Своя гэс: Как самому сделать мини-ГЭС?

Содержание

Как самому сделать мини-ГЭС?

Многие частные дома в Америке принято снабжать альтернативными источниками энергии, чтобы не платить за электричество слишком много. Однако оборудование для установки того же ветрогенератора стоит очень дорого, хотя и сравнительно быстро окупается. Но, как показала практика, если недалеко от вашего участка есть ручей, при условии наличия времени и понимания того, что конкретно нужно сделать, можно своими руками собрать небольшую гидроэлектростанцию, дающую около 2 А. Как это сделали американские умельцы – читайте в этой статье.

Наши герои начали с кусков листового железа и железных уголков. Диски для колеса турбины сделаны из сломанного генератора производства Cummins Onan. Генератор построен из двух тормозных роторов диаметром 11 дюймов, а ступица колеса снята со старого Доджа.

Лопасти турбины сделали из разрезанных на четыре части стальных труб диаметром 4 дюйма.

Колеса имеют диаметр 12 дюймов. Чтобы они точно соответствовали размерам ступицы, был изготовлен шаблон, по которому вырезались отверстия и определялось положение шестнадцати лопастей. Шаблон клеем соединили с одним из дисков турбины и просверлили на станке несколько вспомогательных отверстий, которые определят позицию будущих лопастей.

Получившиеся диски соединили между собой 10–дюймовыми стальными прутами и поставили на один из дисков, чтобы было удобнее приваривать лопасти.

Перед сваркой потребовалась еще одна вспомогательная операция: очистка стали от оцинковки. Гальванизированная цинком сталь крепче и лучше защищена от коррозии, но при сварке гальванизированного метала выделяется токсичный газ, поэтому работа с таким материалом была бы опасной.

В той стороне турбины, которая не будет непосредственно подключена к генератору, вырезано техническое отверстие диаметром 4 дюйма, чтобы было удобнее монтировать генератор и иметь доступ ко внутренностям турбины.

Труба, по которой к турбине будет поступать вода, присоединяется к сделанной из согнутого металлического листа насадке, выходное отверстие которой имеет ширину 10 дюймов, а высоту 1 дюйм. Ширина совпадает с шириной турбины, а небольшая высота обеспечвает более сильный поток, чем если бы вода текла через обычную трубу.

После присоединения этой конструкции будущая турбина начинает обретать форму. Кусок трубы с насадкой закреплен под углом 45° к турбине, которая насажена на втулку. Все части регулируемые: трубу можно двигать вперед, назад, вверх и вниз, турбину (и впоследствии генератор) — вперед и назад. Осталось сделать генератор.

Статор генератора изготовлен из проволоки №17, свитой в 9 колец по 125 витков в каждом. От него отходят 6 жил, чтобы можно было организовать как топологию звезда, так и дельта. После помещения в кожух статор имеет диаметр 14 дюймов и толщину 0.5 дюйма.

Далее — роторы. По краям каждого ротора размещено 12 магнитов размером 1″х2″х0.5″. Для скрепления между собой статора и обоих роторов применили смесь полиэстера и стекловолокна.

Получившийся генератор прикрепляется к одной из сторон турбины, а с другой стороны присоединяется к преобразователю в алюминиевом кожухе, который будет преобразовывать трехфазный переменный ток в постоянный. В такой конструкции он обеспечивает 12.5 В на 38 об/мин. В ближайшем к турбине роторе сделано 3 отверстия, чтобы можно было контролировать расстояние между роторами и, как следствие, контролировать скорость работы генератора.

После этого наши герои провели 2 часа, очищая генератор от ржавчины, грунтуя и покрывая его краской. Это необязательный этап, однако, после этих действий он стал выглядеть намного лучше. Осталась последняя стадия — установка.

Для удобства людей часть воды из ручья, который находится возле дома, идет по 3–футовой трубе диаметром 4 дюйма. Именно к ней будет присоединен генератор, так что рыба, живущая в ручье, не пострадает.

После присоединения трубы и регулировки угла наклона турбина заработала. Средняя скорость вращения турбины — 110 об/мин, при такой скорости вырабатывается ток 2 А. Это значение можно улучшить, изменяя угол наклона трубы, топологию и расстояние между роторами. Через некоторое время работы генератора обнаружилось, что магниты ротора притягивают песок, поэтому необходимо сделать защитный кожух, чтобы механизм не засорялся. Но в целом генератор успешно работает, на его изготовление ушло всего 3 дня.

