Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Все гидроэлектростанции работают на основе силы воды. Природную, экологически безопасную электроэнергию можно получить, имея собственное, миниатюрное гидроустройство. Это существенно отразится на экономии электричества. Кроме этого, позволит обеспечить себя освещением, по мере необходимости пользоваться ручными электроинструментами.

Возвести гидросооружение можно своими силами. Для этого, прежде всего, необходимо наличие рядом с домом какого-нибудь водоема. Этого достаточно, чтобы удовлетворить свою потребность в электричестве. Экономический эффект от получения собственной электроэнергии возрастет в несколько раз.

Разновидность индивидуальных мини гидросооружений

Электроэнергия, получаемая с помощью мини-ГЭС, относится к альтернативным источникам энергии. Дополнительные эко-технологии получения энергии популярны в странах Европы. В нашей стране эта отрасль находится еще в стадии зарождения. В этом направлении делаются первые неуверенные шаги.

Гидроэлектростанция представляет собой сооружение, в котором осуществляется преобразование энергии воды в электрический ток. Частные гидросооружения возводятся в виде плотин на реках. Используя их потенциал выработку электроэнергии можно довести до нескольких сотен мегаватт. Мини-ГЭС может выработать энергию до 100кВт. Этого вполне достаточно для нужд дома, дачи.

Существует несколько видов частных мини-ГЭС.

1. Гирляндная мини-ГЭС

Гирляндные гидросооружения были популярны еще в середине прошлого века. В качестве гидровингроторов использовались консервные банки, самодельные пропеллеры. На сегодняшний день технологии создания гидросооружений изменились.

Мини-ГЭС с легкими турбинами состоит из гибкого стального троса. На него нанизываются роторы в виде гирлянды. Трос перетягивают поперек реки. Он выполняет функции вращательного вала. Один из его концов приводит в действие вал генератора. Другой конец троса крепится на опорном подшипнике. Каждый гидровингротор может выработать примерно 2 кВт электроэнергии. При условии, что скорость потока воды более 2,5 м/сек, а глубина реки не более 1,5 м.

Принцип работы гидросооружения прост. Вода раскручивает гидровинты. Они вращают трос и заставляют генератор вырабатывать электроэнергию.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

В наше время в промышленности производятся несколько видов роторов с различными техническими характеристиками. В их комплекцию входят лопасти разных размеров. Изготавливаются они из листовой стали. Это позволяет приспособить гидровингроторы к различным условиям эксплуатации, максимально повысить КПД мини гидроэлектростанции.

Недостатки гидросооружения гирляндного типа:

  • сооружение перекрывают реку, что может вызвать недовольство соседей;
  • запрет на эксплуатацию гидросооружения экологическими службами;
  • в зимнее время года при замерзании водоема мини-станция консервируется или демонтируется.

Мини-ГЭС гирляндного типа относятся к временным сооружениям или возводятся в безлюдных местах.

Аналогом этих сооружений являются погружные или наплывные гидростанции. Эти конструкции оснащены поперечными роторами. Для их работоспособности используется часть водоема. Их можно погрузить на дно реки или смонтировать на плоте, понтоне.

2. Гидроротор Дарье

Устройство турбины Дарье состоит из аэродинамических лопастей. Они закрепляются к конструктивному элементу балке. Работает турбина по принципу подъемной силы за счет разности давления. Этот принцип известен в авиации, кораблестроении.

Используется эта установка в основном для ветреного генератора. Можно приспособить ее для работы под водой. Для этого надо выполнить точные расчеты по подбору ширины и толщины лопастей. Они должны соответствовать силе потока воды. Работает гидроустройство в любой сезон вне зависимости от колебаний скорости водяного потока.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Устройство сложное в использовании, но имеет хорошие показатели КПД. Для частных мини-ГЭС применяется редко. Процесс запуска водоворотных станций длителен, ее надо вначале раскрутить. Запущенную установку сможет остановить только застывание водоема. Поэтому в основном используется в промышленности.

К преимуществам этих станций относятся: сохранение рыбных запасов, нет вреда речной фауне, стенки конструкции всегда чистые от тины, благодаря особому движению водного потока.

3. Подводный пропеллер с гидровинтами

Гидростанция имеет конструкцию обычного ветрогенератора. Монтируется под водой, навстречу течению. Станция подходит для рек с быстрым течением и глубоким руслом. На мелких водоемах вращающиеся лопасти могут травмировать людей, животных.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Параметры лопастей рассчитываются с учетом силы движения водного потока. Они работают за счет появления подъемной силы, по аналогии винта корабля или крыла самолета. Это позволяет достичь максимальной скорости их вращения с минимальным сопротивлением. Например, ширина лопасти в 2–3 сантиметра идеально подойдет при скорости потока не более 2 м/с.

