Разное Комментировать

Гидрогенератор малый: Мини ГЭС и ее принцип работы, классификация, производители

Содержание

Мини ГЭС и ее принцип работы, классификация, производители

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

Принцип работы мини ГЭС

Содержание статьи

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

  • Высоконапорные, при перепаде более 60 метров;
  • Средненапорные, с перепадом от 25 до 60 метров;
  • Низконапорные, с перепадом до 25 метров.

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.

Гидрогенераторы для малых ГЭС | Малая и микрогидроэнергетика

Инженерно техническая фирма ОсОО «Гидропоника»

Мы предлагаем высококачественные микро — ГЭС собственного производства, различной мощности. Качество основано на Советских разработках («Союзводоавтоматика») и отработанной собственной технологии производства. Все блоки микро-ГЭС создаются на собственном производстве, что позволяет сохранить приемлемые цены.
Микро гидроэнергетика

Нетрадиционной энергетике последнее время уделяется пристальное внимание во всем мире. Заинтересованность в использовании возобновляемых источников энергии — ветра, солнца и речной воды, — легко объяснима: нет нужды закупать дорогостоящее топливо, имеется возможность использовать небольшие станции для обеспечения электроэнергией труднодоступных районов. Последнее обстоятельство особенно важно для стран, в которых имеются малонаселенные районы или горные массивы, где прокладка электросетей экономически нецелесообразна.


Гидроагрегат малой ГЭС (МГЭС) состоит из турбины, генератора и системы автоматического управления. По характеру используемых гидроресурсов МГЭС можно разделить на следующие категории:
Где можно установить небольшую гидроэлектростанцию?

  • новые русловые или плотинные станции с небольшими водохранилищами;
  • станции, использующие скоростную энергию свободного течения рек;
  • станции, использующие существующие перепады уровней воды в самых различных объектах водного хозяйства.

Использование энергии небольших водотоков с помощью малых ГЭС является одним из наиболее эффективных направлений развития возобновляемых источников энергии и в нашей стране

Назначение

Гидрогенераторы предназначены для выработки электроэнергии в сопряжении с гидравлическими турбинами с установкой в районах децентрализованного энергоснабжения, использующую энергию свободного течения реки в небольших речках:
• на промышленных и сельскохозяйственных объектах малой мощности;
• в курортных зонах, базах отдыха, санаториях;
• на объектах речного транспорта;
• в стационарных геологических и изыскательских партиях;
• в старательских артелях и на приисках;
• в фермерских хозяйствах;
• кошары, пастбищах и.т.д.

Использование
• При техническом перевооружении и реконструкции действующих, законсервированных и списанных малых ГЭС.
• При сооружении малых ГЭС путем пристройки их к водохранилищам и перепадам на каналах неэнергетического назначения.
Несомненно, ГЭС имеет боле эффективный КПД по сравнению с другими видами альтернативных источников, но каждый тип источника имеет свои преимущества и недостатки, которые следует точно рассчитывать при выборе того или иного источника.
При выборе ГЭС, пожалуйста, учитывайте фактор сезонности уровня воды, постоянства и скорость воды, объема воды, так как в некоторых местах вода зимой замерзает.
Микро – ГЭС, производимые нами различаются по типу генератора, мощности, количества оборотов и, конечно же, по цене:
• По мощности;
• По обороту.
Таблица цен и характеристика на микро-ГЭС собственного производства


Модель «Шар-Булак 1,0»
Максимальная мощность кВт 1,0
Тип генератора Асинхронный двигатель в генераторном режиме
Выходные параметры Переменный ток 220/ 50 Гц Синусоида
Расход воды в литрах 7-9
Необходимый перепад воды (вертикальный) примечание 3,5-4 метров
цена 950$

Обогрев воды.
Жесткая привязка к перепаду и объему воды. Балластное управление.

