Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Читайте также:  Настенные светильники: классификация, как правильно выбрать

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.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) 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.

Выводы

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.

Мини ГЭС своими руками. Промышленные аналоги

   В последнее время, из-за роста тарифов на электроэнергию, все более актуальными становятся возобновляемые источники практически бесплатной энергии.

 Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС) (Мини ГЭС), последние наиболее сложные.

Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

   При изготовлении самодельного гидрогенератора нужно больше потрудиться и выбрать более качественные материалы, чтобы обеспечить его долговечность. Зато такой генератор (при равной мощности с ветряком и солнечной батареей) выдаст, за равный промежуток времени, гораздо больше энергии.

Что и как делать?

   Наиболее просто делать бесплотинные ГЭС, т.к. сооружение плотины достаточно сложное и дорогое дело и часто требует согласования с местными властями или, по крайней мере, с соседями. Бесплотинные ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств: водяное колесо, гирляндная ГЭС, ротор Дарье и пропеллер.

Типы мини-ГЭС

Водяное колесо

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

   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.

Гирляндная ГЭС

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

   Представляет собой трос, с жестко закрепленными на нем роторами. Трос перекинут с одного берега реки на другой. Роторы как бусы нанизаны на трос и полностью погружены в воду. Поток воды вращает роторы, роторы вращают трос. Один конец троса соединен с подшипником, второй с валом генератора.

Ротор Дарье

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

   Это 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.

Пропеллер

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

   Это 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.

Достоинства и недостатки различных систем для создания самодельной ГЭС

   Недостатки гирляндной ГЭС очевидны: большая материалоемкость, опасность для окружающих ( длинный подводный трос, скрытые в воде роторы, перегораживание реки), низкий КПД. Гирляндная ГЭС – это небольшая плотина.

Ротор Дарье сложен в 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.

   Таким образом, с точки зрения простоты изготовления и получения максимального КПД с минимальными затратами, необходимо выбрать конструкцию типа водяное колесо или пропеллер. Большинство самоделок используют именно эти варианты.

С чего начать?

   Если вы решились построить свою мини ГЭС, то первое, что нужно сделать – это измерить скорость течения реки.

Осуществить это довольно просто: вооружитесь секундомером, отмерьте шагами 10 метров вверх по течению, бросьте в воду щепку и замерьте время прохождения этих 10 метров.

Поделив метры на секунды, вы получите скорость потока. Опыт показал, что если скорость меньше 1 м/с, то эффективной ГЭС не получится.

   Для примера, можно привести соотношение, полученное экспериментальным путем, между скоростью потока м/с и мощностью снимаемой с вала винта кВт (диаметр винта 1 метр). Итак: 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 пропорциональна кубу скорости потока. Если скорость потока в вашем водоеме недостаточная, попробуйте организовать достаточный перепад высот для потока жидкости.

 Это можно сделать, установив сливную трубу из пруда или заключив ручеек в трубу и организовав плавное изменение диаметра трубы. Чем меньше будет диаметр в конце трубы, тем больше будет скорость потока.

Если рядом с вами протекает только небольшой ручей, то можно сделать маленькую разборную плотину, а за плотиной поставить вашу ГЭС.

Примеры изготовления

   Можно привести несколько примеров самодельных мини ГЭС. Начнем с простейшего, который не отнимет у вас много времени, но поможет создать представление, как это работает.

   Возьмем обычный велосипед с велогенератором (динамо машиной) и велофарой. Из кровельного железа или из листового алюминия вырежем несколько лопастей (2-3). Лопасти должны быть длиной от обода колеса до втулки, а шириной 2-4 см. Лопасти устанавливаются между спицами, для крепления их края загибают плоскогубцами вокруг спиц. Так как металл лопастей тонкий, это не сложно сделать.

   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.

   Такая мини ГЭС, зто большое подспорье велотуристам, если они остановились на берегу реки с быстрым течением. Вода поможет освещать палатку и заряжать сотовые телефоны. С глубиной погружения колеса можно поэкспериментировать. Обычно его погружают от одной трети до половины.

   Другой пример гидрогенератора – это мини ГЭС для электроснабжения небольшого фермерского хозяйства, мощностью 3-5 кВт. Мощность потока, вращающего колесо, составляет примерно 100 литров в секунду. Для изготовления использовались только подручные материалы, из тех. Что можно найти на свалке.

