Разное Комментировать

Гидротурбины для мини гэс: Гидрогенератор своими руками или самодельная гидроэлектростанция. Микро ГЭС своими руками из Металла и Дерева Самодельная гидроэлектроста

Мини-гидроэлектростанция распечатанная на 3D-принтере разработана бельгийским стартапом Turbulent

Существует множество эффективных решений для получения «зеленой» энергии ветра, солнца и воды, но большинство из них объединяет то, что технологии эти создаются для крупномасштабных проектов и промышленных объемов генерации. Может быть инженерам стоит уделить больше внимания небольшим и доступным установкам, которые каждый человек сможет использовать в быту, делая тем самым свои дома более энергонезависимыми?

Решить эту проблему попытался бельгийский стартап Turbulent, команда которого работает над технологией создания недорогих и компактных водных турбин, которые можно распечатывать на 3D принтере. Идея заключается в том, чтобы использовать энергию небольших рек и ручьев, которой было бы достаточно для генерации электричества для нескольких домохозяйств. Это позволит обеспечить электроэнергией удаленные от централизованной сети поселения, а также может стать подходящим решением для случаев чрезвычайных ситуаций.

Основателями молодой компании, офис которой находится в Антверпене, являются Джаспер Веррейд (Jasper Verreydt) и Гирт Слачмюлдерс (Geert Slachmuylders). Их целью является создание простых и дешевых технологий поставки энергии из возобновляемых источников тем, кто больше всего в ней нуждается. Согласно статистике, сегодня порядка 1,3 млрд человек не подключены к центральным электросетям, а еще больше – могут полагаться только на дизельные генераторы и другие не очень экологичные устройства. Однако их сравнительная дешевизна не позволяет конкурировать с ними на равных солнечным и ветронерационным установкам. К тому же их энергия является нестабильной: погода может быть пасмурной и безветренной, а ночью солнце так и вовсе отсутствует.

«Во-первых, большинство возобновляемых источников слишком зависят от правительственных грантов. А во-вторых – такие источники, как ветер и солнце, являются довольно непостоянными, а значит электроэнергия, полученная от них, нуждается в стабилизации», – отмечают авторы проекта.

Вода – менее проблемная в этом отношении, но также имеет свои «подводные камни». Крупные гидроэлектростанции часто становятся причиной наводнений, опустынивания, миграции людей, возрастания объемов выбросов парниковых газов и т. д. Кроме того, такой вариант невозможно применять в отдаленных регионах. Сегодня человечеству необходима своего рода децентрализация и диверсификация зеленой энергии, источники которой должны просто инсталлироваться и производится из доступных материалов.

Для этого как нельзя лучше подойдет технологии 3D-печати. С ее помощью и создавалась Turbulent – компактная и эффективная гидроэлектростанция, генерирующая электричество, используя естественный принцип водоворота, который можно создать даже в неглубокой речке.

«Мой коллега Гирт однажды наблюдал, как возле опор моста образуются естественные вихревые потоки. Тогда ему и пришла в голову идея о создании такого вихря искусственно для получения энергии, – рассказывает Веррейд. – Мы создаем небольшой водоворот в речке с разностью высот всего в 1 м. Этого достаточно для выработки электроэнергии и её концентрации в одной точке. Очень маленькая речка будет способна обеспечить энергией 3-4 семьи».

Такие мини-гидроэлектростанции можно устанавливать на речках с глубиной от 1 метра, при этом не блокируя их естественное течение, в отличие от всевозможных платин и дамб. Они смогут производить до 200 кВт и при этом не нуждаются в серьезном техническом обслуживании и не воздействуют на окружающую среду, производимая ими энергия абсолютно «зеленая», не вредит речной флоре и фауне, а также идеально подходит для отдаленных поселений и любителей уединится вдали от цивилизации.

Перспективы такого изобретения впечатляют. Turbulent уже сотрудничает с техническими специалистами из Autodesk и VITO и получила финансирование на разработку от компаний KIC Innoenergy, Iminds и бельгийского правительства.

Сама мини-гидроэлектростанция была создана с помощью технологии 3D-печати. И во многом именно благодаря ей проект смог воплотиться в жизнь. Turbulent пока находится на стадии разработки, однако уже сейчас можно предположить, что этот проект станет долгосрочным и имеющим положительное влияние на окружающую среду.

