались только подручные материалы, из тех. Что можно найти на свалке.

Ротор-колесо был сделан из металлического барабана от кабеля. Диаметр барабана 2200 мм. Барабан разрезали болгаркой и переварили. Расстояние между щечками составило 300 мм. Под углом 45 градусов к радиусу вварили 18 лопастей. Материал лопастей – это остатки от разрезанного барабана. Барабан вращается на подшипниках, в качестве опоры для конструкции применена рама из труб или уголков.

Самодельные лопасти

На колесе смонтирован цепной редуктор, с коэффициентом передачи равным четырем. Далее вращение передается через карданный вал от «Жигулей» ВАЗ 2101. Кардан позволяет уменьшить вибрацию и снизить требования к соосности привода и генератора. Генератор и прочая электрика и механика, связанная с ним, закрыты водонепроницаемым кожухом (контейнером). Это сделано из соображений безопасности и долговечности.

Внутри кожуха установлен повышающий редуктор с коэффициентом 40 и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора примерно 3000 оборотов в минуту. Общий коэффициент редуцирования двух редукторов (цепного и шестеренчатого) 160. Таким образом, водяное колесо вращается со скоростью около 18-20 оборотов в минуту.

В качестве генератора был использован списанный асинхронный двигатель, блок управления взят от старой списанной кормодробилки 1953 года выпуска. От генератора до фермы протянут кабель ВВГ НГ 2х4 квадрата. Кабель закреплен на самодельных столбах.

Материалы и изготовление обошлись в 1500 $. Большая часть денег это оплата рабочим и сварщику. Сумма может быть и меньше, ведь у нас есть много свалок, куда выбрасывают вполне работоспособное оборудование и собственные голова и руки помогут вам экономить деньги.

Что предлагает промышленность

В настоящий момент на просторах Таможенного Союза мало предприятий предлагают мини ГЭС по приемлемым ценам. Например, аналогичная мини ГЭС (3-5кВт) обошлась бы в 300-400 тысяч рублей. Более подробно с конкретикой вопроса можно ознакомиться по ссылкам:

  • Гидрогенераторы и гидроэнергетика — http://energyservice.sitecity.ru/stext_1101130058.phtml
  • Мини ГЭС 10 Пр — http://www.inset.ru/r_offers/MHPP-10Pr.htm
  • Интересные рукавные всесезонные гидроэлектростанции Луч-1 и Луч-2 — http://iis97.narod.ru/pr12.htm
  • Гидрогенераторы — http://www.powerpal.com/
  • Необычные бесплотинные ГЭС нового поколения — http://www.rusphysics.ru/articles/221/
  • Ещё о бесплотинных ГЭС — http://www.ntpo.com/techno/techno2_2/10.shtml
  • Пособие по применению — http://www.sgp.uz/userfiles/MikroGES%20rus-new.pdf
  • Микро гидротурбина — http://www.lpelectric.ro/ro/products/hydro/turbine_ro.html
  • Гидрогенераторы — http://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Hydro_Turbine.html

Выводы

Чем дольше живешь, тем больше понимаешь, что кризис гнездится в головах наших руководителей. Мы талантливые люди и у нас есть миллионы направлений что-то изменить к лучшему. Нам есть, к чему стремится – самый длинный путь начинается с первого шага. Сделайте его и опишите свои достижения. Поделитесь своим опытом.

Как сделать мини гидроэлектростанцию 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.

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

Как оценить потенциальную мощность мини ГЭС

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

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

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

Как сделать мини ГЭС в домашних условиях

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

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


Чертеж 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.

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.

Мощная универсальная бесплотинная микро–ГЭС своими руками

Разработана для эксплуатации на равнинных реках с малыми скоростями течения 0,6 – 0,9 м/с, а с применением ускорителей – от 0,4 м/с.

В настоящее время всё больше стран в мире выделяют колоссальные средства на развитие и внедрение возобновляемых источников энергии, понимая, что получать её посредством сжигания углеводородов – это всё равно, что пилить сук, на котором сидишь. К тому же, этот вид генерации достаточно дорогой и малоэффективный.

