Як зробити міні ГЕС своїми руками?

Вибір типу міні ГЕС

Міні ГЕС надзвичайна корисна, вона може або перекачувати воду, або просто виробляти електроенергію. Зробити її важкувато, але можливо.
Відзначимо відразу, що в цій статті мова йтиме про виготовлення безгребельної мікро-ГЕС своїми руками. Пристрій греблі – складна і дорога задача, також вам доведеться витратити чимало часу на узгодження з владою. З бесплотинною ГЕС все набагато простіше: вони екологічніше, а їх основний недолік – менша потужність – не критичний, адже енергія нам потрібна для приватних, відносно невеликих, потреб. Окремо відзначимо, що під «мікро-ГЕС» мається на увазі агрегат потужністю до 100кВт. Отже, бесплотинні ГЕС бувають 4 видів: «гірляндна» ГЕС, «водяне колесо», ротор Дарьє і «пропелерна». Також бесплотинну ГЕС часто називають «проточною» або «вільнопроточною».

Гірляндна ГЕС була розроблена радянським інженером Бліновим в середині XX століття. Вона складається з невеликих турбін, нанизаних у вигляді бус на тросі, який перекинутий через річку. Один кінець троса прикріплений до опорного підшипника, а другий – обертає вал генератора. Трос в даному агрегаті виконує завдання вала, чиє обертання передається до валу генератора. До мінусів гірляндної ГЕС можна віднести відносну дорожнечу, небезпеку для оточуючих (цілком ймовірно, такий проект доведеться узгоджувати з владою, сусідами) і невисоку вихідну потужність.

Водяне колесо встановлюється перпендикулярно поверхні води і занурене у воду менше, ніж наполовину. Приводити його в дію можна двома способами: або напором води на лопаті в нижній частині колеса, змушуючи його обертатися, або ж потік води падає на колесо зверху. ККД останнього варіанту набагато вище. При виготовленні турбіни цього типу основним питанням є грамотний вибір форми лопатей, яка дозволить найбільш ефективно використовувати енергію води.

Ротор Дарьє є вертикальний ротор з лопатями спеціальної конструкції. Завдяки цьому потік води тисне на лопаті з різною силою, за рахунок чого і відбувається обертання. Даний ефект можна порівняти з підйомною силою крила літака, яка виникає внаслідок різниці тисків над і під крилом.

Пропелер за своєю конструкцією схожий з пропелером вітрогенератора (звідси, власне, і назва) або гвинтом корабля. Однак лопаті підводного пропелера, як правило, набагато вужчі, що дозволяє використовувати енергію потоку більш ефективно. Наприклад, для річки зі швидкістю течії 1-2 м /с достатньо ширини в 2 сантиметри. Подібна конструкція добре підходить для швидких і глибоких річок. Важливий момент: для безпеки купальщиків і туристів обов’язково встановіть загородження і застережливі буйки. Установка крутиться досить швидко і може завдати серйозних травм.

На наш погляд, для виготовлення мікро-ГЕС своїми руками оптимально використовувати пропелерну конструкцію або конструкцію типу «водяне колесо». Відзначимо, що в агрегатах заводського виробництва турбіни обох типів мають досить складну форму (т.зв. «турбіна Каплана,« турбіна Пелтона »і ін.), Що дозволяє отримати максимум ККД для різних типів потоку. Однак при «домашньому» виробництві виготовити такі турбіни складно.

Трохи теорії про мікро ГЕС і базові розрахунки.

Наступним кроком є ​​розрахунок та вимірювання швидкості потоку. Визначати її на око досить ризиковано – дуже легко помилитися, тому відміряйте вздовж берега 10-20 метрів, киньте у воду поплавок (тріску, невеликий м’ячик) і відміряйте час, за який тріска пропливе дистанцію. Ділимо дистанцію на час – отримуємо швидкість течії. Як показує практика, якщо вона менше 1 м / с – пристрій мікро-ГЕС в даному потоці може бути невиправданим. Якщо ми плануємо отримувати енергію за рахунок перепаду висот, то потужність можна приблизно розрахувати за наступною формулою: Потужність N = k * 9.81 * 1000 * Q * H, де k – ККД системи (зазвичай становить 20% -50%); 9,81 (м / с 2) – прискорення вільного падіння; H – перепад висот; Q – витрата води (м3 / сек); 1000 – щільність води (кг / м3).