Перепечатано с сайта «Энергоэффективная Россия»

Бесплатное электричество — мини ГЭС своими руками

Если у Вашего жилища протекает река или даже небольшой ручей, то с помощью самодельной мини ГЭС Вы можете получить бесплатную электроэнергию. Возможно это будет не очень большое пополнение бюджета, но осознание того, что у Вас есть своя собственная электроэнергия — стоит гораздо дороже. Ну а если, например на даче, нет центрального электроснабжения — то даже небольшие мощности электроэнергии будут просто необходимы. И так, для создания самодельной гидроэлектростанции необходимо как минимум два условия — наличие водяного ресурса и желание.

Если и то и другое присутствует, то то первое, что нужно сделать – это измерить скорость потока реки. Сделать это очень просто — бросаете в реку веточку и замерьте время, в течении которого она проплывет 10 метров. Поделив метры на секунды, вы получите скорость течения в м/с. Если скорость меньше 1 м/с, то продуктивной мини ГЭС не получится. В этом случае можно попробовать увеличить скорость потока искусственно заузив русло или сделав небольшую плотину, если имеете дело с не большим ручьем.

Для ориентира, можно использовать соотношение между скоростью потока в м/с и мощностью снимаемой электроэнергии с вала винта в кВт (диаметр винта 1 метр). Данные экспериментальные, в реальности полученная мощность зависит от многих факторов, но для оценки подойдет.Так:

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 самодельной мини ГЭС пропорциональна кубу скорости потока. Как уже указывалось, если скорость течения недостаточная, попробуйте ее искусственно увеличить, если это конечно возможно.

Типы мини-ГЭС

Существует несколько основных вариантов самодельных мини гидроэлектростанций.

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.

Ротор Дарье

Это ротор с вертикальной осью вращения, используемый для генерации электрической энергии. 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. Эта конструкция была запатентована Жорж Жан-Мари Дарье, французским авиационным инженером в 1931 году. Также часто используется в конструкциях ветрогенераторов.

Гирляндная ГЭС

Гидроэлектростанция состоит из легких турбин — гидровингроторов, нанизанных и жестко закрепленными в виде гирлянды на тросе, переброшенном через реку. Один конец троса закрепляется в опорном подшипнике, второй — вращает ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращательное движение которого передается к генератору. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос.

Пропеллер

Также заимствован из конструкций ветровых электростанций, такой себе «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. Пропеллер движется не за счет давления воды, а за счет возникновения подъемной силы. Так же как крыло самолета. Лопасти пропеллера движутся поперек потока, а не увлекаются потоком в направлении течения.

Преимущества и недостатки различных систем самодельной мини ГЭС

Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих ( длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это своего рода небольшая плотина. Целесообразно использовать в безлюдных, удаленных местах с соответствующими предупредительными знаками. Возможно потребуется разрешение властей и экологов. Второй вариант — небольшой ручей у Вас в огороде.
Ротор Дарье — сложен в расчете и 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 — это плюс.

Наибольшее распространение при построении самодельных гидроэлектростанций получили схемы пропеллера и водяного колеса. Так как эти варианты сравнительно просты в изготовлении, требуют минимальных расчетов и реализуются при минимальных затратах, имеют высокий КПД, просты в настройке и эксплуатации.

Если у Вас нет водяного энергоресурса можете самостоятельно сделать домашнюю ветроэлектростанцию.

П

ример простейшей мини-ГЭС

Простейшую гидроэлектростанцию можно быстро соорудить из обычного велосипеда с динамкой для велофары. Из оцинкованного железа или не толстого листового алюминия надо заготовить несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см. Эти лопасти устанавливаются между спицами любым подручным способом или заранее заготовленными креплениями.
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. С глубиной погружения колеса с лопастями в воду можете поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.
Вариант походной ветроэлектростанции рассматривался ранее.

Такая микро ГЭС не занимает много места и отлично послужит велотуристам — главное наличие ручья или речушки — что обычно и есть в месте разбивки лагеря. Мини ГЭС из велосипеда сможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны или другие гаджеты.

Системы микрогидроэнергетики | Министерство энергетики

Энергосбережение

Изображение

Микрогидроэнергетика может быть одной из самых простых и последовательных форм возобновляемой энергии на вашем участке.

