МикроГЭС и гидроаккумуляторы в частном секторе. Гидро электро страница

Мобильные генераторы, преобразующие энергию водного потока в электричество, изначально создавались для комфорта отдыхающих, пастухов, лесников, а также для использования в удаленных местах, где нестабильно электрическое питание.

Мы представим три ключевых правила, которые помогут лучше понять принципы автономного энергоснабжения:

1. Это правило касается только частных домохозяйств, которые желают стать независимыми от центральных электрических сетей.

Для частника, который пытается обеспечить себя электроэнергией, полагаться solely на собственные усилия и ресурсы — это норма, и если ему кто-то сможет помочь, это будет восприниматься как подарок судьбы. Финансирование или субсидии от государственных органов, к сожалению, часто оказываются иллюзией, особенно когда речь идет о небольших инициативах.

2. Использовать следует исключительно возобновляемые источники энергии.

Похоже, что аппетит приходит во время еды, однако стоит иметь в виду, что государство потребляет много ресурсов, и до тех пор, пока альтернативные источники энергии остаются бесплатными, это создает возможность их активного задействования.

3. Автономное питание функционирует эффективно лишь при комплексном подходе.

Это похоже на ситуацию с автомобилем, когда зимой устанавливают шипованные шины. Если поменять лишь одно колесо, даже если оно будет самым современным, то в целом машине от этого не будет никакой пользы. Таким образом, важно понимать, что проблема заключается не только в выработке электричества, но и в обеспечении стабильного электроснабжения, что крайне важно, например, для заводов.

Преимущества воды над солнечной и ветровой энергетикой

Несмотря на то, что солнце светит постоянно, ночь все равно наступает, и это является слабым местом для фотоэлектрических систем, которые не функционируют в темное время суток.

Что касается ветра, то с древнейших времен он считался символом непредсказуемости. Хотя существуют области, где ветры дуют постоянно, ожидать стабильности от этого источника энергии не всегда разумно, особенно когда речь идет о периодах с штилем.

В отличие от ветра, реки имеют свое течение, которое осуществляется стабильно и неизменным путем. Это является значительным преимуществом рек в контексте выработки электроэнергии. Следует отметить, что термин «река» в данном случае включает в себя и более мелкие водоемы, такие как ручьи, родники, или даже дренажные каналы.

В рамках развития микрогидроэлектростанций можно отметить, что существует прямая зависимость: чем выше разница в высоте между водными уровнями, тем меньше расход воды потребляется для генерации электроэнергии. Этот аспект частично регулируется особенностями различных проектов микрогидроэлектростанций, однако соблюдение основных требований все равно остается важным.

Микро ГЭС. Возможности, виды, классификация. Преимущества и недостатки основных типов МГЭС. Применение в домашних и производственных условиях.

Классификация мини ГЭС

Классификация может быть проведена по генерируемой мощности, которая определяет область применения оборудования. Важно понимать, что мощность, вырабатываемая микрогидроэлектростанцией, зависит от двух ключевых факторов: давления воды, поступающей на лопатки турбины, и расхода, то есть объема воды, проходящей через турбину за единицу времени. Потребление энергии становится определяющим моментом для классификации микрогидроэлектростанции по своему типу.

В зависимости от мощности, МГЭС делятся на три категории:

• Бытовая мощность до 15 кВт: такие установки используются для электроснабжения индивидуальных домохозяйств или небольших фермерских хозяйств.
• Коммерческая мощность до 180 кВт: предназначены для обеспечения энергии малым бизнесом.
• Промышленные мощности более 180 кВт: используется для генерации электроэнергии, которая может быть продана или передана в общее производство.

Кроме того, можно провести классификацию по дизайну

• Осевые турбины: В такие турбины поток воды движется по оси, падая на лопасти.
  
• Радиально-осевые турбины: Поток в таких турбинах сначала движется радиально (от периферии к центру), а затем в осевом направлении (к выходу).
  