Кроме того, мировые торги нефтью контролируются правительством США, значит, развитие собственных источников ВИЭ способствует частичному уходу от долларовой зависимости.

Наиболее популярными являются солнечные и ветровые установки, хотя КПД последних не превышает 15 — 20% — солнце светит только днём, а ветер дует не всегда. Малая гидроэнергетика даёт энергию круглосуточно и стабильно, но несправедливо отодвинута на последнее место.

Доминирует предвзятое мнение, что течение равнинной реки не способно выдать большую мощность, а получать приличную можно лишь при наличии перепада воды, в виде плотины, или скорости течения не менее 2 – х м/с, как в случае горных рек. Практически все конструкции гидроустановок, предлагаемые современным рынком, адаптированы именно к таким условиям эксплуатации, других просто нет. Есть небольшой сегмент в виде нано — ГЭС, но их мощность рассчитана лишь на зарядку сотового телефона. К сожалению, наличие подобных условий в нашей стране весьма ограничено, и равнинные реки, которых подавляющее большинство, никак не подпадают под эту категорию.

Существует три причины, по которым гидроэнергетика признана дорогой и малоэффективной:

  • Первая — озвучена выше. Сооружение плотин занятие дорогое и долгосрочное, с большим периодом окупаемости, а желающих жить в горах очень мало.
  • Вторая — использование традиционных видов движителей, КПД которых не превышает 30 — 40%, при этом имеют малые обороты вращения, что чревато большими потерями на повышающем редукторе;
  • Третья – расчёт мощности потока производиться по старой академической формуле, которая в корне не соответствует истинному положению дел, именно для текущей воды. Официальная наука утверждает, что скорость ветра менее 6,0 м/с и воды менее 1,0 м/с не рентабельны. Ветер при скорости 10,0 м/с и вода при 1,0 м/с способны выдать лишь 0,5 кВт/м2. Это полный абсурд.

Нашей команде удалось выявить и устранить выше перечисленные недостатки в процессе практических испытаний собственных установок. Результаты наших скромных достижений представлены ниже.

Верторная микро – ГЭС

Разработана для эксплуатации на равнинных реках с малыми скоростями течения 0,6 – 0,9 м/с, а с применением ускорителей – от 0,4 м/с. Вес 12 кг, КПД до 70%, в отличие от ортогональной схемы и традиционного винта вращается в два раза быстрее, развивая 90 – 120 об/мин. на холостом ходу.

При скорости воды 0,7 м/с уверенно выдаёт 1,0 кВт/м2 чистой мощности. В реке располагается горизонтально (минимальная глубина 0,5м) или вертикально, если позволяют условия. Обороты основного вала регулируются ступенчато, а мощность — путём увеличения или уменьшения количества рабочих секций. Себестоимость изготовления, в среднем, 3000 рублей за киловатт, без генератора и редуктора.

Семкленовая микро – ГЭС

Представляет из себя новый вид винта, и в отличие от традиционного, вращается в 2,0 – 2,5 раза быстрее. Работает на реках со средними скоростями течения 0,9 – 1,5 м/с, а с ускорителями от 0,6 м/с. Вес 6 кг, КПД 50%, при скорости течения 1,0 м/с уверенно выдаёт 1,7 кВт/м2 чистой мощности.

Обороты вала регулируются ступенчато, а мощность только размерами винта или скоростью течения. Себестоимость изготовления, в среднем, 1000 рублей/1,0 кВт, без генератора и редуктора.

Дополнительная функции и оснастка для эксплуатации микро – ГЭС

1. Из вышесказанного, очевидно, что данные установки способны генерировать большую мощность при малых скоростях течения. Этот факт подтолкнул нас к созданию дополнительной оснастки для работы микро – ГЭС в условиях спокойной воды, т.е. озеро, пруд, залив и т.д. Установка, вращаясь по кругу при определённой постоянной скорости посредством маломощного мотор – редуктора, приводит во вращение движитель, который, в свою очередь, соединён с генератором. Конечная мощность на порядок больше, чем привод.

