Гидроэлектростанция своими руками: как соорудить автономную мини-ГЭС

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.

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:

1. 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.
2. Для установки гидрогенератора необязательно наличие большой реки – те же водяные колеса с успехом можно использовать даже в мелких (но быстрых!) ручьях.
3. Установки не выделяют вредных веществ, не загрязняют воду и работают практически бесшумно.
4. Для монтажа мини-ГЭС мощностью до 100 кВт не нужно оформлять разрешительную документацию (хотя все зависит от местных властей и типа установки).
5. 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.

Мини-гидроэлектростанция своими руками

Конструкция ГЭС достаточно сложная, поэтому самостоятельно удастся построить лишь небольшую станцию, которая позволит сэкономить на электричестве или обеспечит энергией скромное хозяйство. Ниже приведены два примера реализации самодельной ГЭС.

Как сделать мини-ГЭС из велосипеда

Этот вариант ГЭС идеален для велопоходов. Он компактный и легкий, но сможет обеспечить энергией небольшой лагерь, разбитый на берегу ручья или реки. Полученного электричества хватит на вечернее освещение и зарядку мобильных устройств.

Для монтажа станции понадобится:

• Переднее колесо от велосипеда.
• Велогенератор, который используется для питания велосипедных фонарей.
• Самодельные лопасти. Их вырезают заранее из листового алюминия. Ширина лопастей должна быть от двух до четырех сантиметров, а длина — от втулки колеса до его обода. Лопастей может быть любое количество, располагать их нужно на одинаковом расстоянии друг от друга.

Чтобы запустить подобную станцию, достаточно погрузить колесо в воду. Глубина погружения определяется экспериментально, примерно от трети до половины колеса.

Как построить мини-ГЭС на основе водяного колеса

Для постройки более мощной станции для постоянного использования понадобятся более прочные материалы. Лучше всего подойдут металлические и пластиковые элементы, которые легче защитить от воздействия водной среды. Но годятся и деревянные детали, если пропитать их специальным раствором и покрасить водостойкой краской.

Для станции необходимы следующие элементы:

• Стальной барабан от кабеля (2,2 метра в диаметре). Из него изготавливается ротор-колесо. Для этого барабан разрезается на части и сваривается заново на расстоянии в 30 сантиметров. Из остатков барабана делают лопасти (18 штук). Их приваривают к радиусу под углом в 45 градусов. Для поддержки всей конструкции из уголков или труб изготавливают раму. Колесо вращается на подшипниках.
• На колесо устанавливается цепной редуктор (коэффициент передачи должен равняться четырем). Чтобы легче свести оси привода и генератора, а также снизить вибрацию, вращение передается через кардан от старого автомобиля.
• Для генератора подходит асинхронный двигатель. К нему следует добавить еще один шестеренчатый редуктор с коэффициентом около 40. Тогда для трехфазного генератора с 3000 оборотами в секунду при общем коэффициенте редуцирования 160 количество оборотов снизится до 20 оборотов в минуту.
• Поместите всю электрику в водонепроницаемую емкость.

Описанные исходные материалы легко найти на свалке или у знакомых. За резку стального барабана болгаркой и за сварку можно заплатить специалистам (или же сделать все самостоятельно). В итоге ГЭС мощностью до 5 кВт обойдется в незначительную сумму.

Получить электричество из воды не так и сложно. Труднее выстроить автономную систему электроснабжения на основе самодельной ГЭС, поддерживать станцию в рабочем состоянии и обеспечивать безопасность людей и животных вокруг нее.

Сферы и преимущества применения

Альтернативой использования маслостанций является применение установок компрессорного типа. Однако, если сопоставить установки данных типов, то у гидростанций для гидроприводов есть целый ряд преимуществ.

1. Благодаря более компактным размерам такого оборудования на его перевозку, монтаж и эксплуатацию приходится тратить значительно меньше денег.
2. При эксплуатации гидравлических маслостанций расходуется значительно меньше энергоресурсов, что также приводит к снижению финансовых затрат.
3. У маслостанций, по сравнению с компрессорным оборудованием, выше производительность и эффективность использования.
4. Широкая универсальность, которой отличается такое оборудование, позволяет подключать его к устройствам различного типа и мощности.
5. По сравнению с компрессорным оборудованием, маслостанции издают при работе значительно меньше шума.
6. За счет простоты использования и обслуживания для работы с таким оборудованием не надо привлекать специально подготовленный высококвалифицированный персонал.