• Чашечные турбины: Вода подается через форсунки по касательной к окружности, проходящей через центр ковша. При этом образуется струя, движущаяся с высокой скоростью, ударяющаяся о лопатку турбины, в результате чего колесо начинает вращаться и выполнять рабочие операции. По мере отклонения одной лопасти под жиклер помещается другая.
  
  Этот тип конструкции очень распространен в микрогидро.
• Турбины Каплана: В таких турбинах лопасти имеют возможность вращаться вокруг своей оси, что позволяет регулировать их мощность.
  

Установки также классифицируются по месту установки:

• Высокое давление: более 60 м;
• Среднее давление: от 25 м;
• Низкое давление: от 3 до 25 м.

Эта классификация подразумевает, что установка будет функционировать с разными скоростями водного потока, и при этом принимаются меры для механической стабилизации, так как скорость потока несет прямую зависимость от напора.

Микрогидроэлектростанция — это небольшая установка, используемая для получения электроэнергии за счет преобразования кинетической энергии воды.

Как сделать своими руками

Создание простейшего устройства для выработки электроэнергии возможно при наличии определенных навыков работы с ручным инструментом, а также затраты свободного времени, желания и подходящего резервуара.

Оптимальным будет использование автомобильного генератора в качестве источника электроэнергии, для вращения ротора которого требуется реализовать следующую конструкцию.

• Исходя из имеющегося резервуара, нужно определиться с тем, какой вид колеса будет использован: вертикальный или горизонтальный, поскольку это повлияет на компоновку всей установки.
• В качестве колеса можно использовать доступный элемент; например, велосипедное колесо хорошо подойдет для этой цели.
• К ободу колеса необходимо прикрепить лопасти, которые могут быть изготовлены из различных материалов: металла, прочного пластика или любых доступных ресурсов.
• К валу колеса следует присоединить шестерню или шкив. В зависимости от того, что именно было сделано, в будущем будет осуществляться цепная или ременная передача.
• Колесо устанавливается на конструкцию таким образом, чтобы одна треть его находилась над уровнем воды в горизонтальном положении, а в вертикальном положении потоки воды обрабатывали лопасти и ось конструкции, в то время как колесо частично покоится под водой.
• В зависимости от типа водоема, нужно установить генератор. Это можно сделать либо на специально собранной металлической конструкции, либо на берегу водоема.
• На валу генератора устанавливается шестерня или шкив меньшего диаметра, чем на колесе, что обеспечит необходимое соотношение передаточного числа.
• Затем необходимо соединить шкивы или шестерни, которые были установлены на колесе, и вал генератора, чтобы обеспечить совместную работу системы.

Теперь система готова к эксплуатации.

Такой метод получения электричества может быть использован туристами и путешественниками для подзарядки мобильных телефонов, планшетов и другого оборудования, которое потребляет незначительное количество энергии.

Гидроэнергетика представляет собой самый доступный вид производства энергии. Электроэнергия на гидроэлектростанциях легко регулируется, а поток воды через турбину легко контролируется.

Развитие гидроэнергетики

В конце 19 века гидроэлектричество стало основным источником производства энергии. Первая гидроэлектростанция была возведена на Ниагарских водопадах в 1879 году. В 1881 году уличные фонари вблизи Ниагары начали получать питание от гидроэлектричества. В 1882 году в городке Аплтон, штат Висконсин, начала работу первая в мире гидроэлектростанция (ГЭС). По сути, гидроэлектростанции и угольные электростанции производят электричество по схожему принципу. В обоих случаях для запуска используется механизм, называемый турбиной, которая при вращении через вал генерирует электричество. На угольных станциях для вращения лопастей турбин используется пар, в то время как гидроэлектростанции используют падающую воду – в конечном итоге результаты оказываются аналогичными.

Сегодня на глобальном уровне гидроэлектричество производит около 24% от всей мировой электроэнергии, обеспечивая более 1 миллиарда человек. По данным глобальной лаборатории возобновляемой энергии, общая установленная мощность гидроэлектростанций по всему миру составляет 675 000 мегаватт, что по эквиваленту соответствует 3,6 миллиардам баррелей нефти.