4. Колесо водяное с лопастями

Водяное колесо относится к простейшим механическим гидросистемам. Работоспособность зависит от типа водоема, на который оно установлено. Это одна из востребованных моделей для создания мини-ГЭС.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Бывают разные типы водяных колес:

  1. подливные, эффективны для установки на мелкие реки с быстрым потоком воды, движется колесо из-за скорости течения;
  2. наливные, монтируются в нижней области речного порога водоема или под трубой, плотиной, вращается оно благодаря напору и весу воды;
  3. среднебойные, размещаются в руслах реки с водопадами, приходит в движение благодаря попаданию воды сверху на лопасти.

Принцип работы всех этих колес одинаковый. В действие колесо приводит вода, попадая на лопасти. Оно вынуждает вращаться генератор для гидростанции.

Производятся готовые гидротурбины, у которых лопасти уже приспособлены под различную скорость течения воды. Можно изготовить гидросистему самостоятельно из подручных материалов. Показатели КПД могут быть ниже, чем у промышленной установки, но себестоимость будет гораздо дешевле.

Условия для монтажа гидросооружения

Не всякий водоем может быть успешно использован для собственной гидроэлектростанции. Важно изучить особенности водоема для получения требуемых энергоресурсов. Проанализировать возможность эксплуатации гидросистемы в круглогодичном режиме.

Для бесперебойной работы мини-ГЭС, резервом может стать наличие центрального водопровода и возможность подключиться к нему.

Достоинства и недостатки мини-ГЭС

Собственные мини-гидроэлектростанции вырабатывают дешевую электроэнергию. Для создания станций используется недорогое оборудование, они экологически безопасны для водной фауны.

Достоинства мини-гидроэлектростанций:

  1. работают не зависимо от погоды и времени суток, в отличие от ветреных генераторов, солнечных батарей (за исключением замерзания водоема);
  2. монтаж необязателен на большой реке, водяные колеса могут быть установлены на мелких ручьях с быстрым течением;
  3. не требуется разрешительная документация для размещения гидросооружений мощностью до 100 Квт;
  4. экологически безопасные устройства, работают бесшумно, не загрязняют водоем.

Недостатки гидросооружений:

  1. слабое течение воды, что не позволит эффективно использовать оборудование;
  2. локализованный источник энергии, в случае выхода из строя потребуются резервные генерирующие мощности, соответственно дополнительные расходы.

В случае нехватки вырабатываемой электроэнергии для потребительских нужд решением может стать установка дополнительного источника энергии, например ветрогенератора.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Технология измерения силы водотока

Для создания мини-ГЭС требуется хорошая скорость течения воды. Выбирается водяной источник для установки гидросооружения. Скорость течения может быть различной в разных местах водоема. Измеряется скорость движения воды в конкретном выбранном месте. Измерения желательно производить в безветренную погоду.

На берегу отмерить мерный отрезок, равный 10 метрам. Выделить его границы деревянными кольями. Опустить любой плавающий предмет на воду. Он должен быть хорошо заметным, ярким. Это может быть поплавок из пенопласта, теннисный мячик или обычная доска. С помощью секундомера засекается время, за которое предмет проплывет мерный отрезок. Для определения скорости, надо расстояние пройденное предметом разделить на затраченное время.

При значении скорости менее 1 м/сек, потребуется возведение дополнительного сооружения. Им может стать разборная плотина или обычная сливная труба не большого сечения. Это позволит ускорить течение воды с помощью перепада высот.

Изготовление мини-ГЭС – водяного колеса

Создание мини-гидроэлектростанции для собственных нужд и экономии электроэнергии вполне реально. Для этого можно использовать подручные материалы и готовые, заранее приобретенные комплектующие. Наиболее простое сооружение, которое можно изготовить своими руками – водяное колесо с лопастями.

1. Материалы и инструменты.

Перед началом необходимо обзавестись и подготовить к работе электродрель, шлифовальную машину, аппарат сварочный. Помимо это в процессе работы будут востребованы ударный ручной инструмент в виде молотка, линейка, слесарная отвертка.

Материалы необходимые для сборки гидроустановки:

  • оцинкованные стальные трубы или полихлорвинил (изготовление лопастей);
  • генератор (приобретенный заранее или самостоятельно изготовленный);
  • листовые полосы металла толщиной не менее 5 мм;
  • гнутый профиль в форме уголка;
  • автомобильные диски тормозные;
  • древесно-слоистая плита в виде фанеры или пластик;
  • сборочные узлы в виде подшипников, вал;
  • электроизоляционная смола полистироловая (для заливки статора, ротора);
  • постоянные магниты из неодима;
  • провод из меди сечением 15 мм (для изготовления генератора).