Насосная станция в составе гидравлического трубогиба

Гидростанции, что естественно, используются для оснащения оборудования, на котором установлен гидропривод. Фактически же при помощи таких устройств можно привести в действие механизм почти любого назначения. Именно поэтому маслостанции гидравлического типа успешно используются во многих сферах. Технические возможности и универсальность таких устройств позволяют применять их для:

• гидравлических инструментов статического типа;
• электромонтажного оборудования;
• гидравлических инструментов динамического типа;
• оборудования железнодорожного и строительного назначения;
• помп и насосов шламового типа;
• оборудования для выполнения буровых работ;
• термопластавтоматов;
• прессового оборудования;
• устройств, при помощи которых поднимают и перемещают крупногабаритные и тяжелые грузы;
• оснащения испытательных стендов;
• технологического оборудования различного назначения.

Маслостанция токарного станка

Используя маслостанции гидравлического типа, осуществляют перекачку и очищение масла, а также производят смазку и охлаждение рабочих элементов оборудования различного назначения. Достаточно активно маслостанции применяются в тех случаях, когда необходимо выполнить испытания трубопроводных систем, гидравлической аппаратуры, гидроцилиндров и различного оборудования.

Если говорить о сферах деятельности, в которых маслостанции гидравлического типа используются наиболее активно, то сюда следует отнести:

• машиностроение;
• металлургию;
• энергетику;
• строительство;
• сельское хозяйство;
• транспортную сферу.

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.

Необязательно покупать дорогие трубы для организации искусственного водного течения. Можно своими руками сделать некий желоб, и пусть пока по нему разгоняется вода из водоема. Для начала лучше вообще взять любые подручные средства, старые трубы пусть и небольшого диаметра пока, и соорудить пробный вариант слива воды из водоема, что расположен выше. Так можно будет измерить скорость потока (как это сделать я уже писал ранее). Если же под боком течет река с быстрым течением, то тогда и не надо строить ни плотин, ни желобов, ни создавать поток воды искусственно. Мини ГЭС в форме гирлянды, пропеллера, ротора Дардье или водяного колеса могут быть установлены в таких местах без особых проблем.

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

Гирляндная ГЭС

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

Повысить мощность станции поможет наличие нескольких «гирлянд». Их можно соединить между собой. Даже это не сильно повышает КПД данной ГЭС. Это один из минусов подобного сооружения.

Еще один недостаток данного вида – создаваемая им опасность для окружающих. Подобного рода станции допустимо использовать только в безлюдных местах. Наличие предупредительных знаков обязательно.

Составные части Мини ГЭС

• Гидротурбина с лопатками, соединённая валом с генератором
• Генератор. Предназначен для выработки переменного тока. Присоединяется к валу турбины. Параметры генерируемого тока быть относительно нестабильны, однако ничего похожего на скачки мощности при ветряной генерации не происходит;
• Блок управления гидротурбиной обеспечивает пуск и останов гидроагрегата, автоматическую синхронизацию генератора при подключении к энергосистеме, контроль режимов работы гидроагрегата, аварийную остановку.
• Блок балластной нагрузки, предназначенный для рассеивания неиспользуемой потребителем на данный момент мощность, позволяет избежать выхода из строя электрогенератора и системы контроля и управления.
• Контроллер заряда/ стабилизатор: предназначен для управления зарядом аккумуляторных батарей, контроля поворота лопастей и преобразования напряжения.
• Банк АКБ: накопительная ёмкость, от размера которой зависит продолжительность функционирования в автономном режиме питаемого ею объекта.
• Инвертор, во многих гидрогенерирующих системах применяются инверторные системы. При наличии банка АКБ и контроллера заряда, гидросистемы мало чем отличаются от других систем, применяющих ВИЭ.

Мини-ГАЭС

В середине прошлого века британский изобретатель Элвин Смит предложил оригинальную конструкцию волновой малой гидроаккумулирующей электростанции. В основе установки – два поплавка, способных двигаться друг относительно друга. Верхний раскачивается волнами, нижний соединён с морским дном с помощью цепи и якоря. Предусмотрена автоматическая подстройка высоты положения верхнего поплавка в зависимости от уровня моря, который постоянно меняется из-за приливов и отливов, с помощью телескопической трубы, раздвигающейся и складывающейся под действием сил Архимеда и тяжести. Между поплавками находится «насосная станция» (цилиндр с поршнем двойного действия, который качает воду при движении вниз и вверх). Она подаёт воду на сушу, в горы. В горах устраивают бассейн, в котором вода накапливается и в часы пиковых нагрузок выпускается обратно в море, по пути вращая водяную турбину.

Установка способна поднимать морскую воду на высоту до 200 м и вырабатывать мощность 0,25 МВт.