Кроме того, бельгийские предприниматели подумывают об еще одном способе применения турбин — для защиты ветровых энергоустановок от эрозии грунта, убирая вихревое движение вокруг основных конструкций. Это продлит срок службы и сократит расходы на содержание таких установок. В планах стартапа еще много исследований, но Turbulent уже сейчас имеет потенциал значительно снизить расходы на создание устойчивых источников за которыми будущее энергетики.

Читайте также: Ветрогенератор с «гравитационной» батареей можно распечатать на 3D принтере (видео)

Источник: 3d-expo.ru

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Big future for small hydro

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.

Серийная ковшовая микротурбина на основе колеса Пелтона

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 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.

Такая микроГЭС способна полностью обеспечивать
электричеством небольшой частный дом

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».

Водоворотно-гравитационная мини-ГЭС не повредит рыбе

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 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

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.

Источник: Энерговектор

Микро ГЭС | Weswen

Гидроэнергия — это энергия, сосредоточенная в потоках водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Любой водный поток обладает кинетической и потенциальной энергией.

Гидроэнергия относится к одним из самых древних источников энергии: использование энергии накопившейся или проточной воды при помощи водяных колес практиковалось уже в Китае и в Древнем Риме еще в III столетии до н.э.

Гидроэлектростанция (ГЭС) — это электростанция, которая преобразует потенциальную и кинетическую механическую энергию водного потока в электроэнергию.

КПД ГЭС складывается из КПД гидротурбины и электрического генератора, образующих гидроагрегат. С точки зрения превращения энергии гидроэнергетика — это технология с очень высоким КПД, зачастую превышающим более чем в 2 раза КПД теплоэлектростанций. На современных гидроэлектростанциях этот параметр может достигать 85–90%.

Объекты малой гидроэнергетики условно делят на два типа: «мини» — обеспечивающие единичную мощность до 5000 кВт, и «микро» — работающие в диапазоне от 0.3 до 100 кВт.

Данный диапазон мощностей является основным направлением работы в области разработок и реализации специалистов компании WESWEN.

В микро ГЭС, изготавливаемых компанией WESWEN, сочетаются преимущества большой ГЭС с одной стороны и возможность децентрализованной подачи энергии с другой стороны. Внедрение данных установок повышает энергетическую безопасность региона, обеспечивает независимость от поставщиков топлива, находящихся в других регионах, экономит дефицитное органическое топливо. Сооружение подобного энергетического объекта не требует крупных капиталовложений, большого количества энергоемких строительных материалов и значительных трудозатрат, относительно быстро окупается. Они не оказывают отрицательного воздействия на образ жизни населения, на животный мир и местные микроклиматические условия. В процессе выработки электроэнергии микро ГЭС не производит парниковых газов и не загрязняет окружающую среду продуктами горения и токсичными отходами, что соответствует требованиям Киотского протокола.

Микро ГЭС в большинстве случаев используются для электроснабжения мелких изолированных потребителей, удаленных от сетей централизованного электроснабжения. Источниками ресурсов для микро гидроэнергетики могут являться естественные и искусственные водотоки, малые и средние реки, ручьи, водосбросы из водохранилищ, искусственных прудов и пр.

Деривационная ГЭС

Русловая ГЭС

Существуют три основных схемы микро гидроэлектростанций:
— русловая, с использованием мини-плотины;
— деривационного типа, при применении которой часть воды из реки отводится в напорный трубопровод и после использования в гидротурбине опять сбрасывается в реку;

— свободнопоточного типа, когда турбина устанавливается прямо в водный поток (гидроколеса Савониуса в США, турбины Ленева и гирляндного типа в России).

По типу рабочих колес гидротурбины делятся на активные и реактивные.

Активные гидротурбины используют преимущественно кинетическую энергию водного потока. К данному типу относятся:

— Водяные колеса (нория, среднебойное, наливное)

— Ковшовые турбины Пелтона

— Наклонно-струйные турбины Тюрго

— Турбины поперечного течения типа Банки
— Турбины Тайсона и свободнопоточные турбины

Наливное водяное колесо

Турбина Пелтона

Турбина Тюрго

Турбина Банки

Реактивные гидротурбины используют преимущественно потенциальную энергию потока.