Модель «Шар-Булак 1,7»
Максимальная мощность кВт 1,7
Тип генератора Асинхронный двигатель в генераторном режиме
Выходные параметры Переменный ток 220/ 50 Гц Синусоида
Расход воды в литрах 20
Необходимый перепад воды (вертикальный) примечание 6-7 метров
цена 1500$

Обогрев воды.
Жесткая привязка к перепаду и объему воды. Балластное управление.
Модель «Шар-Булак 5,0»
Максимальная мощность кВт 5.0
Тип генератора Асинхронный генератор
Выходные параметры Переменный ток 220/380 50 Гц Синусоида
Расход воды в литрах 20-30
Необходимый перепад воды (вертикальный) примечание 8 метров метров
цена 2200$

ИЗГОТАВЛИВАЕТСЯ ПОД ЗАКАЗ.
 

 
   
 

 

 
   
 


ОсОО «ГИДРОПОНИКА»
г. Бишкек, ул. Элебаева 7.
996-772-552398
E-mail: [email protected]

Большое будущее малых гидроэлектростанций

Рассматриваем основные принципы устройства и работы мини-гидроэлектростанций

Одно из наиболее перспективных направлений в развитии нетрадиционной энергетики в России – освоение энергии небольших водотоков с помощью микро- и мини-ГЭС. Это связано, прежде всего, со сравнительной простотой их строительства и эксплуатации, а также с большим энергетическим потенциалом малых рек.

Свободный ресурс

К малой гидроэнергетике принято относить гидроэнергетические объекты разного типа с установленной мощностью менее 25 МВт, в том числе совсем небольшие – микроГЭС мощностью от 3 до 100 кВт. Использование гидроэлектростанций таких мощностей для нашей страны – далеко не новое явление: в 1950–1960-х гг. в СССР действовало более шести тысяч подобных станции. Сегодня же в России их насчитывается всего несколько сотен, что явно меньше наших возможностей и потребностей.

Принципиально важно отметить, что в малой гидроэнергетике нет необходимости строить крупные гидротехнические сооружения и затапливать большие территории водохранилищами. Маленькая станция может быть установлена практически на любой реке или даже ручье, что особенно актуально для России, где зоны децентрализованного энергоснабжения охватывают более 70% территории страны, на которой проживают около 20 млн человек. Мини-ГЭС может применяться для энергоснабжения дачных посёлков, фермерских хозяйств, хуторов, а также небольших производств в труднодоступных районах – там, где строить и содержать электрические сети невыгодно.


Такая микроГЭС способна полностью обеспечивать
электричеством небольшой частный дом

Основные ресурсы малой гидроэнергетики России сосредоточены в горных районах республик Северного Кавказа, в Ставропольском и Краснодарском краях, на Среднем Урале, в Южной Сибири, Прибайкалье и на Дальнем Востоке.

Виды станций

Конструкция типовой малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя турбину, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы задействованы малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:
• русловые или приплотинные с небольшими искусственными водохранилищами;
• основанные на существующих перепадах уровней воды;
• использующие энергию свободного течения рек.

По величине напора выделяют низконапорные (Н < 20 м), средненапорные, (Н = 20–75 м) и высоконапорные (Н > 75 м) малые гидроэлектростанции.

Спецтурбины

Как и на крупных станциях, на малых ГЭС, используются пропеллерные, радиально-осевые и ковшовые турбины (более подробно о них см. «Энерговектор» № 5/2014 г.) соответствующих размеров и модификаций. Чаще применяются пропеллерные турбины и турбины Френсиса.

Мини-ГЭС устраивают непосредственно в потоке воды или на небольших водохранилищах, которые не могут обеспечить достаточного регулирования стока. Отсюда одна из основных проблем эксплуатации малых ГЭС – непостоянный расход воды. В период зимней и летней межени сток реки минимален, тогда как во время весеннего половодья объём воды может быть достаточно большим. По этой причине турбины, используемые на мини-ГЭС, должны быть способны работать как при минимальном, так и при максимальном стоке с наибольшей производительностью.