Если через вашу собственность протекает вода, вы можете подумать о строительстве небольшой гидроэлектростанции для выработки электроэнергии. Микрогидроэлектростанции обычно вырабатывают до 100 киловатт электроэнергии. Большинство гидроэнергетических систем, используемых домовладельцами и владельцами малого бизнеса, включая фермеров и владельцев ранчо, можно квалифицировать как микрогидроэнергетические системы. Но 10-киловаттная микрогидроэлектростанция обычно может обеспечить достаточно энергии для большого дома, небольшого курорта или хобби-фермы.

Микрогидроэнергетическая система нуждается в турбине, насосе или водяном колесе для преобразования энергии текущей воды в энергию вращения, которая преобразуется в электричество.

На нашей странице о планировании системы микрогидроэнергетики есть дополнительная информация.

Как работает система микрогидроэнергетики

Компоненты системы микрогидроэнергетики

Русловые микрогидроэлектростанции состоят из следующих основных компонентов:

Водопровод — канал, трубопровод или напорный трубопровод (водовод), который доставляет воду
Турбина, насос или водяное колесо — преобразует энергию текущей воды в энергию вращения
Генератор переменного тока или генератор — преобразует энергию вращения в электричество
Регулятор — управляет генератором
Электропроводка — подает электричество.

Изображение

Имеющиеся в продаже турбины и генераторы обычно продаются в комплекте. Системы «сделай сам» требуют тщательного согласования генератора с мощностью и частотой вращения турбины.

Многие системы также используют инвертор для преобразования низковольтного электричества постоянного тока (DC), производимого системой, в 120 или 240 вольт переменного тока (AC). (В качестве альтернативы вы можете купить бытовые приборы, работающие от постоянного тока.)

Будет ли микрогидроэнергетическая система подключена к сети или будет автономной, будет определяться баланс многих ее системных компонентов.

Например, некоторые автономные системы используют батареи для хранения электроэнергии, вырабатываемой системой. Однако, поскольку гидроэнергетические ресурсы, как правило, носят более сезонный характер, чем ветряные или солнечные ресурсы, батареи не всегда могут быть практичными для микрогидроэнергетических систем. Если вы все же используете аккумуляторы, они должны располагаться как можно ближе к турбине, потому что трудно передавать низковольтную энергию на большие расстояния.

Типы турбин

Импульсные турбины

Импульсные турбины, имеющие наименее сложную конструкцию, чаще всего используются в высоконапорных микрогидросистемах. Они полагаются на скорость воды, чтобы двигать турбинное колесо, которое называется бегунком. Наиболее распространенные типы импульсных турбин включают колесо Пелтона и колесо Турго.

Колесо Пелтона — использует концепцию реактивной силы для создания энергии. Вода подается в напорный трубопровод с узким соплом на одном конце. Вода струей брызжет из сопла, ударяя в двухчашечные ведра, прикрепленные к колесу. Воздействие струйной струи на изогнутые ковши создает силу, которая вращает колесо с высоким коэффициентом полезного действия 70–9.0%. Колесные турбины Пелтона доступны в различных размерах и лучше всего работают в условиях низкого расхода и высокого напора.
Импульсное колесо Turgo — модернизированная версия Pelton. В нем используется та же концепция струйного распыления, но струя Turgo, которая вдвое меньше Pelton, расположена под углом, так что струя струи попадает сразу в три ведра. В результате колесо Turgo вращается в два раза быстрее. Он также менее громоздкий, требует мало передач или вообще не нуждается в них, и имеет хорошую репутацию благодаря безотказной работе. Turgo может работать в условиях низкого расхода, но требует среднего или высокого напора.
Турбина Кролика Джека — турбина типа «капля в ручье», которая может генерировать энергию из ручья с глубиной воды всего 13 дюймов и без напора. Выходная мощность кролика Джека составляет максимум 100 Вт, поэтому в среднем дневная мощность составляет 1,5–2,4 киловатт-часа, в зависимости от вашего объекта. Иногда его называют погружным гидрогенератором Aquair UW.

Реакционные турбины

Реактивные турбины, которые обладают высокой эффективностью, зависят от давления, а не скорости для производства энергии. Все лопасти реактивной турбины постоянно контактируют с водой. Эти турбины часто используются на крупных гидроэлектростанциях.

Из-за своей сложности и высокой стоимости реактивные турбины обычно не используются в проектах микрогидроэнергетики. Исключением является пропеллерная турбина, которая имеет множество различных конструкций и работает так же, как гребной винт на лодке.