   Ротор-колесо был сделан из металлического барабана от кабеля. Диаметр барабана 2200 мм. Барабан разрезали болгаркой и переварили. Расстояние между щечками составило 300 мм. Под углом 45 градусов к радиусу вварили 18 лопастей. Материал лопастей – это остатки от разрезанного барабана. Барабан вращается на подшипниках, в качестве опоры для конструкции применена рама из труб или уголков.

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

   Самодельные лопасти

   На колесе смонтирован цепной редуктор, с коэффициентом передачи равным четырем. Далее вращение передается через карданный вал от «Жигулей» ВАЗ 2101.

Кардан позволяет уменьшить вибрацию и снизить требования к соосности привода и генератора. Генератор и прочая электрика и механика, связанная с ним, закрыты водонепроницаемым кожухом (контейнером).

Это сделано из соображений безопасности и долговечности.

   Внутри кожуха установлен повышающий редуктор с коэффициентом 40 и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора примерно 3000 оборотов в минуту. Общий коэффициент редуцирования двух редукторов (цепного и шестеренчатого) 160. Таким образом, водяное колесо вращается со скоростью около 18-20 оборотов в минуту.

   В качестве генератора был использован списанный асинхронный двигатель, блок управления взят от старой списанной кормодробилки 1953 года выпуска. От генератора до фермы протянут кабель ВВГ НГ 2х4 квадрата. Кабель закреплен на самодельных столбах.

   Материалы и изготовление обошлись в 1500 $. Большая часть денег это оплата рабочим и сварщику. Сумма может быть и меньше, ведь у нас есть много свалок, куда выбрасывают вполне работоспособное оборудование и собственные голова и руки помогут вам экономить деньги.

Что предлагает промышленность

Автономная мини-гидроэлектростанция (ГЭС) своими руками

   В настоящий момент на просторах Таможенного Союза мало предприятий предлагают мини ГЭС по приемлемым ценам. Например, аналогичная мини ГЭС (3-5кВт) обошлась бы в 300-400 тысяч рублей. Более подробно с конкретикой вопроса можно ознакомиться по ссылкам:

  • Гидрогенераторы и гидроэнергетика — http://energyservice.sitecity.ru/stext_1101130058.phtml
  • Мини ГЭС 10 Пр — http://www.inset.ru/r_offers/MHPP-10Pr.htm 
  • Интересные рукавные всесезонные гидроэлектростанции Луч-1 и Луч-2 — http://iis97.narod.ru/pr12.htm 
  • Гидрогенераторы — http://www.powerpal.com/ 
  • Необычные бесплотинные ГЭС нового поколения — http://www.rusphysics.ru/articles/221/ 
  • Ещё о бесплотинных ГЭС — http://www.ntpo.com/techno/techno2_2/10.shtml 
  • Пособие по применению — http://www.sgp.uz/userfiles/MikroGES%20rus-new.pdf 
  • Микро гидротурбина — http://www.lpelectric.ro/ro/products/hydro/turbine_ro.html 
  • Гидрогенераторы — http://www.made-in-china.com/products-search/hot-china-products/Hydro_Turbine.html 

Выводы

   Чем дольше живешь, тем больше понимаешь, что кризис гнездится в головах наших руководителей. Мы талантливые люди и у нас есть миллионы направлений что-то изменить к лучшему. Нам есть, к чему стремится – самый длинный путь начинается с первого шага. Сделайте его и опишите свои достижения. Поделитесь своим опытом.

Читайте также:  Газификация промышленных объектов: как газифицировать предприятие

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Мини-гидроэлектростанция для частного дома своими руками

27 марта 2019

Гидроэлектростанции используют силу воды для получения электрической энергии. Самостоятельно изготовленные станции решают проблему удаленности от централизованных электросетей или помогают сэкономить на электричестве.

Преимущества и недостатки ГЭС

Гидроэлектростанции обладают следующими преимуществами перед другими видами альтернативных источников энергии:

  • Не зависят от погоды и времени суток (в отличие от солнечных электростанций). Это позволяет вырабатывать большее количество энергии с предсказуемой скоростью.
  • Мощность источника (реки или ручья) можно регулировать. Для этого достаточно заузить русло плотиной либо обеспечить перепад высот воды.
  • Гидроустановки не издают никакого шума (в отличие от ветряков).
  • Для многих типов станций небольшой мощности не требуется никаких разрешений на установку.

К минусам самодельных ГЭС относится невозможность работать в мороз. Кроме того, водная среда является агрессивной, поэтому детали станции должны быть водостойкими и прочными.

Скорость течения и способы его усиления

При проектировании мини-ГЭС для использования в качестве альтернативного источника энергии для собственного дома решающими должны быть следующие факторы:

  • Близость реки к дому. Устанавливать самодельную станцию в удалении от дома не стоит. Чем дальше установка, тем ниже ее эффективность, потому что часть энергии будет потеряна при передаче. Кроме того, так сложнее уберечь вашу ГЭС от кражи или порчи.
  • Достаточная скорость течения или возможность его увеличения. Мощность станции увеличивается в геометрической прогрессии при увеличении скорости воды.

Узнать скорость несложно. Бросьте кусочек пенопласта или теннисный шарик в воду и засеките время, за которое он проплывет определенную дистанцию. Затем разделите метры на секунды и вы узнаете скорость. Минимально достаточная скорость воды для самодельной ГЭС — 1 м/с.

Если скорость течения вашей реки или ручья ниже этого значения, то ее усилит маленькая плотина либо сужающаяся труба. Но эти варианты могут вызвать дополнительные трудности. Строительство плотины требует разрешения от властей, а также согласия соседей.

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.

Мини-ГЭС своими руками

Чуть раньше в статье о возможности обустройства автономного жилья уже шла речь о компактных частных гидростанциях. Понятно, что сделать такую станцию можно только при наличии рядом реки или хотя бы крупного ручья, то есть проточной воды. Давайте разберемся с возможными конструкциями и способами повысить энергоэффективность частной ГЭС.

Один из самых простых как в изготовлении, так и в эксплуатации (но не самый эффективный, к сожалению) вариант — водяное колесо. Такую конструкцию использовали очень давно, не превращая механическую энергию в электрическую. По сути дела, это был один из первых двигателей постоянного действия.

По сути это сдвоенное колесо, два обода которого насажены на длинную ось. Между ободьями закреплены под определенным углом лопасти. Вода, падая сверху на лопасти (как показано на фото выше) или толкая их снизу, вращает колесо. Вращение передается на ось. Далее полученное вращательное движение можно использовать либо для работы любого другого механизма, либо превратить в электроэнергию.

Разное направление потока требует разного положения и изгиба лопастей колесаВиды водяных колес

Ниже приведен чертеж достаточно простого водяного колеса. Оно предназначено скорее для декоративной мельницы, чем для реальной работы, однако небольшие скорости потока вполне выдержит — следовательно, может давать энергию.

Чертеж нижнебойного водяного колеса из дереваРеализованная модель водяного колеса с отбором мощности

Для того, чтобы преобразовать механическую энергию вращения колеса в электроэнергию, потребуется генератор, причем низкооборотистый высокомоментный. Можно поставить между валом и генератором редуктор, чтобы повысить обороты, однако при этом упадет КПД конструкции, и так не очень высокий.

Считается, что достаточной мощности и скорости потока можно получить 2…3 кВт*час. Однако со скоростью потока на равнинных реках и ручьях сразу же возникают вопросы. Уточнить скорость несложно: достаточно бросить в воду ветку или другой плавучий предмет и засечь время, за которое он проплывает 10 м.

Далее делим 10 м на количество секунд. Если скорость выходит менее 1 м/с — толку будет мало. Ориентировочно скорость потока 1 м/с дает 0,14 кВт*час, 2 м/с — 0,55 кВт*час, а 4 м/с — уже 2,2 кВт*час.

Цифры, разумеется, очень приблизительные, поскольку КПД сильно зависит также от конструкции и размеров водяного колеса.

Ускорить поток можно. Для этого есть несколько вариантов:

  • сделать плотину. Это удобно на небольшом ручье. Поток воды направляется в сравнительно узкое отверстие, возрастает скорость и мощность;

Вариант для крупной ГЭС, однако на ручье эту схему организовать даже проще

  • искусственно сузить русло. То же самое, но берега придется основательно укрепить — вода будет постоянно размывать их;
  • организовать перепад высот;

Подача воды идет из накопительного резервуара — например, из выше расположенного пруда или озера

  • сделать отвод от основного русла. Этот способ подходит для крупных ручьев, рек. При этом не обязательно делать прямой отвод. Приложив больше усилий и устроив завиток-воронку, можно получить значительно больше энергии.