Элементы конструкции водяного колеса будут постоянно взаимодействовать с водой. Металлические, деревянные комплектующие должны быть влагоустойчивые или предварительно обработанные пропиткой и покрашены. Лучшим решением будет замена фанеры пластиком, но деревянные детали более доступны. Ими легко можно управлять и придать нужную форму.

2. Изготовление колеса, сопла.

Изготавливаем основу для водяного колеса. Для этого подойдут два стальных диска. Они должны иметь одинаковый диаметр. Также для основы колеса можно использовать металлический стальной барабан от кабеля. Он прочный и долговечный. Это значительно ускорит сборку колеса.

При отсутствии металла, круги можно вырезать из фанеры. Она должна быть водостойкой. Это сократит срок эксплуатации колеса, так как прочность дерева ниже, чем у стали. На поверхности одного диска делаем круглое отверстие. В него будет установлен генератор.

Изготавливаем 16 лопастей для водяного колеса. Для этого разрезаем оцинкованные трубы на две части, или на четыре. Это зависит от диаметра трубы. Болгаркой обрабатываем места резки, поверхность лопастей. В процессе работы колеса это сократит потери энергии при трении.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Два боковых диска должны находиться на расстоянии максимально равном длине лопастей. Изготавливаем шаблон из фанеры. На нем обозначаем место расположения деталей, делаем отверстия для закрепления колеса к генератору. Шаблон фиксируем на внешней поверхности диска. Это облегчит определить место на диске для размещения ступиц.

С помощью штанги с цельной резьбой размещаем круги параллельно друг к другу. Привариваем лопасти в нужных позициях с наклоном в 40 – 45 градусов. Это увеличит площадь поверхности, на которую будет воздействовать сила водяного потока. При отсутствии сварочного аппарата их можно зафиксировать болтами. Устанавливаем подшипники для беспрепятственного вращения барабана. Для опоры изготавливаем раму из профильного уголка. Можно использовать трубы с небольшим диаметром.

Присутствие сопла в конструкции колеса зависит от типа водоема. Если он находится на равнинной местности без порогов, высотных перепадов, то эта деталь не потребуется.

При водоемах каскадного типа сопло позволит энергию водяного потока использовать по максимуму. Изготавливается оно выгибанием листового металла. После сваривания швов деталь помещается на трубу. Ширина выходного отверстия сопла должна соответствовать ширине колеса. Иначе часть потока воды не будет попадать на лопасти.

Насаживаем колесо на ось, устанавливаем его на подпорку, сваренную из профильных уголков или скрепленную болтами. Устанавливаем заранее приготовленный генератор или изготавливаем его своими руками и устанавливаем.

3. Изготовление генератора.

Последовательность сбора генератора заключается в изготовлении обмотки, статора и их заливки. Для этого потребуются несколько катушек с проволокой. Проволока должна быть медной, намотанной на катушки по 125 витков. Соединяем катушки между собой. Получившееся устройство заливаем электроизоляционной смолой.

Готовим шаблон из фанеры в точности с размером диска тормозного.

На него наносим разметку, делаем прорези для монтажа постоянных магнитов из неодима. Получившиеся роторное устройство, также заливаем смолой. Ожидаем, когда она хорошо высохнет, после крепим его к барабану водяного колеса.

Индивидуальная мини-ГЭС: виды, особенности, монтаж своими руками

Изготавливаем кожух из алюминия, содержащий амперметр. С его помощью закрываем выпрямители. Этим обеспечим преобразование тока переменного в постоянный электрический ток.
В процессе эксплуатации гидроустройства не исключена возможность попадания в водяное колесо различного мусора. Течение воды приносит листья, песок, ил и другие крупные предметы. Для защиты мини-гидроэлектростанции желательно перед ней установить сетку.

В случае потребности в увеличении КПД мини-ГЭС можно увеличить число витков между катушками и магнитами.

Заключение

Создать собственную мини-гидроэлектростанцию своими руками не сложно. С учетом того, что практически все расчеты, параметры для комплектующих деталей подбираются с большой долей погрешности, не исключена возможность поломок в устройстве. Это соответственно повлечет за собой дополнительные затраты.

При отсутствии опыта, нехватки знаний создание мини-ГЭС можно поручить специалистам. Они помогут определиться с выбором места для возведения мини гидроэлектростанции. Выполнят весь комплекс работ от расчетов, подбора оптимального оборудования до квалифицированного монтажа.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...