Микрогэс и гидроаккумуляторы в частном секторе

Варианты включения микро-ГЭС в автономную энергосистему

Возможны только два способа интеграции таких устройств для автономного электроснабжения:

1.Базовый.

Вся домашняя энергосистема будет опираться на микро-ГЭС. Такой вариант возможен только в том случае, если рядом с домом есть добротный источник воды. В идеальном случае – река. Родник или ручей тоже могут заложить фундамент под такой проект, но это зависит от мощности водоносного слоя и объема вытекающей воды за единицу времени. Например, в Адыгее или на Алтае, есть масса родников, от которых берут воду местные жители для бытовых нужд, но 99% таких источников дают в лучшем случае 0,3-0,5 л/с.

2.Комбинированный (гидроаккумулятор).

Это принципиально другой подход, который доступен всем, но потребует первоначальных затрат. Смысл его в том, что основным источником электроэнергии служат солнечные батареи. Их берут в избыточном объёме для конкретного объекта, например если дом требует 3 кВт, то фотоэлементы должны производить 5 кВт. Излишки электроэнергии не запасают в блоки аккумуляторов, а тут же используют для подъёма воды в искусственный водоём.

Например, фекальный насос Зубр потребляет 1,5 кВт, но за час поднимает 22 кубометра воды на высоту 12-14 м. За 10 часов работы он сможет поднять около 200 тонн жидкого энергоносителя.

При включении в схему микро-ГЭС с турбиной Тюрго мощностью 1,5 кВт, в ночное время она будет расходовать около 36 тонн воды в час, выдавая положенные 1500 ватт.

Это приблизительно 200/36 ≈ 5,5 часов беспрерывной работы автономной энергосистемы в ночное время. Если добавить ещё 5-6 панелей фотоэлементов и 1 насос, то за день можно закачать в гидроаккумулятор 400 тонн воды, и автономность системы вырастет до 11 часов.

Характеристики искусственного водоёма

Для расчёта определим объём гидроаккумулятора в 400 м3. В самом простом представлении, это круглый котлован с подложкой из геотекстиля. Размеры определяются по формуле S=πR2. Если глубину ограничить 2 метрами, то площадь водного зеркала должна быть около 200 м2, подставив данные в формулу получим диаметр ≈ 16 м.

Извлечённый грунт можно использовать для отсыпки дамбы вокруг водоёма,и повышения уровня воды. Даже отсыпка всего 1 метра по высоте, даст дополнительные 200 кубометров объёма!

Чтобы не копать грунт, можно соорудить искусственный водоём заливкой огромного бетонного кольца. Например, длина окружности данного пруда составит около 50 м. При высоте бьефа 2 м и толщине 15 см, потребуется около 15 м3 фибробетона для боковых стен.

Объём работ при беглой оценке кажется чрезвычайно огромным, а целесообразность такого сооружения абсолютно бессмысленной. Однако всё познаётся в сравнении.

Правила хранения

Чтобы перец хранился долгое время надо выполнить следующие рекомендации:

• собирать перец в технической зрелости;
• на хранение отбирать плоды только хорошего качества без повреждений;
• помещение, где будет храниться перец, должно быть с температурой в +7 градусов.

ВАЖНО! Сорт Рамиро плохо подлежит хранению и если его немного, то лучше его порезать и заморозить в морозильной камере холодильника разложив тонким слоем в прозрачных полиэтиленовых пакетах

Типы мини-ГЭС

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.

Гирляндная ГЭС

   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

   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

   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.

Технические характеристики заводских микро-ГЭС

Каких-то общепринятых стандартов, жёстко регламентирующих границу между микро-ГЭС и мини-ГЭС, не существует. Определяющим параметром микро-ГЭС для частника будет производительность до 5 кВт. Однако расход воды чрезвычайно сильно сказывается на эффективности работы всей энергосистемы в целом.

Мощность самых дешёвых микро-ГЭС начинается от 0,6 кВт при цене 39 т.р.

Но 600 ватт это всё таки маловато для частного дома. Начинать надо от 1-1,5 кВт, и вот три устройства разных конструкции, с более высокой производительностью:

1.С турбиной Каплана цена 57 т.р.

2.С турбиной Тюрго, аналогичной стоимости.

3.С трубчатой турбиной и ценой 129,5 т.р.

Даже при беглом сравнении, микро-ГЭС с трубчатой турбиной дороже на 120%. Причину такого несоответствия можно увидеть, если сравнить несколько устройств в таблице:

Турбина Тюрго

Микро-ГЭС изготовленные в промышленных условиях, априори будут надёжнее собранных кустарно. Можно взять за образец заводскую модель, и просто скопировать её. Такой подход принесёт моральное удовлетворение, но обойдётся дороже хотя бы потому, что при потоковом производстве комплектующих деталей, они обходятся гораздо дешевле.