* * *

Природные условия в России весьма благоприятны для развития малой гидроэнергетики, а при современном уровне доступности информации и всевозможных материалов умельцы могут сделать мини-ГЭС даже своими руками, была бы подходящая река или ручей. Поэтому у малых ГЭС как альтернативных источников энергии, есть все шансы вновь широко распространиться в нашей стране.

Типовая схема гидростанции

1. Бак
2. Насос
3. Фильтр напорный
4. Фильтр всасывающий
5. Фильтр сливной
6. Предохранительный клапан
7. Гидрораспределитель

Бак

Гидравлический бак служит для хранения циркулирующей в гидросистеме рабочей жидкости, выделения из нее воздуха и частичного охлаждения. При проектирования бака должны быть обеспечены нормальные условия всасывания и деаэрации рабочей жидкости. Размеры и форма бака тесно связаны с температурным режимом в гидроприводе, поскольку через стенки бака в окружающую среду передается некоторая часть тепловой энергии, выделяемой в процессе функционирования гидросистемы. В процессе производства все баки подвергаются обязательной проверке на герметичность и последующей окраске с использованием специальных технологий и материалов, стойких к горячему маслу. Для контроля уровня жидкости в гидробаке имеется визуальный индикатор уровня. Слив жидкости осуществляется через сливное отверстие или кран, расположенные в нижней части гидравлического бака. Нами разработаны гидравлические баки различных конструкций и типоразмеров, ознакомиться с которыми Вы можете в соответствующем разделе каталога.

Насос

Гидравлические насосы являются силовыми элементами гидропривода, преобразующими механическую энергию вращения приводного вала в гидравлическую энергию потока рабочей жидкости, которая подается по трубопроводам к гидродвигателям. Наиболее распространенный тип насосного агрегата для нагнетания гидравлической жидкости в систему изготавливается на базе шестеренного насоса. Диапазон рабочих давлений от 2 до 310 бар, производительности от 0,5 до 100 л/мин (стандартная линейка насосов) и выше 100 л/мин. вплоть до 5000 л/мин. (поставляются под заказ). Подобные решения широко применяются в мобильной и индустриальной технике. Следующий тип насосных агрегатов – с пластинчатыми насосами. Данный тип насосов обеспечивает более равномерную подачу в сравнении с шестеренными насосами и большую производительность. Диапазон рабочих давлений несколько ниже и редко превышает 160 бар (импортной промышленностью выпускаются насосы на 210 и более бар). Пластинчатые насосы могут выпускаться одно- и двухпоточными, с фиксированной и регулируемой производительностью, а также сквозным валом для установки дополнительного насоса, например, шестеренного. Данный тип насосов распространен в станкостроении и гидроприводах широкого круга применения. Насосные агрегаты с аксиально-поршневыми насосами отличаются компактностью и вытекающей из этого минимальной массой. За счет использования рабочих органов, обладающих небольшими радиальными размерами и, следовательно, сравнительно малым моментом инерции, в таких машинах реализуется возможность быстрого регулирования частоты вращения. Помимо этого, к преимуществам аксиально-поршневых насосов относится способность к функционированию при высоком давлении (до 400 бар) и высокие значения коэффициента полезного действия (до 95%). Среди недостатков машин этого типа следует отметить солидную стоимость, сложность конструкции, а также существенную пульсацию подачи. Аксиально-поршневые насосы получили наиболее широкое применение в гидроприводах машин, работающих в средних и тяжелых режимах внешних нагрузок с большой частотой включения. Возможно изготовление агрегатов с 2-3 поточными насосами приводимыми в движение одним электродвигателем, что позволяет уменьшить габариты системы и использовать различные комбинации производительности и давления при решении широкого круга задач.

Преимущества и недостатки микрогидроэнергетики

К преимуществам мини гэс для дома можно отнести:

• Экологическая безопасность (с оговорками для рыб-мальков) оборудования и отсутствие необходимости затопления больших площадей с колоссальным материальным ущербом;
• Экологическая чистота получаемой энергии. Отсутствует влияние на свойства и качество воды. Водоемы можно использовать и для рыбохозяйственной деятельности, и как источники водоснабжения населения;
• Низкую стоимость получаемой электроэнергии, которая в разы дешевле вырабатываемой на ТЭС;
• Простоту и надёжность применяемого оборудования, и возможность его работы в автономном режиме (как в составе, так и вне сети электроснабжения). Вырабатываемый ими электрический ток соответствует требованиям ГОСТа по частоте и напряжению;
• Полный ресурс работы станции — не менее 40 лет (не менее 5 лет до капитального ремонта);
• неисчерпаемость используемых для выработки энергии ресурсов.

Основной недостаток микро-гэс это относительная опасность для обитателей водной фауны, т.к. вращающиеся лопатки турбин, особенно в скоростных потоках, могут представлять угрозу для рыб или мальков. Условным недостатком можно так же считать ограниченность применения технологии.