Серийная ковшовая микротурбина на основе колеса Пелтона

Таким свойством обладают, например, радиальные двухкамерные проточные турбины системы Ossberger производства одноимённой немецкой компании. Стандартное соотношение размеров камер – 1:2. Малая камера предназначена для низких расходов, большая камера открывается при средних расходах (при этом малая камера закрывается). Обе камеры работают при полном расходе. В результате поток воды величиной 12–100% от расчётного максимума используется с наибольшей эффективностью (КПД более 80%), причём турбина запускается при расходе всего 6%.

Существует множество типов конструкций малых ГЭС, проектируемых с учётом различных условий применения. Конечно, охватить их все в этой статье не удастся, поэтому остановимся на некоторых оригинальных разработках.

Гирлянды и рукава

Советский инженер Б. С. Блинов изобрёл и в 1950–1960-х годах впервые применил гирляндные ГЭС для малых рек и рукавные ГЭС для малых рек и ручьёв с дебитом воды более 50 л/с. Гирляндная мини-ГЭС состоит из лёгких турбин – гидровингроторов, нанизанных в виде гирлянды на трос, который переброшен через реку. Один конец троса закреплён за ось в опорном подшипнике, второй – за ротор генератора. Трос в этом случае играет роль своеобразного вала, вращение которого передаётся к генератору. Одна гирлянда турбин (энергоблок) обеспечивает мощность от нескольких десятков ватт до 5–15 кВт. Такие энергоблоки можно объединять, заставляя их работать на общую нагрузку и повышая тем самым мощность гидростанции.


Труба рукавной микроГЭС укладывается по склону вдоль водотока

Для устройства рукавной микроГЭС на реке или ручье строится небольшая плотина, к отверстию в которой прикрепляется труба-шланг, уложенная вниз по склону вдоль водотока до электрогенератора. Перепад высот от плотины до генератора должен быть не менее 4–5 м. Вход в «рукав» располагают так, чтобы захватить среднюю, самую быструю, часть течения реки, и воду по сужающемуся каналу подводят к турбинам. Установленная мощность такой станции может варьироваться от 1 до 100 кВт. В 70-х годах прошлого века гидроагрегаты для рукавных микроГЭС выпускались серийно на предприятиях сельхозмашиностроения.

Водоворот энергии

Интересную конструкцию для малых ГЭС в 2003 г. запатентовал изобретатель из Австрии Франц Цотлётерер. Он назвал свой проект «Технический водоворот», а мини-ГЭС – «Водоворотно-гравитационной станцией».

При строительстве станции Цотлётерера часть воды из водотока отводится в бетонный канал, проложенный вдоль береговой линии. Канал завершается бетонным цилиндром, внизу которого выполнено выпускное отверстие с жёлобом-отводом. Вода поступает в цилиндр по касательной и, подчиняясь силе гравитации, стремится вниз, закручиваясь по спирали. В центре находится турбина, её то и раскручивает водоворот (средняя скорость вращения турбины – 30 об. /мин.). На водоворотной мини-ГЭС, построенной на ручье с перепадом высоты в 1,3 м и работающей при расходе воды 0,9 м3/с, мощность достигает 9,5 кВт, выработка за год – порядка 35000 кВт/ч. В такой мини-ГЭС КПД доходит до 74%.


Водоворотно-гравитационная мини-ГЭС не повредит рыбе

Водоворотно-гравитационная ГЭС отличается от станций других видов особенно бережным отношением к биоресурсам реки: скорость вращения турбины всегда остаётся достаточно низкой, и для рыбы лопасти рабочего колеса турбины не представляют опасности. К тому же лопасти воду не рассекают, а поворачиваются вместе с потоком. Ещё один экологический плюс этого проекта – хорошая аэрация воды и перемешивание в водовороте разного рода загрязнителей. Всё это способствует более интенсивной жизнедеятельности микроорганизмов, которые естественным образом очищают воду.