2. Наши установки, помимо выработки электроэнергии, могут быть использованы как мощный вращательный привод для множества агрегатов и оборудования, например:

  • — качать воду из реки с производительностью от нескольких десятков литров до 3 – х м3/час, давление может достигать 2 атмосфер (то есть 2 кг/см.кв.);
  • — вращать наждак, сверлильный станок, бетономешалку, дробилку, мини–пилораму, дерево- и металло-обрабатывающие станки максимальной мощностью до 10 кВт, при наличии соответствующих условий эксплуатации. КПД данного привода в 2 – 3 раза выше, чем применение электроинструмента, и безопасно.

3. Большинство равнинных рек имеют слабое течение 0,4 – 0,6 м/с. Для увеличения скорости на нужном участке реки разработаны ускорители потока. Данные конструкции способны ускорить его на 30 – 300%, соответственно, мощность возрастёт в геометрической прогрессии. По форме просты, но достаточно габаритны, можно устанавливать как временно, так и постоянно.

4. Кроме того, обе конструкции адаптированы для работы в зимний период, непосредственно подо льдом. Разработана специальная оснастка, позволяющая функционировать в морозы до — 40 0 .

Подводя итог, следует перечислить все достоинства и преимущества данных микро – ГЭС:

  • большая выходная мощность при малых скоростях течения, от 0,4 м/с и более, работают практически на любых равнинных реках;
  • способность генерировать электроэнергию в условиях спокойной воды;
  • возможность вращения различных видов агрегатов без электроэнергии;
  • высокий КПД установок, до 70%;
  • малый вес, от 12 кг;
  • низкая себестоимость изготовления, от 1000 рублей за 1,0 кВт, без генератора и редуктора;
  • способность работать круглый год, зимой и летом.

Серийное производство и реализация данных установок не встретит на рынке жёсткой конкуренции, фактически она отсутствует.

Подобного универсального оборудования нет ни в России, ни в мире. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

ВЕДРОГЭС для Вашего ДОМА

Идея, цель и задача у нас одна получить рабочую мини-ГЭС без реки, ручья или природного водопада. (ВСЕ РЕАЛЬНО и ДАЖЕ ОЧЕНЬ РЕАЛЬНО, самое поразительное по принципу Закона Сохранения Энергии)

Если кто помнит, такой вариант простой “гидроэлектростанции в ящике” (Источник). В Google есть видео, на котором показан интересный электрический генератор с приводом от водяного насоса с электроприводом по адресу: http://www.youtube.com/watch?v=IGpXA6qhH_Q Это очень простое устройство, в котором струя воды из насоса направлена на простое водяное колесо, которое, в свою очередь, вращает электрический генератор переменного тока, питая как насос, так и электрическую лампочку, демонстрируя свободную энергию.Первоначально генератор набирает обороты, приводимый в действие от электросети. Затем, когда он работает нормально, подключение к сети отключается и двигатель / генератор поддерживает себя, а также может включать как минимум одну лампочку. Выход генератора является нормальным током сети от стандартного генератора.

Джеймс Харди (James Hardy) – разработчик и у него есть Патентная заявка США 2007/0018461 А1, опубликованная в 2007 году на его дизайн. В этом приложении он указывает, что основным преимуществом его конструкции является низкий уровень шума, возникающий при работе генератора. На видео и рисунках выше, демонстрация имеет открытый корпус, чтобы показать, как работает генераторная система, но при нормальном использовании отсеки полностью герметичны. В своем документе Джеймс показывает общую систему следующим образом:

Я не могу ответить почему ни кто не заинтересовался подобным устройством. На ресурсе Патрика Келли, эта конструкция отнесена к категории простых. Конечно то, что показано в ролике просто демонстрация. Водяное колесо с лопатками не вызывает уверенности в реализации данной конструкции, с гарантированным рабочим автономным циклом. Многие скажут слишком просто. Я ни когда не занимался таким предметом как ГИДРОСТАТИКА, но погрузившись в тему сделал несколько ошибок ( в терминологии искателей СЭ – наступил на грабли) Меня заинтересовала тема ГЭС а именно микро-ГЭС. Формула определения возможностей падающей воды для ГЭС, изложена во всех академических общеобразовательных трудах. К примеру: Микро ГЭС- методика расчёта

Возвращаемся к мечте микро-ГЭС в ВЕДРЕ! Я изучил тему, отработал систему расчетов и установил, что что сама мысль о создании подобной установки правильная.