Как производится электричество из воды

Производство электроэнергии на гидроэлектростанциях осуществляется за счет использования воды. Типичная гидроэлектростанция представляет собой систему, включающую три основных элемента:

• Электростанция, где осуществляется выработка электроэнергии;
• Плотина, которую можно открывать и закрывать для регулирования объема воды;
• Резервуар, предназначенный для хранения воды.

Когда вода проходит через плотину, она толкает лопасти пропеллера в турбине, что приводит к ее вращению. Турбина, в свою очередь, генерирует электричество посредством генератора. Количество произведенной электроэнергии зависит от того, сколько воды проходит через систему. Выработанная электроэнергия может передаваться на фабрики и предприятия через общую электрическую сеть.

Согласно имеющимся данным, гидроэлектростанции обеспечивают почти пятую часть всей мировой электроэнергии. Среди крупнейших производителей гидроэлектричества можно отметить такие страны, как Китай, Канада, Бразилия, Соединенные Штаты Америки и Россия. Одной из крупнейших гидроэлектростанций в мире является проект Три ущелья, расположенный на реке Янцзы в Китае. Плотина длиной 2,3 км и высотой 185 метров представляет собой сложное инженерное сооружение.

Сегодня гидроэнергетика является наиболее доступным способом производства электроэнергии. Это объясняется тем, что после постройки плотины и установки оборудования, сам источник энергии — проточная вода — остается бесплатным. Этот ресурс возобновляется ежегодно благодаря осадкам и таянию снега.

Факторы, влияющие на количество электроэнергии, производимой ГЭС:

1. Высота падения воды: чем выше падает вода, тем больше кинетической энергии она содержит. Обычно высота падения зависит от высоты плотины — чем выше плита, тем больше воды будет падать, что, в свою очередь, ведет к увеличению энергии. Ученые утверждают, что сила падающей воды пропорциональна расстоянию, на которое она падает.
2. Объем протекающей воды: Чем больше воды проходит через турбину, тем больше энергии может быть произведено. Объем воды, доступной для турбины, зависит от текущего уровня воды в реке. В крупных реках можно ожидать большего количества проточной воды, что позволяет эффективно производить больше энергии.

Производственный процесс генерации гидроэлектричества легко контролируется, и операторы могут регулировать поток воды через турбину в зависимости от потребностей в выработке энергии. Также водоёмы могут принимать участие в рекреационных мероприятиях, включая купание и катание на лодках.

Однако важно отметить, что блокировка рек может привести к разрушению экосистем и негативному воздействию на природные ресурсы. Некоторые виды рыб, например, лосось, могут оказаться в зоне риска, так как может быть заблокирован доступ к их местам нереста. Кроме того, гидроэлектростанции могут способствовать снижению уровней растворенного кислорода в воде, что является вредным для местной фауны рек.

Цели применения водогенераторов, принцип работы и устройство гидрогенераторов по сравнению с другими типами генераторов энергии. Рекомендации по выбору оборудования.

Обзор продукции

На рынке доступны мини-гидроэлектростанции, созданные для бытового использования и предназначенные для выработки как постоянного, так и переменного тока, включая как однофазные, так и трехфазные системы. Для эффективной работы таких гидроагрегатов нужен ограниченный напор воды — до 12 литров в секунду. Они обычно устанавливаются в местах с течением небольших рек или на участках с искусственными водопадами и плотинами.

Например, рассмотрим модель мини-генератора CT-02 (Китай):

• Мощность: 5 кВт;
• Генерируемый ток: 50 Гц;
• Скорость вращения: 30-3000 об/мин;
• Тип тока: переменный.

Этот товар доступен на заказ, с возможностью указать необходимые параметры. Начальная цена составляет около 30 000 рублей.

Также можно рассмотреть мини-генератор для дома xj13 (Китай):

• Мощность: 8,5 кВт;
• Генерируемый ток: 50 Гц;
• Скорость вращения: 145-1920 об/мин;
• Тип тока: переменный.