Як видно з формули, потужність прямо пропорційно залежить від швидкості. Якщо річка має декілька рукавів, відгалужень, то варто виміряти швидкість у всіх і вибрати потік, що має найбільшу швидкість і глибину. Врахуйте, що вимірювання необхідно робити в безвітряну погоду.

Приблизно розрахувати витрати (Q) можна за такою формулою: Знайти ширину і глибину річки в метрах. Спрощено приймаємо, що потік в перерізі має форму прямокутника, тоді помноживши площу перетину на його швидкість, отримуємо витрату: Q = a * b * v. Оскільки насправді перетин водяного потоку має меншу площу, то отримане значення варто помножити на 70% -80%. Якщо у нас вже є готовий генератор, то можна оцінити можливий робочий радіус колеса і необхідний коефіцієнт мультиплікації.

Радіус колеса (м) = Швидкість потоку (м / с) / Частота обертання колеса (Гц). Частоту обертання колеса ми можемо оцінити, знаючи робочу частоту генератора (зазвичай в «об / хв») і передбачуваний коефіцієнт редукції.

Ротор Савоніуса для Міні ГЕС

Тепер прийшла черга спроектувати і виготовити турбіну. Нижче ми опишемо особливості побудови мікро-ГЕС типу «водяне колесо». Дану конструкцію вигідно використовувати, якщо у нас є можливість організувати перепад висот для потоку (або такий перепад вже існує, наприклад, це стічна труба зі ставка). Як вже було сказано вище, особливу увагу слід звернути на форму лопатей. Якщо використовувати колесо з лопатями у вигляді плашок, то ККД такої установки буде дуже невеликий. Краще використовувати лопаті ввігнутої форми, які можна отримати, наприклад, з ПВХ або металевої труби, розрізавши її вздовж на 2 або 4 частини. Як показує практика, лопатей повинно бути не менше 16. Щоб розрізати трубу максимально прямо, проведіть уздовж поверхні маркувальні лінії. Також можна прикріпити 2 паралельно розташованих дерев’яних бруска і використовувати їх у якості направляючих. Поверхня лопатей слід відшліфувати, інакше частина енергії води буде витрачатися на тертя.

Як саме колесо можна використовувати порожню котушку з-під кабелю, або ж просто виготовити диски відповідного діаметру. Відстань між дисками відповідає довжині лопатей. З’єднуємо диски разом і вирізаємо напівкруглі пази для установки лопатей. Як варіант, лопаті можна приварити. Якщо конструкція невеликого розміру, то для захисту від сміття можна використовувати сітку, прикріплену перед колесом. У разі, коли вода падає на лопаті зверху, але при цьому потік досить широкий є сенс виготовити сопло , завдяки якому буде використовуватися вся енергія потоку. Стічна труба вузька сама по собі, тому необхідності в застосуванні сопла немає. У будь-якому випадку потік повинен падати на водяне колесо зверху, приблизно на 10 годин, якщо уявити колесо у вигляді циферблата годинника. В якості опорної конструкції можна використовувати зварену металеву раму. Для підвищення ККД спробуйте, якщо є така можливість, поваріювати із розташуванням колеса: ближче-далі, вище-нижче щодо вхідного потоку.

Тепер нам необхідно змонтувати редуктор (мультиплікатор). Підійде як шестерний, так і ланцюговий. Який саме мультиплікатор застосувати, і який коефіцієнт редукування необхідний – залежить від потужності потоку, експлуатаційних характеристик колеса і генератора. Розрахувати коефіцієнт дуже просто – робочу кількість обертів генератора ділимо на кількість обертів колеса в хвилину. Іноді доводиться використовувати 2 редуктори різних типів. Для передачі обертання від колеса на редуктор або генератор використовується труба, карданний вал або інший схожий елемент. Як генератор підбирається будь-який відповідний двигун, при цьому бажано, щоб він був синхронним. Для асинхронного доведеться додавати конденсатори, що працюють за схемою «зірка» або «трикутник». Характеристики конденсаторів залежать від напруги мережі та параметрів двигуна. Основною проблемою при використанні асинхронного двигуна буде підтримка постійної кількості обертів. Якщо ж воно змінюється – доведеться міняти і конденсатори, що може бути досить важким.