Пропеллерные турбины имеют от трех до шести обычно неподвижных лопастей, установленных под разными углами на рабочем колесе. Бульбовая, трубчатая и трубчатая Каплана являются вариантами пропеллерной турбины. Турбина Каплана, представляющая собой легко адаптируемую пропеллерную систему, может использоваться для микрогидроэлектростанций.

Насосы и водяные колеса

Обычные насосы могут использоваться вместо гидравлических турбин. Когда действие насоса меняется на противоположное, он работает как турбина. Поскольку насосы выпускаются серийно, вы найдете их легче, чем турбины. Насосы также дешевле. Однако для адекватной производительности насоса ваша микрогидроэлектростанция должна иметь достаточно постоянный напор и расход. Насосы также менее эффективны и более подвержены повреждениям.

Водяное колесо — старейший компонент гидроэнергетической системы. Водяные колеса все еще доступны, но они не очень практичны для производства электроэнергии из-за их низкой скорости и громоздкой конструкции.

Учить больше
Ссылки

Микрогидроэнергетические системы

Планирование системы микрогидроэнергетики
Узнать больше

Снижение потребления электроэнергии и затрат
Узнать больше

Планирование домашних систем возобновляемой энергии
Узнать больше

Оборудование баланса системы, необходимое для систем возобновляемой энергии
Узнать больше

Автономные или автономные системы возобновляемой энергии
Узнать больше

Основы микрогидроэнергетики
Национальная гидроэнергетическая ассоциация

Собери свой собственный гидрогенератор

Учреждения-источники

GreenLearning Canada

Добавить в список

Перейти к активности

Ссылка на активность не работает? Посмотрите, есть ли он в интернет-архиве

Учащиеся следуют инструкциям по сборке водяного электрогенератора с помощью турбины, сделанной из пластиковых ложек. Модель вырабатывает удивительное количество электроэнергии, достаточное для того, чтобы зажечь небольшую лампочку, и очень напоминает настоящие микрогидроэлектростанции. Используйте это задание, чтобы познакомить учащихся с возобновляемыми источниками энергии и водой как источником энергии. Основная веб-страница содержит ссылки на другие связанные ресурсы. Рекомендуется наблюдение взрослых.

Время подготовки:: от 5 до 10 минут
Время обучения:: от 1 до 2 часов
Ориентировочная стоимость материалов:: 10–20 долларов США за учащегося
Возрастной диапазон:: Возраст от 11 до 18 лет
Типы ресурсов:: Активность, модель
Язык:: Английский

Список материалов (на одного учащегося)

Электрическая дрель со сверлом 1/4 дюйма
Ножницы
Изолента
Линейка
Гвоздь или шило 10 см (3,5 дюйма)
Пистолет для горячего клея с 3 клеевыми стержнями
Белый клей
Универсальный нож
Точилка для карандашей
Перманентный фломастер
Магнитный компас
Кусачки
Перчатки
Защитные очки
Бумажные шаблоны
Пластиковый кувшин объемом 4 л (прямоугольной формы, для уксуса, жидкости для омывания ветрового стекла и т. п. — см. иллюстрацию)
10 пластиковых ложек
1 большая пробка (от 3,5 до 5 см)
Эмалированный магнитопровод, калибр 24 (прибл. 100 м)
Пенопласт или плотный гофрированный картон (прибл. 22 см на 30 см)
Деревянный дюбель диаметром 6 мм (1/4 дюйма) (длиной 20 см)
4 керамических или редкоземельных магнита (18 мм или больше)
Трубка из прозрачного винила (длина 6 см, внутренний диаметр 1/4 дюйма)
4 латунные бумажные застежки

Ключевые слова

электричество
турбина
возобновляемая энергия
микро-гидро
прямоточная гидросистема
малоударная гидросистема
цепь
магниты
переменный ток
плотин
чистая энергия

Субъекты

Науки о Земле и космосе
- Земляная конструкция
  - Океаны и вода
Инженерия и технологии
- Машиностроение
  - Электротехника
  - Экологическая инженерия
- Технология
Физические науки
- Электричество и магнетизм
  - Электрические заряды и токи
  - Электромагнитные поля
  - Электрические цепи
- Энергия
  - Работа и машины
- Движение и силы
  - Машины
  - Вращательное движение
Природа технологии
- Технология и общество
  - Технологии и окружающая среда

Неофициальные категории

Аудитория

Чтобы использовать это задание, учащимся необходимо:

см.