Речные звёзды

В 2008 г. компания Bourne Energy (Калифорния) разработала генераторные установки RiverStar («Речная звезда») для устройства мини-ГЭС на небольших реках. RiverStar представляет собой капсулу с поплавком для фиксации ротора на требуемой глубине, ориентируемым глубинным стабилизатором, крыльчаткой, генератором с блоком преобразователя напряжения.

Модули RiverStar удерживаются на месте стальными тросами, натянутыми под водой поперёк течения реки, поэтому они не нуждаются в установке плотин, якорей и проведении каких-либо дополнительных работ на речном дне. Параллельно тросам на берег выходят кабели, по которым, собственно, и идёт электроэнергия. Мощность одного модуля при скорости течения реки 7,4 км/ч составляет 50 кВт. Генераторные установки RiverStar можно устанавливать блоками по несколько штук для увеличения мощности.

Мини-ГАЭС

В середине прошлого века британский изобретатель Элвин Смит предложил оригинальную конструкцию волновой малой гидроаккумулирующей электростанции. В основе установки – два поплавка, способных двигаться друг относительно друга. Верхний раскачивается волнами, нижний соединён с морским дном с помощью цепи и якоря. Предусмотрена автоматическая подстройка высоты положения верхнего поплавка в зависимости от уровня моря, который постоянно меняется из-за приливов и отливов, с помощью телескопической трубы, раздвигающейся и складывающейся под действием сил Архимеда и тяжести. Между поплавками находится «насосная станция» (цилиндр с поршнем двойного действия, который качает воду при движении вниз и вверх). Она подаёт воду на сушу, в горы. В горах устраивают бассейн, в котором вода накапливается и в часы пиковых нагрузок выпускается обратно в море, по пути вращая водяную турбину.

Установка способна поднимать морскую воду на высоту до 200 м и вырабатывать мощность 0,25 МВт.

* * *

Природные условия в России весьма благоприятны для развития малой гидроэнергетики, а при современном уровне доступности информации и всевозможных материалов умельцы могут сделать мини-ГЭС даже своими руками, была бы подходящая река или ручей. Поэтому у малых ГЭС как альтернативных источников энергии, есть все шансы вновь широко распространиться в нашей стране.

Автор: Анна Марченко

Источник: Журнал Энерговектор, июль 2018

Гравитационно-водоворотная станция экологична и эффективна

В интернет можно найти много статей, рассказывающих об интересных идеях и проектах в области возобновляемой энергетики. Вот и сегодня мне попались на глаза две публикации о проектах в области малой гидроэнергетики, которые показались мне заслуживающими внимания. Автору идеи бесплотинной ГЭС Николаю Ивановичу Ленёву я отправил письмо с просьбой написать о том, нашла ли его идея практическое воплощение. Надеюсь, что он мне ответит и я смогу опубликовать его ответ на сайте.

Вторую из найденных статей я решил воспроизвести здесь полностью, поскольку автор живет в Австрии, а в немецком языке я не силен. Итак, ниже — статья, заимствованная из следующего источника: http://www.membrana.ru/particle/3190.

Станция-водоворот оберегает живое в маленьких реках

Леонид Попов, 4 июня 2007

Это не бассейн для купания, из которого выдернули затычку, а экспериментальная электростанция нового типа, которая работает и развивается с осени 2005-го в Австрии (фото с сайта home. tele2.at).

Создавая этот необычный проект, его автор думал в первую очередь об экосистемах, которые страдают от электростанций, например, гидравлических. Даже мини-ГЭС на маленьких речках и каналах тут небезупречны. Но изобретатель парадоксальным образом нашёл способ повысить КПД таких сооружений.

Огромные плотины, перекрывающие большие реки, очевидно, служат великолепным источником энергии. Но об экологических последствиях перегораживания рек известно всем. Малые ГЭС на небольших реках и ручейках вроде бы наносят природе куда меньший ущерб. Но вот об их высокой мощности говорить не приходится.