О типах мини-ГЭС

Малая гидроэнергетика сегодня развивается, и это отличное решение экономии энергетических ресурсов. Генератор для мини-ГЭС можно приобрести в магазине, а можно изготовить самим.

Всего существует несколько вариантов изготовления МГЭС:

1. Водяное колесо. Оно представляет собой большой барабан с лопастями, размещенными между круглыми поверхностями. Устанавливается перпендикулярно относительно потока вода. Погружено в воду примерно на половину ширины лопасти. Имеются конструкции колес-турбин с лопатками, предназначенными для данного потока воды, но эти конструкции сложные, и их лучше всего приобрести в магазине.
2. Ротор Дарье. Мини-гидроэлектростанция такого рода оснащена механизмом, имеющим ось вращения, расположенную вертикально. Используется для преобразования электроэнергии. За счет обтекания жидкости между конструктивными элементами создается давление. Эффект ее работы напоминает мореходные суда на подводных крыльях. Этот принцип применяется в конструкциях ветрогенераторов.
3. Гирляндная гидроэлектростанция. На тросе, расположенном перпендикулярно реке, размещены легкие турбины, напоминающие по внешнему виду гирлянды. Трос выполняется функцию вала, а движение вращения передается генератору. Поток, созданный водой, обеспечивает вращение роторов, а роторы способствуют вращению троса.
4. Пропеллер. Ротор расположен вертикально, как у конструкций электростанций, работающих от ветра, и исполняет роль пропеллера. В отличие от воздушного устройства, у лопастей этого устройства небольшая ширина, и их размер может быть всего 2 см. Так будет обеспечиваться высокая скорость вращения и минимальное сопротивление. При больших скоростных потоках воды возможно использование и иных размеров. Движение пропеллера обеспечивается за счет силы подъема воды, а не за счет ее давления. Это можно сравнить с крылом самолета. Движение лопастей, относительно потока, перпендикулярно, а не по течению воды.

Портативная гидроэлектростанция удобна в использовании, их конструкции просты.

Достоинства мини-ГЭС

Малые ГЭС обладают рядом преимуществ:

• мини-гидротурбина работает тихо, без шума;
• отсутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу при функционировании;
• никаким образом не влияет на качественные характеристики воды;
• не зависит от внешних условий;
• малые ГЭС вырабатывают энергию в течение суток бесперебойно;
• для обеспечения работы можно воспользоваться даже небольшим ручьем;
• при наличии излишков энергии, ее можно реализовывать и получать доход;
• для обеспечения выработки энергии гидростанциями не нужно оформлять разрешение.

Сегодня малые ГЭС России пользуются небывалой популярностью. Их несложно выполнить самостоятельно, а можно приобрести в магазине. Малая гидроэнергетика – это прибыльное дело.

Недостатки

Наряду с достоинствами, малые ГЭС имеют некоторые недостатки:

1. Гирляндная малая ГЭС несет в себе опасность для окружающих: подвижные части скрыты в воде, трос имеет большую длину.
2. Невысокий КПД.
3. Ротор Дарье. Этот водяной генератор сложен в изготовлении.

Малые ГЭС рекомендуется устанавливать, взвесив все положительные и отрицательные стороны

Важно сделать правильный выбор: какую именно конструкцию изготовить, чтобы эффект от работы был обеспечен

Мини ГЭС для частного дома

Рост тарифов на электроэнергию и отсутствие достаточных мощностей, делают актуальными вопросы о применение бесплатной энергии возобновляемых источники в домашних хозяйствах. По сравнению с другими источниками ВИЭ, мини ГЭС представляют интерес, так как при равной мощности с ветряком и солнечной батареей они способны выдать за равный промежуток времени гораздо больше энергии. Естественное ограничение на их применение является отсутствие реки

Если возле вашего дома протекает небольшая река, ручей или имеют место перепады высот на озерных водосбросах, то значит у вас имеются все условия для установки мини ГЭС. Потраченные на её приобретение деньги быстро окупятся – вы будете в любое время года обеспечены дешёвой электроэнергией, независимо от погодных условий и иных внешних факторов.

Основным показателем, который указывает на эффективность использования МГЭС является скорость потока водоема. Если скорость меньше 1 м/с, то необходимо принять дополнительные меры по его разгону, например, сделать обводной канал переменного сечения или организовать искусственный перепад высот.

Далее, определяется необходимая хозяйству мощность и геометрические особенности канала. Все эти показатели учитываются при выборе типа и конструкции устанавливаемой микро-ГЭС.

Как вам статья?