Однако это не исключает возможности собрать микро-ГЭС в гараже или домашней мастерской, и даже поставить этот процесс на поток. Примерно такой подход наблюдается на одной фирме в Киргизии.

Бишкекская фирма выпускает три разновидности мобильных ГЭС, мощностью:

1 кВт;

1,7 кВт;

5 кВт.

Вид этих приборов затрапезный, но свою функцию они выполняют.

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.

Мини ГЭС для частного дома

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

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

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

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

Портативная ГЭС

Идея создать нечто большее, чем портативный аккумулятор, пришла к немецким разработчикам несколько лет назад. Они задались вопросом, какой источник свободной энергии можно использовать для подзарядки портативных устройств. Солнечные батареи показались инженерам слишком банальным способом решения проблемы, и они задумали преобразовать энергию речного потока.

Так на свет появился опытный образец устройства Blue Freedom, которое функционирует за счет проточной воды. Учитывая, что путешественники часто проводят время у водоемов, с подзарядкой девайса не должно возникнуть проблем. Теоретически достаточно просто облить подвижную часть карманной установки водой, чтобы она выработала небольшое количество электроэнергии.

Будущее установки

Пока функционирует только рабочий прототип, а создатели активно собирают средства на дальнейшее развитие проекта. Но даже прототип полностью оправдал ожидания, поскольку за 1 час своей «зарядки» прибор способен накопить запас энергии, которого достаточно для 10-часовой работы одного смартфона.

Команда немецких инженеров уверена, что будущее именно за портативными устройствами, которые будут работать от возобновляемых источников энергии. Независимость от централизованных поставщиков энергии, а также полная автономия для всех, кто выезжает на природу, – вот главные идеи, благодаря которым стало возможным появление установки Blue Freedom.

Что ж, осталось только дождаться запуска микрогенераторных установок в промышленное производство. Затея действительно выглядит многообещающей, а подобный способ получения бесплатной энергии для зарядки мобильных устройств – прогрессивным и инновационным.

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.

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

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.

   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.

Принцип действия

Принцип действия микро — ГЭС аналогичен действию больших и малых гидроэлектростанций. Разница заключается лишь в мощности установленного оборудования и количества вырабатываемой электрической энергии.
Производство электрического тока осуществляет генератор, вращательное движение ротора которому, передается с гидравлической турбины.
Для того, чтобы турбина пришла во вращательное движение, создается напор воды, на водоеме, где установлена мини ГЭС. Это может быть напор, создаваемый естественным течением водных масс, либо создаваемый путем строительства плотины или иного технического сооружения. В определенных случаях, могут быть использованы оба способа создания напора одновременно.
Под действием напора, потоки воды устремляются в требуемом направлении, в створе их движения монтируется турбина, на лопасти которой и поступает энергия движущихся водных масс. Эта кинетическая энергия воды, преобразуется турбиной, во вращательное движение, которое посредством механической передачи (редуктор) и передается на вал генератора.

Источником энергии могут служить:

• реки различных размеров и интенсивности течения и ручьи,
• перепады высот на водосбросах водоемов различного назначения;
• технологические водотоки;
• перепады высот на трубопроводах различного назначения.

В зависимости от вида используемого оборудования и способа его установки, принцип работы гидроэлектростанции, может различаться. Это могут быть следующие варианты:

1. Принцип «водяного колеса» – при этом варианте, приемное колесо частично погружается в воду параллельное ее поверхности. Водные потоки, перемещаясь по естественному руслу, давят на лопасти, размещенные на колесе, и приводят его во вращение. Колесо, в свою очередь, посредством редуктора и прочих механических устройств, создает вращательное движение генератора.
2. Конструкция в виде гирлянды – с противоположных берегов монтируется трос, на котором установлены специальные роторы. Вода, перемещаясь вращает роторы, вращательное движение которых передается на трос. Трос вращаясь, передает вращательное движение на генератор, установленный на берегу.
3. С использованием ротора Дарье – в принцип работы турбины, заложено использование разности давлений на лопастях ротора.
4. С использованием принципа пропеллера – лопасти устройства помещены в воду и под воздействие воды приходят во вращательное движение, которое и передается на вал генератора, вырабатывающего электрический ток.