Казалось бы, непросто совместить эффективность ГЭС с их экологической безупречностью. Между тем, такая конструкция существует и доказала свою работоспособность на практике.

Диаметр бассейна с водоворотом составляет 5,5 метров. Максимальная высота падения воды достигает 1,6 метра. На фото внизу станция ещё не достроена (фотографии с сайта home.tele2.at).

Необычную схему для малых ГЭС нашёл австрийский изобретатель Франц Цотлётерер (Franz Zotlöterer) из местечка Оберграфендорф (Obergrafendorf) со своим проектом «Техника водоворота» (Wasserwirbeltechnik).

Прежде всего он решил, что перегораживать всю реку плотиной – нецелесообразно и вредно. Вместо этого он предложил часть потока, вблизи берега, отводить в специальный канал, направляющий воду к плотине.

Последняя тоже весьма необычна на вид. Это бетонный цилиндр, к которому вода подходит по касательной, обрушиваясь в центре в глубину. Так в центре цилиндра образуется водоворот, который и закручивает турбину.

Преимуществ у такой схемы мини-ГЭС Цотлётерер обнаружил целую кучу.

Обычно река «оснащена» меандрами, вихревое течение в которых способствует аэрации воды. В канале с плотинами мини-ГЭС этого нет. Зато, если заменить обычные плотины «водоворотными», природная аэрация восстанавливается (иллюстрация с сайта home.tele2.at).

Во-первых, КПД преобразования энергии падающей воды в ток достиг 73%, что очень хорошо. А ведь Франц использовал не самый совершенный электрический генератор.

С перерывами станция начала давать ток в общественную энергосеть ещё в сентябре 2005-го, непрерывно – с марта 2006-го.

И за последний год непрерывной работы его «Гравитационно-водоворотная станция» (так внушительно немец назвал новый тип ГЭС), установленная на каком-то ручье, выработала свыше 50 мегаватт-часов электричества при рабочем перепаде высот воды примерно в 1,3 метра (вообще-то, он колебался) и расходе примерно в 1 кубометр в секунду.

Максимальная электрическая мощность этой мини-станции достигает 9,5 киловатт. В среднем этого достаточно для питания 10-15 коттеджей (с учётом неравномерности уровня потребления).

Во-вторых, скорость вращения турбины оказалась довольно низкой, так что для рыбы, попавшей в водоворот, лопасти колеса опасности не представляют. Тем более что лопасти эти не рассекают воду, а поворачиваются синхронно с водоворотом.

Автор новации отмечает сравнительную простоту и дешевизну строительства своей ГЭС. Однако, несмотря на миниатюрность, станция, «как взрослая», участвует в энергоснабжении страны (фотографии с сайта home.tele2.at).

В-третьих, водоворот перемешивает загрязнители, одновременно хорошо аэрируя воду, что способствует интенсивной работе микроорганизмов, очищающих её естественным образом.

Это свойство станции восстанавливает процессы, идущие в обычной реке, которой присущи многочисленные повороты. В больших спрямлённых руслах каналов и водохранилищ почти ламинарное течение приводит к исчезновению аэрации воды и, как следствие, потере её способности к самоочищению.

В-четвёртых, водоворот способствует терморегуляции в водоёме. Увеличенная площадь контакта воды с воздухом приводит к её охлаждению за счёт испарения жарким летом.

Зимой же ГЭС продолжает работать подо льдом. Наиболее плотная вода (с температурой в 4 градуса) тяготеет к центру водоворота. По краям цилиндра образуется ледяная корка, которая выступает в роли утеплителя, не дающего слишком сильно охладиться центру.

Фактически водоворот действует как машина, стремящаяся, в некоторой степени, привести температуру протекающей воды зимой к 4 градусам, что, по идее, может оказывать некое благоприятное влияние на жизнь ниже по течению (тут автор ГЭС подробностей не объясняет).

Зато он приводит ещё один весомый аргумент в пользу своей конструкции. Эта станция обошлась примерно в $75 тысяч, что дешевле, чем аналогичная по мощности мини-ГЭС, построенная по классическому образцу.

Как видим, турбина примитивна по форме и устройству, однако имеет неплохой КПД. Справа: счётчик показывает почти 52 мегаватт-часа, проданных изобретателем станции энергокомпании EnergieVersorger Niederösterreichs (фотографии с сайта home.tele2.at).

На этом достоинства водоворота не исчерпываются. Франц отмечает лучшую ремонтопригодность, значительно меньшие сложность и периодичность обслуживания, более простую конструкцию и прочие технологические преимущества этой станции.

Изобретатель уверен, что такая схема наиболее оптимальна для возведения ГЭС мощностью до 150 киловатт. Причём конструкция начинает превосходно работать (показывает хороший КПД турбины) уже при перепаде высот воды всего в 0,7 метра.

Конечно, существуют модели малых ГЭС, работающих вообще без перепада высот (просто на течении). Но в «водоворотной» ГЭС, как уверен австриец, сочетаются очень высокая эффективность (как с точки зрения физики, так и в плане финансовых затрат) и непревзойдённая дружественность живой природе.

Тем не менее Цотлётерер ещё не вполне доволен результатами. Он продолжает совершенствовать проект и рассчитывает поднять мощность своей мини-ГЭС. Очередная реконструкция сооружения намечена на это лето.

————

Буду очень благодарен, если кто-то из читателей сможет привести дополнительные данные о проекте водоворотной ГЭС и примерах ее реализаций. Это можно сделать в виде комментариев к статье.

Мини-ГЭС. Малые гидроэлектростанции (МГЭС). Классификация, типы, достоинства и недостатки мини ГЭС



Классификация, типы, достоинства и недостатки мини ГЭС

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

Малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС) — гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии и основано на гидроэнергетических установках мощностью от 1 до 3000 кВт. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Установки для малой гидроэнергетики классифицируют по мощности на:

  • оборудование для мини гидроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
  • оборудование для микро гидроэлектростанций мощностью до 1000 кВт.

Из известной классической триады: солнечные батареи, ветрогенераторы, гидрогенераторы (ГЭС), последние наиболее сложные. Они, во-первых, работают в агрессивных условиях, а во-вторых, имеют максимальную наработку за равный промежуток времени.

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 мини ГЭС называют проточными. Существует четыре основных варианта таких устройств.

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 мини-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.

Достоинства и недостатки различных систем миниГЭС

Недостатки гирляндной МГЭС 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.

Конструкция малой гидростанции

Конструкция малой ГЭС базируется на гидроагрегате, который включает в себя энергоблок, водозаборное устройство и элементы управления. В зависимости от того, какие гидроресурсы используются малыми гидростанциями, их делят на несколько категорий:

— русловые или приплотинные станции с небольшими водохранилищами;

— стационарные мини ГЭС, использующие энергию свободного течения рек;

— МГЭС, использующие существующие перепады уровней воды на различных объектах водного хозяйства;

— мобильные мини ГЭС в контейнерах, с применением в качестве напорной деривации пластиковых труб или гибких армированных рукавов.

Разновидности гидроагрегатов для малых гидроэлектростанций

Основой для малой гидростанции является гидроагрегат, который, в свою очередь, базируется на турбине того или иного вида. Существуют гидроагрегаты с:

— Осевыми турбинами;

— Радиально-осевыми турбинами;

— Ковшовыми турбинами;

— Поворотно-лопастными турбинами.

МГЭС классифицируются и в зависимости максимального использования напора воды на:

— высоконапорные — более 60 м;

— средненапорные — от 25 м;

— низконапорные — от 3 до 25 м.

От того, какой напор воды использует микрогидроэлектростанция, различаются и виды применяемых в оборудовании турбин. Ковшовые и радиально-осевые турбины разработаны для высоконапорных ГЭС. Поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины применяются на средненапорных станциях. На низконапорных малых гидростанциях(МГЭС) устанавливают в основном поворотно-лопастные турбины в железобетонных камерах.

Что касается принципа работы турбины мини ГЭС, то он во всех конструкциях практически идентичен: вода под напором поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Энергия вращения передается на гидрогенератор, который отвечает за выработку электроэнергии. Турбины для объектов подбираются в соответствии с некоторыми техническими характеристиками, среди которых главной остается напор воды. Кроме того, турбины выбираются в зависимости от вида камеры которая идет в комплекте — стальной или железобетонной.

Мощность миниГЭС зависит от напора и расхода воды, а также от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также еще по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы.

При выборе мини ГЭС стоит ориентироваться на такое энергетическое оборудование, которое было бы адаптировано под конкретные нужды объекта и отвечало таким критериям, как:

— наличие надежных и удобных в эксплуатации средств управления и контроля над работой оборудования;

— управление оборудованием в автоматическом режиме с возможностью перехода при необходимости на ручное управление;

— генератор и турбина гидроагрегата должны иметь надежную защиту от вероятных аварийных ситуаций;

— площади и объемы строительных работ для установки малых ГЭС должны быть минимальными.

Выгоды использования мини-ГЭС:

Гидроэлектростанции малой мощности обладают целым рядом преимуществ, которые делают это оборудование все более популярным. Прежде всего, стоит отметить экологическую безопасность мини ГЭС – критерий, который становится все более важным в свете проблем защиты окружающей среды. Малые гидроэлектростанции не возникает вредного влияния ни на свойства, ни на качество воды. Акватории, где устанавливается гидроэлектростанция малой мощности, можно использовать как для рыбохозяйственной деятельности, так и в качестве источника водоснабжения населенных пунктов. Кроме того, для работы малых ГЭС нет необходимости в наличии больших водоемов. Они могут функционировать, используя энергию течения небольших рек и даже ручьев.

Что касается экономической эффективности, то и здесь у микро и мини гидроэлектростанций есть немало преимуществ. Станции, разработанные с учетом современных технологий, отличаются простой в управлении, они полностью автоматизированы. Таким образом, оборудование не требуют присутствия человека. Специалисты отмечают, что и качество тока, вырабатываемого малыми ГЭС, соответствует требованиям ГОСТа как по напряжению, так и по частоте. При этом, мини ГЭС могут действовать как автономно, так и в составе электросети.

Говоря о малых гидроэлектростанциях, стоит отметить и такое их преимущество, как полный ресурс их работы, который составляет не менее 40 лет. Ну а главное — объекты малой энергетики не требуют организации больших водохранилищ с соответствующим затоплением территории и колоссальным материальным ущербом.

Одним из важнейших экономических факторов является вечная возобновляемость гидротехнических ресурсов. Если подсчитать буквальную выгоду от применения малых ГЭС, то выяснится, что электроэнергия вырабатываемая ими практически в 4 раза дешевле электроэнергии, которую потребитель получает от теплоэлектростанций. Именно по этой причине сегодня ГЭС все чаще находят применение для электроснабжения электроёмких производств.

Не забудем и о том, что малые ГЭС не требуют приобретения какого-либо топлива. К тому же они отличаются сравнительно простой технологией выработки электроэнергии, в результате чего затраты труда на единицу мощности на ГЭС почти в 10 раз меньше, чем на ТЭЦ.



Много денежных средств затрачивается на содержание гидроэлектростанций

О самодельной мини-ГЭС

Если неподалеку от населенного пункта протекает небольшая река, то на ней можно расположить мини-ГЭС. С ее помощью можно получать недорогую электроэнергию. Это необходимо для загородного дачного пункта, если там отсутствует электроснабжение.