Эта модель, предназначенная для горизонтальной установки, имеет ряд преимуществ: легкость и компактность. Такой агрегат легко установить на приусадебном участке, а его цена составляет от 16 000 рублей.

• Мощность: 5 кВт;
• Генерируемый ток: 50 Гц;
• Скорость вращения: 500 об/мин;
• Тип тока: переменный.

Эта водопроводная система с горизонтальным водоснабжением подойдет для обеспечения электроэнергией малой фермы или загородного дома. Цена электрогенератора составляет 49 596 рублей.

Как создать гидроэлектростанцию самостоятельно

Создание водяного электрогенератора собственноручно — это увлекательный проект. Его можно реализовать на базе обычного велосипедного генератора. Для начала необходимо определить расход воды, воспользовавшись секундомером. Если скорость потока недостаточна, может потребоваться создание искусственного перепада по высоте, например, путем установки сливного шланга.

Рекомендуем просмотреть видео, чтобы понять процесс и сделать это поэтапно своими руками:

Сделайте лопасти из алюминиевого листа, ширина которых должна колебаться между 2-4 см, а длина должна соответствовать диаметру велосипедного колеса (от обода до ступицы). Затем между спицами необходимо установить и закрепить лопасти с помощью плоскогубцев. Колесо погружается в воду на одну треть, что отлично подходит для генерации электричества во время походов, обеспечивая работу палатки и зарядку мобильных телефонов.

Как выбрать электрогенератор

• Для неподвижного обеспечения электроэнергии в частном загородном доме достаточно агрегата мощностью 20-30 кВт.
• Чтобы верно определить необходимую мощность, требуется подсчитать общее потребление электричества от всей бытовой техники и добавить еще освещение.
• При этом стоит учитывать, что общая мощность должна быть увеличена на 20% для учета пиковых токов.
• Если вы работаете со строительными или специализированными электроприборами, мощность генератора должна в три раза превышать необходимые значения (до 100 кВт).

На рынке имеется множество различных поставщиков и производителей. Ценовая политика зависит от бренда. В последние годы китайские производители зарекомендовали себя наилучшим образом, предоставляя хорошее соотношение качества и цены.

Гарантийное обслуживание товара — это также важный аспект, с которым следует ознакомиться. Лучше выбирать устройства, обладающие четким сроком службы.

В условиях постоянного повышения цен на энергоресурсы и импортные оборудования стоит задуматься о проектировании и создании собственной мини-ГЭС, обеспечивающей устойчивое энергоснабжение. Построить неплохую гидроэлектростанцию из подручных средств вполне реально. В этом случае следует учесть силу потока воды или создавать необходимый перепад, применяя базовые знания физики и умение пользоваться инструментами.

В статье приведены определения, принцип работы, характеристики, классификация гидрогенераторов, их конструкции, расшифровка и применение гидроэлектростанций.

Гидроэнергетическая отрасль продолжает развиваться, что связано с увеличением нагрузок на электросети и необходимостью поддерживать статическую и динамическую устойчивость их функционирования. Это требует разработки систем быстрого реагирования. При этом опыт многих стран показывает, что полная замена гидрогенераторов делает экономически целесообразной до сих пор лишь для маломощных установок, а для остальных лучше проводить модернизацию уже имеющегося оборудования.

1. Мустафин М.А., Шидерова Р.М., Алексеев С.Б., Альмуратова Н.К. — «Электромеханика и электрооборудование. Методические указания по расчетно-графической работе ». — Алматы: АУПЕТ, 2011.
2. Копылов И.П. — «Электромобили: учебник для вузов». — 3-е издание, перераб. — Москва: Высшая школа, Логос, 2000.
3. ГОСТ 19431-84 «Энергетика и электрификация. Термины и определения.»
4. Электрические сети и системы: Методические указания по курсовому проектированию студентов специальности 10.04 всех форм обучения. — Норильск, 1991.