Преимущества использования микро — ГЭС:

• Отсутствует необходимость в изменении естественного ландшафта местности;
• На качество воду не оказывается стороннее воздействие, она сохраняет свои свойства;
• Не зависимость от воздействия природных явлений;
• Возможность использования в круглогодичном цикле работы;
• Нет необходимости в строительстве дорогостоящих гидротехнических сооружений.

Пропеллерная станция

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.

Производители и цены

В настоящее время, все большее количество людей интересуется альтернативными источниками энергии, а соответственно и спрос, на оборудование, используемое для производства энергии возрастает. В связи с этим, производством подобного оборудования, занимаются компании во многих странах мира, в том числе и в России.

Оборудование для микро — ГЭС, как по отдельным узлам, так и комплектами, в нашей стране занимаются:

1. Компания ООО «АЭнерджи», г. Москва.
   Предприятие производит оборудование для различных направлений производства электрической энергии с использованием альтернативных источников (ветрогенраторы, солнечные электростанции и т.д.). В линейке выпускаемых товаров, энергетическое оборудование для микро и мини – ГЭС.
2. Межотраслевое научно-техническое объединение «МНТО ИНСЭТ» г. Санкт-Петербург.
   Компания выполняет весь комплекс работ от проектирования до сдачи под ключ готового
   объекта строительства. В линейке выпускаемой продукции микро – ГЭС с различными
   видами рабочего колеса и мощностью от 5,0 до 180,0 кВт, а также разнообразные
   гидроагрегаты.

Стоимость комплекта оборудования, в зависимости от типа электростанции и ее мощности – от 350000,00 рублей.

Среди зарубежных производителей, наиболее известна продукция таких компаний, как:

1. «CINK Hydro-Energy» Республика Чехия.
   Компания производит комплекты гидроэлектростанции с горизонтальными и вертикальными турбинами, мощностью от 5,0 до 3000 кВт, а также микротурбины.
   Стоимость комплектов от 500000,00 рублей.
2. «Micro hydro power» Китай.
   Компания производит комплекты гидроэлектростанции мощностью от 1,0 до 3000 кВт. Стоимость составляет от 300000,00 до 4000000,00 рублей.
3. Инженерно-техническая фирма ОсОО «Гидропоника» г. Бишкек, Кыргызстан.
   Фирма производит гидроэлектростанции мощностью от 0,5 до 5,0 кВт. Стоимость составляет от 60000,00 до 300000,00 рублей.

Схема мини-гидроэлектростанции

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.

Мини–ГЭС — гидрогенератор Hydro Induction Power

Мини–ГЭС — трансформатор/выпрямитель

Каждая мини–ГЭС поставляется с трансформаторами, выпрямителями, предохранителями и амперметром, который должен быть установлен в закрытом помещении, рядом с аккумуляторами. Установка дополнительных выключателей или предохранителей не требуется. Регулятор напряжения в комплект не входит.

Рекомендуется устанавливать регулятор постоянного тока в качестве основного или запасного регулятора.

Мы предлагаем 3 модификации мини–ГЭС

Мини–ГЭС — дополнительная информация

Бесколлекторные индукционные гидротурбины:

Высота Истока: 18.29 – 152.4 м Скорость потока: 0,63 – 37,85 л/с Максимальная мощность: 600 – 3 600 Ватт КПД: 30% – 6% Напряжение: 120 – 480 Вольт Напряжение аккумуляторов: 12 В, 24 В, 48 В.

Мини–ГЭС — цены

Выводы и полезное видео по теме

Видео #1. Пример работающей гидроустановки с самодельным генератором на базе трехфазного двигателя:

Видео #2. Мини-ГЭС, сконструированная по принципу водяного колеса:

https://youtube.com/watch?v=IaDzf8qWHHk

Видео #3. Станция на основе велосипедного колеса – интересный вариант решения проблемы с энергообеспечением на отдыхе вдали от цивилизации:

Как видите, построить водяную миниэлектростанцию своими руками не так уж и сложно. Но так как большинство расчетов и параметров для ее комплектующих определяется «на глазок», следует быть готовым к возможным поломкам и сопутствующим затратам.

Если вы чувствуете нехватку знаний и опыта в данной сфере, стоит довериться специалистам, которые выполнят все необходимые расчеты, посоветуют оптимальное для вашего случая оборудование и качественно произведут его установку.

Пишите, пожалуйста, комментарии в расположенном ниже блоке. Делитесь интересными сведениями и полезными рекомендациями, оставляйте тематические фото. Возможно, вы хотите рассказать, как соорудили собственными руками действующую гидроэлектростанцию на загородном участке? Будем рады прочитать ваш рассказ о процессе устройства и эксплуатации.