В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых...

В связи с постоянным удорожанием углеводных энергоносителей, специалисты обращают все большее внимание на преимущества, которые дает использование электроэнергии, полученной более экономным способом. Одним из самых экономных и экологически чистых способов получения электроэнергии является гидроэлектростанция для дома, затраты на которую сводятся к первичному строительству и техническому обслуживанию оборудования. Но не каждая местность имеет природные возможности для строительства подобных сооружений, для которых необходим мощный водный поток и большой перепад высот, создаваемых плотиной, в этом случае на помощь энергетикам приходят мини ГЭС.

Принцип работы и мини ГЭС

Принцип работы этого оборудования достаточно прост, что добавляет ему надежности. Водный поток, попадая на лопасти турбины, вращает гидропривод, сопряженный с электрогенератором, который и обеспечивает выработку электроэнергии под управлением контролирующей системы.
Современные мини ГЭС оборудованы системой управления, дающей возможность осуществлять работу в автоматическом режиме с мгновенным переходом на ручное управление в случае возникновения аварийной ситуации. Многоуровневая система защиты позволяет избежать перегрузок оборудования при изменении внешних условий. Конструкция станций позволяет минимизировать проведение строительных работ во время установки необходимого оборудования.

Разновидности мини ГЭС

Мини гидроэлектростанция – это оборудование мощностью от 1 до 3000 кВт, которое включает в себя водозаборное устройство (турбину), генерирующий энергоблок и систему управления оборудованием.
В зависимости от используемых водных ресурсов мини ГЭС делятся на несколько категорий:

• русловые станции, использующие энергию небольших рек с организованными водохранилищами. Применяются в основном на равнинной местности;
• стационарные станции, использующие энергию быстрого течения при эксплуатации горных рек;
• станции, использующие перепады водного потока на промышленных предприятиях;
• мобильные станции, использующие для организации потока армированные рукава.

Согласно ожидаемому напору водного потока проектируется соответствие гидроагрегата и его турбины мощности электрогенерирующего блока для обеспечения необходимой частоты вращения генератора и облегчения создания необходимой частоты тока.

Для различных условий работы мини ГЭС разработаны соответствующие конструкции турбин:

• при большом напоре водяного потока более 60 м применяют радиально-осевые и ковшовые турбины;
• при средней интенсивности потока 25 - 60 м хорошо зарекомендовали себя турбины поворотно-лопастной и радиально-осевой конструкции;
• на низконапорных потоках выгодней использовать поворотно-лопастные и пропеллерные конструкции, помещенные в железобетонные камеры.

Видео домашней гидроэлектростанции сделанной своими руками

Особенности подключения мини ГЭС

Устройство этого оборудования позволяет подключать станции непосредственно к сети электроснабжения, в этом случае используется синхронный генератор. Для создания локальной сети используют асинхронный агрегат, который комплектуется блоком балластной нагрузки, необходимой для рассеивания избыточной мощности во избежание выхода из строя систем подачи электроэнергии и скачкообразных изменений основных параметров сети.

Преимущества и недостатки мини ГЭС

К преимуществам работы подобных систем можно отнести:

• экологическую безопасность оборудования и отсутствие необходимости затопления больших площадей;
• низкую стоимость получаемой электроэнергии, которая в разы дешевле вырабатываемой на ТЭС;
• простоту и надежность применяемого оборудования и возможность его работы в автономном режиме;
• неисчерпаемость используемого природного ресурса

К недостаткам относятся:

• перебои в электроснабжении определенных регионов при выходе оборудования из строя, с случае использования мини ГЭС, как локального источника. Это компенсируется наличием аварийного источника энергоснабжения, подключаемого автоматически;
• слабая производственная и ремонтная база этой отрасли энергообеспечения в нашей стране.

Поскольку тарифы на электроэнергию в последнее время начали расти, все большую актуальность среди населения приобретают возобновляемые источники электроэнергии, позволяющие получать электричество практически бесплатно. Среди известных человечеству подобных источников стоит выделить солнечные батареи, ветрогенераторы, а также домашние гидроэлектростанции. Но последние являются достаточно сложными, ведь работать им приходится в очень агрессивных условиях. Хотя это вовсе не говорит, что мини-ГЭС своими руками соорудить невозможно.

Чтобы сделать все правильно и качественно, главное – подобрать правильные материалы. Они должны обеспечивать максимальную долговечность работы станции. Создаваемые своими руками домашние гидрогенераторы, мощность которых сравнима с аналогичной у солнечных батарей и ветряков, могут производить гораздо больший объем энергии. Но хотя от материалов и зависит многое, на них все не заканчивается.

Разновидности мини-гидроэлектростанций

Существует большое количество разнообразных вариаций мини-ГЭС, каждая из которых имеет свои преимущества, особенности и недостатки. Выделяют следующие виды этих устройств:

• гирляндную;
• пропеллерную;
• ротор Дарье;
• водяное колесо с лопастями.

Гирляндная ГЭС состоит из троса, на котором закреплены роторы. Такой трос перетягивают через реку и погружают в воду. Поток воды в реке начинает вращать роторы, которые в свою очередь крутят трос, на одном конце которого расположен подшипник, а на втором – генератор.

Следующий вид – это водяное колесо с лопастями. Его устанавливают перпендикулярно водной глади, погружая меньше чем наполовину. Поскольку поток воды воздействует на колесо, оно вращается, и заставляет крутиться генератор для мини-ГЭС, на котором закреплено это колесо.

Классическое водяное колесо - хорошо забытое старое

Что касается пропеллерной ГЭС, то представляет она собой ветряк, расположенный под водой с вертикальным ротором. Ширина не превышает 2 сантиметров. Подобной ширины для воды хватает, ведь именно такой номинал позволяет производить максимальное количество электроэнергии при минимальном сопротивлении. Правда, эта ширина оптимальна только для скорости потока до 2 метров в секунду.

Что касается других условий, то параметры лопастей ротора рассчитывают отдельно. А ротор Дарье является вертикально расположенным ротором, действует который по принципу перепада давления. Все происходит аналогично с крылом самолета, на который воздействует подъемная сила.

Преимущества и недостатки

Если рассматривать гирляндную ГЭС, то у нее имеется ряд очевидных недочетов. Во-первых, длинный трос, используемый в конструкции, представляет опасность для окружающих. Также большую опасность представляют скрытые под водой роторы. Ну а вдобавок, стоит отметить низкие показатели КПД и большую материалоемкость.

Что касается недостатков ротора Дарье, то чтобы устройство начало вырабатывать электроэнергию, его нужно предварительно раскрутить. Правда, при этом отбор мощности производится прямо над водой, так что как бы ни изменился поток воды, генератор будет вырабатывать электричество.

Все вышеперечисленное является факторами, которые делают более популярными гидротурбину для мини-ГЭС и водяные колеса. Если рассматривать ручное сооружение подобных устройств, то они не так уж и сложны. А в добавок, при минимальных затратах такие мини-ГЭС способны выдавать максимальные показатели КПД. Так что критерии популярности очевидны.

С чего начинать строительство

Возведение мини-ГЭС своими руками стоит начинать с измерения скоростных показателей течения рек. Это делается очень просто: достаточно отметить вверх по течению расстояние в 10 метров, взять в руки секундомер, бросить щепку в воду, и засечь время, за которое она пройдет отмеренную дистанцию.

В конечном итоге, если 10 метров разделить на количество затраченных секунд, получится скорость реки в метрах в секунду. Стоит учитывать, что нет толку сооружать мини-ГЭС в местах, в которых скорость потока не превышает 1 м/с.

Если водоем находится далеко, можно соорудить обходной канал

Если нужно разобраться, как делают мини-ГЭС в местности, где небольшая скорость реки, то можно попытаться добиться увеличения потока путем организации перепада высот. Сделать это можно через установку сливной трубы в водоем. При этом диаметр трубы будет непосредственно влиять на скорость потока воды. Чем меньше будет диаметр, тем быстрее будет течение.

Подобный подход позволяет организовать мини-ГЭС даже в том случае, если возле дома будет проходить небольшой ручеек. То есть на нем организовывается разборная плотина, ниже которой производится монтаж непосредственно мини-гидроэлектростанции для питания дома и бытовых приборов.

Мини ГЭС – это малая гидроэлектростанция, которая вырабатывает не большое количество электрической энергии.

Принцип работы мини ГЭС

Принцип работы малых гидроэлектростанций ничем не отличается от принципа работы станций большой мощности. Вода водного образования, реки, озера, водохранилища, под действием напора, создаваемого своей массой, перемещается в заданном направлении и поступает на лопасти гидравлической турбины. Турбина передает свое вращательное движение на вращательное движение генератора, который вырабатывает электрический ток.
Напор воды создается путем строительства плотины или естественным течением воды, либо обоими способами одновременно.

Классификация устройств

Малыми считаются гидроэлектростанции вырабатывающие мощность до 5,0 МВт.
Существующие малые гидроэлектростанции классифицируются по:

1. Принципу действия

• Использование «водяного колеса» – в этом случае приемное колесо помещается в водную среду параллельно поверхности воды, при этом погружается лишь частично. Водные массы осуществляя давление на лопасти колеса, приводят его во вращательное движение, которое передается на вращательное движение генератора.
• Гирляндная конструкция – в данной варианте устройства с противоположных берегов прокладывается трос, на который жестко крепятся роторы. Массы воды поступательно перемещаясь вращают роторы. Вращательное движение роторов передается на трос, который, в свою очередь, вращаясь передает свое вращательное движение на вращательное движение генератора. Генератор устанавливается на берегу.
• С ротором Дарье – основой работы устройств данного типа является разность давлений на лопастях ротора. Разность давлений создается путем обтекания водой сложных поверхностей ротора.
• С пропеллером – принцип действия аналогичен работе ветрового генератора, с разницей в том, что в случае мини ГЭС лопасти помещены в водную среду.

2. Возможности применения

• Промышленное использование (180 кВт и выше) — используются для электроснабжения предприятий или реализации потребителям.
• Коммерческое использование (до 180 кВт) — используют для электроснабжения мало энергоемких предприятий и группы домов.
• Бытовое использование (до 15 кВт) — используются для электроснабжения индивидуальных домов и малых объектов.

3. По конструкции турбины

• Осевые – в агрегатах этой конструкции вода движется вдоль оси турбины и попадет на лопасти, которые приходят во вращение.
• Радиально-осевые – в этой конструкции вода изначально движется радиально по отношению оси турбины, а затем в соответствии с осью ее вращения.
• Ковшовые — вода поступает на поверхность ковша (лопатки) через сопла, благодаря которым скорость воды увеличивается, она ударяется о лопатку турбины, турбина вращается, в работу вступает следующая лопатка и процесс продолжается
• Поворотно-лопастные — лопасти поворачиваются вокруг своей оси одновременно с вращением турбины.

4. По условиям монтажа

Плюсы и минусы устройства

К преимуществам использования можно отнести:

• Экологическую безопасность установок для окружающей среды;
• Неисчерпаемый источник энергии;
• Низкая стоимость вырабатываемой энергии;
• Автономность работы установок;
• Надежность установок;
• Продолжительный срок эксплуатации.

К минусам использования относятся:

• Потенциальная опасность для обитателей водных объектов;
• Ограниченная возможность условий монтажа установки.

Производители установок и оборудования

Производством оборудования для мини ГЭС занимается ограниченное количество предприятий как в нашей стране, так и за рубежом. Объясняется это ограниченностью применения малых гидроэлектростанций обусловленную малым наличием необходимых водных объектов, а также тенденциями развития энергетики в разных странах.

Из зарубежных фирм успешно работающих в этой области бизнеса это

• «CINK Hydro-Energy» Республика Чехия – выполняет весь комплекс работ от проектирования и поставки оборудования, до монтажа и запуска установок в работу.
• «Micro hydro power» Китай – производит и реализует комплекты оборудования для небольших установок бытового применения.
• Инженерно-техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан. Компания производит и реализует гидрогенераторы для малых ГЭС.

В России на этом рынке работают

• ООО «АЭнерджи» г. Москва. Компания занимается поддержкой развития альтернативных источников энергии. В области малой гидроэнергетики компания предлагает весь спектр услуг от проектирования до сервисного обслуживания сданных установок.
• Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» г. Санкт-Петербург. Фирма занимается проектированием и разработкой оборудования для мини ГЭС, изготовлением и монтажом своей продукции. В линейке выпускаемой продукции имеется:
  • Мини ГЭС с пропеллерным рабочим колесом мощность от 5,0 до 100 кВт;
  • Мини ГЭС с диагональным рабочим колесом, мощностью 20,0 кВт;
  • Мини ГЭС с ковшовым рабочим колесом мощностью до 180 кВт;
  • Гидроагрегаты для малых ГЭС.
• Компания «НПО Инверсия» г. Екатеринбург. Фирма производит оборудование и комплекты мини ГЭС мощностью до 10 кВт.

Мини ГЭС своими руками

Для того чтобы изготовить своими руками необходима смекалка, умение работать руками и водный объект,
да кое-что по мелочам, как то автомобильный генератор, колесо от любого средства передвижения и передаточный механизм (шкивы, шестерни, зубчатая передача).

В начале необходимо изготовить водяное колесо. Для этого берется колесо от велосипеда, мотоцикла или автомобиля. По диаметру колеса крепятся лопасти, для это можно использовать любой материал, лишь бы он был прочным и не гнулся – железо, фанера, твердый пластик, эбонит и т.д. Крепить лучше всего болтовым соединением, чтобы была возможность заменить поврежденные в процесс работы лопасти. Лопасти располагаются на равном расстоянии друг от друга.

Изготавливается каркас, на котором закрепляется колесо. В местах крепления к каркасу необходимо предусмотреть установку подшипников в которые вставляется ось вращения колеса. На один конец оси монтируется большой шкив или большая по размеру звездочка. На ось генератора насаживается малый шкив или меньшая звездочка.

Вариант самодельной мини ГЭС с вертикальной установкой колеса

Колесо помещается в воду, это может быть вертикальная установка в плоскости перпендикулярной поверхности воды, либо горизонтальная – когда колесо погружается в воду целиком. Во втором случае необходимо учесть, что колесо должно быть погружено в воду не более чем на 2/3 толщины диска.
Шкивы между собой соединяются посредством ремня, а звездочки посредством цепи.

Система готова к работе.

Наиболее распространенными среди альтернативных источников энергии являются ветровые генераторы, однако они в значительной мере зависят от погодных условий. При отсутствии ветра или слабом его потоке они оказываются не эффективными. Для нормальной работы таких генераторов хороши районы, где среднегодовые показатели скорости ветра не ниже 5-6 м/с и выше.

В России районов с интенсивными ветрами не так много, степи и черноморское побережье Кубани, дальневосточное побережье и еще до десятка незаселенных территорий или малых по площади.

В средней полосе, в горах Кавказа, Урала, Алтая и других регионах, где есть небольшие, но стремительные реки, притоки, ручьи люди забывают про возможности использования гидрогенераторов.

Не рационально отказываться от их использования, это гарантированный источник электроэнергии, ведь река со стабильным уровнем и потоком гораздо надежнее переменчивого ветра.

Расчет мощности и выбор конструкции

В сущности, электрическая часть устройства ветрогенератора не отличается от гидрогенератора, принцип аналогичный преобразовать механическую энергию вращения в электрическую.

Отличие в движущей силе ветер или вода, принципиально будут отличаться устройства привода. Вместо пропеллера в гидрогенераторах применяются колеса барабанного типа с лопастями.

Гидрогенератор своими , если они растут из нужного места собрать не сложно, при наличии ветрового генератора, остается сконструировать и собрать гидропривод для его вращения.

В таких случаях, чтобы генератор вращался с нужной скоростью, часто приходится использовать редукторы, для изменения силы и скорости вращения, которые зависят от водного потока.

Просчитано что мощность наливного колеса существенно больше, чем подливного, наливное это когда поток воды падает на лопасти приводного колеса сверху, подливное колесо вращается потоком снизу.

Поэтому, исходя из своих условий, используйте по возможности конструкцию наливного колеса. Однако такое колесо имеет и свои недостатки:

• вращение его медленнее
• требует возведение дополнительных конструкций

На фото выше используется наливное колесо с прямым приводом на самодельный дисковый генератор с постоянными магнитами, конструкцию которого рассмотрим ниже.

В конструкциях приводного механизма можно использовать элементы транспортных средств:

• диски
• звездочки
• шестерни
• цепи и ремни

В некоторых случаях применяют даже коробки передач от мопедов и мотоциклов, на диски больших тракторных колес приваривают лопасти.

Варианты используемых генераторов и подключения к нагрузке

Генераторы можно использовать автомобильные, автобусные, лучше всего малооборотные тракторные на постоянных магнитах.

Они надежнее, проще в эксплуатации и ремонте, у них нет щеток.

1. генератор Г250-Г1 2. Р362 реле-регулятор 3. автомобильный аккумулятор 4. амперметр 5 и 6 переключатели 7 предохранитель 8 наргузка.

В зависимости от ваших условий и возможностей можете использовать генераторы на 24В.

1. Генератор Г-228 2. регулятор напряжения 11.3702 3. аккумуляторы по 12В, соединенные последовательно 4. Амперметр для измерения тока зарядки 5 и 6 переключатели 7. нагрузка.

В самом простом случае вы можете использовать аккумуляторы 6СТ-75, но для надежности конечно лучше поставить, новые литий-ионные стартерные аккумуляторы. Они конечно дороже, но легче по весу, чем свинцово-кислотные, меньше по габаритам, больше по емкости в А/Ч, срок службы гораздо дольше, превосходят свинцовые по всем параметрам.

Это решает каждый сам в зависимости от назначения генератора, условий эксплуатации и финансовых возможностей.

Если вы собираетесь использовать гидрогенератор для питания бытовых электроприборов рассчитанных на питание промышленной сети 220/50Гц, придется использовать преобразователи напряжения и тока.

Эти приборы постоянный ток аккумулятора в 12 или 24 В преобразуют в переменный ток напряжением 220В. Они бывают разные по мощности, выбирать нужно в зависимости от тока какую максимальную нагрузку вы собираетесь использовать.

Подключаются они по вышеуказанной схеме вместо нагрузки, самый простой преобразователь не большой мощности можно собрать самому.

Эта схема проверена годами, работает как часы, проста, не требует настройки. Недостаток то, что она маломощная 100Вт.

Используйте экономные лампы дневного света по 13-15Вт или светодиодные по 5-10 Вт вполне достаточно для освещения на ночь частного дома, гаража и, даже, двора. 15 ватные лампы по яркости светят как 80Вт лампы накаливания.

Если вам требуется большая мощность, чтобы полноценно эксплуатировать электросети можно купить промышленные преобразователи. В продаже большой ассортимент 12/220В; 24/220В; 48/220В, по мощности до5кВт и более.

Инвертор Pulso IMU-800 преобразует постоянный ток напряжением 12В в переменный на 220В/50Гц. максимальная мощность на выходе 800Вт. Этого вполне
достаточно для освещения, подключения телевизора, холодильника, для утюгов и кипятильников понадобятся более мощные инверторы.

Сборка самодельного генератора на магнитах

Многие делают гидрогенератор электричества своими руками, используя методику сборки генератора на ниодимовых магнитах. За основу, на которой будет крепиться вся конструкция можно взять ступицу автомобильного колеса с тормозным диском.

Заводская сборка, надежная и хорошо сбалансированная, на вращающейся части крепятся диски с постоянными магнитами, между которыми будет зафиксирован диск с обмотками ротора.

Преимущество генератора на постоянных магнитах в том, что магнитное поле управляемое, это достигается:

• минимальным зазором между ротором и статором
• через магнитно-проводящий диск силовые линии всех магнитов связаны между собой

Поэтому диски вращающегося ротора должны быть магнитно-проводящие, при другом материале мощность генератора снизится в два раза. Диски расчерчиваем на 12 одинаковых секторов потом, равномерно по периметру диска в каждом секторе приклеиваем супер клеем магниты диаметром 25мм толщиной 5мм.

Полюса магнитов чередуется через один (S-N-S-N….) и так далее по кругу. Можно увеличить количество магнитов и обмоток, будет больше полюсов, это позволит при меньших оборотах достичь большей мощности.