Для этого нужно сделать следующее:

  1. Выполнить измерение скорости потока речки. Это не так сложно, как кажется. Для этого рекомендуется бросить небольшой кусок ткани, а затем замерить, за какое время он проплывет участок в 10 метров. В случае если замеры не превысят 1 м/с, то эффективности от такой мини-ГЭС не будет, поэтому нет смысла ее устанавливать.
  2. Можно исправить ситуацию, если русло немного заузить или устроить плотину. Чтобы правильно сориентироваться, рекомендуется использовать отношение скорости потока и показателя мощности электрического вала. Согласно произведенным расчетам, мощность имеет прямо пропорциональную зависимость от скорости потока реки.

Малые гидроэлектростанции сегодня очень популярны в силу ряда причин.

О типах мини-ГЭС

Малая гидроэнергетика сегодня развивается, и это отличное решение экономии энергетических ресурсов. Генератор для мини-ГЭС можно приобрести в магазине, а можно изготовить самим.

Всего существует несколько вариантов изготовления МГЭС:

  1. Водяное колесо. Оно представляет собой большой барабан с лопастями, размещенными между круглыми поверхностями. Устанавливается перпендикулярно относительно потока вода. Погружено в воду примерно на половину ширины лопасти. Имеются конструкции колес-турбин с лопатками, предназначенными для данного потока воды, но эти конструкции сложные, и их лучше всего приобрести в магазине.
  2. Ротор Дарье. Мини-гидроэлектростанция такого рода оснащена механизмом, имеющим ось вращения, расположенную вертикально. Используется для преобразования электроэнергии. За счет обтекания жидкости между конструктивными элементами создается давление. Эффект ее работы напоминает мореходные суда на подводных крыльях. Этот принцип применяется в конструкциях ветрогенераторов.
  3. Гирляндная гидроэлектростанция. На тросе, расположенном перпендикулярно реке, размещены легкие турбины, напоминающие по внешнему виду гирлянды. Трос выполняется функцию вала, а движение вращения передается генератору. Поток, созданный водой, обеспечивает вращение роторов, а роторы способствуют вращению троса.
  4. Пропеллер. Ротор расположен вертикально, как у конструкций электростанций, работающих от ветра, и исполняет роль пропеллера. В отличие от воздушного устройства, у лопастей этого устройства небольшая ширина, и их размер может быть всего 2 см. Так будет обеспечиваться высокая скорость вращения и минимальное сопротивление. При больших скоростных потоках воды возможно использование и иных размеров. Движение пропеллера обеспечивается за счет силы подъема воды, а не за счет ее давления. Это можно сравнить с крылом самолета. Движение лопастей, относительно потока, перпендикулярно, а не по течению воды.

Портативная гидроэлектростанция удобна в использовании, их конструкции просты.

Достоинства мини-ГЭС


Малые ГЭС обладают рядом преимуществ:

  • мини-гидротурбина работает тихо, без шума;
  • отсутствуют выбросы вредных веществ в атмосферу при функционировании;
  • никаким образом не влияет на качественные характеристики воды;
  • не зависит от внешних условий;
  • малые ГЭС вырабатывают энергию в течение суток бесперебойно;
  • для обеспечения работы можно воспользоваться даже небольшим ручьем;
  • при наличии излишков энергии, ее можно реализовывать и получать доход;
  • для обеспечения выработки энергии гидростанциями не нужно оформлять разрешение.

Сегодня малые ГЭС России пользуются небывалой популярностью. Их несложно выполнить самостоятельно, а можно приобрести в магазине. Малая гидроэнергетика – это прибыльное дело.

Недостатки

Наряду с достоинствами, малые ГЭС имеют некоторые недостатки:

  1. Гирляндная малая ГЭС несет в себе опасность для окружающих: подвижные части скрыты в воде, трос имеет большую длину.
  2. Невысокий КПД.
  3. Ротор Дарье. Этот водяной генератор сложен в изготовлении.

Малые ГЭС рекомендуется устанавливать, взвесив все положительные и отрицательные стороны. Важно сделать правильный выбор: какую именно конструкцию изготовить, чтобы эффект от работы был обеспечен.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Решения для малой гидроэнергетики | GE Renewable Energy

Перейти к основному содержанию Связаться с нами