А есть ли, возможность иметь гидравлический привод, без перепада высот? Натолкнувшись на один интересный момент в учебнике академической физики, была первоначально отработана и рассчитана возможность создания подобного привода. Первая сборка выявила один существенный просчет гидроконтура. Для работы сопла нужен соответствующий паритет давлений на выходе и в основании сопла. Так же в популярной литературе ни где не популяризируется что ковшовая турбина (Пелтона, Тюрго) имеет эффект удвоенной силы давления струи воды на лопатку турбины, ввиду конструктивных особенностей.

Так же изучен патент канадской торговой марки с их вариантом мобильного гидрогенератора.

Имеется информация, на уровне сороки, что в ВМС США подобные системы являются источниками для заряда больших емкостей боевых лазеров, а в России в одном НИИ экспериментальные автономные гидроустановки с выходной мощностью 5 и 7 МВт. Мы можем только удивляться, верить или нет, только проверять за нас сие никто не будет.

Была собрана пробная установка, искателем первопроходцем, при пуске которой был обнаружен просчет.

В итоге, было найдено решение которое позволяет выполнить устройство в автономном режиме, на насосе небольшой мощности (1,5 кВт на фото)

Ориентировочно сила момента на валу позволяет установить генератор 5-9 кВт. отличие будет только в параметрах устройства названного инженером гидравликом как «простейший гидравлический редуктор»

Отработано решение, при котором насос работает с практически нулевой нагрузкой, для преодоления сопротивления потока жидкости, в основе лежит Парадокс гидравлики.

Примерная стоимость установки по компонентам:

Насос – 355 у.е; Генератор -250 у.е. (12/24В 5 кВт); турбина Пелтона – 120 -200 у.е. Емкость, – 50-100 у.е. (возможно применение простой 200 л железной бочки) Изготовление простейшего гидравлического редуктора до 350-400 у.е.; Инвертор насоса – 210 у.е.; Электрические схемы контроля и управления заряда – 100 у.е. Итого: 1535 у.е. без учета затрат на расчеты, сборку с расходниками по мелочам и наладку (максимально до 2000 у.ё.).

Но при этом вы получаете самоходную гидроэлектростанцию без реки и водопада. Цена за материал в ОНЛАЙН МАГАЗИНЕ: 40-42 у.е. (0,027 от цены на комплектующие описанные в материале) – за информацию и калькулятор расчета * после оплаты ссылка на скачивание.

Для Украины: цена фиксирована 1000 грн. оплатить iPay.ua и я вам вышлю материалы на почту.

В материале все обоснования с примером что решение, которое применено в ВЕДРОГЭС, анолочичным образом применяется инженерами конструкторами в одном НИИ военного направления (информация открыта) ссылки в материале.

Сравнение ВЕДРОГЭС с генератором 5 кВт и СП с макс.мощ. 5 кВт

Так же в материале предложен оригинальный вариант аксиального генератора с постоянными магнитами, по мотивам Генераторов Грамме и Полешко с методикой расчета конструкции.

Попытка создания ВЕДРОГЭСа:

После изучения материала, сами можете увидеть ошибки. При этом автор три сопла втулил на эту кроху. Если насос тогда одно сопло один насос, три сопла три насоса. Но моя критика не обоснована это микро ГЭС на фактический напор воды перепада уровней. Про генератор промолчу, читайте 2 кВт и 4-8 кВт (в проекте).

Читайте также:
Солнечный коллектор из алюминиевых банок своими руками
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: