Гидроэлектроэлектростанции – это не только мощные, промышленные сооружения, но и установки более меньшего масштаба. Такие минигидроэлекстростанции можно соорудить у себя на участке.
Содержание:
Что такое мини-ГЭС
Мини ГЭС, или малые гидроэлектростанции – это гидроэлектростанции, которая вырабатывает относительно малое количество энергии. Его достаточно для снабжения частного дома, дачного или иного участка, расположенного недалеко от реки.
Необходимость использования мини-ГЭС часто вызвана невозможностью полноценного снабжения электроэнергией и ростом стоимости тарифов. При наличии реки или даже ручья можно соорудить малые ГЭС для личных нужд.
Классификация мини-ГЭС
Мини ГЭС можно классифицировать по нескольким параметрам.
По способу передачи энергии они бывают:
- Сетевые. В данном типе электроэнергия сразу генерируется в сеть.
- Накопительные. Электроэнергия собирается в аккумуляторах в течение дня. Затем с помощью инвертора она преобразуется в требуемую мощность.
По типу водных потоков, на которых устанавливаются минигидростанции, можно выделить типы:
- Русловые – устанавливаются в руслах рек с небольшим потоком.
- Стационарные – устанавливаются на водоемах с быстрым потоком. Они вырабатывают больше энергии.
- Установки в точках перепада уровня потока. Используются на естественных и искусственных порогах рек.
- Мобильные установки – сооружаются на малых водоемах, например, ручьях.
По типу функционирования мини ГЭС бывают:
- В виде гирляндной установки;
- По принципу «водяного колеса»;
- С ротором Дарье;
- С пропеллером.
По конструкции гидротурбины мини ГЭС могут быть:
- Осевыми, в которых вода движется вдоль турбинной оси и падает на приходящие в движение лопасти;
- Радиально-осевыми, в которых вода сначала движется радиально по отношению к турбины, а затем вдоль оси;
- Ковшовыми – в них вода поступает на лопасти через сопла, что увеличивает скорость движения. При ударе воды об лопасть турбина вращается, в процесс вовлекается следующая лопасть и так остальные.
- Поворотно-лопастными, лопасти которых поворачиваются одновременно с турбинным вращением.
Составные части мини ГЭС
Мини ГЭС состоит из следующих частей:
- турбина с лопастями, которая соединяется с валом генератора. Для них используют 3 основных вида ротора – колесо, гирлянда и пропеллер.
- Генератор, создающий переменный ток. Ввиду того, что вырабатываемый ток является нестабильным, то в установку мГЭС вводятся дополнительные компоненты.
- Блок управления турбиной, позволяющий запускать и останавливать ее, в том числе в аварийном режиме С его помощью можно контролировать режим работы минигидростанции.
- Блок балластной нагрузки для рассеивания энергии, которая на данный момент не используется. Установка позволяет предупредить выход генератора из строя.
- стабилизатор или контролер заряда для преобразования напряжения и управления зарядом аккумуляторов.
- аккумуляторы, накапливающих заряд;
- инверторные системы для преобразования напряжения.
Принцип действия
Основа работы мини-ГЭС такая же, как у в общем у гидроэлектростанций: преобразование энергию движения воды в электрическую. Отличие состоит только в разной мощности установок и количестве получаемой энергии.
Поток воды может создаваться естественным течением или с помощью воздвижения сооружений, например, небольшой плотины. Искусственный перепад воды усиливает напор за счет силы тяжести. Иногда используются оба способа вместе.
Вода попадает на лопасти турбины и передает им силу своего движения. Гидротурбина передает энергию вращения через редуктор или другую механическую установку на вал генератора. Вращение генератора производит электроэнергию.
Полезная информация. Если усиливается напор попадаемой воды, то ускоряется движение гидравлической турбины. Вследствие этого быстрее вращается гидрогенератор и увеличивается мощность энергии.
Гидроэлектростанции непромышленного назначения
Гидроэлектростанции могут быть непромышленные частные сооружения. Они могут вырабатывать до 100 кВт. Этого вполне достаточно для обеспечения энергией одного частного дома.
Существуют несколько видов мГЭС по принципу действия гидротурбины.
Гирляндная станция с гидровинтами
Гирляндная ГЭС устанавливается на реках или речных участках, скорость водного потока в которых не менее 2,5 м/с, а глубина – не более 1,5 м. ГЭС состоит из перетянутого через реку гибкого стального троса и закрепленных на нем цепи роторов. Один конец троса закрепляется на опорном подшипнике, а другой крепится к валу генератора, который он активирует. Подшипники обеспечивают свободное вращение и способствуют раскручиванию вала.
Вся конструкция напоминает гирлянду, и каждое звено ее – ротор – способно вырабатывать 2 кВт. Водный напор раскручивает погруженные в воду гидровинты, они, в свою очередь, заставляют вращаться трос. Вращение троса через зубчатую передачу активирует работу генератора.
Гирляндные мини-ГЭС устанавливаются на ограниченный промежуток времени и только в ненаселенных местностях.
Вертикальный ротор Дарье
Ротор Дарье состоит из нескольких аэродинамических лопастей, закрепленных на горизонтальных перекладинах. Тип, используемый для ГЭС похож на ветрогенератор, только установленный под водой.
За счет обтекания водой поверхностей создается разница в давлении на лопасти пропеллера. Такой эффект приводит к вращению ротора.
Для начала работы ротора, всю систему нужно заставить крутиться. Остановить движение сможет только замерзание водоема.
Подводный винтовой пропеллер
Подводный винтовой пропеллер является гидроаналогом воздушного генератора, его лопасти полностью погружены в воду.
Для того чтобы получить максимальную скорость вращения при минимальном сопротивлении, размеры лопастей должны соответствовать силе движения водного потока. Например, при скорости движения воды 2 м/с ширина лопасти должна быть 2-3 см.
Подводный пропеллер устанавливается навстречу потоку. Принцип работы состоит не в давлении воды, а за счет образования подъемной силы, например, как у винта корабля.
Важно! Винтовой пропеллер подходит только для глубоких рек с быстрым течением. На неглубоких водоемах подводная установка может нанести вред купающимся людям, рыбакам, водоплавающим животным и птицам.
Водное колесо с лопастями
Самый простой тип водного генератора. Колесо может устанавливать вертикально в плоскости перпендикулярной поверхности воды или горизонтально, когда колесо погружается в воду на 2/3 толщины диска.
В зависимости от русла водоема и глубины можно установить 3 вида водного колеса:
- Подливные (нижнебойные) – вращается за счет скорости потока. Подходят для быстры, но мелководных рек.
- Среднебойные – устанавливаются так, чтобы поток попадал на середину вращающегося колеса. Подходит для рек с несколькими разными уровнями русла.
- Наливные (верхнебойные) – вращаются за счет напора воды, попадающей на верхние лопасти. Установка должна располагаться под плотинами трубами или естественными порогами так, чтобы вода падали на лопасти сверху.
Колесо соединяется с генератором и приводит его в движение для выработки энергии.
Производители предлагают готовые турбины, лопасти которых приспособлены под определенные мощности водного потока.
МикроГЭС на ручье
Имея в своем распоряжении необходимый набор элементов, можно соорудить ГЭС своими руками.
Для сооружения мГЭС подойдет только ручей с сильным течением. Для установки нужны шланг длиной 10-20 м, переходник с него на резьбу полдюйма, шаровый кран и турбина.
Из пластиковой бутылки нужно приготовить заборную воронку для воды. Срезав ее наполовину, нужно верхнюю часть вставить горлышком в шланг. Полученную конструкцию нужно опустить срезанной частью в ручей и укрепить, например, камнями, чтобы не снесло водой.
После укрепления необходимо убедиться, что вода свободно поступает, и проложить шланг вдоль ручья. Чем длиннее шланг и круче уклон, по которому он прозодит, тем сильнее будет давление воды.
К турбине предварительно присоединяются шаровый кран и переходник, к которому затем нужно подсоединить шланг.
Теперь мГЭС на ручье готова и можно открывать кран.
Преимущества и недостатки микрогидроэнергетики
Малая гидроэнергетика и установка мини-ГЭС имеет свои плюсы и минусы.
К преимуществам использования микроэнернетики относятся:
- Достаточно недорогое оборудование, позволяющее экономить ресурсы электроэнергии. Не требуется возведение больших сооружений.
- Работа вне зависимости от времени суток и погоды;
- Не обязательно наличие большого водоема;
- Излишек электричества можно перенаправить в другие места;
- Почти бесшумная работа оборудования;
- Экологичность – нет загрязняющих воду и атмосферу веществ. Флора и фауна водоемов не ощущает вредного воздействия, качество воды остается без изменений. Также нет необходимости перестраивать природный ландшафт местности.
Наряду с плюсами использования мини ГЭС имеются некоторые минусы. Из недостатков микрогидроэнергетики можно отметить необходимость достаточной силы течения. Недостаточная сила становится серьезной преградой для установки и эксплуатации оборудования. Для того, чтобы исправить положение, необходимо будет устанавливать дополнительное сооружение, чтобы ускорить поток воды.
Также некоторые типы мини-ГЭС, например, гирляндный, могут представлять опасность для человека.
Микро гидроэлектростанция дает экономические и социальные преимущества, а вырабатываемая электроэнергия имеет низкую себестоимость.