Но в нашем случае 12 магнитов, обмотки с проводом 08-1 мм, по 100 витков генерируют достаточную мощность для зарядки 12 В, стартерного аккумулятора.

Колесо диаметром 5 м, вращаясь со скоростью 150 об/м, выдает ток не мене 1А, при оборотах 200 токи зарядки достигают 4А, этого вполне достаточно.

Схема подключения обмоток

Диаметр диска делаем 30-35 см в зависимости от размеров ступицы, которую вы выбрали.

В нашем варианте магниты круглые, но лучше ставить прямоугольные 35х25х5мм, больше магнитный поток, соответственно больше мощность генератора.

При этом, обмотки статора делаются овальные, с размеры магнитов. При установке статора магниты должны совпадать с центром обмоток.

Толщина диска статора с обмотками должна быть одинакова с толщиной дисков с магнитами. Обмотки размещаем на фанерном диске и подключаем последовательно между собой по указанной схеме в звезду.

После соединения и изоляции контактов, провода аккуратно укладываются по внутреннему диаметру так, чтобы не касались вращающихся частей конструкции. После чего заливаются эпоксидной смолой. Для надежности можно залитую поверхность накрыть стекловолокном, немного прижать, потом сверху еще раз обильно пропитать стеклоткань эпоксидной смолой.

Такие меры исключают механические повреждения обмоток и попадания влаги. После просушки, собираем пластины генератора на платформе ступицы.

Через отверстия для крепления, надеваем первый диск на длинные болты вращающегося диска ступицы, магниты наружу фиксируем зажимными гайками.

Следующий одевается диск статора с обмотками и в последнюю очередь второй диск магнитами во внутрь. Диски фиксируются натяжными гайками так, чтобы зазор между ними был равномерный по всей плоскости и составлял не более 3мм. После сборки прокрутите для проверки на отсутствие вибрации и биений, при необходимости отрегулируйте.

Собирая гидрогенератор своими руками в домашних условиях, вы должны понимать, что прямое соединение генератора с колесом упрощает конструкцию, но не всегда бывают такие идеальные условия подачи водного потока на колесо.

В некоторых местах приходится применять схемы передачи крутящего момента через систему дополнительных валов, шестеренок или ременных передач, это снижает мощность.

Для тех, кто не хочет много мотать, сверлить и клеить есть совсем простые варианты можно купить надежный китайский генератор, ручного привода, точнее ножного. Такие генераторы применяют в велосипедных тренажерах, совмещают приятное с полезным, удобные при чрезвычайных ситуациях.

Генераторы NJB-800-12 очень практичны, имеют красивый дизайн, компактные.

При скорости вращения 250 оборотов на выходе мощность 500Вт, при 500 оборотах 800Вт. 12В.

Его удобно перевозить в багажнике автомобиля на кемпинг, для использования водных ресурсов надо присоединить только лопасти на колесо.

Все хорошо, но один недостаток: стоит это почти 30 тыс. рублей, не каждый может себе позволить. При наличии подходящего водного источника, современные технологии позволяют самостоятельно сделать надежный гидрогенератор, самый главный элемент в этом проекте это ваше желание. Как сделать ручной генератор на видео:

Сила водного потока – это возобновляемый природный ресурс, позволяющий получать практически бесплатное электричество. Подаренная природой энергия предоставит возможность сэкономить на коммунальных услугах и решить проблему с подзарядкой техники.

Если рядом с вашим домом протекает ручей или река, ими стоит воспользоваться. Они смогут обеспечить электроэнергией участок и дом. А уж если построена гидроэлектростанция своими руками, экономический эффект возрастает в разы.

В представленной статье детально описаны технологии изготовления частных гидротехнических сооружений. Мы рассказали о том, что потребуется для устройства системы и подключения ее к потребителям. У нас вы узнаете о всех вариантах миниатюрных поставщиков энергии, собранных из подручных материалов.

Гидроэлектростанции – это сооружения, способные преобразовать энергию движения воды в электричество. пока активно эксплуатируются только на Западе. На территории нашей страны эта перспективная отрасль лишь делает первые робкие шаги.

Галерея изображений