Турбина Каплана

Турбина Френсиса

Основные их типы:

— Радиальные турбины Френсиса

— Пропеллерные турбины, в т.ч. вертикально и горизонтально-осевые турбины типа Каплан

Каждый тип гидротурбин соответствует определенному диапазону напора и расхода воды. При выборе типа можно руководствоваться данной диаграммой.

Гидротурбина — Energy Education

Рис. 1. Турбина Фрэнсиса, наиболее часто используемый тип гидротурбины, классифицируется как реактивная турбина со смешанным потоком. [1]

Гидротурбины — это устройства, используемые на гидроэлектростанциях, которые передают энергию от движущейся воды к вращающемуся валу для выработки электроэнергии. Эти турбины вращаются или вращаются в ответ на попадание воды на их лопасти. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса выработки энергии из воды.

В целом конструкция турбин такая же. К вращающемуся валу или пластине прикреплен ряд лопастей. Затем вода проходит через турбину над лопастями, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается на генератор, в котором вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в разных ситуациях. [2] Каждый тип турбины создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется.

Тип турбины, выбранной для любого конкретного гидроэнергетического проекта, зависит от высоты и скорости поступающей воды, известной как гидравлический напор, и объема воды, который течет, известного как гидроэлектрический сброс. Также следует учитывать эффективность и стоимость. [3]

Турбина Flow

Гидротурбины можно классифицировать в зависимости от того, как вода течет через саму турбину. Когда вода проходит через турбину, она может идти разными путями.Это приводит к трем категориям потока воды через турбины: [2]

  • Осевой поток : Вода течет через турбину параллельно оси вращения.
  • Радиальный поток : Вода течет через турбину перпендикулярно оси вращения.
  • Смешанный поток : Вода течет в сочетании радиального и осевого потоков. Например, в турбине Фрэнсиса вода течет радиально, но выходит аксиально.

Большинство гидротурбин имеют смешанные потоки.

Изменение давления

Еще одним критерием, используемым для классификации турбин, является изменение давления жидкости при прохождении через турбину. Из этой классификации вытекают два типа турбин, которые описаны ниже. [2]

Импульсная турбина

В импульсных турбинах давление жидкости в самой турбине не изменяется. Вместо этого изменения давления происходят только в соплах, которые направляют поток воды к турбине, в то время как сама турбина работает при атмосферном давлении.Эти турбины состоят из реактивного сопла или ряда сопел, которые направляют воду на лопасти турбины. Несколько форсунок обычно используются там, где невозможно использовать большое колесо. Когда вода ударяется о лопасти (разработанные специально для уменьшения сопротивления), она меняет скорость. Это приводит к изменению количества движения, оказывая давление на лопатки турбины. Эти турбины полагаются на способность забирать всю кинетическую энергию из воды, чтобы иметь высокий КПД. В отличие от реактивных турбин, импульсные турбины не нужно погружать в воду.Типы импульсных турбин включают турбины Пелтона, турбины Turgo и турбины Crossflow. Для получения дополнительной информации о том, где используются эти турбины и как они сконструированы, перейдите по ссылкам на соответствующие страницы.

Реакционная турбина

В реактивных турбинах давление воды изменяется по мере ее движения через лопасти турбины. В отличие от импульсной турбины, реакционная турбина напрямую использует давление воды для перемещения лопастей, а не полагается на преобразование давления воды в кинетическую энергию.Это означает, что реакционные турбины необходимо погружать в воду. Кроме того, компоненты этих турбин должны выдерживать высокие уровни давления внутри турбины. Здесь скорость жидкости и снижение давления воды вызывают реакцию на лопатки турбины, перемещая их. Типы реактивных турбин включают турбины Каплана и турбины Фрэнсиса. Для получения дополнительной информации о том, где используются эти турбины и как они сконструированы, перейдите по ссылкам на соответствующие страницы.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Гидроэлектрические турбины | GE Renewable Energy

Перейти к основному содержанию Связаться с нами