Отвод с повышением скорости теченияПодземный отвод или вывод из плотиныОтвод-воронка

Последний вариант наиболее эффективен, причем для небольших количеств энергии достаточно небольших объемов участка-воронки. Колесо, естественно, располагают так, чтобы ось была вертикальной.

Большая установкаЕе микро-копия

Аналогично ставят водяное колесо в узких желобах, хотя можно разместить ось и горизонтально.

Если отвод выполнен в виде трубы, удобнее использовать верхнебойное колесо (вода падает на лопасти сверху).

Отвод воды в трубе

Стоит отметить, что у водяных колес есть ряд существенных проблем:

  • малая эффективность при низкой скорости потока;
  • необходимость обеспечивать свободное вращение оси — при постоянном уровне влажности (брызги, капли воды) обычные шариковые или роликовые подшипники на валу не слишком удобны;
  • и самое главное — в холодное время года, когда река/водоем замерзают, ГЭС останавливается…

Уважаемые читатели! Наверняка многие из Вас задумывались о конструкции таких микро-ГЭС или имеют опыт их обустройства и эксплуатации. Пожалуйста, поделитесь своими соображениями о том, насколько они эффективны и целесообразны!

Как сделать мини гидроэлектростанцию своими руками

Для начала определимся с принципом работы и типами небольших ГЭС. Течение реки или падающий водный поток вращает лопасти турбины и гидропровод, который соединен с электрогенератором ‑ последний и вырабатывает электроэнергию.

Современные компактные ГЭС имеют автоматическое управление с возможностью мгновенного перехода на ручной режим в случае аварийной ситуации.

Конструкции современных заводских ГЭС позволяют свести к минимуму производство строительных работ при монтаже оборудования.

Виды мини гидроэлектростанций

К мини электростанциям относятся генерирующие устройства мощностью от 1 до 3000 кВт. Принципиально ТЭС состоит из:

  1. турбины (водозаборного устройства);
  2. генерирующего блока;
  3. системы управления.

По типу водных ресурсов, используемых для генерации, мини ГЭС бывают:

  • Русловые. Такие станции строятся на небольших равнинных реках с водохранилищами.
  • Горные. Стационарные станции, которые используют энергию быстрого горного течения.
  • Промышленные. Станции, использующие перепады потока воды на промпредприятиях.
  • Мобильные. Станции, использующие для водного потока армированные рукава.

Плотинные типы станций отличаются высокой мощностью, но строительство плотины обходится дорого, да и без разрешений в этом случае не обойтись. Связываться с чиновниками в нашей стране – не просто усложнить себе жизнь, а ставить под сомнение реализацию самых благих намерений, поэтому откажемся от этой затеи сразу.

Читайте также:  Сколько стоит поменять электросчетчик: тарифы на замену прибора в квартире и частном доме

Как работает мини ГЭС 

Принципиальную схему работы ГЭС можно выбрать из нескольких вариантов:

  • Гирляндная ГЭС. С одного берега реки на другой под водой проложен трос с нанизанными на него роторами. Течение вращает роторы и, соответственно, сам трос. Один конец троса в подшипнике, другой соединен с генератором.
  • Пропеллер. Подводная конструкция, напоминающая ветряк с узкими лопастями и вертикальным ротором. Лопасть шириной всего 20 мм при большой скорости вращения обеспечит минимальное сопротивление. Лопасть такой ширины выбирается при скорости потока 0,8–2, 0 м в сек.
  • Водяное колесо. Колесо с лопастями, частично погруженное в поток, и расположенное под прямым углом к поверхности воды. Поток воды давит на лопасти, вращая колесо.
  • Ротор Дарье. Вертикальный ротор со сложными поверхностями лопастей. Жидкость, обтекая лопасти, создает разное давление, за счет чего происходит вращение.

На фото мини ГЭС на основе водяного колеса

Как оценить потенциальную мощность мини ГЭС

До строительства мини гидроэлектростанции своими руками нужно определить мощность, на которую можно рассчитывать. Существует справочное соотношение между скоростью потока воды и мощностью, которая может сниматься с вала в кВт при диаметре винта 1 м.

Скорость потока определяется замером времени, за которое щепка, брошенная в воду, пройдет определенное расстояние. Сделав несложные расчеты, получим скорость потока в метрах в секунду. Если в данном случае скорость менее 1 м/сек, то строительство ГЭС будет экономически нецелесообразно.

При скорости потока 2,5 м/с мощность составит 0,86 кВт, при 3 м/с – 1,24 кВт, при 4 м/с – 2,2 кВт. Соотношение описывается зависимостью: мощность ГЭС пропорциональна кубу скорости потока воды.

Если скорость потока на участке предполагаемого строительства мала, ее можно попытаться увеличить устройством перепада высот потока или установкой сливной трубы с изменяемым диаметром на выходе из водоема.

Чем меньше будет диаметр трубы на выходе, тем больше получится скорость потока.

Как сделать мини ГЭС в домашних условиях

Принцип работы небольшой самодельной ГЭС можно понять на примере велосипеда с фарой и динамо-машиной (генератором).

  1. Из кровельного железа делаем три лопасти длиной, равной радиусу велосипедного колеса (расстоянию от центральной втулки до обода колеса) и шириной 3-4 см.
  2. Устанавливаем лопасти между спицами колеса, загнув для крепления край лопасти вокруг спиц. Лопасти должны быть выставлены равномерно с сохранением одинаковых углов между ними.
  3. Погружаем колесо с лопастями в быструю реку на глубину от трети до половины диаметра колеса. Вырабатываемой электроэнергии будет достаточно, например, для освещения палатки.

Чертеж одного из вариантов строительства мини ГЭС

Примером может служить небольшая ГЭС для фермерского хозяйства мощностью 3-5 кВт из подручных материалов:

  1. Ротор можно сделать из старого металлического кабельного барабана диаметром 2,2 м. При помощи болгарки и сварки под углом 45 градусов к радиусу нужно вварить 18 лопастей. Вращается ротор на подшипниках. Опора – труба металлическая или уголок.
  2. На роторе нужно установить цепной редуктор с передаточным числом (коэффициентом передачи) 4. Далее вращение будет передаваться через карданный вал ВАЗ 2101. Использование кардана уменьшит вибрацию, а также соосность привода и генератора при использовании вала будет некритичной.
  3. Понадобятся повышающий редуктор (коэффициент – 40) и трехфазный генератор. Скорость вращения генератора около 3000 об/мин. Общий коэффициент редукции двух редукторов составит 40 х 4 = 160. Генератор следует закрыть кожухом для защиты от влаги и безопасности. Расчетное вращение водяного колеса должно составить около 20 оборотов в минуту.
  4. Под генератор можно приспособить асинхронный двигатель, а блок управления взять от любого небольшого станка. Понадобится кабель ВВГ НГ 2х4 длиной от ротора до фермерских построек.

Выводы

Суммарные расходы на изготовление составят около 10-15 тысяч рублей. Основная статья расходов – заработная плата сварщику и рабочему, помогающим сделать и собрать конструкцию.

Главными преимуществами такого оборудования являются низкая стоимость электроэнергии, экологическая безопасность, неисчерпаемость источника энергии и простота конструкции.

Автономная мини-гидроэлектростанция ГЭС своими руками

Принцип работы гидроэлектростанции для дома достаточно прост. Схема сооружения выглядит следующим образом. На турбину падает вода, заставляя вращаться лопасти. Они, в свою очередь, за счет крутящего момента или перепада давления приводят в движение гидропривод. От него передается полученная мощность на электрогенератор, который и вырабатывает электричество.

В настоящее время схема ГЭС чаще всего укомплектовывается системой управления. Это позволяет конструкции работать в автоматическом режиме. В случае необходимости (к примеру, аварии) имеется возможность перехода на ручное управление.

Построить водяную станцию для получения электроэнергии можно самостоятельно. Для частного дома достаточно двадцати киловатт в сутки. С таким значением справится даже мини-ГЭС, собранная своими руками. Но при этом следует помнить, что данный процесс характеризуется рядом особенностей:

  • Точные расчеты провести достаточно трудно.
  • Размеры, толщина элементов выбирается «на глаз», только опытным путем.
  • Самодельные сооружения не имеют защитных элементов, что приводит к частым поломкам и связанным с этим затратам.

Поэтому если нет опыта и определенных знаний в данной сфере, лучше отказаться от идеи подобного рода. Дешевле может оказаться приобретение уже готовой станции.

Если все же решаетесь делать все своими руками, то начинать необходимо с измерения скорости потока воды в реке. Ведь от этого зависит мощность, которую можно получить. Если скорость будет меньше одного метра в секунду, то строительство мини-гидроэлектростанции в данном месте не оправдает себя.

Еще один этап, который нельзя опускать – это расчеты. Необходимо тщательно рассчитать размер затрат, которые уйдут на строительство станции. В результате может оказаться, что гидроэлектростанция – не лучший вариант. Тогда стоит обратить внимание на другие виды альтернативной электроэнергии.

Мини-гидроэлектростанция может стать оптимальным решением в вопросе экономии затрат на электроэнергию. Для ее строительства необходимо наличие реки недалеко от дома. В зависимости от желаемых характеристик можно подобрать подходящий вариант ГЭС. При правильном подходе выполнить подобное сооружение можно даже своими руками.

Разновидности мини-ГЭС

Стоит понимать, что мини-гидроэлектростанции позволяют получать не более трех тысяч киловатт. Это максимальная мощность подобного сооружения. Точное значение будет зависеть от типа ГЭС и конструкции используемого оборудования.

В зависимости от вида водяного потока выделяют следующие типы станций:

  • Русловые, характерные для равнин. Они устанавливаются на реках с несильным потоком.
  • Стационарные используют энергию водных рек с быстрым потоком воды.
  • ГЭС, устанавливающиеся в местах перепада водного потока. Встречаются чаще всего в промышленных организациях.
  • Мобильные, которые строятся с применением армированного рукава.

Для строительства ГЭС достаточно даже небольшого ручья, протекающего по участку. Владельцы домов с центральным водоснабжением не должны отчаиваться.

Одной из американских компаний разработана станция, которую можно встраивать в водоснабжающую систему дома. В водопровод встраивается турбина маленьких размеров, которая приходит в движение за счет потока воды, двигающегося самотеком. Это снижает скорость потока воды, но снижает себестоимость электроэнергии. К тому же данная установка полностью безопасна.

Устраиваются даже мини-гидроэлектростанции в канализационной трубе. Но их строительство требует создания определенных условий. Вода по трубе должна стекать естественным образом за счет уклона. Второе требование – диаметр трубы должен быть подходящим для устройства оборудования. А это невозможно сделать в отдельно стоящем доме.

Классификация мини-ГЭС

Мини-гидроэлектростанции (дома, в которых они используются, в большинстве относятся к частному сектору) чаще всего относятся к одному из следующих типов, которые различаются принципом работы:

  • Водяное колесо – традиционный тип, который наиболее прост в исполнении.
  • Пропеллер. Используют в тех случаях, когда река имеет русло шириной более десяти метров.
  • Гирлянда устанавливается на реках с несильным потоком. Для усиления скорости течения воды используют дополнительные сооружения.
  • Ротор Дарье устанавливается обычно на промышленных предприятиях.

Читать далее:  Установка сифона под раковиной своими руками видеоинструкция

Распространенность этих вариантов обусловлена тем, что они не требуют строительства плотины.

Схема мини-гидроэлектростанции

На раме в вертикальном положении располагается ротор и подводный ветряк, опускаемый под воду. Ветряк имеет лопасти, которые вращаются под воздействием потока воды. Лучшее сопротивление оказывают лопасти шириной два сантиметра (при быстром потоке, скорость которого, тем не менее, не превышает двух метров в секунду).

В данном случае лопасти приводятся в движение за счет возникающей подъемной силы, а не за счет давления воды. Причем направление движения лопастей перпендикулярно направлению течения потока. Этот процесс похож на работу ветровых электростанций, только работает под водой.

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.

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.

Ротор Дарье

Мини-гидроэлектростанция для частного дома данного вида названа так в честь ее разработчика — Жоржа Дарье. Запатентована данная конструкция была еще в 1931 году. Представляет собой ротор, на котором находятся лопасти. Для каждой из лопастей в индивидуальном порядке подбираются нужные параметры. Ротор опускается под воду в вертикальном положении.

Данный вид ГЭС имеет хороший показатель КПД. Втрое преимущество – направление потока не имеет значение.

Из недостатков данного вида электростанций можно выделить сложную конструкцию и непростой монтаж.

Преимущества мини-ГЭС

Независимо от вида конструкции мини-гидроэлектростанции обладают рядом преимуществ:

  • Экологически безопасны, не вырабатывают вредных для атмосферы веществ.
  • Процесс получения электричества проходит без образования шума.
  • Вода остается чистой.
  • Электричество вырабатывается постоянно, вне зависимости от времени суток или погодных условий.
  • Для обустройства станции достаточно даже небольшого ручья.
  • Излишек электроэнергии можно продать соседям.
  • Не нужно много разрешающей документации.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector